Что такое NFC и как он работает. Освежим основы?
Здравствуйте, пользователи Хабра! Я представляю вашему вниманию перевод статьи «What is NFC and how does it work» под авторством Robert Triggs. Вроде, казалось бы, зачем автору оригинала писать на эту тему в 2019-м, а мне переводить на пороге 2020? Сегодня NFC обрело свою реальную жизнь и перестало быть гиковской технологией для брелоков-токенов. Теперь это и платежи, и отчасти умный дом и умное производство. А поэтому — почему бы не повторить пройденное, а для кого-то и новое?
NFC является приоритетно развивающейся беспроводной технологией, благодаря развитию систем онлайн-платежей, таких как Samsung Pay и Google Pay. Особенно, когда дело доходит до флагманских устройств и даже (смартфонов) среднего класса. Возможно вы слышали этот термин раньше, но что конкретно представляет собой NFC? В этой части мы разберём, что это такое, как оно работает и для чего его используют.
NFC расшифровывается как «Near Field Communication» («Коммуникация ближнего поля») и, как следует из названия, обеспечивает связь на коротком расстоянии между совместимыми устройствами. Для этого требуется как минимум одно устройство для передачи, а другое — для приема сигнала. Ряд устройств используют стандарт NFC и будет считаться пассивным или активным.
Пассивные устройства NFC включают в себя метки и другие небольшие передатчики, которые отправляют информацию на другие устройства NFC без необходимости использования собственного источника питания. Однако они не обрабатывают любую информацию, отправленную из других источников, и не подключаются к другим пассивным устройствам. Они часто используются для интерактивных знаков на стенах или, например, рекламных объявлений.
Активные устройства умеют отправлять или получать данные и обмениваться данными друг с другом, а также с пассивными устройствами. На данный момент именно смартфоны являются наиболее распространенной формой активного устройства NFC. Считыватели карт общественного транспорта и сенсорные платежные терминалы также являются хорошими примерами этой технологии.
Как работает NFC?
Теперь мы знаем, что такое NFC, но как это работает? Как и Bluetooth, Wi-Fi и другие беспроводные сигналы, NFC работает по принципу передачи информации по радиоволнам. Коммуникация ближнего поля — один из стандартов для беспроводной передачи данных. Это означает, что устройства должны соответствовать определенным спецификациям, чтобы правильно взаимодействовать друг с другом. Технология, используемая в NFC, основана на старых идеях RFID (радиочастотная идентификация), в которых для передачи информации использовалась электромагнитная индукция.
Это отмечает одно существенное различие между NFC и Bluetooth/WiFi. Первый может быть использован для индукции электричества в пассивные компоненты (в пассивный NFC), а также просто для отправки данных. Это означает, что пассивные устройства не требуют собственного источника питания. Вместо этого они получают питание от электромагнитного поля, создаваемого активным NFC, когда оно входит в зону действия. К сожалению, технология NFC не обеспечивает достаточной индуктивности для зарядки наших смартфонов, но беспроводная зарядка QI основана примерно на том же принципе.
Частота передачи данных по NFC составляет 13,56 мегагерц. Вы можете отправлять данные со скоростью 106, 212 или 424 кбит/с. Это достаточно быстро для диапазона передачи данных — от контактных данных до обмена изображениями и музыкой.
Чтобы определить, какой тип информации будет доступен для обмена между устройствами, стандарт NFC в настоящее время имеет три различных режима работы. Возможно, наиболее распространенное использование (NFC) в смартфонах — это режим одноранговой связи. Это позволяет двум устройствам с поддержкой NFC обмениваться различной информацией друг с другом. В этом режиме оба устройства переключаются между активным при отправке данных и пассивным при получении.
Режим чтения/записи является односторонней передачей данных. Активное устройство, возможно ваш смартфон, связывается с другим устройством для считывания информации с него. Рекламные теги NFC тоже используют этот режим.
Последний режим работы — эмуляция карты. Устройство NFC функционирует как интеллектуальная или бесконтактная кредитная карта для того чтобы производить платежи или подключаться к системам оплаты общественного транспорта.
