Nfc частота – NFC Эксперт – 30.10.2019

Iso/iec 14443 – бесконтактные карты

Стандарт включает четыре раздела:

  • ISO/IEC 14443-1:2008 – физические характеристики. Этот раздел стандарта ISO/IEC 14443 определяет размер и физические характеристики карты. В нем также перечислены некоторые экстремальные условия окружающей среды, которые карта должна выдерживать без прерывающих использование карты дефектов. Эти тесты предназначены для выполнения на уровне карты и зависят от конструкции карты и конструкции антенны. Большинство требований не может быть напрямую переведено на уровень ИС или кристалла.
  • ISO/IEC 14443-2: 2022 – радиочастотная мощность и баланс сигнала. Этот раздел определяет РЧ-мощность и сигнальный интерфейс для двух схем передачи сигналов: типа A и типа B. Обе схемы являются полудуплексными со скоростью передачи данных 106 кбит/с в каждом направлении. Данные с карты передаются посредством модулированной нагрузки с поднесущей 848 кГц. Электропитание карты происходит от РЧ-поля. Батарея не требуется.
  • ISO/IEC 14443-3: 2022 – инициализация и механизм предотвращения конфликтов. В этом разделе описаны протоколы инициализации и предотвращения конфликтов для PICC типов A и B. Определены команды предотвращения конфликтов, отклики, пакеты данных и синхронизация. Схема инициализации и предотвращения конфликтов разработана таким образом, что позволяет создавать мультипротокольные считыватели, способные связываться с картами типов A и B. Находясь в РЧ-поле, карты обоих типов пассивно ожидают команды опроса (Polling). Мультипротокольный считыватель опрашивает один тип карт, завершает все транзакции с ответившими картами, а затем проводит опрос для другого типа карт.
  • ISO/IEC 14443-4:2022 – протокол передачи. Этот раздел определяет высокоуровневые протоколы передачи данных для PICC Типов A и B. Эти протоколы являются опциональными, поэтому PICC могут быть спроектированы как с их поддержкой, так и без нее. PICC сообщает PCD о возможности ответа на команду опроса, как определено в разделе 3 стандарта. Таким образом, PCD знает, поддерживает ли PICC протоколы высокого уровня, определенные в этом разделе стандарта ISO/IEC 14443.

Протоколы, определенные в разделе 4, также позволяют передавать блоки данных приложений, как определено в ISO/IEC 7816-4, и выбор приложения, как определено в ISO/IEC 7816-5. ISO/IEC 7816 является стандартом контактной смарт-карты на основе интегральной схемы.

Антенна

ISO/IEC 14443 определяет 6 классов антенн (показанных на рисунке 6), также упоминаемых в ISO/IEC 15693. Для каждого устройства NFC необходимо выбрать подходящую антенную конструкцию, чтобы обеспечить оптимальные параметры в заданной среде.

Большие антенны Класса 1 имеют форму и размеры смарт-карты. Они обеспечивают наилучшие показатели в отношении электромагнитного РЧ-поля. На другом конце стандартизованного ряда антенн находится Класс 6. Такая антенна является самой маленькой и обладает наилучшими возможностями для встраивания, с учетом потерь в качественных характеристиках.

«Форум NFC» предоставляет свои собственные конструкции PCD – Proximity coupling device (передатчики, называемые «опрашивателями» – poller) и PICC – Proximity coupling device  (называемые «слушателями» – listener), описанные в NFC Forum-TS-Analog-1.0 (папка 2.2.1, таблица 16).

При подключении к соответствующему генератору и усилителю мощности эталонного PCD от «Форума NFC» он позволяет посылать команды к PICC. Реакция PICC затем может быть зафиксирована и проанализирована посредством связанного измерительного оборудования.

Эталонный PCD от «Форума NFC» с тремя различными конструкциями антенных катушек основан на стандартном PCD класса 0 и двух компенсированных версиях антенных катушек PICC-3 и PICC-6, стандартизированных ISO/IEC. Эти катушки, называемые Poller-0, Poller-3 и Poller-6, представлены в соответствующем порядке слева-направо на рисунке 7.

Образцы конструкций PICC от «Форума NFC» определены с тремя проектными геометрическими формами антенной катушки. Геометрия катушек Listener-1, Listener-3 и Listener-6, как показано на рисунке 8 в порядке слева направо, основана на размерах внешней оболочки PICC-1, PICC-3 и PICC-6, утвержденных ISO/IEC.

Конструкции катушек на печатной плате не обязательно должны быть идентичными. Эталонный PICC «Форума NFC» позволяет анализировать сигнал, отправленный PCD. Для анализа частоты и формы этих сигналов эталонный PICC «Форума NFC» оснащен встроенной измерительной катушкой.

Он может отправлять информацию обратно к PCD, используя различные уровни модуляции нагрузкой, управляемые с помощью подходящего источника сигнала. Также он может быть настроен на использование ряда постоянных резистивных нагрузок. Эти значения резистивной нагрузки можно использовать для представления как типичных, так и наихудших вариантов для PCD.

Эталонные конструкции «Форума NFC» следует использовать при тестировании и проверке устройства NFC в качестве эталона или ориентира, таким образом помогая разработчикам оптимизировать конструкции антенн.

