Technologia NFC: Płatności i nie tylko

fot. Różne zastosowania urządzeń mobilnych z NFC

NFC to rozwijana przez lata technologia komunikacji bezprzewodowej krótkiego zasięgu, która uważana jest za swoisty katalizator rynku mobilnego. Naukowcy przewidują, że do 2014 roku już co piąty telefon będzie wyposażony w moduł NFC (ang. Near Field Communication). Co ciekawe, pojawia się coraz więcej zastosowań NFC wykraczających także poza płatności mobilne.

Near Field Communication (NFC) jest bezprzewodową i bezstykową technologią krótkiego dystansu, będącą połączeniem RFID i technologii wewnętrznej komunikacji. Urządzenia NFC pracują w paśmie 13,56MHz i charakteryzują się transferami od 106 kb/s do 424 kb/s. Dystans efektywnej komunikacji pomiędzy urządzeniami z NFC to około 10 cm w trybie aktywnej komunikacji, co zapewnia bezpieczeństwo informacji. Od kilku lat technologia NFC traktowana była jako zastępstwo dla płatności bazujących na kartach płatniczych i w ogólnym wyobrażeniu jest to najczęściej występująca forma postrzegania NFC w życiu codziennym. Potencjał NFC wybiega jednak znacznie poza płatności zbliżeniowe. Artykuł ten wyjaśnia podstawowe standardy NFC w szerokim kontekście od bezstykowych płatności zbliżeniowych do bardziej zaawansowanych rozwiązań.

STANDARDY I GŁÓWNE ZASTOSOWANIA NFC

Aktualne standardy NFC zawierają ISO/IEC 18092 i ECMA-340, które są kompatybilne z istniejącymi standardami dla bezdotykowych kart inteligentnych (MIFARER od Philipsa i FellCa od SONY). Standardy ISO/IEC 18092 i ECMA-340 definiują dwa tryby komunikacji: aktywny i pasywny.

W trybie aktywnym, inicjator i urządzenie docelowe generują własne pola RF (rys. 1), natomiast w trybie pasywnym tylko inicjator odpowiada za stworzenie pola komunikacyjnego RF (rys. 2).

Standardy zawierają opis modulacji, kodowania i charakterystyki transferów i ramek w interfejsach komunikacyjnych urządzeń NFC. Zdefiniowany jest sposób instalacji i opis postępowania w przypadku zaistnienia kolizji danych podczas instalacji (tabela 1).

Tabela 1. Prędkość transferu, modulacja i kodowanie

Zgodnie ze standardem, technologia NFC może być używana w trzech różnych trybach protokołu:

• Read/Write – w tym trybie urządzenia NFC odczytują informacje z elektronicznych tagów; przykładem może być "inteligentny" kiosk lub plakat, gdzie interaktywny kontent stanowi wartość dodaną do ekspozycji statycznej,
• Peer-to-Peer – w tym trybie dwa urządzenia NFC wymieniają dane, np. dwa telefony synchronizujące książkę adresową lub multimedia,
• Card Emulation – tryb, w którym urządzenia działają jak tradycyjne "inteligentne karty" (karty chipowe), wykorzystywany jest w e-biletach i płatnościach bezstykowych; obecnie jest to najpopularniejszy tryb stosowania NFC.

STRUKTURA MOBILNYCH URZĄDZEŃ PŁATNICZYCH NFC

Urządzenia NFC wykorzystywane w mobilnych płatnościach posiadają układ AFE (Analogue Front End), kontroler NFC i element zabezpieczający. AFE składa się z anteny i elementu transceivera (nadajnik + odbiornik sygnału), który jest wykorzystywany do wykrywania sygnałów RF oraz do modulacji i demodulacji sygnałów.

Ilość interfejsów komunikacyjnych takich jak I2C, SPI i UART wykorzystywanych do komunikacji z kontrolerem hosta można znaleźć na transceiverze. Ogólnie kontroler NFC jest SoC zawierającym transceiver NFC i mikrokontroler, a także interfejs kontrolera hosta HCI (ang. Host Controller Interface).

Poza normami ISO/IEC 18092 i ECMA-340, kontroler NFC może integrować inne protokoły aby zapewnić zgodność różnymi aplikacjami i instalacjami.

Elementem zabezpieczającym jest mała karta chipowa, która może przechowywać wiele programów. Zawiera ona oprogramowanie odpowiednie dla zastosowań płatności mobilnych. Chip składa się z bloku zarządzania kartą, bloku bezpieczeństwa i bloku zarządzania aplikacjami.