Сравнение с Bluetooth
Итак, чем отличается NFC от других беспроводных технологий? Вы подумаете, что NFC несильно-то и нужен, учитывая, что Bluetooth сильнее распространён и удерживает лидерство на протяжении многих лет (и, к слову, превалирует в упомянутых выше системах умного дома и умного производства). Тем не менее, есть несколько важных технических различий между ними, которые дают NFC некоторые существенные преимущества в определенных обстоятельствах. Основной аргумент в пользу NFC заключается в том, что он требует гораздо меньшего энергопотребления, чем Bluetooth. Это делает NFC идеальным для пассивных устройств, таких как упомянутые ранее интерактивные метки, поскольку они работают без основного источника питания.
Однако это энергосбережение имеет ряд существенных недостатков. В частности, дальность передачи значительно меньше, чем у Bluetooth. В то время как NFC имеет рабочий диапазон в 10 см, всего несколько дюймов, Bluetooth передаёт данные на расстоянии чуть более 10 метров от источника. Еще одним недостатком является то, что NFC немного медленнее, чем Bluetooth. Он передает данные с максимальной скоростью всего 424 кбит/с по сравнению с 2,1 Мбит/с для Bluetooth 2.1 или около 1 Мбит/с для Bluetooth Low Energy.
Но у NFC есть одно главное преимущество: более быстрое подключение. Из-за использования индуктивной связи и отсутствия ручного сопряжения соединение между двумя устройствами занимает менее одной десятой секунды. В то время как современный Bluetooth соединяется довольно быстро, NFC все еще очень удобен для определенных сценариев. И пока мобильные платежи — его неоспоримая сфера применения.
Samsung Pay, Android Pay и Apple Pay используют технологию NFC — хотя Samsung Pay работает по другому принципу, в отличие от других. Пока Bluetooth работает лучше для соединения устройств для передачи/обменом файлов, подключения к колонкам и т.д., мы надеемся, что NFC всегда будет иметь место в этом мире благодаря быстроразвивающимся технологиям мобильных платежей.
Кстати, вопрос к Хабру — а вы используете NFC-токены в своих проектах? Каким образом?
Источник
Близкий контакт: на что ваш смартфон способен с NFC
Привет, Geektimes! Хотя технологии активно шагают в массы, зачастую по-прежнему можно заметить широкие глаза продавца на кассе, если вы решили оплатить свою покупку смартфоном, или озадаченного коллегу, который увидел, как вы пополнили свой билет для проезда в метро без использования специального терминала.
Имя этому объекту удивления — NFC, и сегодня мы с вами разберемся, как же работает эта технология, и нужна ли она в вашем смартфоне. Всех желающих по традиции милости просим под кат.
Что такое NFC?
Как многие наверняка знают, NFC — технология высокочастотной беспроводной связи с малым (несколько сантиметров, но не больше 10 см) радиусом действия. В основе Near Field Communication (обмена на ближнем расстоянии) лежит радиочастотная идентификация (RFID) — данные, которые хранятся в транспондерах, считываются и записываются при помощи радиосигналов. Активные и пассивные объекты, в свою очередь, идентифицируются автоматически.
Но стандартного определения здесь явно недостаточно. История NFC довольно интересная: технология берет свое начало более 12 лет назад — именно тогда три технологических гиганта (Nokia, Sony и NXP Semiconductor) решили создать форум NFC для развития интерфейса касательного взаимодействия между устройствами. Несмотря на то, что сам интерфейс был далеко не быстрым (и остается таким по сей день), идея передачи небольших данных с низким энергопотреблением все же взяла свое. RFID заработала по-новому и получила массовое признание. В результате многие производители смартфонов, аксессуаров и других устройств сейчас не обделяют NFC ни один свой новый продукт.
Рабочей частотой для NFC является 13,56 МГц, максимальная скорость обмена данными едва превышает 400 Кбит/с. Однако в данном случае огромную роль играет время установления соединения: чтобы подключить два устройства при помощи этой технологии, понадобится менее десятой доли секунды.
