8.2.1 NFC概述

:-:  图8-1 NFC技术演化历程 通过图8-1所示的NFC技术演化历程可知，NFC融合了三条主要的技术发展路线[2]： 最左边一条为RFID技术路线，即无线射频识别技术。该技术路线发源于条形码（Barcodes），然后发展出了RFID，最终出现了NFC中的两个重要组件NFC Tag（标签）和NFC Reader。NFC Tag的作用和Barcodes类似，它是一种用于存储数据的被动式（Passive）RFID Tag，其最重要的特征就是NFC Tag自身不包含电源组件，所以它工作时必须依靠其他设备（比如NFC Reader）通过电磁感应的方式向其输送电能。和NFC Tag相对应的组件是NFC Reader，它首先通过电磁感应向NFC Tag输送电能使其工作，然后再根据相关的无线射频通信协议来存取NFC Tag上的数据。 最右边一条为磁条卡（Magnetic Strip Cards）技术路线，该路线最终演化出了NFC使用的Proximity Coupling Smart Card（有效距离在10cm之内，对应的规范为ISO/IEC 14443。注意，图8-1中的Close Coupling Smart Card的有效距离为1cm之内，对应的规范为ISO/IEC 10536。Vicinity Coupling Smart Card的有效距离为1m之内，对应的规范为ISO/IEC 15693）技术。粗看上去Smart Card和RFID Tag类似，例如二者都只存储一些数据，而且自身都没有电源组件，但Smart Card在安全性上的要求远比RFID Tag严格。另外，Smart Card上还能运行一些小的嵌入式系统（如Java Card OS）或者应用程序（Applets）以完成更为复杂的工作。 中间一条技术路线为移动终端，它演化出了携带NFC功能的终端设备。随着移动终端越来越智能，NFC和这些设备也融合得更加紧密，使得NFC的应用场景得到了较大的拓展。本书第六章在介绍Wi-Fi Simple Configuration时（第6章6.1“概述”一节）曾介绍过一个例子，即智能手机可通过NFC来和AP交换安全配置信息。一个与之类似的例子是NFC Connection Handover技术，它描述了两台智能终端如何通过NFC相关协议来选择合适的数据传输方式（例如是Bluetooth还是Wi-Fi。受限于传输速率以及有效距离，NFC本身不适合大数据量传输）。 了解NFC技术的演化历程之后，我们来看看NFC现在的样子。图8-2所示为NFC技术框架[3]： :-:  图8-2 NFC技术框架 由图8-2可知： 从用户角度（即图中的Applications层之上）来看，NFC有三种运行模式（operation mode），分别是 1. Reader/Write模式（简称R/W，和NFC Tag/NFC Reader相关） 2. Peer-to-Peer模式（简称P2P，它支持两个NFC设备交互） 3. NFC Card Emulation Mode（简称CE，它能把携带NFC功能的设备模拟成Smart Card，这样就能实现诸如手机支付、门禁卡之类的功能）。 Application之下的三个箭头描述了三种运行模式所使用的协议栈。这部分内容将留待下文再分析。 NFC使用的是无线射频技术。在RF层，与之相关的规范是ISO 18092（NFC Interface and Protocol I，简称NFCIP-1，该规范定义了NFC RF层的工作流程）和ISO 14443 Type A，Type B和Felica。 ISO 14443全称为非接触式IC卡标准，它从RF层面定义了如何与不同的非接触式IC卡（其实物可以是NFC Tag、RFID Tag、Smart Cards）交互。ISO 14443定义了Type A和Type B两种非接触式IC卡。 * Type A最早由Philips公司制订（其生产的芯片商标名为MIFARE，现在由从Philips独立出来的NXP公司拥有，目前世界上70%左右的非接触式IC卡都使用了MIFARE芯片，例如北京市的公交卡）， * Type B（主要用在法国市场）由其他公司制订，二者最终都成为ISO标准。 * Felica（也被称为Type F）由Sony开发，它最终没有成为ISO标准，而是成为日本工业标准JIS X6319-4，所以Felica主要用于日本市场。 Type A、B和F主要区别在于RF层的信号调制解调方法、传输速率及数据编码方式上。关于ISO 14443和Felica之间的区别，请读者阅读参考资料[4]。 RF层之上是Mode Switch，它用于确定对端NFC Device的类型并选择合适的RF层协议与之通信。 >[info]提示： 由于NFC是从多种技术综合发展而来，所以读者在学习NFC时将会碰到很多规范，如上文所提到的ISO 18092以及ISO 14443、Felica等。除了ISO等标准组织制订的规范外，NFC Forum也制订了一系列的标准和规范。由于篇幅问题，本章仅打算介绍NFC Forum定义的一些规范。对ISO相关规范感兴趣的读者可在本章基础之上再自行阅读它们。 图8-3所示为与NFC技术框架相对应的NFC Forum所定义的规范框架[3]。 :-:  图8-3 NFC Forum规范框架 由图8-3所示的NFC Forum规范框架可知： NFC Forum本身只定义了P2P模式和R/W模式相关的规范。规范的细节将留待下文再详细介绍。CE模式比较复杂，下文也会讨论和它相关的一些知识。 在RF层，NFC Forum定义了三个主要规范 * Analog Specifications（该规范描述了NFC设备RF层的电气特性） * Digital Protocal Specification（该规范在ISO 18092、ISO 14443及JIS X6319-4之上定义了NFC设备之间的数字通信协议，它使得基于不同底层协议例如Type A或Type F的NFC设备之间或者NFC设备与其他使用ISO 18092等规范的设备之间能够交互） * NFC Activities Specification（该规范为各运行模式对应的协议栈提供支持，例如P2P模式下两个NFC设备如何建立链接，R/W模式下NFC Device如何操作NFC Tag）。 图8-3最上层所示的Reference Applications表示NFC Forum在应用层面所定义的一些规范。目前有两个规范 * Connection Handover（两个NFC设备通过它来协商用蓝牙或Wi-Fi来开展后续的数据传输工作） * Personal Health Device Commnuication（该规范定义了如何利用NFC技术在个人健康设备之间交换数据信息）。 另外，除了图8-3所示的规范外，NFC还制订了一个名为NFC Controller Interface(简写为NCI)的规范，该规范制订了一套交互接口，使得主机设备（Device Host，以手机为例，NFC芯片被集成到某个手机中，那么手机就是Device Host）能够使用这套接口来和NFC芯片交互。 下面，我们将先讨论NFC三种运行模式，而NCI相关知识将留待本节最后再来介绍。 >[info] 提示：关于NFC Forum制订的各种规范及简要说明，请读者参考资料[5]。