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近距通讯
录入时间:2011-3-4 16:12:29

近距通讯(NFC)是一种超短距离的无线通讯技术,它使用相互接触或者相距只有几个厘米的设备之间的磁场感应来建立连接。NFC是从无接触识别(比如RFID)和网络技术的融合中产生的,其作用是是为消费电子产品提供相互连接,其目标是通过自动连接及配置实现简单的点对点连网。

NFC和标准的射频(RF)无线通讯技术之间的关键差异是在发射器和接收器之间射频信号传播的方式。标准的射频通讯,比如Wi-Fi,它是一种远程通讯,它的通讯范围和天线的尺寸相比要大得多。近距通讯则依赖直接的通讯设备内元器件磁场感应或电磁耦合,而不是远程的无线电波的传播。

因为NFC的作用距离极短,所以NFC设备可以使用极低的电场或磁场强度进行通讯,这一强度远低于管制下的噪声发射阈值,因此它就不会受到因为使用许可而带来的频率波段的限制。

NFC技术是由飞利浦和索尼公司共同研发的,它基于ECMA 340标准。NFC论坛负责这一技术的推广,它的赞助者还包括万事达信用卡、摩托罗拉、诺基亚以及Visa国际。

ECMA 340标准由ECMA大会于2004年12月批准,它定义了NFC使用感应耦合器件工作的通讯模式,其中心频率是13.56MHz。这一定义也被称为近距通讯接口和协议(NFCIP-1)。和更常见的IEEE标准相似,ECMA 340规定了NFC设备接口的调制和数据编码机制、数据率以及帧格式。还有一个简单的连接层协议定义了连接初始化及冲突避免方法,传输协议定义了协议激活、数据交换和关闭。

 NFC物理层

ECMA 340规定了工作在13.56MHz的磁场感应接口,它的数据率可以是106kbps、212kbps和424kbps,同飞利浦的MIFARE以及索尼的FeliCa无接触智能卡接口兼容。

远程射频通讯中使用dBm来表示发射器功率和接收器探测水平,而NFC则使用磁场强度(H),以A/m为单位。ECMA规定的磁场强度如表1所示。

1

磁场水平

磁场强度

说明

H

0.1875A/m

最小磁场探测水平

Hmin

1.5A/m rms

最小未调制磁场强度

Hmax

7.5A/m rms

最大未调制磁场强度

 ECMA 340标准还定义了两种通讯模式──主动和被动。在主动模式下,初始化器件(启动器)生成射频场,然后启动通讯过程,目标器件同样也生成一个调制过的射频场来对启动器的命令作出反应。主动模式中使用的调制和位编码方法见表2。

 2

位率

调制方法

位编码方法

106kbps

ASK(100%调制)

脉冲位置编码(变形米勒编码)──每1个位都在位周期的中央进行脉冲传输,对于开放0位或重复0位,也可以在位周期的开始处传输

212/424 kbps

ASK(8%-30%调制)

曼彻斯特编码──在每个位周期的中央变化:从低到高是0位,从高到低是1位。同样也可以反转极性(也就是说从高到低是0位,从低到高是1位)。

在被动模式下(表3),启动器使用射频场启动通讯过程,但目标器件不再生成射频场进行反应,而是通过负载调制进行反应。启动射频场作用于目标器件,负载调制则对目标器件中的负载进行调制。这样能够在原始的载波频率(13.56MHz)上生成边带,并可以被启动器探测到。

3

位率

调制方法

子载波频率

位编码方法

106kbps

负载调制

f/16 = 847.5kHz

子载波调制使用曼彻斯特编码,不允许反转极性

212/424kbps

负载调制

-

载波调制使用曼彻斯特编码,允许反转极性。

 ECMA 340袪模式调制及位编码方法

 协议栈

NFC并不希望提供OSI模型中定义的全部网络功能,因此它的协议栈是非常有限的,只由一个简单的传输协议构成,其中定义了在NFC链路上的激活、数据交换以及关闭。

数据链路层的面貌也同样很明显,它使用基于CSMA/CA的介质存取控制。启动器在开始通讯前先检查现存的射频场,与之类似使用主动模式的目标器件也要先检查现存的射频场,之后才能做出反应。

一个启动器件可以同多个目标器件共同工作,它们中的每一个都会在开始进行器件选择时生成一个随机的40位ID。发现目标设备ID的过程还包括精巧的解决冲突的过程,这种冲突在多个目标设备同时做出反应时就会发生,特别是在目标设备使用被动模式时(如图1)。

使用曼彻斯特编码就可以在位的水平上进行冲突探测,这是因为当经过了一个完整的位时间段但却没有发现有变化发生时,就是出现冲突了。这只有在一个目标设备发送了一个1位,而另一个却发送了一个0位时才会发生。在冲突之间收到的位可以恢复出来,然后可以要求目标设备从未被恢复的位开始再次发送。目标设备做出反应时使用一个随机的延迟,以便确保这一过程不会陷入循环。

设备之间的数据链路是基于交易的,它的开始和结束都围绕着单一的数据传输进行。启动器和目标设备侍对通讯速度进行协商,开始时在协议初始化阶段中参数选择步骤时,会使用最低的速度(106kbps)。

实际应用中的NFC

目前人们设计出了4种基本的NFC应用模型,如表4所示。

4

 

 

使用模型

描述

例子

触摸后离开

用户带着存有票务或访问码的设备靠近阅读器,应用包括事件现场或交通票务控制,或者也可用于简单的数据采集,如从海报或其他广告上的智能标签上读取一个互联网URL以备后续使用。

你看到一个海报宣传说一个音乐会要举行,你想参加。把你的PDA或手机靠近这个海报就可以从海报上的智能芯片中下载该信息。

触摸并确认

在诸如移动支付一类的交易中,会要求用户输入密码或其他信息来确认这一交易。

可以从网上或电子售票厅买票,买到后就存储在手持设备中。

触摸并连接

两个具有NFC功能的设备可以连接起来实现点对点传输,比如可以交换照片或同步联系信息。

如果你用手机的内置相机拍了照片,就可以连接到一台具有NFC功能的电脑或电视机来显示这个照片,或者也可以连接到朋友的手机并传给他。

触摸并发现

具有NFC功能的设备可以提供一系列可能的功能,包括其他高速连接功能。简单的NFC连接可以让用户发现这台设备具有的功能并且能使用其他可用的服务或功能。

简单地把两台设备放到一起,就能在设备之间传输大的数据,比如,使用NFC来认证并配置高速无线网连接。

 NFC应用模型

除去用NFC连接来传送终端用户数据的用户模型,NFC也可以用于安全地启动两个NFC设备之间的连接。举例来说,带有NFC功能的蓝牙和Wi-Fi设备就可以使用NFC来配置远程连接。NFC的操作要求必须接近,这样就确保了安全性。一旦蓝牙和Wi-Fi连接建立起来,这些设备就可以分开进行更远程的通讯。

 目前和未来NFC的发展

首批使用NFC的地方是德国汉诺市的本地公交以及台北的大众捷运系统上的票务及支付系统,它们在试验之后都进行了商业部署。这些试验都基于诺基亚的NFC外壳,它可以卡在诺基亚3220手机上使用。

目前计划中的数据速率是最大1.7Mbps,未来可能会达到蓝牙2.0标准的3Mbps,而据市场研究机构预测,到2010年,将会有50%的手机具备NFC功能。

 小结

在简单的PAN领域内,IrDA和蓝牙处于统治地位,它正变得越来越多样化,如图2所示,许多新技术被开发出来,将会给用户提供更多的数据率、工作范围、能耗以及电池寿命上的选择。

 

 


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