艾格瑪 NFC的概念 北京明圖科技有限公司
點擊量： 發(fā)表日期：2016-03-14 10:50
1 NFC的概念
在射頻識別(RFID)及互聯互通技術發(fā)展的推動下，為滿足電子設備間近距離的通信需求，飛利浦、諾基亞、索尼等著名廠商聯合推出了的一項新的無線通信技術
——NFC，即近場通信。NFC是一種近距離無線連接技術，能夠在多個電子設備之間實現簡單而安全的雙向交互，當兩臺NFC兼容的設備彼此距離為十幾厘米遠時，它們之間就可進行通信。
NFC的最初設想是將RFID技術和互聯網絡技術進行簡單的合并，隨著這兩項技術的發(fā)展和用戶對此技術能力需求的增加，目前已經演變成一種具有相應標準的近距離無線通信技術。NFC短距離交互的特點，大大簡化了整個認證識別過程，使電子設備間的互相訪問更直接、更安全、更高效。
通過NFC，電腦、數碼相機、手機、PDA等多個設備之間可以很方便地進行無線連接，進而實現數據交換和服務。具有NFC功能的手機，可以實現小額電子支付和讀取其它NFC設備或標簽的信息。用戶用具有NFC功能的手機接觸帶有NFC標簽的海報或信息欄，可以自動鏈接到一個互動的互聯網界面，并打開音頻文件，或自動將各種內容下載到手機。另外，將NFC手機作為銀行卡或門禁卡使用時，用戶不用擔心安全性，因為用戶可以在NFC手機上為銀行卡或門禁卡設置密碼保護，而不像現在的普通門卡或鑰匙誰都可以用。
2 NFC的工作原理
2.1 NFC的工作模式
NFC 通信的雙方通常被稱為發(fā)起設備和目標設備，任何NFC設備都可以作為發(fā)起設備或目標設備，兩者之間是以交流磁場方式相互耦合, 并以ASK方式或FSK方式進行載波調制，傳輸數字信號。發(fā)起設備產生無線射頻磁場來初始化通信，目標設備則響應發(fā)起設備所發(fā)出的命令，并選擇用負載調制或自行產生的無線射頻磁場進行通信。
當目標設備響應發(fā)起設備時，用自己產生的RF磁場來傳輸數據，這種工作模式叫主動工作模式。當目標設備用負載調制技術獲得能量來響應發(fā)起設備時，這種工作模式叫被動工作模式。
在主動模式下，需要兩臺設備支持全雙工數據交換，發(fā)起設備和目標設備都必須產生自己的射頻場，并按照相同的傳輸速率通信，如圖1所示。在被動模式下，由
NFC發(fā)起設備在整個通信過程中提供RF磁場，將數據發(fā)送到NFC目標設備，目標設備不必產生射頻場，而使用負載調制技術以相同的速度將數據傳回NFC發(fā)起設備。
在實際應用中，NFC手機主要工作在被動模式，如當NFC手機作為卡模擬應用時，就工作于被動通信模式，通過負載調制技術獲得數據回傳的能力，可以大幅降低設備功耗并延長電池續(xù)航能力。
在一個應用會話過程中，NFC設備可以在發(fā)起設備和目標設備之間切換自己的角色。利用這項功能，電池電量較低的設備可以要求在被動通信模式下充當目標設備，利用負載調制發(fā)起設備產生的RF磁場來發(fā)送數據，從而節(jié)省能量。
2.2 NFC手機的實現方案
目前業(yè)界實現NFC手機的方案大致有三種。
1) 雙界面智能卡方案(或稱SIMPASS方案)。這種方案是用同時具備普通SIM卡功能和非接觸式應用功能的非接觸式智能卡代替普通SIM卡;同時將NFC 天線貼在SIM卡上或放在手機電池與后蓋之間，天線連接在SIM卡的C4、C8腳上，從而與SIM卡通信。對于用戶來說，不用換手機，通過更換SIM卡就可以
IFrame
使用NFC手機，但是只作為非接觸式智能卡使用，不具有非接觸式智能卡閱讀器和點對點通信功能。
2) NFC方案。與雙界面卡不同的是，NFC方案是將NFC控制芯片集成在手機主板上，同時為了安全性，增加了安全控制芯片，將NFC天線放在手機電池與后蓋之間。該方案未解決掉電和與SIM卡關聯的問題。該方案可以實現非接觸式智能卡、非接觸式智能卡閱讀器和NFC設備之間的點對點通訊功能。
3) eNFC方案。是增強型NFC方案。其特點是與應用相關部分完全被放置在SIM卡中，NFC芯片集成在手機主板上。并通過UART接口與手機處理器通信，通過SWP(Single Wire Protocol)協議與SIM卡中的應用部分通信。通過將SIM卡的C1管腳與Microread相連，eNFC方案還可以支持手機掉電模式，在這種模式下，射頻前端芯片和SIM卡通過射頻天線獲取能量，保證在手機沒電的情況下也同樣能夠進行卡模擬。
3 NFC手機的應用場景及測試方法
NFC手機的測試內容，主要涉及到射頻性能指標測試、協議測試、軟件功能測試、兼容性測試等。由于對NFC的射頻性能測試和協議測試都有國際測試規(guī)范指導，所以本文主要圍繞NFC手機的應用場景，介紹對應的軟件功能測試方法。
3.1 NFC手機作為被讀設備模擬非接觸式智能卡時的應用場景及測試方法
3.1.1 應用場景
在這種應用模式中，NFC手機模擬成一張底層兼容ISO 14443A、ISO 14443B或ISO 15693標準的非接觸式智能卡。
當NFC手機進入非接觸式智能卡閱讀器的工作范圍時，閱讀器可以讀取NFC手機中的應用數據，然后通過PLMN或無線網絡將數據送至應用處理系統進行處理，同時應用處理系統也可以通過閱讀器向NFC手機寫入數據，用以更新應用數據。
3.1.2 測試方法
當NFC手機作為被讀設備模擬非接觸式智能卡時，相當于一個電子錢包如銀行卡、加油卡、停車卡、交通卡，或電子票據如影劇票、飛機票、火車票、優(yōu)惠券，或ID卡如門禁卡、會員卡、積分卡等。
測試要點
在NFC手機上下載多個采用不同標準實現的非接觸式智能卡應用，如信用卡、火車票、門禁卡等，并在手機電池處于電量充足、低電和掉電三種情況下開展測試。下面給出一個基本功能的測試用例。
1) 預置條件。
①準備能閱讀ISO14443Type-A、B以及Felica標準的非接觸式
將支持NFC功能的USIM卡插入被測NFC手機，并正常待機。
2) 測試步驟。
①將被測手機設置為模擬卡模式，并選擇某一應用，如銀行卡。
②在非接觸式智能卡閱讀器上設置交易金額。
③將被測NFC手機靠近閱讀器(小于設計的工作距離10cm)。
3) 預期結果。
①閱讀器上顯示讀到的交易信息。
②被測NFC手機上顯示密碼輸入界面。輸入密碼，能正確完成交易。
我們還可以用閱讀器讀寫NFC手機在模擬非接觸式智能卡狀態(tài)下的內存結構值來幫助問題的分析。下面講如何用閱讀器讀NFC手機模擬卡時的內存結構值。
1) 預置條件。
①準備可讀寫符合ISO-14443 TYPE A等協議非接觸式智能卡的閱讀器。
②在PC機上安裝閱讀器的驅動程序和射頻卡演示程序，并啟動程序。
2) 測試步驟。
①將閱讀器和PC機通過串口線建立連接，在設備管理中設置正確的串口和波特率。
②設置卡型，如將NFC手機設置為Mifare one卡。
③卡型操作，選擇需要測試的項目進行測試，如圖4所示。需要注意的是裝載密碼、核對密碼以及讀卡時的絕對地址一定要匹配，且在讀卡操作前一定要進行裝載密碼和核對密碼操作。
④對于“校驗密碼”測試，可以選擇校驗密碼類型及要校驗的扇區(qū)，選擇好后進行校驗，會顯示校驗結果。
⑤選擇“讀寫操作”測試，可對NFC手機在模擬非接觸式智能卡時的存儲器結構值進行讀寫。讀取結果見圖5。
3.2 NFC手機作為讀取設備模擬非接觸式智能卡閱讀器時的應用場景及測試方法
3.2.1 應用場景
NFC手機作為閱讀器時可以識別物品上的標簽，獲取標簽上的應用，并通過無線網絡送至應用處理系統進行處理。
標簽的數據格式要求符合數據交換格式協議NDEF[1]，最基本的標簽是文本、URI、圖片、音頻格式等文件，復雜的標簽還可以支持一些運算、加密來控制對標簽里數據段的讀寫，甚至一些標簽上還有簡單的操作系統，允許一些復雜的交互及執(zhí)行一些代碼。
NFC 手機作為非接觸式智能卡閱讀器時，可以實現數字內容傳輸、下載智能廣告牌信息、公交站點信息及追蹤溯源、防偽等應用。如NFC手機用戶看到一則海報信息：劉德華將要在鳥巢舉行一場演唱會，海報上還刊登了演唱會邀請的嘉賓，以及演唱會節(jié)目安排的詳細信息，持有NFC手機的用戶不必一直站在海報前駐足觀看，他完全可以用NFC手機的閱讀器功能讀取海報鏈接并下載到
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手機中，找一個舒服的地方慢慢看。
在NFC手機的應用場景中，有時扮演非接觸式智能卡、有時扮演非接觸式智能卡閱讀器，從而實現一次完整的應用。以欣賞一次電影為例，NFC用戶看到一則有電影的智能海報，用戶將NFC手機接觸智能海報讀取所需電影的鏈接，即可在手機上欣賞該片的精彩片花，這時，NFC手機扮演的是非接觸式智能卡閱讀器。如果用戶決定購買電影票時，可以發(fā)起預定票請求，后臺應用處理系統會將預定的電子票通過空中服務平臺下載到用戶的NFC手機上。當用戶在影院入場時，在檢票機上刷存有預定電子票的NFC手機，檢票機驗票通過后，用戶即可入場，此時，存有電子票的NFC手機工作在非接觸式智能卡模擬模式。
3.2.2 測試方法
需要收集各種標準和格式的標簽，用被測NFC手機作為閱讀器讀取各種標簽的數據，然后觀察交互界面和交易值是否正確。測試要點。1)要遍歷所支持數據類型的各種標簽。2)要能準確讀取和顯示所讀標簽信息。3)能夠將讀得的信息在NFC手機上顯示。4)順利地與應用系統傳輸數據。測試結果中關注準確性、反應速度、工作距離及與瀏覽器等模塊的交互。
3.3 NFC手機工作于點對點通信模式時的應用場景及測試方法
3.3.1 應用場景
點對點的通信模式，指
NFC手機與NFC手機或是具備NFC功能的筆記本、PDA 、數碼相機等通過NFC技術進行通信。點對點模式應用的通信原理和作為非接觸式智能卡或閱讀器不同，它工作在主動通信模式，在進行通信之前，作為發(fā)起設備的NFC手機要產生自己的RF能量后才能傳輸數據，目標設備也要產生自己的RF來響應數據。應用網絡圖如圖7所示。目前點對點模式的應用主要有：協助快速建立藍牙連接、交換名片、傳輸URL、文本消息、游戲、音樂、圖像等NFC手機之間本地的數據交換，后續(xù)也可以擴展到網絡應用。
3.3.2 測試方法
需要針對NFC當前的不同應用，逐一設計測試用例并進行測試。下面是協助建立藍牙鏈接的用例。
1) 預置條件。
①準備兩部支持NFC的終端。
②打開NFC功能，并將NFC手機正常待機。
③至少在一個NFC手機存有存取藍牙配對信息的Tag。
④將有藍牙配對信息Tag的NFC手機作為被測終端，另一個NFC手機作為輔助測試終端。
2) 測試步驟。
①進入藍牙設置菜單，開啟藍牙功能。
②在藍牙設置界面選擇開始NFC配對。
③在120S內，用輔助機靠近測試機。
④獲取到藍牙配對信息。
3) 預期結果。
①藍牙功能開啟成功。
②選擇成功。
③建立NFC P2P連接成功，獲取藍牙配對信息：PIN碼和藍牙地址。④斷開NFC的P2P連接，并建立到目標設備的藍牙配對。
3.4 其他測試內容
對NFC手機的測試，除了要針對NFC手機在各種應用模式和應用場景下進行功能測試外，還要進行兼容性測試、并發(fā)測試、性能測試和協議測試等，下文簡述相關的測試要點。
1) 兼容性測試。
當NFC手機作為非接觸式智能卡時，將NFC手機設置為不同標準與應用業(yè)務的卡，與具有相應標準的閱讀器進行測試。當NFC手機作為閱讀器時，收集所支持所有類型的標簽，用被測NFC手機去閱讀，并檢查通信結果。當NFC手機工作于點對點模式時，將NFC手機與不同廠家的各種NFC終端交換業(yè)務。
2) 并發(fā)測試。
并發(fā)測試考慮的是NFC手機正在某種業(yè)務執(zhí)行過程中，如刷卡、多媒體業(yè)務互傳等時出現來電、短信、彩信、鬧鐘及低電等情況時，不會影響NFC手機正在進行的通信業(yè)務。
3) 業(yè)務性能測試
。針對NFC手機在不同應用模式下的業(yè)務性能進行測試，如：① NFC業(yè)務交互時長的測試。驗證被測NFC手機在卡模擬狀態(tài)時，刷卡時間是否符合要求;驗證NFC手機作為閱讀器時，閱讀一張海報的時間是多少;兩個
NFC手機之間傳輸一張照片的時間是多少。② NFC手機的工作距離測試。驗證被測NFC手機在卡模擬狀態(tài)時，刷卡的最大距離是否符合要求;驗證NFC手機作為閱讀器時的最大工作距離是否滿足用戶需求。③ NFC業(yè)務鏈接成功率測試。在三種應用模式下，分別選擇具有代表性的應用場景，進行多次NFC業(yè)務測試，統計被測終端成功完成NFC業(yè)務的概率。④
穩(wěn)定性測試。在NFC手機內存滿時，作為非接觸式智能卡或閱讀器等的功能是否正常。
4) 射頻性能指標測試。
NFC手機的射頻測試關注場強測試、頻率測試、調制波形測試等，具體可以參見RF Interface Test Methods ISO22536[2]。認證測試可以參見CE最新標準ETSI EN 300 330-1 V1.7.1 (2010-02)及ETSI EN 300 330-2 V1.5.1 (2010-02)、FCC PART 15C (2009)。
5) 協議測試。
NFC手機開發(fā)要求遵循標準：NFCIP-1 ISO18092(ECMA340或ETSI TS 102 190)、NFCIP-2 ISO21481 [3]。
NFC手機的協議測試，可參考NFC技術的協議測試標準
ISO23917[4]。
13811485958
