Что такое NFC и как это работает?

В современном обществе процветает эпоха компьютерных технологий. Невероятно, но еще несколько лет назад, никто не мог представить себе, что нам будет известна такая технология бесконтактного обмена данными как NFC.

Что же такое NFC, как расшифровывается данная аббревиатура, как с ней работать и что нужно знать, читайте далее…

NFC — Near field communication (с англ. дословно «коммуникация ближнего поля», «ближняя бесконтактная связь») — технология беспроводной передачи данных малого радиуса действия, которая дает возможность обмена данными между устройствами, находящимися на расстоянии около 10 сантиметров.

Технологию NFC разработали, основываясь на RFID — (англ. Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) — способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках.), но для более сложного обмена данными между участниками.

NFC-устройства могут обмениваться информацией о своих возможностях, делиться записями или устанавливать более длительное взаимодействие посредством других технологий.

Например, можно прикоснуться телефоном с NFC к стереоустройству, у которого тоже есть NFC, и они опознают друг друга, узнают, что у обоих есть Wi-Fi модуль, и обменяются данными для последующего взаимодействия через Wi-Fi. После этого телефон начнёт трансляцию музыки на стереоустройство с помощью Wi-Fi. Телефон не будет транслировать музыку с помощью NFC по двум причинам:

• Во-первых, потому что у NFC малый радиус действия, порядка десяти сантиметров, что позволяет уменьшить энергопотребление и избежать установления связи с другими устройствами, использующими ту же технологию передачи данных.
• Во-вторых, скорость передачи данных с помощью NFC ощутимо меньше в сравнении с другими технологиями (Wi-Fi, Bluetooth и т.д.). NFC не был создан для длительных высокоскоростных коммуникаций, а для обмена короткими сообщениями, мандатами (учётными записями с параметрами доступа пользователя, сформированными после его успешной аутентификации) и инициирования связи. Если вернуться к аналогии с крылечком, то NFC позволит вам начать общение с соседом или обменяться мнениями о погоде, но для более длительного разговора вы пригласите соседа на чай — это уже Wi-Fi, Bluetooth и другие расширенные протоколы обмена данными.

NFC позволяет сделать некоторый сложный обмен данными или инструкциями без преград в виде обмена паролями, сопряжением или любыми другими запутанными путями, которые присущи другим протоколам обмена данными. Это означает, что для того, чтобы обменяться адресной информацией со своим другом, вам достаточно лишь соприкоснуться телефонами. Или, когда вы хотите оплатить покупку бесконтактной банковской картой, вам достаточно лишь поднести её к терминалу.

Устройство не позволяет считать абсолютно всю свою память при использовании NFC, оно лишь даёт доступ к небольшому кусочку информации, необходимому для обмена. Пользователь может проконтролировать, какую информацию он передаёт и кому.

Типы NFC-меток

Существует четыре типа меток, описанных NFC-форумом, все они базируются на RFID-протоколах. Это делает NFC метки частично совместимыми со многими уже существующими RFID системами (например, Mifare и FeliCa). Хотя эти более старые системы не поддерживают NDEF, они, однако, могут опознавать NFC метки, которые совместимы с ними. Например, считыватель RFID, который предназначен для работы с метками Mifare Ultralight, может считать идентификационный номер метки NFC 2 типа, хоть и не может прочитать закодированную NDEF информацию. Есть также пятый тип, который совместим с технологией, но при этом не является частью NFC-спецификации.

Типы 1, 2 и 4 основаны на ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443A (состоит из четырёх частей: 1, 2, 3, 4), тип 3 — на ГОСТ Р ИСО/МЭК 18092.

Алгоритм работы NFC

У NFC, как и у RFID, при обмене есть инициатор и цель, но новая технология позволяет куда больше, чем простой обмен идентификатором и чтение или запись информации цели. Наиболее значимым различием между этими двумя технологиями является то, что у NFC целями часто являются программируемые устройства, такие как смартфоны. Это означает, что можно обмениваться не только статичными данными, но и каждый раз генерировать ответ на запрашиваемую инициатором информацию.

