艾格瑪 NFC的概念 北京明圖科技有限公司
點(diǎn)擊量： 發(fā)表日期：2016-03-14 10:50
1 NFC的概念
在射頻識(shí)別(RFID)及互聯(lián)互通技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，為滿足電子設(shè)備間近距離的通信需求，飛利浦、諾基亞、索尼等著名廠商聯(lián)合推出了的一項(xiàng)新的無(wú)線通信技術(shù)
——NFC，即近場(chǎng)通信。NFC是一種近距離無(wú)線連接技術(shù)，能夠在多個(gè)電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而安全的雙向交互，當(dāng)兩臺(tái)NFC兼容的設(shè)備彼此距離為十幾厘米遠(yuǎn)時(shí)，它們之間就可進(jìn)行通信。
NFC的最初設(shè)想是將RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的合并，隨著這兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和用戶對(duì)此技術(shù)能力需求的增加，目前已經(jīng)演變成一種具有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的近距離無(wú)線通信技術(shù)。NFC短距離交互的特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了整個(gè)認(rèn)證識(shí)別過(guò)程，使電子設(shè)備間的互相訪問(wèn)更直接、更安全、更高效。
通過(guò)NFC，電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、PDA等多個(gè)設(shè)備之間可以很方便地進(jìn)行無(wú)線連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和服務(wù)。具有NFC功能的手機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)小額電子支付和讀取其它NFC設(shè)備或標(biāo)簽的信息。用戶用具有NFC功能的手機(jī)接觸帶有NFC標(biāo)簽的海報(bào)或信息欄，可以自動(dòng)鏈接到一個(gè)互動(dòng)的互聯(lián)網(wǎng)界面，并打開(kāi)音頻文件，或自動(dòng)將各種內(nèi)容下載到手機(jī)。另外，將NFC手機(jī)作為銀行卡或門(mén)禁卡使用時(shí)，用戶不用擔(dān)心安全性，因?yàn)橛脩艨梢栽贜FC手機(jī)上為銀行卡或門(mén)禁卡設(shè)置密碼保護(hù)，而不像現(xiàn)在的普通門(mén)卡或鑰匙誰(shuí)都可以用。
2 NFC的工作原理
2.1 NFC的工作模式
NFC 通信的雙方通常被稱為發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備，任何NFC設(shè)備都可以作為發(fā)起設(shè)備或目標(biāo)設(shè)備，兩者之間是以交流磁場(chǎng)方式相互耦合, 并以ASK方式或FSK方式進(jìn)行載波調(diào)制，傳輸數(shù)字信號(hào)。發(fā)起設(shè)備產(chǎn)生無(wú)線射頻磁場(chǎng)來(lái)初始化通信，目標(biāo)設(shè)備則響應(yīng)發(fā)起設(shè)備所發(fā)出的命令，并選擇用負(fù)載調(diào)制或自行產(chǎn)生的無(wú)線射頻磁場(chǎng)進(jìn)行通信。
當(dāng)目標(biāo)設(shè)備響應(yīng)發(fā)起設(shè)備時(shí)，用自己產(chǎn)生的RF磁場(chǎng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，這種工作模式叫主動(dòng)工作模式。當(dāng)目標(biāo)設(shè)備用負(fù)載調(diào)制技術(shù)獲得能量來(lái)響應(yīng)發(fā)起設(shè)備時(shí)，這種工作模式叫被動(dòng)工作模式。
在主動(dòng)模式下，需要兩臺(tái)設(shè)備支持全雙工數(shù)據(jù)交換，發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都必須產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng)，并按照相同的傳輸速率通信，如圖1所示。在被動(dòng)模式下，由
NFC發(fā)起設(shè)備在整個(gè)通信過(guò)程中提供RF磁場(chǎng)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到NFC目標(biāo)設(shè)備，目標(biāo)設(shè)備不必產(chǎn)生射頻場(chǎng)，而使用負(fù)載調(diào)制技術(shù)以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回NFC發(fā)起設(shè)備。