Глоссарий

В таблице 1 перечислены использованные в этом документе термины, касающиеся технологии NFC.

Таблица 1. Терминология для технологии NFC

ТерминОпределение
NFCКоммуникационная технология ближнего радиуса действия (Near-Field Communication)
«Форум NFC»Ассоциация производителей, обеспечивающих развитие технологии NFC
Устройство «Форума NFC»Устройство, соответствующее спецификациям «Форума NFC»
АктивностьПроцесс внутри устройства NFC с заранее определенными предварительными и конечными условиями. Активность начинается только тогда, когда выполняются предварительные условия. По завершении активности оказываются выполненными конечные условия
ИнициаторФункция NFC-устройства в режиме опроса, когда устройство обменивается данными, используя протокол NDEP
Целевое устройствоФункция устройства «Форума NFC» в ряде действий, когда устройство обменивается данными, используя протокол NDEP
Режим опросаПервоначальный режим устройства NFC, когда оно генерирует несущую частоту и опрашивает другие устройства
Опрашивающее устройство (poller)Устройство «Форума NFC» в режиме опроса, также используемое в качестве PCD, определенного в соответствии с ISO/IEC
Режим прослушиванияПервоначальный режим для устройства NFC, когда оно не генерирует несущую частоту. В этом режиме устройство «прослушивает» РЧ-поле другого устройства
Прослушивающее устройствоУстройство «Форума NFC» в режиме прослушивания, также используемое в качестве PICC, определенного в соответствии с ISO/IEC
PCD – Proximity coupling device (VCD – Vicinity Coupling Device)Вплотную (Proximity) или на удалении (Vicinity) взаимодействующее устройство, – ряд технологий, определенных в стандартах ISO/IEC для устройств считывания/записи с определенным набором команд
PICC – Proximity inductive coupling card (VICC – vicinity integrated circuit card)Карта с ИС, действующая при касании или на удалении (Proximity, Vicinity) – ряд технологий, определенных в стандартах ISO/IEC для карт, с определенным набором команд
КартаPICC в форме кредитной карты без собственного источника питания, не генерирующая электромагнитное РЧ-поле и способная взаимодействовать с устройством считывания/записи
МеткаPICC в форме наклейки, электронного брелока и других подобных устройств, без собственного источника питания, не генерирующая электромагнитное РЧ-поле и способная взаимодействовать с устройством считывания/записи
PeerОдно из двух взаимодействующих NFC-устройств в режиме равноправной коммуникации
Режим считывания/записиРежим, в котором NFC-устройство, находясь в состоянии опроса, выполняет ряд действий и ведет себя как PCD
Эмулятор картыРежим, в котором NFC-устройство, находясь в состоянии прослушивания, выполняет ряд действий и ведет себя как PICC
Равноправное соединение (Peer-to-peer, P2P)Определенный «Форумом NFC» коммуникационный режим, который используется для связи между двумя устройствами и обеспечивает наиболее быстрый обмен данными
Активное устройствоОдно из взаимодействующих устройств NFC, которое временно генерирует собственное электромагнитное РЧ-поле
Пассивное устройствоОдно из взаимодействующих устройств NFC, которое не генерирует собственное электромагнитное РЧ-поле
Активный режимОдин из двух режимов работы (по определению «Форума NFC»), в которых активное устройство взаимодействует с пассивным
Пассивный режимОдин из двух режимов работы (по определению «Форума NFC»), в которых активное устройство взаимодействует с пассивным.
RFРадиочастотное поле (радиочастота, РЧ)
RFID (Radio-Frequency Identification)Радиочастотная идентификация – стандартизированная технология, являющаяся основой для технологии NFC
NDEP (NFC Data Exchange Protocol)Протокол обмена данными NFC, определенный в ISO/IEC 18092 как полудуплексный протокол поблочной передачи данных
NFCIP (NFC Interface and Protocol)Интерфейс и протокол NFC
NDEF (NFC Data Exchange Format)Формат обмена данными NFC
DEP (Data Exchange Protocol)Протокол обмена данными
SNEP (Simple NDEF Exchange Protocol)Простой протокол обмена NDEF
HFВысокая частота
MCUМикроконтроллер, МК
ISO (International Standardization Organization)Международная организация по стандартизации
IEC (International Electro-technical Commission)Международная электротехническая комиссия
ASK (Amplitude Shift Keying)Амплитудная манипуляция, АМ
FSK (Frequency Shift Keying)Частотная манипуляция, ЧМ
PSK (Phase Shift Keying)Фазовая манипуляция, ФМ
OOK (On-Off Keying)Передача сигнала с амплитудной манипуляцией
VHBR (Very High Bit Rate)Сверхскоростная передача данных
ECMA (European Computer Manufacturers Association)Европейская ассоциация производителей компьютеров
URIУнифицированный идентификатор ресурса: URL для унифицированного адреса ресурса; URN для унифицированного названия ресурса
MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions)Многоцелевые расширения электронной почты, стандарт интернета, расширяющий формат электронной почты
FELICA®, net FeliCa®Система смарт-карт RFID от компании Sony

Контроль доступа nfc: управление и идентификация

Привлекательность NFC в том, что с использованием этой технологии создание СКУД становится быстрой процедурой, не требующей дополнительных трудовых ресурсов. Все, что нужно иметь:

  • Управляющий компьютер;
  • Считывающий терминал, предназначенный для чтения информации с идентификаторов, которым всегда может быть смартфон, планшет;
  • Идентификаторы. В их роли могут выступать, как привычные карты, так и персонализированные устройства NFC сотрудников.

