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1、September 2009,NFC Technology,Overview,Jonathan Main MasterCard Worldwide Chairman, Technical Committee,NFC 近距离通信技术介绍,主要内容,NFC技术起源和发展 NFC通信原理介绍 NFC协议体系结构介绍 NFC应用介绍,什么是NFC？,NFC技术由Philips、Nokia和Sony主推的一种近距离无线通信技术（NFCIP-1） 通信距离在10厘米(实际中需要贴的很近) 以13.56MHz RFID技术为基础 与现有的非接触式智能卡国际标准相兼容 数据传输速率106kbit/s、212
2、kbit/s或424kbit/s。,3,NFC Has Multiple Uses,Wireless Market Space,NFC 起源和发展,NFC 技术由飞利浦和索尼， Nokia联合研发近距离无线通信技术（NFCIP-1），以ISO14443（RFID）技术为基础 向欧洲电脑制造商协会（ECMA) 提交标准草案并被被认可为ECMA-340标准 借助 ECMA向ISO/IEC提交了标准，被认可为ISO/IEC18092,NFC 起源和发展,2004 年，飞利浦、索尼、诺基亚共同发起 NFC论坛，开始推广 NFC 技术的商业应用 为了兼容非接触式智能卡，2004年NFC论坛又推出了NFC
3、IP-2规范，并被相关组织批准为ECMA-352、ISO/IEC 21481和ETSI TS 102 312 V1.1.1,NFC 起源和发展,其中NFCIP-1标准详细规定NFC设备的调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式，以及主动与被动NFC模式初始化过程中，数据冲突控制所需的初始化方案和条件。此外，这些标准还定义了传输协议，其中包括协议启动和数据交换方法等。 NFCIP-2则指定了一种灵活的网关系统，用来检测和选择三种操作模式之一：NFC卡模拟模式、读写器模式和点对点通信模式。选择既定模式以后，按照所选的模式进行后续动作。网关标准还具体规定了RF接口测试方法（ISO/IEC 2253
4、6和ECMA-356）和协议测试方法（ISO/IEC 23917和ECMA-362）。这意味着符合NFCIP-2规范的产品将可以用作ISO/IEC 14443 A和B以及Felica（Proximity Cards）和ISO 15693（Vicinity Cards）的读写器。,NFC 操作模式,操作模式 NFC可以运行在ISO/IEC 18092, Felica（ JIS X 6319-4 ）和ISO/IEC 14443三种无线智能卡标准下（contactless smart card standard） 1、读/写 （PCD）-Proximity Coupling Device 在这种模式
5、，开启NFC功能的手机可以读写任何支持的标签， 读取其中的NFC数据格式标准的数据。 2、点对点 在这种模式下，两个NFC设备可以交换数据。 例如，你可以分享启动蓝牙或Wi-Fi连接的参数来启动 蓝牙或Wi-Fi连接。你可以交换如虚拟名片或数字相片等数据。点对点模式符合ISO/IEC 18092标准。 3、模拟卡片 （PICC）-Proximity Card or Object 支持NFC的手机在与标签交互时扮演读取器的角色。在这种模式手机也可做为标签或被读取的无线卡片,NFC的工作模式,主动模式 在主动模式下，每一个想要发送数据的设备，都必须产生自己的电磁场 被动模式 只有需要主设备产生电磁
6、场，其他设备，通过负载调制的方法，来和主设备通信，其他设备虽然不产生磁场，但是可以将主设备的磁场强度拉低，从而达到通信的目的，标签卡工作在被动模式下,疑问？,标签卡没有电源，是怎么把数据传输给读卡器的？ 负载调制是什么意思？,调制技术,NFC标准中对于高速传输(424kbits)还没有做出具体的规定，目前只支持106kbit、s、212kbit/s、424kbit/s,在低速传输时采用了幅移键控(ASK)调制，但对于不同的传输速率具体的调制参数是不同的。,幅移键控(ASK)调制,被动模式,被动模式主要用在读取标签卡的场景，此时标签的能量，是通过电感耦合的方式从主设备获取的。,电阻负载调制 开关
7、S用于控制负载调制电阻Rmod的接入与否，开关S的通断由二进制数据编码信号控制。,二进制数据编码信号用于控制开关S。当二进制数据编码信号为“1”时，设开关S闭合，则此时应答器负载电阻为RL和Rmod并联；而二进制数据编码信号为“0”时，开关S断开，应答器负载电阻为RL。 应答器的负载电阻值有两个对应值，即RL（S断开时）和RL与Rmod的并联值RL/Rmod（S闭合时）。,等效电路图,互感耦合回路的等效阻抗关系,NFC碰撞的产生,一、产生碰撞(collision)的原因,在RFID系统应用中，因为多个读写器或多个标签，造成的读写器之间或标签之间的相互干扰，统称为碰撞。,1、标签碰撞 2、读写器
8、碰撞,标签碰撞,Data 1,Data 5,Data 4,Data 3,Data 5,Data 4,Data 3,Data 2,Data 2,Data 1,RFID数据碰撞示意图,Time,Time,完全碰撞,Time,TagB,R1,Rr,Rr,Reader2,Reader1,读写器-读写器频率干扰,R1为Reader1的干扰范围,Rr为Reader1和Reader2的读取范围,从标签T反射到读写器Reader2的信号很容易被从Reader1发出的信号干扰。,Tag,读写器碰撞,多读写器一标签干扰,标签1接收到的信息为两个读写器发射信号的矢量和,是一个未知信号。,如何解决碰撞的问题呢？,读卡