在實(shí)際應(yīng)用中，NFC手機(jī)主要工作在被動(dòng)模式，如當(dāng)NFC手機(jī)作為卡模擬應(yīng)用時(shí)，就工作于被動(dòng)通信模式，通過(guò)負(fù)載調(diào)制技術(shù)獲得數(shù)據(jù)回傳的能力，可以大幅降低設(shè)備功耗并延長(zhǎng)電池續(xù)航能力。
在一個(gè)應(yīng)用會(huì)話過(guò)程中，NFC設(shè)備可以在發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間切換自己的角色。利用這項(xiàng)功能，電池電量較低的設(shè)備可以要求在被動(dòng)通信模式下充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備，利用負(fù)載調(diào)制發(fā)起設(shè)備產(chǎn)生的RF磁場(chǎng)來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而節(jié)省能量。
2.2 NFC手機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案
目前業(yè)界實(shí)現(xiàn)NFC手機(jī)的方案大致有三種。
1) 雙界面智能卡方案(或稱SIMPASS方案)。這種方案是用同時(shí)具備普通SIM卡功能和非接觸式應(yīng)用功能的非接觸式智能卡代替普通SIM卡;同時(shí)將NFC 天線貼在SIM卡上或放在手機(jī)電池與后蓋之間，天線連接在SIM卡的C4、C8腳上，從而與SIM卡通信。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，不用換手機(jī)，通過(guò)更換SIM卡就可以
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使用NFC手機(jī)，但是只作為非接觸式智能卡使用，不具有非接觸式智能卡閱讀器和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能。
2) NFC方案。與雙界面卡不同的是，NFC方案是將NFC控制芯片集成在手機(jī)主板上，同時(shí)為了安全性，增加了安全控制芯片，將NFC天線放在手機(jī)電池與后蓋之間。該方案未解決掉電和與SIM卡關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。該方案可以實(shí)現(xiàn)非接觸式智能卡、非接觸式智能卡閱讀器和NFC設(shè)備之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊功能。
3) eNFC方案。是增強(qiáng)型NFC方案。其特點(diǎn)是與應(yīng)用相關(guān)部分完全被放置在SIM卡中，NFC芯片集成在手機(jī)主板上。并通過(guò)UART接口與手機(jī)處理器通信，通過(guò)SWP(Single Wire Protocol)協(xié)議與SIM卡中的應(yīng)用部分通信。通過(guò)將SIM卡的C1管腳與Microread相連，eNFC方案還可以支持手機(jī)掉電模式，在這種模式下，射頻前端芯片和SIM卡通過(guò)射頻天線獲取能量，保證在手機(jī)沒(méi)電的情況下也同樣能夠進(jìn)行卡模擬。
3 NFC手機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景及測(cè)試方法
NFC手機(jī)的測(cè)試內(nèi)容，主要涉及到射頻性能指標(biāo)測(cè)試、協(xié)議測(cè)試、軟件功能測(cè)試、兼容性測(cè)試等。由于對(duì)NFC的射頻性能測(cè)試和協(xié)議測(cè)試都有國(guó)際測(cè)試規(guī)范指導(dǎo)，所以本文主要圍繞NFC手機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景，介紹對(duì)應(yīng)的軟件功能測(cè)試方法。
3.1 NFC手機(jī)作為被讀設(shè)備模擬非接觸式智能卡時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景及測(cè)試方法
3.1.1 應(yīng)用場(chǎng)景
在這種應(yīng)用模式中，NFC手機(jī)模擬成一張底層兼容ISO 14443A、ISO 14443B或ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式智能卡。