Чтобы интегрировать NFC пропуск в телефон, достаточно установить на него специальное приложение и персонализировать. После чего сотрудник будет вправе беспрепятственно попадать на рабочее место. При необходимости эмуляция NFC метки может выполняться любое количество раз.

Темпы внедрения приемопередатчиков NFC в серийно выпускаемых устройствах нельзя назвать стремительными. Первый мобильный телефон, оснащенный NFC (Nokia 6131), был выпущен еще в 2006 году. Затем на рынке появилось еще несколько моделей, однако ни одна из них так и не стала популярной.

Новая волна интереса к технологии NFC нахлынула лишь в 2022-2022 годах, когда представители нескольких крупнейших игроков рынка смартфонов стали всё чаще упоминать в своих презентациях о перспективах данного решения. В прошлом году линейки многих производителей смартфонов пополнили модели, оборудованные приемопередатчиком NFC.

Sony Xperia S — одна из новых моделей смартфонов, оснащенных встроенным приемопередатчиком NFC

Наряду со смартфонами были выпущены и другие типы устройств, оборудованные встроенными приемопередатчиками NFC. Так, осенью прошлого года компания Harman представила портативную АС JBL PlayUp, которая была разработана при участии Nokia специально для линейки смартфонов Lumia. Беспроводное подключение мобильных устройств к JBL PlayUp обеспечивают встроенный адаптер Bluetooth 2.

1 EDR с поддержкой профилей A2DP 1.2 и AVRCP 1.4, а также трансивер NFC. Это, в частности, позволяет воспроизводить музыку с аппаратов серии Nokia Lumia через динамики JBL PlayUp, просто прислонив смартфон к корпусу АС. Съемная литий-ионная батарея емкостью 1430 мА·ч обеспечивает работу системы JBL PlayUp в автономном режиме.

В ходе выставки CP 2022 компания Panasonic продемонстрировала специальную модификацию компактного цифрового фотоаппарата Lumix DMC-TZ40, оборудованную модулем приемопередатчика NFC. Такое решение позволяет без использования кабелей передавать фотографии на смартфон или другое устройство для оперативной публикации в социальных сетях или загрузки в «облачное» хранилище.

Портативная АС JBL PlayUp способна воспроизводить звуковой поток, транслируемый со смартфонов Nokia Lumia по NFC-соединению

На выставке CES 2022 корпорация Sony показала домашний сетевой накопитель Personal Content Station на базе жесткого диска емкостью 1 Тбайт. Одной из особенностей этой модели является встроенный трансивер NFC, благодаря которому процедура копирования медиафайлов с мобильных устройств на встроенный жесткий диск упрощена до предела: чтобы запустить процесс, достаточно положить аппарат на верхнюю панель корпуса Personal Content Station.

В стандарте определены три возможных режима работы устройств NFC:

  • режим «точка-точка»;
  • режим эмуляции карты;
  • режим считывателя.

Режим «точка-точка» предусматривает двунаправленный обмен данными между устройствами. При этом каждое из устройств может при необходимости инициировать обмен.

В режиме эмуляции карты NFC-устройство функционирует как бесконтактная карта/метка.

Считыватель может считывать и записывать данные в NFC/RFID-устройства и бесконтактные карты, а также осуществлять запитку пассивных NCF-устройств.

Линейки m24sr и m24lr, параметры, корпуса, особенности

NFC-устройства совместимы со стандартом ISO/IEC 14443 (A и B), на основе которого уже в течение многих лет работают беспроводные смарт-карты. Наиболее популярными для реализации RFID NFC-сервисов являются стандарты ISO/IEC 15693, ISO/IEC 14443.

Стандарт ISO/IEC 15693 относится к Vicinity-идентификаторам и предназначен для экономичных низкоскоростных приложений. Для этого стандарта допустима скорость обмена данными 26 кбит/c при напряженности поля 0.15 A/м – это позволяет достичь расстояния срабатывания до 1 м.

Стандарт 15693 используют в RFID для логистики и управления доступом. Выбранные методы модуляции несущей частоты 13.56 МГц позволяют передавать данные между считывателем и идентификатором на расстоянии до 1.5 м. Скорость передачи данных может составлять 6 кбит/с или 26 кбит/с. При этом возможно использование одной или двух поднесущих частот.

Стандарт описывает несколько команд, необходимых для выполнения процедуры разрешения коллизий и обязательных для понимания всеми типами идентификаторов, и оставляет свободу для создания производителем своего набора команд. Кроме уникального идентификатора (UID), метка может иметь также собственный Application family identifier (AFI) и Data storage format identifier (DSFID).

