近距通訊
近距通訊（NFC）是一種超短距離的無(wú)線通訊技術(shù)，它使用相互接觸或者相距只有幾個(gè)厘米的設(shè)備之間的磁場(chǎng)感應(yīng)來(lái)建立連接。NFC是從無(wú)接觸識(shí)別（比如RFID）和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合中產(chǎn)生的，其作用是是為消費(fèi)電子產(chǎn)品提供相互連接，其目標(biāo)是通過(guò)自動(dòng)連接及配置實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連網(wǎng)。
NFC和標(biāo)準(zhǔn)的射頻（RF）無(wú)線通訊技術(shù)之間的關(guān)鍵差異是在發(fā)射器和接收器之間射頻信號(hào)傳播的方式。標(biāo)準(zhǔn)的射頻通訊，比如Wi-Fi，它是一種遠(yuǎn)程通訊，它的通訊范圍和天線的尺寸相比要大得多。近距通訊則依賴直接的通訊設(shè)備內(nèi)元器件磁場(chǎng)感應(yīng)或電磁耦合，而不是遠(yuǎn)程的無(wú)線電波的傳播。
因?yàn)?span>NFC的作用距離極短，所以NFC設(shè)備可以使用極低的電場(chǎng)或磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行通訊，這一強(qiáng)度遠(yuǎn)低于管制下的噪聲發(fā)射閾值，因此它就不會(huì)受到因?yàn)槭褂迷S可而帶來(lái)的頻率波段的限制。
NFC技術(shù)是由飛利浦和索尼公司共同研發(fā)的，它基于ECMA 340標(biāo)準(zhǔn)。NFC論壇負(fù)責(zé)這一技術(shù)的推廣，它的贊助者還包括萬(wàn)事達(dá)信用卡、摩托羅拉、諾基亞以及Visa國(guó)際。
ECMA 340標(biāo)準(zhǔn)由ECMA大會(huì)于2004年12月批準(zhǔn)，它定義了NFC使用感應(yīng)耦合器件工作的通訊模式，其中心頻率是13.56MHz。這一定義也被稱為近距通訊接口和協(xié)議（NFCIP-1）。和更常見的IEEE標(biāo)準(zhǔn)相似，ECMA 340規(guī)定了NFC設(shè)備接口的調(diào)制和數(shù)據(jù)編碼機(jī)制、數(shù)據(jù)率以及幀格式。還有一個(gè)簡(jiǎn)單的連接層協(xié)議定義了連接初始化及沖突避免方法，傳輸協(xié)議定義了協(xié)議激活、數(shù)據(jù)交換和關(guān)閉。
NFC物理層
ECMA 340規(guī)定了工作在13.56MHz的磁場(chǎng)感應(yīng)接口，它的數(shù)據(jù)率可以是106kbps、212kbps和424kbps，同飛利浦的MIFARE以及索尼的FeliCa無(wú)接觸智能卡接口兼容。
遠(yuǎn)程射頻通訊中使用dBm來(lái)表示發(fā)射器功率和接收器探測(cè)水平，而NFC則使用磁場(chǎng)強(qiáng)度（H），以A/m為單位。ECMA規(guī)定的磁場(chǎng)強(qiáng)度如表1所示。
表1
磁場(chǎng)水平 | 磁場(chǎng)強(qiáng)度 | 說(shuō)明 |
H | 0.1875A/m | 較小磁場(chǎng)探測(cè)水平 |
Hmin | 1.5A/m rms | 較小未調(diào)制磁場(chǎng)強(qiáng)度 |
Hmax | 7.5A/m rms | 較大未調(diào)制磁場(chǎng)強(qiáng)度 |
ECMA 340標(biāo)準(zhǔn)還定義了兩種通訊模式──主動(dòng)和被動(dòng)。在主動(dòng)模式下，初始化器件（啟動(dòng)器）生成射頻場(chǎng)，然后啟動(dòng)通訊過(guò)程，目標(biāo)器件同樣也生成一個(gè)調(diào)制過(guò)的射頻場(chǎng)來(lái)對(duì)啟動(dòng)器的命令作出反應(yīng)。主動(dòng)模式中使用的調(diào)制和位編碼方法見表2。
表2
位率 | 調(diào)制方法 | 位編碼方法 |