9、器防碰撞,为了防止正在工作的其他NFC设备(包括工作在此频段的其他电子设备)的干扰， NFC标准规定任何NFC设备在呼叫前都要进行系统初始化以检测周围的射频场。 当周围NFC频段的射频场小于规定的门限值(0.1875Am)时， NFC设备才能呼叫。系统初始化防冲突检测的流程如图所示。,标签碰撞,二进制树型搜索算法,冲突节点,非冲突节点,0,1,10,11,100,101,树分叉算法,基本思想是：将处于碰撞的标签分成左右两个子集0和1，先查询子集0，若没有碰撞，则正确识别标签，若仍有碰撞则分裂，把1子集分成00和01两个子集，直到识别子集1中所有标签。,1,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1
10、,0,?,?,?,射频卡1,射频卡2,读写器译码,在二进制搜索算法的实现中，起决定作用的是读写器所使用的信号编码必须能够确定碰撞的准确比特位置。曼彻斯特码(Mancherster)可在多卡同时响应时，译出错误码字，可以按位识别出碰撞。这样可以根据碰撞的位置，按一定法则重新搜索射频卡。,A:10100111,B:10110101,C:10101111,D:10111101,R:11111111,R:11111111,?,?,R表示阅读器,搜寻标签过程,A:10100111,C:10101111,R:10101111,R:10101111,送REQUEST（10101111）命令，标签A和C应答。
11、解码数据为1010?111,发生碰撞，算法做下如下，将碰撞的最高置0，其它碰撞位置1。得10100111,?,R表示阅读器,A:10100111,C:10101111,R:10100111,R:10100111,R表示阅读器,可以识别A,Improved Anti-collision Algorithm搜寻过程,10100111,10110101,10101111,10111101,11111111,101?1?1,10101111,10100111,10101111,1010?111,10100111,10100111,识别TagA,10110101,10101111,10111101,11
12、111111,101?1?1,10101111,10101111,识别TagB,Improved Anti-collision Algorithm搜寻过程,10110101,10111101,11111111,1011?101,10110101,10110101,10111101,10111101,识别TagC,识别TagD,TYPE A （位检测防碰撞协议） 帧有3种类型：短帧、标准帧和面向比特的防碰撞帧。,ISO/IEC 14443标准中的防碰撞协议,短帧,标准帧,面向比特防碰撞帧,加校验位,不加校验位,不加校验位,命令集 REQA/WUPA命令 PCD给PICC发送查询信息。这两个命令为
13、短帧。REQA编码为26H（高半字节取3位），WUPA编码为52H （高半字节取3位）， ATQA应答 PCD发出REQA命令后，处于休闲状态的PICC都应同步地以ATQA应答PCD，PCD检查是否有碰撞,备用,经营者编码,UID大小 00：UID级长为1 01：UID级长为2 10：UID级长为3,比特帧防碰撞方式，仅有1位设置成1,UID结构定义,注：UID可以是一个固定的唯一序列号，也可以使由PICC动态产生的随机数。,CT：级联标志，编码为88H,命令集 ANTICOLLISION和SELECT命令,命令集 ANTICOLLISION和SELECT命令,PCD发送的字节数,命令的非完整
14、字节最后一位的位数,命令集 ANTICOLLISION和SELECT命令,BCC：是UID CLn的校验位，是UID CLn的4个字节的异或。,命令集 ANTICOLLISION和SELECT命令,若NVB=70H，即指示其后有40个有效位，则应添加CRC-A（2字节），此时为SELECT命令。 若NVB指示其后少于40个有效位，则为ANTICOLLISION命令。,命令集 SAK应答 PCD发送SELECT命令后，与40位UID匹配的PICC以SAK作为应答。,UID不完整，还有未被确认部分,UID完整，PICC遵守ISO-14443-4标准的传输协议,PICC的状态 Power-off（断
15、电）状态 没有足够的载波能量，PICC没有工作，也不能发送反射波。 Idle（休闲）状态 PICC已经上电，能够解调信号，并能够识别有效的REQA和WAKE-UP命令。 Ready（就绪）状态 实现位帧的防碰撞算法或其它可行的防碰撞算法。 Active（激活）状态 PCD通过防碰撞已经选出了单一的卡。 Halt（停止）状态,防碰撞流程,Relationship to Other,Standards, Proximity and Vicinity Standards, ISO/IEC 14443, Included as a base standard in Digital Protocol a
16、nd,Analogue specifications., ISO/IEC 18092 NFCIP-1, Included as a base standard in Digital Protocol and,Analogue specifications., JIS X 6319-4 FeliCa, Included as a base standard in Digital Protocol and,Analogue specifications, ISO/IEC 15693 Vicinity, Out of scope of NFC Forum work.,NFC协议栈,6,NFC For