Серия микросхем памяти M24LRxxх (рисунок 3) поддерживает стандарт ISO 15693 в качестве беспроводного интерфейса и интерфейс I2C для связи с внешним контроллером. Максимальная дальность связи по беспроводному интерфейсу – до 1.5 м, скорость передачи данных по интерфейсу I2C – до 400 кБит/с.

Широкий диапазон напряжений питания 1.8…5 В позволяет применять память данной серии в сочетании с различными управляющими контроллерами. Малые токи потребления позволяют питать EEPROM непосредственно от выходной линии микроконтроллера – ток потребления при записи – 0.

4 мА, при чтении – 0.2 мА. Специальный вывод памяти отображает состояние активности радиоканала для предотвращения одновременного доступа к памяти по двум различным интерфейсам. Встроенная опция сбора энергии (Energy Harvesting) позволяет питать внешние устройства при поступлении энергии на радиоинтерфейс. Исключение составляет память M24LR64-R, но STMicroelectronics не рекомендуют применять ее для новых разработок.

Память серий M24LRxx выпускается в корпусах поверхностного монтажа – SO8, TSSOP8 и миниатюрных UFDFPN. Основные параметры микросхем серии M24LRxxx представлены в таблице 1.

Таблица 1. Память серии M24LRxxх с двойным интерфейсом, поддерживающая стандарт ISO 15693

Протокол ISO 15693 позволяет работать с одним устройством среди нескольких, работать с несколькими устройствами одновременно или осуществлять широковещательную рассылку (работа одновременно со всеми RFID-метками в радиусе действия считывателя). Это позволяет устройству считывания (т.н. RF-хост) идентифицировать и обмениваться данными с несколькими EEPROM M24LRxxx, соединенными параллельно.

Каждая микросхема серии M24LRxxx имеет уникальный 64-битный номер, который, с одной стороны, позволяет уникально идентифицировать каждую микросхему памяти, с другой – может быть использован для генерации пароля.

В памяти доступно до 64 независимых секторов (1 сектор – 1 кбит) каждый из секторов может быть защищен от записи, чтения, от чтения и записи одним из трех 32-битных паролей.

Наличие трех паролей позволяет организовать многопользовательский доступ к данным EEPROM, разграничив доступ к данным различного уровня конфиденциальности.

Основные характеристики микросхем M24LRxxx:

  • диапазон напряжений питания: 1.8…5.5 В;
  • ток потребления (при питании со стороны I2C-интерфейса):
    • в режиме чтения: от 50 мкА (Vcc = 1,8; fscl = 100 кГц) до 400 мкА (Vcc = 5.5; fscl = 400 кГц);
    • в режиме записи: 220 мкА;
    • в режиме ожидания: 30…40 мкА;
  • режимы одиночного чтения и чтения последовательных блоков;
  • рабочие тактовые частоты I2C-интерфейса 25…400 кГц;
  • со стороны I2C-интерфейса доступ к данным осуществляется побайтно, со стороны радиоинтерфейса – блоками по 32 бита;
  • более миллиона циклов перезаписи;
  • время записи: по I2C – <5 мс, по радиоканалу – 5.75 мс;
  • время хранения данных: до 40 лет.

Для разрешения конфликтов одновременного доступа к памяти по I2C и по радиоканалу семейство M24LRxxx имеет встроенную схему арбитража.

В схему арбитража входят:

  • менеджер питания, отслеживающий наличие питания от внешнего источника или поля;
  • арбитр доступа, отслеживающий режим доступа к памяти со стороны радиоканала и шины I2C.

Основные правила арбитража следующие:

  • при отсутствии питания на линии VCC доступ к памяти возможен только по радиоканалу;
  • при наличии и поля считывателя, и проводного питания, выполняется первая из распознанных команд, пришедшая или по радиоканалу, или по шине I2C, и до завершения ее выполнения остальные команды игнорируются.

Память серии M24SR соответсвует другому стандарту – ISO/IEC 14443. Этот стандарт, описывающий частотный диапазон, метод модуляции и протокол обмена данными бесконтактных пассивных карт (RFID) ближнего радиуса действия (до 10 см) на магнитосвязанных индуктивностях.

На базе этого стандарта создана технология NFC для двустороннего обмена сообщениями и данными между устройствами.

Стандарт определяет использование свободного (нелицензируемого) диапазона частот 13,56 МГц с амплитудной модуляцией и девиацией 850 кГц. В России нормативным документом для использования этого частотного диапазона является Приложение 4 к решению ГКРЧ от 7 мая 2007 года N07-20-03-001.

Как правило, подобные приложения не требуют большого объема памяти, важнее скорость доступа к данным и высокий уровень их защиты от несанкционированного доступа. Этим требованиям соответствуют микросхемы EEPROM серии M24SRxxх.

В серии M24SRxxх представлены EEPROM объемом 2…64 кбит (таблица 2), максимальная дальность связи по беспроводному интерфейсу – до 10 см, скорость передачи данных по интерфейсу I2C – до 1 Мбит/с, напряжения питания – 2.7…5 В. Так же, как и в серии M24LRxxx, в M24SRxxx данные могут быть защищены паролями на чтение, запись, чтение и запись, однако для данной серии длина паролей составляет 128 бит. M24SRxxx поддерживает структуру данных NDEF [4].

