NFCTechnicalOverview.pptx
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1、主要内容NFC技术起源和发展NFC通信原理介绍NFC协议体系结构介绍NFC应用介绍什么是NFC?NFC技术由Philips、Nokia和Sony主推的一种近距离无线通信技术(NFCIP-1)通信距离在10厘米(实际中需要贴的很近)以13.56MHzRFID技术为基础与现有的非接触式智能卡国际标准相兼容数据传输速率106kbit/s、212kbit/s或424kbit/s。3NFC Has Multiple UsesWireless Market SpaceNFC起源和发展NFC技术由飞利浦和索尼,Nokia联合研发近距离无线通信技术(NFCIP-1),以ISO14443(RFID)技术为基础向
2、欧洲电脑制造商协会(ECMA)提交标准草案并被被认可为ECMA-340标准借助ECMA向ISO/IEC提交了标准,被认可为ISO/IEC18092NFC起源和发展2004年,飞利浦、索尼、诺基亚共同发起NFC论坛,开始推广NFC技术的商业应用为了兼容非接触式智能卡,2004年NFC论坛又推出了NFCIP-2规范,并被相关组织批准为ECMA-352、ISO/IEC21481和ETSITS102312V1.1.1NFC起源和发展其中NFCIP-1标准详细规定NFC设备的调制方案、编码、传输速度与RF接口的帧格式帧格式,以及主动与被动NFC模式初始化过程中,数据冲突控制所需的初始化方案和条件。此外,
3、这些标准还定义了传输协议传输协议,其中包括协议启动和数据交换方法等。NFCIP-2则指定了一种灵活的网关系统,用来检测和选择检测和选择三种操作模式之一三种操作模式之一:NFC卡模拟模式、读写器模式和点对点通信模式。选择既定模式以后,按照所选的模式进行后续动作。网关标准还具体规定了RF接口测试方法(ISO/IEC22536和ECMA-356)和协议测试方法(ISO/IEC23917和ECMA-362)。这意味着符合NFCIP-2规范的产品将可以用作ISO/IEC14443A和B以及Felica(ProximityCards)和ISO15693(VicinityCards)的读写器。NFC操作模式
4、操作模式操作模式NFC可以运行在ISO/IEC 18092,Felica(JISX6319-4)和ISO/IEC 14443三种无线智能卡标准下(contactless smart card standard)1、读/写(PCD)-ProximityCouplingDevice 在这种模式,开启NFC功能的手机可以读写任何支持的标签,读取其中的NFC数据格式标准的数据。2、点对点 在这种模式下,两个NFC设备可以交换数据。例如,你可以分享启动蓝牙或Wi-Fi连接的参数来启动 蓝牙或Wi-Fi连接。你可以交换如虚拟名片或数字相片等数据。点对点模式符合ISO/IEC 18092标准。3、模拟卡片(
5、PICC)-ProximityCardorObject支持NFC的手机在与标签交互时扮演读取器的角色。在这种模式手机也可做为标签或被读取的无线卡片NFC的工作模式的工作模式主动模式主动模式在主动模式下,每一个想要发送数据的设备,都必须产生自己的电磁场被动模式被动模式只有需要主设备产生电磁场,其他设备,通过负载调制负载调制的方法,来和主设备通信,其他设备虽然不产生磁场,但是可以将主设备的磁场强度拉低,从而达到通信的目的,标签卡工作在被动模式下疑问?标签卡没有电源,是怎么把数据传输给读卡器的?负载调制是什么意思?调制技术调制技术NFC标准中对于高速传输(424kbits)还没有做出具体的规定,目前
6、只支持106kbit、s、212kbit/s、424kbit/s,在低速传输时采用了幅移键控(ASK)调制,但对于不同的传输速率具体的调制参数是不同的。幅移键控(ASK)调制被动模式被动模式 被动模式主要用在读取标签卡的场景,此时标签的能量,是通过电感耦合的方式从主设备获取的。电阻负载调制开关S用于控制负载调制电阻Rmod的接入与否,开关S的通断由二进制数据编码信号控制。二进制数据编码信号用于控制开关S。当二进制数据编码信号为“1”时,设开关S闭合,则此时应答器负载电阻为RL和Rmod并联;而二进制数据编码信号为“0”时,开关S断开,应答器负载电阻为RL。应答器的负载电阻值有两个对应值,即RL