106kbps | ASK（100%調(diào)制） | 脈沖位置編碼（變形米勒編碼）──每1個(gè)位都在位周期的中央進(jìn)行脈沖傳輸，對(duì)于開放0位或重復(fù)0位，也可以在位周期的開始處傳輸 |
212/424 kbps | ASK（8%-30%調(diào)制） | 曼徹斯特編碼──在每個(gè)位周期的中央變化：從低到高是0位，從高到低是1位。同樣也可以反轉(zhuǎn)極性（也就是說(shuō)從高到低是0位，從低到高是1位）。 |
在被動(dòng)模式下（表3），啟動(dòng)器使用射頻場(chǎng)啟動(dòng)通訊過(guò)程，但目標(biāo)器件不再生成射頻場(chǎng)進(jìn)行反應(yīng)，而是通過(guò)負(fù)載調(diào)制進(jìn)行反應(yīng)。啟動(dòng)射頻場(chǎng)作用于目標(biāo)器件，負(fù)載調(diào)制則對(duì)目標(biāo)器件中的負(fù)載進(jìn)行調(diào)制。這樣能夠在原始的載波頻率（13.56MHz）上生成邊帶，并可以被啟動(dòng)器探測(cè)到。
表3
位率 | 調(diào)制方法 | 子載波頻率 | 位編碼方法 |
106kbps | 負(fù)載調(diào)制 | f/16 = 847.5kHz | 子載波調(diào)制使用曼徹斯特編碼，不允許反轉(zhuǎn)極性 |
212/424kbps | 負(fù)載調(diào)制 | - | 載波調(diào)制使用曼徹斯特編碼，允許反轉(zhuǎn)極性。 |
ECMA 340袪模式調(diào)制及位編碼方法
協(xié)議棧
NFC并不希望提供OSI模型中定義的全部網(wǎng)絡(luò)功能，因此它的協(xié)議棧是非常有限的，只由一個(gè)簡(jiǎn)單的傳輸協(xié)議構(gòu)成，其中定義了在NFC鏈路上的激活、數(shù)據(jù)交換以及關(guān)閉。
數(shù)據(jù)鏈路層的面貌也同樣很明顯，它使用基于CSMA/CA的介質(zhì)存取控制。啟動(dòng)器在開始通訊前先檢查現(xiàn)存的射頻場(chǎng)，與之類似使用主動(dòng)模式的目標(biāo)器件也要先檢查現(xiàn)存的射頻場(chǎng)，之后才能做出反應(yīng)。
一個(gè)啟動(dòng)器件可以同多個(gè)目標(biāo)器件共同工作，它們中的每一個(gè)都會(huì)在開始進(jìn)行器件選擇時(shí)生成一個(gè)隨機(jī)的40位ID。發(fā)現(xiàn)目標(biāo)設(shè)備ID的過(guò)程還包括精巧的解決沖突的過(guò)程，這種沖突在多個(gè)目標(biāo)設(shè)備同時(shí)做出反應(yīng)時(shí)就會(huì)發(fā)生，特別是在目標(biāo)設(shè)備使用被動(dòng)模式時(shí)（如圖1）。
使用曼徹斯特編碼就可以在位的水平上進(jìn)行沖突探測(cè)，這是因?yàn)楫?dāng)經(jīng)過(guò)了一個(gè)完整的位時(shí)間段但卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有變化發(fā)生時(shí)，就是出現(xiàn)沖突了。這只有在一個(gè)目標(biāo)設(shè)備發(fā)送了一個(gè)1位，而另一個(gè)卻發(fā)送了一個(gè)0位時(shí)才會(huì)發(fā)生。在沖突之間收到的位可以恢復(fù)出來(lái)，然后可以要求目標(biāo)設(shè)備從未被恢復(fù)的位開始再次發(fā)送。目標(biāo)設(shè)備做出反應(yīng)時(shí)使用一個(gè)隨機(jī)的延遲，以便確保這一過(guò)程不會(huì)陷入循環(huán)。
設(shè)備之間的數(shù)據(jù)鏈路是基于交易的，它的開始和結(jié)束都圍繞著單一的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行。啟動(dòng)器和目標(biāo)設(shè)備侍對(duì)通訊速度進(jìn)行協(xié)商，開始時(shí)在協(xié)議初始化階段中參數(shù)選擇步驟時(shí)，會(huì)使用較低的速度（106kbps）。
實(shí)際應(yīng)用中的NFC
目前人們?cè)O(shè)計(jì)出了4種基本的NFC應(yīng)用模型，如表4所示。
表4