Таблица 2. Память серии M24SRxxх с двойным интерфейсом, поддерживающая стандарт ISO 15693

Серии M24SRxxx и M24LRxxx повыводно совместимы друг с другом, совместимы также и параметры их антенн.

Вместе серии M24SRxxx и M24LRxxx охватывают широкий спектр NFC-сервисов и приложений. Серия M24LRxxx, благодаря большему возможному радиусу доступа, ориентирована на применения в системах мониторинга, промышленных линиях, автомобильных приложениях. Серия M24SRxxx, поддерживающая структуры данных NDEF, ориентирована на приложения с активным взаимодействием с пользовательскими устройствами, например, со смартфонами.

В свете систем учета потребления энергоресурсов, при помощи своего телефона пользователь может отслеживать по данным счетчика с EEPROM с двойным интерфейсом динамику потребления ресурса, вплоть до последующей передачи этих данных управляющей компании для тарификации.

Отладочные платы и наборы для m24sr/m24lr

Для начала работы с EEPROM с двойным интерфейсом компания STMicroelectronics предлагает широкий выбор отладочных средств и ознакомительных плат (таблица 3), позволяющих разработчику оценить расстояния, на которых возможно успешное считывание по радиоканалу, влияние типа и взаимного расположения антенн считывателя и памяти на обмен данными.

Таблица 3. Демонстрационные наборы и отладочные платы микросхем серий M24LRxx и M24SRxx

Отладочные наборы [4…7] позволяют:

  • работать с EEPROM и в режиме доступа по шине I2C, и в режиме доступа по радиоканалу;
  • исследовать работу механизмов разделения памяти на блоки, защиты отдельных блоков, работы механизмов парольной защиты.

Одним из наиболее простых, но функциональных отладочных наборов является набор M24LR-DISCOVERY (рисунок 4), включающий в себя две платы M24LR board с памятью и плату с приемопередатчиком CR95HF.

Плата M24LR board содержит микросхему памяти с двойным интерфейсом M24LR04E-RMN6T/2 (4 кбит, корпус SO8N), контроллер STM8L152C6T6 c 8 кбайт FLASH-памяти, датчик температуры STTS751-0WB3F, печатную антенну 20х40 мм, ЖК-индикатор. Имеет разъемы EEPROM (I2C) для программирования и отладки программ контроллера (SWIM).

M24LR board также может работать с телефонами и коммуникаторами на базе Android с поддержкой NFC. Соответствующее приложение NfcV-Reader доступно в репозитарии приложений Google Play и позволяет при помощи телефона просматривать данные, зафиксированные платой.

Плата приемопередатчика (RF transceiver board) включает в себя трансивер CR95HF-VMD5T на 13.56 МГц, контроллер STM32F103CB с FLASH-памятью на 128 кбайт, печатную антенну 47х34 мм. Интерфейс с хост-компьютером и питание платы осуществляется через USB.

Демонстрационный набор M24SR-DISCOVERY (рисунок 5) предназначен для оценки возможностей EEPROM серии M24SRxxx и устройств на базе микросхемы M24SR64 и включает в себя динамическую NFC/RFID-метку на основе M24SR64-Y с печатной антенной 31х30 мм, выполненной на двух сторонах платы. На плате расположены также:

Микроконтроллер STM32F103 управляет LCD посредством SPI-интерфейса и позволяет получить доступ к данным EEPROM через I2C-интерфейс.

M24SR-DISCOVERY [5] поставляется в двух версиях – Standard и Premium (M24SR-DISCO-PREM). Версия Premium содержит дополнительно Bluetooth-модуль с аудиовыходом и наушники для демонстрации процесса соединения Bluetooth-устройств посредством NFC.

Перспективы

Очевидно, что наблюдаемое в течение двух последних лет форсирование темпов внедрения NFC в мобильных устройствах является, образно говоря, «инициативой сверху» — то есть не сиюминутной реакцией на требования рынка, а комплексом тщательно спланированных и хорошо скоординированных действий большинства ведущих производителей. Естественно, возникает вопрос: почему это происходит именно сейчас?

Ответ на него найти нетрудно, изучив новости. В последнее время в сегментах смартфонов и планшетов всё более отчетливо видны признаки застоя. Нынешний этап развития этих устройств можно охарактеризовать как плавную эволюцию, не выходящую за рамки роста количественных показателей.

Как показывает опыт последних лет, наиболее эффективным стимулом, побуждающим пользователя купить очередное устройство взамен приобретенному всего несколько месяцев тому назад, является внедрение качественно новых функций. Именно поэтому сейчас производителям как воздух необходимы новые идеи, которые позволят расширить функциональность мобильных устройств (причем желательно в кратчайшие сроки и с минимальными затратами) и тем самым привлечь внимание покупателей, уже изрядно утомленных бесконечной гонкой мегагерц, дюймов и мегапикселов.

Внедрение NFC позволит расширить функциональные возможности смартфонов (то есть обеспечить столь необходимый индустрии качественный рост) и таким образом привлечь интерес к новым моделям. С точки зрения производителей вариант весьма подходящий — учитывая то, что оснащение мобильных устройств приемопередатчиком NFC не требует больших затрат и внесения кардинальных изменений в конструкцию, а следовательно, не приведет к заметному увеличению цены.