17、um Technology,Architecture,Logical Link Control Protocol Specification (LLCP),SNEP,Protocol Bindings,NFC Forum Type 1,2,3,4 Tag Operation Specifications,NDEF,RTD,NFC Activities Specifications Digital Protocol Specification Analogue Specifications,NFC Forum Technology Architecture Reference Applicati
18、ons,7,NFC Forum Technology,Architecture,定义了一个NFC Forum 设备的设备属性.,例如波形的外形，磁场强度等.,同时也决定了通信范围,Analogue Specifications,8,NFC Forum Technology,Architecture,Analogue Specifications,Digital Protocol Specification,实际上这里就可以把它理解成NFC的MAC层协议， 它定义了三种NFC技术，NFC-A/B/F， 分别对应着ISO14443 TYPEA TYPEB以及Felica的规范， 其中包括了初始化、
19、冲突检测等。同时它也定义了传输协议， 如NFC-DEP，ISO-DEP用于点对点通信等。 这个数字协议实际上就是 ISO/IEC14443, ISO18092的一个合体,9,NFC Forum Technology,Architecture,NFC Activities Specification Digital Protocol Specification,可以说是Digital的一个补充。 Digital中定义了帧格式，编码等通信的功能， 但是如何使用Digital中的定义的帧来完成通信， 则是在Activity规范中定义的。 Activity中定义了一大堆的流程图及状态转移图， 用来描述
20、Digital规范中的内容是如何工作的， 这样看来其实Acitivity规范也应该就是Digital中的一部分,Analogue Specifications,NFC Forum Technology,Architecture,NDEF是由NFC Forum的RAF工作组定义的一些应用规范 ,不是强制性的，但是多数厂家都在使用这种数据封装格式,andoroid手机使用的数据封装就是NDEF格式的数据,NDEF封装模型,一个NDEF Message有许多Record组成,一个Record的三大数据 Payload Length：Record所携带的数据 Payload Type：数据是属于那种类
21、型的 用于将playload 分给不同的应用 Payload Identification: 用于上层协议对数据 进行标示,例如，标示基于URI的record连接,TNF：,TNF指明Type域的数据是如何进行封装的,NFC Forum Technology,Architecture,定义了如何对NDEF数据就行封装和解析 定义了各个类型的type中数据的含义 例如对应URI类型的数据，指明了Identification 的含义,Reader/Writer Mode,Reader/Writer Mode,Define how to read and write NDEF data from/t
22、o a tag Types 1 and 2: Proprietary tags based on ISO14443 Type A Type 3: Proprietary tag based on FeliCa,Type 4: Open tag based on ISO 14443 Type A or B and,ISO 7816-4,Reader/Writer Mode,NFC Forum-defined reference applications, e.g., connection handover, smart poster,Reader/Writer Mode,Proprietary
23、tag-based applications using NDEF, e.g., reading,information on medicine bottles,Reader/Writer Mode,不是以NDEF数据格式封装的应用，这样的话 只能是自己的设备能解析出数据,Peer-to-Peer Mode,Peer-to-Peer Mode,用于链路的创建、拆除、维护等功能， 同时还提供面向连接和无连接的服务等,Peer-to-Peer Mode,Protocol to allow the exchange of NDEF messages(SNEP) in Peer Mode 规定了数据如
24、何传输，例如数据参数的最大长度协商,Peer-to-Peer Mode,说明了如何向LLCP进行Protocls的绑定， 因为LLCP有多过protocol，类似蓝牙的SDP的 功能，其他设备可以查询，相应的protocol对应的 LLCP链路,Peer-to-Peer Mode,NFC forum 注册的protocols e.g., OBEX, IP,handover,SNEP,Peer-to-Peer Mode,Any other protocols which may run over the link layer provided by LLCP. Bindings to LLCP
25、are not provided by NFC Forum,Peer-to-Peer Mode,NFC Forum 定义的应用如handover,Peer-to-Peer Mode,非NFC Forum定义的Protocols，例如交互名片， 分享照片等,Card Emulation Mode,Analogue,Digital Protocol,Applications,Card Emulation Mode,Analogue,Digital Protocol,Applications,专有的非接触卡的应用 例如基于ISO 14443 A/B 一卡通，基于Felica 的 手机支付,NFC论坛