7、(S断开时)和RL与Rmod的并联值RL/Rmod(S闭合时)。等效电路图互感耦合回路的等效阻抗关系NFC碰撞的产生一、产生碰撞(collision)的原因 在在RFID系统应用中,因为多个读写器或多个标系统应用中,因为多个读写器或多个标签,造成的读写器之间或标签之间的相互干扰,签,造成的读写器之间或标签之间的相互干扰,统称为统称为碰撞碰撞。1 1什么是碰撞什么是碰撞什么是碰撞什么是碰撞1、标签碰撞、标签碰撞2、读写器碰撞、读写器碰撞2 2碰撞的类型碰撞的类型碰撞的类型碰撞的类型标签碰撞Data1Data5Data4Data3Data5Data4Data3Data2Data2Data1RFID
8、数据碰撞示意图数据碰撞示意图TimeTime完全碰撞完全碰撞TimeTagBR1RrRrReader2Reader1读写器读写器-读写器频率干扰读写器频率干扰 R1R1为为Reader1Reader1的干的干扰范围扰范围 RrRr为为Reader1Reader1和和Reader2Reader2的读取范围的读取范围 从标签从标签T T反射到读写器反射到读写器Reader2Reader2的信号很容易的信号很容易被从被从Reader1Reader1发出的信发出的信号干扰。号干扰。Tag读写器碰撞Tag3Tag2Tag1Reader1Reader2多读写器一标签干扰多读写器一标签干扰 标签标签1 1接
9、收到的信息为两个读写器发射信号接收到的信息为两个读写器发射信号的矢量和的矢量和,是一个未知信号。是一个未知信号。如何解决碰撞如何解决碰撞的问题呢?的问题呢?读卡器防碰撞读卡器防碰撞为了防止正在工作的其他NFC设备(包括工作在此频段的其他电子设备)的干扰,NFC标准规定任何NFC设备在呼叫前都要进行系统初始化以检测周围的射频场。当周围NFC频段的射频场小于规定的门限值(0.1875Am)时,NFC设备才能呼叫。系统初始化防冲突检测的流程如图所示。标签碰撞标签碰撞二进制树型搜索算法二进制树型搜索算法冲突节点冲突节点非冲突节点非冲突节点011011100101树分叉算法树分叉算法基本思想是:基本思想
10、是:将处于碰撞的标将处于碰撞的标签分成左右两个子集签分成左右两个子集0 0和和1 1,先,先查询子集查询子集0 0,若没有碰撞,则,若没有碰撞,则正确识别标签,若仍有碰撞则正确识别标签,若仍有碰撞则分裂,把分裂,把1 1子集分成子集分成0000和和0101两两个子集,直到识别子集个子集,直到识别子集1 1中所中所有标签。有标签。1 10 01 11 10 00 00 00 01 11 11 10 0?射频卡射频卡1射频卡射频卡2读写器译码读写器译码在二进制搜索算法的实现中,起决定作用的是读写器所使用在二进制搜索算法的实现中,起决定作用的是读写器所使用的信号编码的信号编码必须能够确定碰撞的准确比
11、特位置必须能够确定碰撞的准确比特位置。曼彻斯特码曼彻斯特码(Mancherster)(Mancherster)可在多卡同时响应时,译出错误码字,可以按位可在多卡同时响应时,译出错误码字,可以按位识别出碰撞识别出碰撞。这样可以根据碰撞的位置,按一定法则重新搜索射。这样可以根据碰撞的位置,按一定法则重新搜索射频卡。频卡。A:10100111B:10110101C:10101111D:10111101R:11111111R:11111111?R R表示阅表示阅读器读器搜寻标签过程搜寻标签过程A:10100111C:10101111R:10101111R:10101111 送送REQUESTREQUE
12、ST(1010111110101111)命令,标)命令,标签签A A和和C C应答。解码数据为应答。解码数据为1010?111,1010?111,发发生碰撞,算法做下如下,将碰撞的最高生碰撞,算法做下如下,将碰撞的最高置置0 0,其它碰撞位置,其它碰撞位置1 1。得。得1010011110100111?R R表示阅表示阅读器读器A:10100111C:10101111R:10100111R:10100111R R表示阅表示阅读器读器可以识可以识别别AImprovedAnti-collisionAlgorithm搜寻过程第一次搜第一次搜寻寻第二次搜第二次搜寻寻第三次搜第三次搜寻寻第四次搜第四次搜
13、寻寻第五次搜第五次搜寻寻发送序发送序号号接收序接收序号号TagATagATagTagB BTagTagC CTagTagD D1010011110110101101011111011110111111111101?1?11010111110100111101011111010?1111010011110100111识别识别TagATagA10110101101011111011110111111111101?1?11010111110101111识别识别TagBTagBImprovedAnti-collisionAlgorithm搜寻过程第六次搜第六次搜寻寻第七次搜第七次搜寻寻第八次搜第八次搜