Насколько успешной будет попытка внедрения NFC «сверху», и станет ли данное решение по-настоящему массовым, зависит от многих факторов. Ведь для популяризации тех же бесконтактных мобильных платежей (на которые делают сегодня основную ставку производители, продвигающие NFC) необходимо не только продать некую «критическую массу» устройств, оснащенных данной функцией, но и развернуть соответствующую инфраструктуру.

Кроме того, пока нельзя судить о том, какие именно сферы применения NFC в мобильных устройствах окажутся действительно востребованными. Здесь можно провести аналогию с процессом эволюции функций, базирующихся на получении данных со встроенных GPS-приемников.

Однако широкое распространение устройств со встроенными GPS-приемниками (наряду с совершенствованием средств мобильного доступа в Интернет) стимулировало развитие технологий обработки данных с учетом местоположения пользователя (location-aware technology), которые, в свою очередь, стали основой для создания соответствующих сервисов (location-based services), приложений (location-aware applications) и систем так называемой дополненной (или расширенной) реальности (augmented reality) в мобильных устройствах.

Скорее всего, нечто подобное в будущем произойдет и с NFC. Пока что многочисленные рассуждения о сферах применения и перспективах этого интерфейса — это не более чем теоретические выкладки. Подтвердить или опровергнуть их сможет только опыт реальной эксплуатации и реакция пользователей.

КомпьютерПресс 03’2022

Сфера применения

Разумеется, пользователей в первую очередь интересуют новые возможности, которые появятся у владельцев мобильных устройств, оборудованных встроенным приемопередатчиком NFC.

Один из возможных вариантов — передача файлов и трансляция медиапотока с одного мобильного устройства на другое в режиме «точка — точка». Впрочем, в силу невысокой (по сравнению с тем же Bluetooth) скорости передачи данных и малого радиуса действия NFC является не самым удачным вариантом для выполнения подобных задач.

Для передачи текста, изображений и звуковых записей, а также трансляции сильно сжатого потокового звука возможностей NFC хватит. Но, к примеру, для передачи видеопотока полосы пропускания будет уже явно недостаточно. Таким образом, в режиме «точка — точка» NFC интересен разве что для передачи небольших по объему файлов, а его преимущество перед Bluetooth заключается в более простой и быстрой процедуре установления соединения.

Возможно, в будущем радиочастотные метки получат столь же широкое распространение, как и QR-коды

В режиме RFID-сканера встроенный приемопередатчик NFC позволяет считывать информацию с пассивных радиочастотных меток. В перспективе такими метками планируется снабжать рекламные объявления, афиши, схемы, указатели и т.д. Таким образом, пользователь сможет загрузить информацию о различных событиях (концерты, фестивали, спортивные соревнования и пр.

), акциях и распродажах в торговых центрах и прочем, а также получить ссылку на онлайновые ресурсы, просто приложив свой смартфон к участку изображения, отмеченному соответствующим маркером. Нетрудно заметить, что этот способ напоминает получение информации путем считывания двумерных QR-кодов, которые в последние годы получили широкое распространение.

Не исключено, что в будущем RFID-метки получат широкое распространение в розничной торговле. Радиочастотные метки, прикрепленные к коробкам и этикеткам товаров, позволят покупателям самостоятельно получать те или иные сведения. Например, поднеся смартфон к упаковке, можно будет вывести на экран информацию о составе и сроке годности продуктов или лекарств.

Главные достоинства технологии бесконтактных мобильных платежей — максимальная простота и экономия времени

Но, пожалуй, наиболее перспективной сферой применения мобильных устройств со встроенными приемопередатчиками NFC являются бесконтактные платежные системы. Идея заключается в том, что оснащенный NFC мобильный телефон в режиме эмуляции смарт-карты может выполнять функции банковской карты. Для оплаты товара или услуги достаточно поднести аппарат к кассовому терминалу, оборудованному NFC.

По мнению специалистов, внедрение мобильных платежных систем на базе технологии NFC позволит сделать гораздо более удобными расчеты при совершении небольших платежей. Во-первых, пользователю не нужно будет искать в кармане мелочь, а во-вторых, для считывания зашифрованного идентификационного кода потребуется значительно меньше времени, чем для совершения наличного расчета.

Первый масштабный проект по развертыванию системы бесконтактных платежей на базе технологии NFC был реализован в середине минувшего десятилетия в Японии силами ведущего национального оператора мобильной связи NTT DoCoMo. Вслед за ним к процессу внедрения перспективной технологии подключились крупнейшие мировые платежные системы.

Сервис Google Wallet позволяет реализовать функцию бесконтактной оплаты в устройствах на базе ОС Android

Нельзя сказать, что освоение новых технологий шло гладко. Специалистам различных профилей пришлось решать множество проблем, в том числе касающихся совместимости оборудования различных производителей. Например, единый протокол для обмена данными между чипом NFC и SIM-картой мобильного телефона был стандартизован лишь в 2009 году.