У NFC устройств есть два режима взаимодействия:

— Пассивный. Если инициатор излучает радиочастотные волны, а цель за счёт инициатора получает питание.
— Активный. У инициатора и цели свои собственные источники питания, и они независимы друг от друга. Данные режимы совпадают с режимами RFID.

NFC устройства также имеют три способа работы:

— Они могут работать в режиме чтения информации с цели или записи на неё.
— Они могут эмулировать карты, ведя себя как RFID-метки, когда они в поле другого NFC или RFID устройства.
— Они могут работать в режиме peer-to-peer (P2P), в котором они обмениваются данными сразу в обоих направлениях.

Первым главным отличием NFC от RFID является способ взаимодействия peer-to-peer, который реализован с помощью ГОСТ Р ИСО/МЭК 18092. Обмен данными P2P реализуется двумя протоколами — протоколом подуровня управления логической связью (LLCP — logical link control protocol) и простым протоколом обмена данными NDEF (SNEP — simple NDEF exchange format).

Архитектура NFC

В архитектуре NFC есть несколько уровней. Самый низкий из них — физический, который реализован ЦПУ и другим аппаратным комплексом, через который происходит взаимодействие. В середине находятся данные о пакетах и транспортный уровень, затем формат данных уровней, и в конце программное обеспечение.

На физическом уровне NFC работает по алгоритму, описанному в ГОСТ для RFID (ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443-2-2014), где говорится о маломощных радиосигналах частотой 13,56 МГц. Затем идёт уровень, который описывает разбивку потока данных на фреймы (ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443-3-2014). Любые радиоконтроллеры, которые используются в телефоне, планшете или подсоединяются к компьютеру или микроконтроллеру, являются отдельными аппаратными компонентами. Они взаимодействуют с главным процессором посредством одного или нескольких стандартных последовательных протоколов между устройствами: универсальный асинхронный приёмопередатчик (UART), последовательный периферийный интерфейс (SPI), последовательная шина данных для связи интегральных схем (I2C) или универсальная последовательная шина (USB).

Над этим находится несколько протоколов команд RFID, базирующихся на двух спецификациях. NFC чтение и запись меток базируется на оригинальном RFID ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443A. Протоколы Philips/NXP Semiconductors Mifare Classic и Mifare Ultralight и NXP DESFire совместимы с ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443A. Обмен данными P2P NFC базируется на ГОСТ Р ИСО/МЭК 18092. Также на этом же стандарте базируются RFID-карты и метки Sony FeliCa, которые доступны в основном в Японии. Можно читать и записывать метки, основанные на этих стандартах, и не использовать NFC.

Они изображены на рисунке выше на уровне с другими управляющими протоколами, так как они используют одинаковый стандарт.

Использование NFC

Есть множество возможностей использования NFC:

• Режим эмуляции карты позволяет использовать данную технологию для бесконтактных платежей, например Google Wallet, или для оплаты или получения билетов в общественном транспорте.
• Есть несколько мобильных приложений, которые позволяют сохранить настройки для мобильного устройства на метках и в дальнейшем использовать их для быстрого изменения каких-либо настроек мобильного устройства (переход в режим виброзвонка, включения или выключения Wi-Fi на мобильном устройстве).
• На рынке постепенно появляются устройства, поддерживающие NFC, — стереосистемы, телевизоры, которые позволяют создавать пару с телефоном или планшетом для удалённого управления.
• NFC используется в системе здравоохранения для хранения идентификатора пациента и личных записей.
• В сфере управления материально-техническими ресурсами можно использовать NDEF записи для хранения информации о месте отправления товаров, об их прохождении различных промежуточных пунктов и тому подобном.

Технология NFC значительно упростила жизнь человека в некоторых аспектах, позволив применять обмен данными бесконтактно на расстоянии нескольких сантиметров!