26、协议架构,Protocol Technical Specifications NFC Forum Tag Type Technical Specifications Record Type Definition Technical Specifications Reference Application Technical Specifications,Protocol Technical Specifications NFC Activity Technical Specification v1.0 NFC Controller Interface (NCI) Technical Speci
27、fication v1.0 NFC Logical Link Control Protocol (LLCP) Candidate Technical Specification v1.0 NFC Digital Protocol Candidate Technical Specification v1.0 NFC Activity Candidate Technical Specification v1.0 NFC Controller Interface (NCI) Candidate Technical Specification,NFC Forum Tag Type Technical
28、Specifications NFC Forum Type 1 Tag Operation Specification v1.1 NFC Forum Type 3 Tag Operation Specification v1.1 NFC Forum Type 4 Tag Operation Specification v1.0 NFC Forum Type 4 Tag Operation Specification v2.0,NFC Forum Tag Type Technical Specifications NFC Signature Record Type Definition (RTD
29、) Candidate Technical Specification v1.0,Reference Application Technical Specifications NFC Forum Connection Handover 1.1 Technical Specification NFC Forum Connection Handover Technical Specification v1.0 NFC Forum Connection Handover Candidate Technical Specification,NFC在汽车上的应用,宝马NFC车钥匙 2013年宝马推出了一
30、款能打开预定酒店的NFC车钥匙,车载系统,酒店,Nfc车钥匙,车载搜索附近的合作酒店进行预定,酒店将房间信息发送的车载导航,车载导航将房间信息写进NFC车钥匙 并导航到酒店,司机到酒店后，可绕过前台 直接走到预订的房门前 用车钥匙开启房间,现代汽车公司正在着手研发使用NFC无线系统，预计到2015年实现量产 通过NFC技术，每一辆汽车都能保存车主手机特定的配置文件，可以自动可以调节反光镜位置、座椅倾角和最合适的立体声音响音量。 同时现代公司还在车内内置了一个感应型充电托盘，可在行驶过程中为用户的可兼容设备充电。目前这种车正处在概念阶段，想要使用手机来遥控汽车，看来还要等一段时间了,2013年汽
31、车零部件供应商Continental近日在法国波尔多市测试NFC汽车虚拟钥匙，以应用到电动汽车的租赁当中,客户手机APP,Continental 服务端,汽车,预定车和站点,车的信息和访问权限,将车放在预定地点,用手机的NFC获取汽车控制权,手机将数据存在SIM卡中,电子钱包方案,电子钱包方案,基带芯片和NFC芯片直接通过UART进行通信,2014CES上NFC的表现,华硕推出了全球首款搭载NFC“近场通讯技术”台式电脑M70，填补了台式电脑拥有NFC技术的空白 它最大的特色是支持用户通过NFC登录电脑、启动应用程序和传送照片等。同时机箱顶部还整合了无线充电板，能够为支持无线充电技术的智能手机
32、或平板电脑充电 参考：http:/ 4K电视XBR-55X900A和XBR-65X900A ,推出全球最大尺寸OLED、4K超清分辨率、带NFC近场通信技术 用户的智能和平板电脑如果支持NFC进场通信技术，就可以将画面显示在大尺寸电视机中，非常的便捷,LG在CES上展示多款家用电器，包括一款新的电冰箱、洗衣机、吸尘器机器人和烤箱 ，都配备NFC功能 用户将智能手机触碰到这些智能家电的 NFC 标签处就 可以开始对他们进行控制。,在CES大会上，华为携带最新个性路由器产品，代号为“memo”，这款智能路由器同时具有NFC功能 NFC功能应该是用于手机的WiFI连接,麦博为我们展示了旗下的多彩时尚
33、的蓝牙音响和新近推出的耳机产品。在音响产品当中MD312蓝牙音响加入了NFC的功能 三星在本届CES2014展会正式发布新一代旗舰安卓平板Galaxy Note Pro 12.2，支持WiFi、蓝牙4.0、NFC、MHL等 佳能带来的三款相机，博秀PowerShot N100、PowerShot SX600HS和伊克萨斯IXUS 265HS，都支持NFC功能。 参考：http:/www.nfcchina.org/forum.php?mod=viewthread&tid=61945,本次的CES展会，NFC算是一个亮点，许多移动设备开始支持NFC功能，以相机、平板电脑、手机为主，而且更多的延伸到智能家居领域。 不过这些展示的产品都是利用NFC作为辅助功能，还没有看到有NFC支付的展示,