Принцип работы NFC основан на электромагнитной индукции. Суть в том, что при помощи антенны передатчик считывателя постоянно излучает сигнал в форме синусоиды на вышеупомянутой чистоте.
Датчик (или Listening Device) также оснащен рамочной антенной. Когда датчик и считыватель (Polling Device) оказываются на расстоянии, достаточном для работы NFC, и та, и другая катушка образуют воздушный трансформатор. Магнитное поле порождается переменным током в катушке считывателя, после этого ток создается во второй катушке — датчика. Этой энергии запросто хватает для работы последнего, поэтому NFC способна работать с пассивными устройствами.
В это время происходит шунтирование антенны одним из транзисторов устройства-передатчика, откуда возникает модуляция высокочастотного сигнала. Этот сигнал и «ловит» считыватель. В основном для NFC используется Манчестерское кодирование (с коэффициентом амплитудной модуляции 10 %). Также используется модифицированный код Миллера, правда в этом случае скорость едва будет превышать 100 Кбит/с.
В пассивном режиме считыватель создает электромагнитное поле, NFC-метка модулирует его и формирует ответ. Иными словами, метке вовсе не обязательно быть подключенной к источнику питания или иметь встроенный аккумулятор, поэтому ее размеры можно сократить до минимума. Если же мы имеем два устройства с двумя активными сигналами, здесь все проще — они работают, грубо говоря, «по очереди».
Пассивная NFC-метка выглядит примерно так:
В смартфонах антенну NFC, как правило, закрепляют под задней крышкой для более устойчивого сигнала.
После этого ваш смартфон готов выступать сразу в нескольких ипостасях. Он может стать не только платежным средством и ключом, но и также средством идентификации владельца, проездным билетом или просто бонусной картой. Вот основные режимы работы смартфона с NFC на борту.
- Пиринг — два активных устройства связываются между собой и обмениваются данными. Это могут быть как два смартфона, так и смартфон и сторонний аксессуар. Например, можно быстро установить соединение между телефоном и внешней колонкой или наушниками. Главное, чтобы у девайса была заявлена поддержка NFC: среди таких устройств KR — 8100, Dacom Athlete, Bluedio R + Legend и другие.
Чтение и запись — смартфон как считывает коды с NFC-метки, так и записывает информацию в ее память.
Для чего оно нужно?
Еще в Android версии 4.0 появилась технология Beam, с помощью которой устройства могут обмениваться файлами и папками: сам обмен происходит при помощи Bluetooth или Wi-Fi Direct, однако для идентификации смартфонов используется именно NFC. Это позволяет сократить время, затрачиваемое на подключение устройств.
Кейсов применения NFC великое множество. Среди пользователей метро большой популярностью пользуется возможность считывания информации с билета при помощи смартфона. Установив специальные приложения, можно не только узнавать количество оставшихся поездок и срок годности билета, но и даже пополнять карту «Тройка» без использования терминалов в метрополитене.
Примечательно, что для этих целей можно использовать практически любой смартфон с NFC — от Xiaomi Mi5s Plus до Lenovo X3 Lite.
Смартфон как способ оплаты
NFC совместима со стандартом ISO 14443 и объединяет множество бесконтактных карт, в том числе банковские карты, поддерживающее MasterCard PayPass или VISA PayWave. Пластиковая карта содержит микропроцессор с ОС и платежным приложением для взаимодействия с данными конкретного клиента. Как только карту вставляют в терминал или проводят по нему, она получает энергию для запуска операционной системы. В случае с бесконтактными картами питание, как мы уже говорили, получается при помощи электромагнитного поля считывателя.
С появлением бесконтактных карт платежным инструментом по сути может выступать не обязательно карта, а смартфон, часы, брелок и так далее — важна не форма, а наличие необходимого набора функций. Ведь в смартфонах с поддержкой NFC так же, как и в пластиковых картах, есть микропроцессор. Начиная с Android 4.4 платежные приложения можно использовать без Secure Element (с Host Card Emulation). Записывать платежные карты можно удаленно, и это действительно удобно.