當(dāng)NFC手機(jī)進(jìn)入非接觸式智能卡閱讀器的工作范圍時(shí)，閱讀器可以讀取NFC手機(jī)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)，然后通過(guò)PLMN或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)送至應(yīng)用處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，同時(shí)應(yīng)用處理系統(tǒng)也可以通過(guò)閱讀器向NFC手機(jī)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，用以更新應(yīng)用數(shù)據(jù)。
3.1.2 測(cè)試方法
當(dāng)NFC手機(jī)作為被讀設(shè)備模擬非接觸式智能卡時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)電子錢(qián)包如銀行卡、加油卡、停車卡、交通卡，或電子票據(jù)如影劇票、飛機(jī)票、火車票、優(yōu)惠券，或ID卡如門(mén)禁卡、會(huì)員卡、積分卡等。
測(cè)試要點(diǎn)
在NFC手機(jī)上下載多個(gè)采用不同標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的非接觸式智能卡應(yīng)用，如信用卡、火車票、門(mén)禁卡等，并在手機(jī)電池處于電量充足、低電和掉電三種情況下開(kāi)展測(cè)試。下面給出一個(gè)基本功能的測(cè)試用例。
1) 預(yù)置條件。
①準(zhǔn)備能閱讀ISO14443Type-A、B以及Felica標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式
將支持NFC功能的USIM卡插入被測(cè)NFC手機(jī)，并正常待機(jī)。
2) 測(cè)試步驟。
①將被測(cè)手機(jī)設(shè)置為模擬卡模式，并選擇某一應(yīng)用，如銀行卡。
②在非接觸式智能卡閱讀器上設(shè)置交易金額。
③將被測(cè)NFC手機(jī)靠近閱讀器(小于設(shè)計(jì)的工作距離10cm)。
3) 預(yù)期結(jié)果。
①閱讀器上顯示讀到的交易信息。
②被測(cè)NFC手機(jī)上顯示密碼輸入界面。輸入密碼，能正確完成交易。
我們還可以用閱讀器讀寫(xiě)NFC手機(jī)在模擬非接觸式智能卡狀態(tài)下的內(nèi)存結(jié)構(gòu)值來(lái)幫助問(wèn)題的分析。下面講如何用閱讀器讀NFC手機(jī)模擬卡時(shí)的內(nèi)存結(jié)構(gòu)值。
1) 預(yù)置條件。
①準(zhǔn)備可讀寫(xiě)符合ISO-14443 TYPE A等協(xié)議非接觸式智能卡的閱讀器。
②在PC機(jī)上安裝閱讀器的驅(qū)動(dòng)程序和射頻卡演示程序，并啟動(dòng)程序。
2) 測(cè)試步驟。
①將閱讀器和PC機(jī)通過(guò)串口線建立連接，在設(shè)備管理中設(shè)置正確的串口和波特率。
②設(shè)置卡型，如將NFC手機(jī)設(shè)置為Mifare one卡。
③卡型操作，選擇需要測(cè)試的項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，如圖4所示。需要注意的是裝載密碼、核對(duì)密碼以及讀卡時(shí)的絕對(duì)地址一定要匹配，且在讀卡操作前一定要進(jìn)行裝載密碼和核對(duì)密碼操作。
④對(duì)于“校驗(yàn)密碼”測(cè)試，可以選擇校驗(yàn)密碼類型及要校驗(yàn)的扇區(qū)，選擇好后進(jìn)行校驗(yàn)，會(huì)顯示校驗(yàn)結(jié)果。
⑤選擇“讀寫(xiě)操作”測(cè)試，可對(duì)NFC手機(jī)在模擬非接觸式智能卡時(shí)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)值進(jìn)行讀寫(xiě)。讀取結(jié)果見(jiàn)圖5。
3.2 NFC手機(jī)作為讀取設(shè)備模擬非接觸式智能卡閱讀器時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景及測(cè)試方法
3.2.1 應(yīng)用場(chǎng)景
NFC手機(jī)作為閱讀器時(shí)可以識(shí)別物品上的標(biāo)簽，獲取標(biāo)簽上的應(yīng)用，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)送至應(yīng)用處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。
標(biāo)簽的數(shù)據(jù)格式要求符合數(shù)據(jù)交換格式協(xié)議NDEF[1]，最基本的標(biāo)簽是文本、URI、圖片、音頻格式等文件，復(fù)雜的標(biāo)簽還可以支持一些運(yùn)算、加密來(lái)控制對(duì)標(biāo)簽里數(shù)據(jù)段的讀寫(xiě)，甚至一些標(biāo)簽上還有簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，允許一些復(fù)雜的交互及執(zhí)行一些代碼。
NFC 手機(jī)作為非接觸式智能卡閱讀器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字內(nèi)容傳輸、下載智能廣告牌信息、公交站點(diǎn)信息及追蹤溯源、防偽等應(yīng)用。如NFC手機(jī)用戶看到一則海報(bào)信息：劉德華將要在鳥(niǎo)巢舉行一場(chǎng)演唱會(huì)，海報(bào)上還刊登了演唱會(huì)邀請(qǐng)的嘉賓，以及演唱會(huì)節(jié)目安排的詳細(xì)信息，持有NFC手機(jī)的用戶不必一直站在海報(bào)前駐足觀看，他完全可以用NFC手機(jī)的閱讀器功能讀取海報(bào)鏈接并下載到
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手機(jī)中，找一個(gè)舒服的地方慢慢看。
在NFC手機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景中，有時(shí)扮演非接觸式智能卡、有時(shí)扮演非接觸式智能卡閱讀器，從而實(shí)現(xiàn)一次完整的應(yīng)用。以欣賞一次電影為例，NFC用戶看到一則有電影的智能海報(bào)，用戶將NFC手機(jī)接觸智能海報(bào)讀取所需電影的鏈接，即可在手機(jī)上欣賞該片的精彩片花，這時(shí)，NFC手機(jī)扮演的是非接觸式智能卡閱讀器。如果用戶決定購(gòu)買(mǎi)電影票時(shí)，可以發(fā)起預(yù)定票請(qǐng)求，后臺(tái)應(yīng)用處理系統(tǒng)會(huì)將預(yù)定的電子票通過(guò)空中服務(wù)平臺(tái)下載到用戶的NFC手機(jī)上。當(dāng)用戶在影院入場(chǎng)時(shí)，在檢票機(jī)上刷存有預(yù)定電子票的NFC手機(jī)，檢票機(jī)驗(yàn)票通過(guò)后，用戶即可入場(chǎng)，此時(shí)，存有電子票的NFC手機(jī)工作在非接觸式智能卡模擬模式。
3.2.2 測(cè)試方法
需要收集各種標(biāo)準(zhǔn)和格式的標(biāo)簽，用被測(cè)NFC手機(jī)作為閱讀器讀取各種標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，然后觀察交互界面和交易值是否正確。測(cè)試要點(diǎn)。1)要遍歷所支持?jǐn)?shù)據(jù)類型的各種標(biāo)簽。2)要能準(zhǔn)確讀取和顯示所讀標(biāo)簽信息。3)能夠?qū)⒆x得的信息在NFC手機(jī)上顯示。4)順利地與應(yīng)用系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果中關(guān)注準(zhǔn)確性、反應(yīng)速度、工作距離及與瀏覽器等模塊的交互。
3.3 NFC手機(jī)工作于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景及測(cè)試方法
3.3.1 應(yīng)用場(chǎng)景
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信模式，指
NFC手機(jī)與NFC手機(jī)或是具備NFC功能的筆記本、PDA 、數(shù)碼相機(jī)等通過(guò)NFC技術(shù)進(jìn)行通信。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式應(yīng)用的通信原理和作為非接觸式智能卡或閱讀器不同，它工作在主動(dòng)通信模式，在進(jìn)行通信之前，作為發(fā)起設(shè)備的NFC手機(jī)要產(chǎn)生自己的RF能量后才能傳輸數(shù)據(jù)，目標(biāo)設(shè)備也要產(chǎn)生自己的RF來(lái)響應(yīng)數(shù)據(jù)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)圖如圖7所示。目前點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式的應(yīng)用主要有：協(xié)助快速建立藍(lán)牙連接、交換名片、傳輸U(kuò)RL、文本消息、游戲、音樂(lè)、圖像等NFC手機(jī)之間本地的數(shù)據(jù)交換，后續(xù)也可以擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
3.3.2 測(cè)試方法
需要針對(duì)NFC當(dāng)前的不同應(yīng)用，逐一設(shè)計(jì)測(cè)試用例并進(jìn)行測(cè)試。下面是協(xié)助建立藍(lán)牙鏈接的用例。
1) 預(yù)置條件。
①準(zhǔn)備兩部支持NFC的終端。
②打開(kāi)NFC功能，并將NFC手機(jī)正常待機(jī)。
③至少在一個(gè)NFC手機(jī)存有存取藍(lán)牙配對(duì)信息的Tag。
④將有藍(lán)牙配對(duì)信息Tag的NFC手機(jī)作為被測(cè)終端，另一個(gè)NFC手機(jī)作為輔助測(cè)試終端。
2) 測(cè)試步驟。
①進(jìn)入藍(lán)牙設(shè)置菜單，開(kāi)啟藍(lán)牙功能。
②在藍(lán)牙設(shè)置界面選擇開(kāi)始NFC配對(duì)。
③在120S內(nèi)，用輔助機(jī)靠近測(cè)試機(jī)。
④獲取到藍(lán)牙配對(duì)信息。
3) 預(yù)期結(jié)果。
①藍(lán)牙功能開(kāi)啟成功。
②選擇成功。
③建立NFC P2P連接成功，獲取藍(lán)牙配對(duì)信息：PIN碼和藍(lán)牙地址。④斷開(kāi)NFC的P2P連接，并建立到目標(biāo)設(shè)備的藍(lán)牙配對(duì)。
3.4 其他測(cè)試內(nèi)容
對(duì)NFC手機(jī)的測(cè)試，除了要針對(duì)NFC手機(jī)在各種應(yīng)用模式和應(yīng)用場(chǎng)景下進(jìn)行功能測(cè)試外，還要進(jìn)行兼容性測(cè)試、并發(fā)測(cè)試、性能測(cè)試和協(xié)議測(cè)試等，下文簡(jiǎn)述相關(guān)的測(cè)試要點(diǎn)。
1) 兼容性測(cè)試。
當(dāng)NFC手機(jī)作為非接觸式智能卡時(shí)，將NFC手機(jī)設(shè)置為不同標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用業(yè)務(wù)的卡，與具有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)NFC手機(jī)作為閱讀器時(shí)，收集所支持所有類型的標(biāo)簽，用被測(cè)NFC手機(jī)去閱讀，并檢查通信結(jié)果。當(dāng)NFC手機(jī)工作于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式時(shí)，將NFC手機(jī)與不同廠家的各種NFC終端交換業(yè)務(wù)。
2) 并發(fā)測(cè)試。
并發(fā)測(cè)試考慮的是NFC手機(jī)正在某種業(yè)務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，如刷卡、多媒體業(yè)務(wù)互傳等時(shí)出現(xiàn)來(lái)電、短信、彩信、鬧鐘及低電等情況時(shí)，不會(huì)影響NFC手機(jī)正在進(jìn)行的通信業(yè)務(wù)。
3) 業(yè)務(wù)性能測(cè)試
。針對(duì)NFC手機(jī)在不同應(yīng)用模式下的業(yè)務(wù)性能進(jìn)行測(cè)試，如：① NFC業(yè)務(wù)交互時(shí)長(zhǎng)的測(cè)試。驗(yàn)證被測(cè)NFC手機(jī)在卡模擬狀態(tài)時(shí)，刷卡時(shí)間是否符合要求;驗(yàn)證NFC手機(jī)作為閱讀器時(shí)，閱讀一張海報(bào)的時(shí)間是多少;兩個(gè)
NFC手機(jī)之間傳輸一張照片的時(shí)間是多少。② NFC手機(jī)的工作距離測(cè)試。驗(yàn)證被測(cè)NFC手機(jī)在卡模擬狀態(tài)時(shí)，刷卡的最大距離是否符合要求;驗(yàn)證NFC手機(jī)作為閱讀器時(shí)的最大工作距離是否滿足用戶需求。③ NFC業(yè)務(wù)鏈接成功率測(cè)試。在三種應(yīng)用模式下，分別選擇具有代表性的應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)行多次NFC業(yè)務(wù)測(cè)試，統(tǒng)計(jì)被測(cè)終端成功完成NFC業(yè)務(wù)的概率。④
穩(wěn)定性測(cè)試。在NFC手機(jī)內(nèi)存滿時(shí)，作為非接觸式智能卡或閱讀器等的功能是否正常。
4) 射頻性能指標(biāo)測(cè)試。
NFC手機(jī)的射頻測(cè)試關(guān)注場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試、頻率測(cè)試、調(diào)制波形測(cè)試等，具體可以參見(jiàn)RF Interface Test Methods ISO22536[2]。認(rèn)證測(cè)試可以參見(jiàn)CE最新標(biāo)準(zhǔn)ETSI EN 300 330-1 V1.7.1 (2010-02)及ETSI EN 300 330-2 V1.5.1 (2010-02)、FCC PART 15C (2009)。
5) 協(xié)議測(cè)試。
NFC手機(jī)開(kāi)發(fā)要求遵循標(biāo)準(zhǔn)：NFCIP-1 ISO18092(ECMA340或ETSI TS 102 190)、NFCIP-2 ISO21481 [3]。
NFC手機(jī)的協(xié)議測(cè)試，可參考NFC技術(shù)的協(xié)議測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
ISO23917[4]。
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