14、寻寻第九次搜第九次搜寻寻第十次搜第十次搜寻寻发送序发送序号号接收序接收序号号TagATagATagTagB BTagTagC C TagTagD D1011010110111101111111111011?10110110101101101011011110110111101识别识别TagCTagC识别识别TagDTagDTYPEA(位检测防碰撞协议)帧有3种类型:短帧、标准帧和面向比特的防碰撞帧。ISO/IEC 14443标准中的防碰撞协议短帧短帧标准帧标准帧面向比特防碰撞帧面向比特防碰撞帧加校验位不加校验位不加校验位l命令集命令集 lREQA/WUPAREQA/WUPA命令命令PCD给PI
15、CC发送查询信息。这两个命令为短帧。REQA编码为26H(高半字节取3位),WUPA编码为52H(高半字节取3位),lATQAATQA应答应答 PCD发出REQA命令后,处于休闲状态的PICC都应同步地以ATQA应答PCD,PCD检查是否有碰撞备用经营者编码UID大小00:UID级长为101:UID级长为210:UID级长为3比特帧防碰撞方式,仅有1位设置成1UID结构定义注:UID可以是一个固定的唯一序列号,也可以使由PICC动态产生的随机数。CT:级联标志,编码为88Hl命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELN
16、VBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节PCD发送的字节数命令的非完整字节最后一位的位数l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELECTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节BCC:是UIDCLn的校验位,是UIDCLn的4个字节的异或。l命令集命令集 lANTICOLLISIONANTICOLLISION和和SELE
17、CTSELECT命令命令 组成域SELNVBUID CLnBCC说明1字节1字节04字节1字节若NVB=70H,即指示其后有40个有效位,则应添加CRC-A(2字节),此时为SELECT命令。若NVB指示其后少于40个有效位,则为ANTICOLLISION命令。l命令集命令集 lSAKSAK应答应答 PCD发送SELECT命令后,与40位UID匹配的PICC以SAK作为应答。UID不完整,还有未被确认部分UID完整,PICC遵守ISO-14443-4标准的传输协议PICC的状态lPower-off(断电)状态没有足够的载波能量,PICC没有工作,也不能发送反射波。lIdle(休闲)状态PICC
18、已经上电,能够解调信号,并能够识别有效的REQA和WAKE-UP命令。lReady(就绪)状态实现位帧的防碰撞算法或其它可行的防碰撞算法。lActive(激活)状态PCD通过防碰撞已经选出了单一的卡。lHalt(停止)状态防碰撞流程Relationship to OtherStandards Proximity and Vicinity Standards ISO/IEC 14443 Included as a base standard in Digital Protocol andAnalogue specifications.ISO/IEC 18092 NFCIP-1 Included
19、as a base standard in Digital Protocol andAnalogue specifications.JIS X 6319-4 FeliCa Included as a base standard in Digital Protocol andAnalogue specifications ISO/IEC 15693 Vicinity Out of scope of NFC Forum work.NFC协议栈6NFC Forum TechnologyArchitectureLogical LinkControl ProtocolSpecification(LLCP
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