Несколько лет назад первые попытки внедрения бесконтактных мобильных платежей были предприняты и в нашей стране. Например, в феврале 2008 года в Москве был запущен пилотный проект по развертыванию системы оплаты проезда на наземном общественном транспорте посредством встроенного в мобильный телефон бесконтактного NFC-чипа.

К сожалению, точечное внедрение подобных решений не способствует популяризации новой технологии. Однако не исключено, что ситуация начнет меняться уже в нынешнем году. Сейчас в России идет активное развитие инфраструктуры бесконтактной платежной системы MasterCard PayPass.

В мае 2022 года компания МТС запустила первый в России комплексный проект по созданию системы бесконтактной оплаты товаров и услуг на базе MasterCard PayPass (для осуществления расчетов необходимо оформить банковскую карту «МТС Деньги», с которой будут списываться средства).

Что касается перспектив развития инфраструктуры мобильных платежей на базе технологии NFC в глобальном масштабе, то нельзя не отметить возрастающую активность компании Google. В 2022 году она поглотила небольшую канадскую компанию Zetawire, специализирующуюся на разработках технологий в области мобильных платежей.

В будущем смартфон с NFC-чипом может заменить ключи

Учитывая, что по итогам 2022 года ОС Android заняла три четверти рынка операционных систем для смартфонов, развитие сервиса Google Wallet вкупе с появлением большого количества новых моделей, оснащенных встроенным приемопередатчиком NFC, позволит значительно ускорить темпы внедрения технологии бесконтактных мобильных платежей и привлечь к ней внимание многих пользователей.

Сейчас высказываются самые разные точки зрения относительно будущего технологии бесконтактных платежей на базе NFC. По мнению главы европейского отделения VISA Питера Айлифа (Peter Ayliffe), именно в нынешнем году данное решение станет по-настоящему массовым.

На протяжении шести лет в европейских странах велась работа по развертыванию соответствующей инфраструктуры, а кроме того, в 2022-м ожидается значительное увеличение количества эмитентов банковских карт, предоставляющих возможность подключения к системе бесконтактных платежей.

Впрочем, далеко не все считают «блицкриг» бесконтактных платежных систем на базе NFC реальным. Например, сотрудники аналитического агентства Forrester Research дали довольно сдержанный прогноз, заявив, что данная технология сможет стать массовой лишь через 3-5 лет.

Есть и те, кто предрекает скорый закат бесконтактных платежных систем на базе NFC. Так, президент электронной платежной системы PayPal Дэвид Маркус (David Marcus) считает, что попытка вывести данную технологию на массовый рынок обречена на провал. По его мнению, для покупателя нет принципиальной разницы между оплатой покупок посредством пластиковой карты или же мобильного телефона с NFC, а значит нет и реального стимула переходить на новую технологию.

Впрочем, бесконтактные платежи — лишь один из вариантов применения мобильных устройств, оснащенных приемопередатчиками NFC. Есть и другие, не менее интересные возможности. Например, режим эмуляции смарт-карты в перспективе позволит превратить смартфон в универсальный электронный ключ.

С его помощью можно будет открыть дверь в подъезд и в квартиру, пройти через электронную систему контроля доступа в офис и даже завести автомобиль. Не исключено, что когда-нибудь подобные мобильные устройства смогут выполнять функции универсального электронного удостоверения личности.

Масштабная демонстрация различных вариантов использования мобильных устройств с приемопередатчиками NFC была организована в рамках форума GSMA Mobile World Congress (MWC 2022), который прошел в конце февраля в Барселоне. Участники и посетители MWC 2022, имеющие при себе смартфоны с NFC, получили уникальную возможность на собственном опыте оценить достоинства и недостатки данной технологии.

К открытию MWC 2022 в ресторанах, барах, кафе и магазинах Барселоны было установлено более 20 тыс. терминалов, обеспечивающих прием бесконтактных мобильных платежей. В залах аэропорта Барселоны и павильонах выставочного центра Fira Gran Via были установлены информационные плакаты, снабженные радиочастотными метками.

Специальное приложение NFC Badge, доступное для устройств на базе ОС Android 4.х, Windows Phone 8 и BlackBerry 7.1, позволяло посетителям превратить свой смартфон в электронный пропуск для входа на территорию выставочного центра Fira Gran Via в дни проведения MWC 2022.

Считыватели nfc

Считыватель NFC может устанавливать и поддерживать коммуникации с меткой или контроллером во всех режимах NFC.

Продукция STMicroelectronics ориентирована для всех основных рыночных сегментов использования NFC:

  • физический доступ – поддержка всех типов меток и карт NFC с 1 по 5 и всех протоколов;
  • общественный транспорт – обработка ISO 14443A, открытые системы;
  • автомобильные системы, включая контроль доступа, запуск двигателя, возможности сопряжения;
  • потребительские устройства, соединяемые для коммуникаций с телефонами через Wi-Fi или Bluetooth;
  • промышленные устройства, инициирующие коммуникации P2P с мобильным телефоном, метки объектов и отслеживание;
  • игровая индустрия;
  • торговля – мост к Pure EMV (Europay Mastercard Visa), оплата, включая купоны P2P.