GŁÓWNE ROZWIĄZANIA NFC W PŁATNOŚCIACH MOBILNYCH

Architektura sprzętowa produktów NFC, różni się w zależności od celu w jakim powstaje konkretne urządzenie. Główna różnica polega na rozmieszczeniu elementu bezpieczeństwa. W niektórych przypadkach, elementy te, są instalowane oddzielnie, w innych natomiast są implementowane w karcie SIM.

Obecnie najczęściej stosowanym na rynku rozwiązaniem jest to pierwsze, gdzie nie ma potrzeby integrowania elementu zabezpieczającego z kartą SIM (rys. 3). Innymi słowy integracja technologii NFC może być wykonywana na etapie produkcji urządzeń przez producentów elementów półprzewodnikowych lub producentów telefonów komórkowych bez konieczności współpracy z  operatorami sieci komórkowych, co znacznie usprawnia cały proces. Jednak pojawia się tu pewna niedogodność, ponieważ brak integracji zabezpieczenia NFC z kartą SIM nie pozwala na ich komunikację i np. wysyłanie danych do serwerów bankowych, co limituje użyteczność protokołu przy operowaniu finansami w czasie rzeczywistym. W przypadku zaistnienia potrzeby takiej komunikacji konieczny jest dedykowany protokół. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwa jest ekstremalna kompleksowość w projektowaniu sprzętu, ale wiąże się to z koniecznością aktualizacji oprogramowania elementu zabezpieczającego.

Drugie rozwiązanie (integrujące element zabezpieczający w karcie SIM, rys. 4) jest z kolei preferowane przez operatorów sieci komórkowych. Kontroler NFC komunikuje się tu z kartą SIM używając protokołu SWP (Single Wire Protocol), zdolnego do pełno-dupleksowej komunikacji opartej na podstawowych właściwościach napięcia i modulacji. Aplikacje i programy przechowywane w elemencie bezpieczeństwa mogą być aktualizowane i modyfikowane przez interfejsy komunikacji bezprzewodowej, ale częstość i skuteczność takich aktualizacji zależeć będzie w większym stopniu od operatorów komórkowych niż od producentów oprogramowania.

Obecnie NXP i STMicroelectronics posiadają wyspecjalizowane produkty dla płatności mobilnych (tabela 2). Dołączenie do tej gałęzi rynku zapowiadają Texas Instruments i Renesas Electronics.

Tabela 2. Chipsety zgodne z NFC

Operatorzy i producenci podzespołów do urządzeń mobilnych przedstawiają wizję rychłego upowszechnienia zbliżeniowych płatności w codziennym życiu. Z kolei badacze z Forrester Research przewidują, że przyjęcie technologii może potrwać jeszcze około 5 lat, nawet w krajach o rozwiniętej infrastrukturze informatycznej i telekomunikacyjnej. Tylko w tym roku setki milionów urządzeń mobilnych wyposażonych w NFC trafi na rynek. Warto zaznaczyć, że płatności zbliżeniowe nie są jedynym praktycznym zastosowaniem tej technologii.

Podobnie jak to było w przypadku technologii optycznego skanowania (takich jak QR kody), NFC upowszechniła się najpierw wśród pionierskich użytkowników i entuzjastów nowoczesnych technologii, ale zyskuje też popularność jako "wyposażenie dodatkowe" i alternatywa dla standardowych kanałów komunikacyjnych. Materiały reklamowe i sprzedaż e-biletów są dwoma oczywistymi przykładami użycia technologii w sposób już przyjęty i praktykowany. Technologia NFC przyciąga także uwagę rynku medycznego, zainteresowanego w szczególności wykorzystaniem smartfonów jako urządzeń diagnostycznych. W 2011 roku amerykańska fundacja X Prize ogłosiła konkurs "Tricorder X Prize" zainspirowany fikcyjnym urządzeniem Tricorder wykorzystywanym przez bohaterów Star Treka do ręcznego skanowania, zapisywania zebranych informacji i analizy danych. Wygrywając konkurs X Prize i nagrodę o wartości 10 mln USD NFC może dowieźć, że jest technologią na miarę XXI wieku.

Prawdziwy Tricoder ze Star Treka dzięki NFC? Technologia może wkrótce zamienić smartfony w urządzenia diagnostyczne, fot. eFX Inc.

Zobacz ten artykuł na element14.com/news
Sprawdź także inne sugerowane artykuły oznaczone tagiem NFC na bit.ly/NFC-2