Чтобы управлять бесконтактными приложениями удаленно, производители смартфонов и поставщики услуг подключаются к TSM — службе, которая обеспечивает доступ к защищенным данным на терминалах с поддержкой NFC. Она удаленно управляет чипами Secure Element в смартфонах, сам смартфон при этом является своего рода модемом, работающим через безопасный канал связи. Пользователю достаточно подключить возможность оплаты по NFC у своего оператора, а затем при помощи мобильных приложений (как правило, банковских) оплачивать покупки в магазинах.
При совершении покупок свыше 1000 рублей вас могут попросить ввести PIN-код или поставить подпись на чеке — здесь уже все зависит от банка.
Метки NFC
Это еще один распространенный способ применения NFC в смартфоне. Метки NFC получили большую популярность в торговых и рекламных зонах: их встраивают в афиши, рекламные щиты, помещают на товары в магазинах. Обычно это небольшие стикеры, стоимость которых не превышает 50 рублей. Затраты минимальные, зато какой эффект! От получения более подробной информации о концерте или товаре до ссылки на трейлер нового фильма.
Вы можете создавать собственные NFC-метки, модернизировать их и затем использовать в повседневной жизни. Как правило, для этого используется сторонний софт вроде NFC TagWriter. Приложение довольно простое и позволяет записать на метку множество типов данных — от контакта и телефонного номера до закладки веб-браузера. Можно даже записать на метку свои контактные данные, а потом наклеить ее на визитку — чем не оригинальное решение? Сэкономите на бумаге, правда если у собеседника смартфон без NFC, может получиться неловко.
На самом деле NFC-метки — настоящий подарок, когда речь заходит об автоматизации. Например, можно наклеить метку на ноутбук и при помощи приложения Trigger настроить включение точки доступа, выбрав в качестве действия «Беспроводные и локальные сети». Решение попроще — записать пароль от Wi-Fi на метку, наклеить ее на роутер, и потом всякий раз, когда гости спросят пароль, отправлять их к NFC-метке. Или еще: установить метку около кровати и сделать так, чтобы при прикосновении на смартфоне включался авиарежим (опять же с помощью Trigger).
Полезно будет и автомобилистам — записали на метку алгоритм запуска навигатора, наклеили ее на держатель для смартфона, и всякий раз, когда вы будете устанавливать устройство на это место, навигатор будет запускаться автоматически.
И таких примеров применения NFC-меток еще очень и очень много. Зачастую появление новых кейсов ограничивается вовсе не технологией, а фантазией пользователя.
Открываем все двери
Кто-то реализовывает подобное и в домашних условиях, но в основном использование NFC для идентификации и контроля пользователя характерно для предприятий и организаций. Турникеты и замки настраиваются таким образом, что при помощи метки, которая является пропуском, решают, стоит давать ее обладателю разрешение на вход или нет.
С NFC в смартфоне действительно открываются все двери — если не в буквальном смысле, то в переносном точно. Фактически пользователь получает универсальный инструмент, который, несмотря на скоростные ограничения, находит себе применение в самых разных ситуациях. Здесь мы сталкиваемся с другой проблемой — степенью распространенности технологии среди поставщиков услуг. Единственное, что в данном случае может сделать обычный пользователь — как можно чаще задействовать NFC, чтобы показать ее востребованность.
Вместо заключения
Пожалуй, самое приятное в NFC — то, что эта технология доступна широкому кругу пользователей. Все больше производителей не оставляют свои смартфоны без NFC, поэтому она есть как в устройствах типа Xiaomi Mi5 (за $321.99 по коду Mi5SGBS до 31.12) и Nubia Z7 MAX, так и во флагманах вроде Xiaomi Mi Note 2. Радует также разнообразие аксессуаров с поддержкой NFC.
Что с Apple и ее iPhone 7, спросите вы? Увы, но компания-производитель ограничивает работу чипа NFC в своем смартфоне, и его можно использовать только для платежной системы Apple Pay. Осенью, впрочем, она запустилась в России, так что хоть какой-то плюс.
А как вы используете NFC в повседневной жизни? Поделитесь с нами своим опытом в комментариях.
Источник