Режим равноправной связи (P2P) – это активный режим работы двух устройств NFC. Оба устройства также поддерживают модуляцию нагрузкой, которая требуется для начальной фазы настройки равноправной связи. Устройство, которое первым успешно выполняет процесс опроса, становится инициатором и сохраняет эту роль до конца транзакции P2P. Другое устройство выполняет роль целевого объекта.

Сразу после создания канала коммуникации равноправные устройства максимизируют использование прямой модуляции, поочередно генерируют РЧ-поле и передают данные, затем отключают РЧ-поле и принимают данные от другого равноправного устройства. Этот процесс напоминает живое человеческое обсуждение, поскольку обязательно происходит в одном сеансе.

Использование прямой модуляции поля обеспечивает повышенную скорость и эффективность коммуникации. Интерфейсная ИС с режимом коммуникации P2P должна поддерживать, помимо функциональных возможностей ИС динамической метки, генерацию собственного РЧ-поля, и предоставлять такие физические ресурсы как буфер ОЗУ.

Устройства (например, смартфоны), которые должны поддерживать режим P2P, используют этот вид интерфейсной ИС NFC, отвечающей требованиям для интерфейсных ИС динамических и статических меток.

На рисунке 23 показана типичная блок-схема ИС интерфейса P2P NFC. Выпускаемая STMicroelectronics микросхема ST95HF отвечает всем требованиям, предъявляемым к P2P-интерфейсу NFC. Опционально для пробуждения микроконтроллера доступен сигнал GPO/прерывания, чтобы оптимизировать энергопотребление системы.

ST25R39xx – это считыватели NFC, совместимые со стандартом EMV. Они отличаются высокой производительностью и повышенной выходной мощностью. Для ускоренной передачи данных применяется технология Very High Bit Rate (VHBR). Скорость передачи данных – до 6,8 Мбит/с.

Как показано на рисунке 24, они используют емкостное/индуктивное пробуждение, приводящее к очень малому току в ждущем режиме и низкому энергопотреблению, автонастройку антенны для очень чувствительного и точного обнаружения метки и коммуникацию P2P в режиме активного целевого объекта.

Типы меток

«Форумом NFC» изначально определены четыре типа меток NFC. Дополнительный, пятый тип относится к технологии NFC-V и сейчас также включен в спецификации Форума.

В таблице 3 представлен обзор типов NFC-меток. Скорость передачи данных выше 100 кбит/с, отображаемая в таблице 2, а также используемая в этом документе, округляется до ближайшего целого числа кбит/с.

Таблица 3. Типы NFC-меток

ОсобенностиТип 1Тип 2Тип 3Тип 4Тип 5
СтандартISO/
IEC 14443A
ISO/
IEC 14443A
ISO/
IEC 18092,
JIS X 6319-4, FELICA
ISO/IEC 14443A
ISO/IEC 14443A
ISO/
IEC 15693
Память, кбайт0,96…248…223264
Скорость передачи данных, кбит/с106106212; 424106; 212; 42426,48
ВозможностиЧтение; чтение/запись; только чтениеЧтение; чтение/запись; только чтениеЧтение; чтение/запись; только чтениеЧтение; чтение/запись; только чтение; заводская конфигурацияЧтение; чтение/запись; только чтение
Предотвращение конфликтовНетДаДаДаДа
ПримечанияПростота, невысокая эффективностьВысокая цена, комплекс приложенийУдаленная зона (vicinity)

Метки типа 1 соответствуют требованиям ISO/IEC 14443A. Они способны работать в режиме чтения/записи и могут настраиваться пользователем для режима «только чтение». Размер памяти варьируется от 93 байт до 2 кбайт, а скорость коммуникации или передачи данных составляет 106 кбит/с. Метки типа 1 не поддерживают механизм предотвращения конфликтов.

Метки типа 2 соответствуют требованиям ISO/IEC 14443A. Они способны работать в режиме чтения/записи и могут настраиваться пользователем для режима «только чтение». Размер памяти варьируется от 48 байт до 2 кбайт, а скорость коммуникации или передачи данных составляет 106 кбит/с. Метки типа 2 поддерживают механизм предотвращения конфликтов.

Метки типа 3 соответствуют стандартам ISO/IEC 18092 и JIS X 6319-4 за исключением поддержки шифрования и аутентификации. Даже если имеется возможность чтения/записи, метка типа 3 может быть настроена на режим «только чтение». В процессе эксплуатации метки типа 3 может использоваться специальное сервисное оборудование для повторной записи данных.

Метки типа 4 соответствуют стандарту ISO/IEC 14443 версий A/B. Режим работы метки типа 4 «только для чтения» устанавливается на заводе-изготовителе, и для обновления данных метки требуется специальное сервисное оборудование. Размер памяти метки типа 4 — до 32 кбайт, а скорость передачи данных составляет 106 кбит/с, 212 кбит/с и 424 кбит/с. Метки типа 4 поддерживают механизм предотвращения конфликтов.

Метки типа 5 (NFC-V) недавно были добавлены в спецификацию «Форума NFC». Такая метка основана на стандарте ISO/IEC 15693, содержит более 64 кбайт памяти, поддерживает скорость передачи данных 26,48 кбит/с и механизм предотвращения конфликтов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *