NFC(Near Field Communication),是一種新興的、近距離的無線通訊技術。若將NFC的晶片裝置於任何消費性電子商品、行動設備或是電腦上,再藉由一個簡單的接觸動作,它將帶領我們走向一個全新的消費生活型態。
NFC(Near Field Communication)這樣的近距離無線通訊技術,是由感應式識別與互聯技術演變而來,在單一晶片上結合了感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功 能。NFC的無線訊號只能在八吋的接收範圍之內作用,它類似於RFID(Radio Frequency Identification,無線射頻識別系統)的短距離無線通信技術標準,但與RFID最大的不同在於, NFC採用了雙向的識別和連接,能夠用於付費、鑑別與通信等多種功能,也能允許手機向具有NFC功能的電視無線傳輸照片,或從電腦上下載音樂文件。換句話 說,若將裝有NFC晶片的電子行動設備互相近距離感應,便可以彼此交換資料,對於我們日常生活中的消費購物、存取或分享資訊等等都有所幫助,更增添了不少 機動性和便利性。
目前NFC在國外也已經被廣泛地應用於大眾運輸系統的票卡之中。然而,NFC在台灣的推動卻是沉潛已久,從2004年經濟部通訊產業發 展推動小組就宣佈以專案形式,結合了手機、金融、電信以及系統平台等領域共12家廠商,表示將以NFC技術發展近端行動交易應用,整合國內交通運輸、小額 付費機制以及信用卡刷卡簽帳等應用,並且預計最慢在2005年底可望上路,但直到2007年NFC的技術才逐漸成熟,並且在市場上開始有大規模商品化的可 能。
像是將NFC技術與手機結合後,儼然就成為一種新型態的消費工具,也就是類似於「行動信用卡」、「手機電子錢包」的 概念。NFC技術若運用於手機之上,不但可以讓手機擁有便捷的信用卡消費支付功能,更同時整合了多樣化的專屬服務,像是下載最新的電子折價卷和優惠資訊。 換句話說,搭載NFC技術的手機除可以讓消費者進行商品交易和其他購物活動,更可以進行類似廣告傳單或是資訊便利販賣機的功能,像是打開廣告傳單之後就可 以自動連結到互動資訊網路,讓手機的使用更具有方便性和互動性。另外,NFC的手機更重視安全性的問題,當消費者在進行非接觸式交易時將會被要求必須使用 密碼,這可以讓使用者更加注意到在交易程序中消費了何種商品或服務。
NFC的發展與技術
與現有其他無線規格相同的,NFC也是以國際標準為基礎來進行商用推展,2002年12月歐洲通訊標 準組織ECMA通過Philips提出的申請,將NFC列入ECMA 340規範,之後2003年9月SONY也加入NFC,2004年9月正式由ISO通過為ISO/IEC 18092。
附註:2004年12月ECMA推出ECMA 340第二版,內容與ISO/IEC 18092完全對應。
附 註:ECMA 340為NFC的主體標準,即是規範與制訂NFC的介面與協定:NFCIP-1(Near Field Communication Interface and Protocol),另有相關規範標準:EMCA 356、EMCA 362,前者規範NFC在無線收發介面上的測試方法,後者規範NFC在協定傳輸上的測試方法。
ISO 18092頒佈後,同樣在2004年,Philips、SONY與NOKIA共同發起了NFC論壇(NFC Forum),共同推動NFC的發展與應用,目前的主要會員有MasterCard、NEC、Samsung、Panasonic、NIKIA、 SONY、Microsoft、Philips、TI、Motorola、RENESAS、VISA、Logitech、Gemplus、LG、 SIEMENS、Infineon、Sony Ericsson、JCB等。
至於技術表現上,NFC目前最高傳速為424kbps,最 遠傳距為20cm,不過這必須進一步說明,除424kbps外,NFC另有106kbps與212kbps的傳輸速率,傳距達20cm亦需要補充,這必須 是在主動模式(Active Mode)下才有的距離,被動模式(Passive Mode)下最遠僅10cm。
接著還有更多的技術細 節,NFC實體層面使用振幅偏移(Amplitude Shift Keying;ASK)的調變法,並使用射頻碰撞避免法(RF Collision Avoidance;RFCA)來因應多方同時存取的需求,此法與ZigBee的CSMA-CA法異曲同工。這也是NFC獨特之處,NFC不似傳統卡片將 存取限定在一對一的兩方,而是允許同時多方相互存取(類似無線網路)。另外在收發雙工方面NFC是以時槽(Time Slot)方式來處理。
在資料連結層面,NFC使用曼徹斯特(Manchester)編碼法,且在傳輸偵錯、更錯上可選用CRC演算,且在實現上是以ITU-T V.41規範為依據。
雖然目前NFC最快為424kbps,但事實上其所用的ASK調變技術仍有提升空間,根據NFC標準中的預先定義,未來將會有846kbps、 1695kbps、3390kbps、6780kbps的可能性,不過必須在主動模式下才能如此高速,被動模式最快應當即在現有的424kbps。
所謂主動與被動,其實與RFID的定義相同,通訊雙方有一方完全不具備自有電力,而直接取用發波方送來的載波作為短時間內的運作能量,此即是被動模式,相 對的若有自帶電能,自行能發波與另一方溝通,則稱為主動模式。另外在NFC標準的文件中也經常用到兩個角色名詞:Initiator(初始方)與 Target(目標方),Initiator指最先發起溝通與發波的一方(自帶電),Target則為回應的一方,Target若是倚賴載波電能的吸收而 運作便屬被動,若自帶電力運作則屬主動。
主動由於雙方都具自有電力,所以能提升傳輸速度或傳輸距離,不過NFC似乎將主動化的提升潛力用於增加傳速,若用在提升傳距則會與RFID之類的貨管運用相近,且筆者從各種跡象看,NFC未來的規劃也都是朝加速傳輸邁進,對增加傳距毫無表示。
然而堅持短距(20cm內)訴求亦有其好處,Bluetooth、WiFi都有一定的傳距(數公尺至數十公尺),且都使用ISM通用頻段 (2.4GHz),因此需要強化抗干擾方面的設計,如跳頻(FHSS)、展頻(DSSS)等。而NFC雖也使用ISM通用頻段(13.56MHz),但由 於頻率較低,加上傳距短,干擾的問題也就相對減少許多,不需要花太多的制訂心力在抗干擾上。
此外,ASK調變法本就不適合用於長距傳輸 與干擾環境上(調變後所送出的信號振福會因距離拉長而導致能量衰減的信號改變,或因干擾而改變),筆者個人推測Philips會退出ZigBee,或許與 ZigBee不斷朝短訊、長距發展有關連,短訊、長距的運用取向等於是與現有NFC反向而行。
▲圖說:NFC手機、PDA近接至具NFC介面功能的Laptop,即可自PC下載程式、資料,或進行資訊同步。(圖/NFC-Forum.org,ECMA白皮書)
過去的非接觸式晶片卡多半與接觸式晶片卡一樣,被製做成相容於一般磁條卡的模樣,並放於皮夾中,非接觸式的好處是不用再從皮夾中抽出卡片,直接將皮夾近接感應即生效,比接觸式更為方便。
然而人類追求方便的動力從未止盡,進出捷運口還得掏出皮夾來感應,能否連「掏」都可以省略呢?答案是有的,SONY提出的FeliCa,就提供嵌入於手錶 內的方案,只要將手錶靠近查票口即可通關,而且感應時間比一般非接觸式晶片卡更快,一般為0.3sec,FeliCa僅0.1sec,這對高進出量的交通 站而言相當受用。
隨身物的嵌入運用成為非接觸式晶片卡的新致力方向,嵌入作法使其體積更小、運用更方便。不過,今日的個人隨身物不僅有手錶,手機也相當地普及,因此NFC吸取上述種種優點,認為將NFC介面及功能嵌入至手機是最新、最有利的作法,此便成為NFC手機。
嵌入至手錶與嵌入至手機有何差別?首先,就被動(Passive)運用而言差異不大,但在主動運用下就有差別,嵌於手錶的NFC晶片、介面若使用手錶的電 能來運作,則必然要使用數位錶(類比的機械、石英錶不具電能),且電子錶所攜的電力有限,不能供NFC長時間運作,相對的手機擁有較手錶充沛的電力。
再者,手機本身必然都要有SIM卡,作為辨識與帳單的依據,SIM卡亦是晶片卡,但目前卻多隻用於簡易的資訊記錄,實在可惜,若能讓SIM卡除了機內接觸 存取外,另以NFC為其增闢外部的無線通訊管道,成為Dual Interface(接觸介面與無線介面)的Smart Card,就可以加入更多的應用,雖然NFC手機在感應上沒有NFC手錶方便(依然要掏出來),但應用上卻可更為多樣,也比傳統卡片型式多樣,理由是薄卡 不易置入電池,即便有薄型電池可內嵌,電力也比手機少,充電、換新也都比手機困難。況且,主動模式愈是高速、長時間運作,愈可能實現多樣的應用,而高速、 長時間就需要充沛的電力為援。
當然!個人隨身物還有PDA(個人數位助理)、DSC(數位相機)、MP3 Player(數位隨身聽)等,且電容量都不見得低於一般手機,但是論普及度依然是手機第一,愈是普及愈有機會開拓新的運用,一個銀髮族、菜籃族也會用手 機,但不見得會用MP3隨身聽、數位相機。所以「NFC手機」等於是替未來晶片卡的各種殺手應用做好鋪路、打底。現在BenQ、Motorola、 NEC、NOKIA、Samsung、SIEMENS都有意願推出NFC手機。
▲ 圖說:NFC傳速有限,但仍可充當傳輸通道的設定、鑰匙功用。圖中有Desktop PC與Laptop PC各一,先用NFC裝置近接Laptop,然後再近接Desktop,兩裝置透過同一個NFC的存取與辨識,便可建立兩PC間專屬、安全的傳輸通道,並 可改用比較快速的無線通訊,如Blueooth、WiFi等。(圖/NFC-Forum.org,ECMA白皮書)
「普及」是推倡任何新通訊應用的最高指導原則。回到近百年前,若全世界只有您家申裝電話,還不知道要打給誰?
為了普及,NFC方案必須儘可能便宜,分析師認為任何的NFC內嵌花費當設在2美元以下,另外要儘可能增加用量。因此,即便NFC手錶、NFC手機等嵌入方案較有應用願景,但不排除以最傳統的卡片型式出現,畢竟習慣上的相容也有助於增加NFC的用量。
所以,NFC除了最傳統的NFC卡片外,進階作法才是內嵌於隨身裝置的NFC用品(可稱為智慧型用品:Smart Object),最後如前所述,NFC並非只能一對一相連,亦可多方互連,當NFC卡片、NFC用品夠普及時,NFC所構成的互通網域就會顯現,以「卡→ 物→網」的普及方向努力。
不過,NFC論傳速、傳距都低於WPAN定位UWB(Ultra Wide Band),以NFC所建構成的無線網路,將會是超小範圍(20cm內)、中低傳速(6.7Mbps內)的WPAN,筆者姑且將此稱為「Mini WPAN」。
▲圖說:Philips的PN511晶片為NFC收發器,圖為PN511內部功能方塊圖,另有內建8051 uC核心的PN531。(圖/www.semiconductors.philips.com)
▲圖說:圖為PN511的典型應用電路,使用載波頻率(13.56MHz)的兩倍為運作時脈,圖中右處為NFC無線收發的LC諧振電路,最右端的L(電感)為NFC的天線線圈。(圖/www.semiconductors.philips.com)
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