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附录A 译文

近场通信概况

本章是什么？

➤NFC技术的背景

➤计算机和通信方面无处不在的NFC

➤NFC技术的发展：RFID和非接触式智能卡技术

➤NFC技术和NFC设备介绍：NFC标签，NFC阅读器和NFC手机

➤NFC操作模式与通用使用模式

➤NFC应用在操作模式方面的示例

目前，近场通信（NFC）是普及计算机的推动者之一。该技术简化并确保与您周围无处不在的自动化交互。您每天使用的许多应用程序，如信用卡，汽车钥匙，门票，健康卡和酒店房间门禁卡都将不复存在，因为支持NFC的手机将提供所有这些功能。

NFC生态系统是由多种技术的协同设计而成，包括无线通信，移动设备，移动应用和智能卡技术。此外，服务器端编程、Web和云服务以及XML技术有助于NFC技术及其应用的改进和传播。

本章简要介绍了NFC技术的基础与发展。然后，它简要概述了NFC技术和触摸式范例，包括NFC与其他无线技术的比较，以及智能NFC设备的介绍和业界新型NFC应用的操作模式。

无处不在的计算机和NFC

现代电脑的历史包括过去二百年来所进行的工作。个人计算机（PC）是早期计算机之后的重要一步，改变了用户通过使用键盘和显示器进行输入和输出而不是基本选项（如打孔卡片和电缆）与计算机交互的方式。鼠标也改变了人们与计算机交互的方式，因为它使用户能够将空间数据输入计算机。用户习惯用手握住鼠标并用手指点击它。指示设备的移动通过光标的移动在屏幕上回显，创建一种简单直观的方式来导航计算机的图形用户界面（GUI）。

触摸屏更进一步改变了互动的形式，并以戏剧化的方式进行了这样的操作。它们消除了对早期输入设备的需求，并且通过直接触摸屏幕进行交互，这成为新的输入设备。同时，手机被引入，最初用于语音通信。早期形式的手机包含一个小键盘。具有触摸屏的手机被认为是最先进的，因为屏幕用于输入和输出，这对于用户来说更直观。

无处不在的计算是人与计算机之间最高的互动水平，其中计算设备完全集成到日常生活中。无处不在的计算是人类根据他们需要使用的机器而设计活动的模型。 相反，机器可以根据人的需要进行调整。最终，主要目的是使用机器的人不需要改变他们的日常行为，甚至不会注意到他们在机器的帮助下进行活动。

与现代计算机和接口一样，通过移动通信提供的计算设备的增加的移动性也是开发无所不在的计算能力和NFC的重要一步。移动电话在引入NFC之前已经有了与外部环境的多种通信选项。最初推出手机时，他们的主要目标是启用语音通信。GSM（全球移动系统）通信进一步启用了功能用于多种服务的移动电话，如语音通信，短消息服务（SMS），多媒体消息服务（MMS）和互联网接入。此外，引入全球定位系统（GPS）和无线保真（WiFi）技术（例如，红外数据协会或IrDA）改变了我们使用手机的方式。移动电话和计算机之间的一个通信选项是通过USB的数据传输 - 物理端口用于此目的，电缆用于数据传输。

之后，引入了蓝牙技术，创建将外围设备与计算设备（如手机）连接起来的个人区域网络。蓝牙在二十世纪初期变得非常受欢迎。蓝牙功能最广泛的可能是移动电话之间或手机与另一蓝牙设备（如计算机）之间的数据交换。蓝牙使得能够在特定附近的设备之间进行通信。然而，使用该技术无法完全执行安全数据传输，因为它被设计用于高达10米的无线通信，而这将会允许恶意设备改变通信。

目前，一种新的互动方式已经进入了每个人的日常生活：NFC技术可以被认定为非接触识别和互连技术的组合。NFC通过触摸范式在短通信范围内在两个设备之间操作。它需要在几厘米内将两个兼容NFC的设备连接在一起。NFC通信发生在一侧的NFC移动设备和另一侧的NFC标签（无源RFID标签），NFC读取器或NFC移动设备之间。RFID能够接收和传输超过几米，具有广泛的用途。然而，NFC被限制在近距离（最多几厘米）内使用，并且还被设计用于安全的数据传输。目前，NFC的整合技术进入手机被认为是实际的解决方案，因为几乎大家携带手机。

NFC的主要憧憬是将个人和私人信息（如信用卡或现金卡数据）集成到手机中。因此，安全性是最重要的考虑因素，即使由RFID技术提供的短的无线通信范围也被认为太长。屏蔽是必要的，以防止未经授权的人员窃听私人对话，因为即使没有动力的被动标签仍然可以读取超过10米。这是NFC进入的点。

NFC在手机中集成了RFID技术和非接触式智能技术。NFC技术的发展如图1所示。 图中的灰色区域表明直接支持NFC环境的技术发展。本章简要概述了使NFC演进成为可能的技术。

图1

作为无线通信的NFC

NFC技术也可以使用无线通信方面进行评估。无线通信是指不使用任何电缆的数据传输。通过使用电缆进行通信是不可能的或不切实际的，无线通信是解决方案。范围可能从几厘米到几公里不等。

无线通信设备包括各种类型：固定移动和便携式双向无线电、蜂窝电话、个人数字助理、GPS单元、无线计算机鼠标、键盘和耳机、卫星电视和无线电话。 无线通信允许通信，而不需要物理连接到网络。

无线通信引入了与有线通信相比难以处理的挑战，这些挑战包括干扰，衰减，不可靠性，成本和安全性。无线通信利用电磁波内的电磁波传输数据，如图2所示。

图2

空间波长（米）

ELF：极低频 HF：高频

VF：语音频率 VHF：频率非常高

VLF：频率非常低 UHF：超高频

LF：低频 SHF：超高频

MF：中频 EHF：极高频率

无线通信最直接的优点是移动性，这确实对每个人的日常生活都有很大的影响。 移动通信不仅支持生产力组织的灵活性，也是个人的社会生活，因为人们可以保持连接到他们的社交网络。广泛使用的无线技术包括GSM、3G、LTE（长期演进）、蓝牙、WiFi、WiMAX和ZigBee。

表1根据其工作频率，数据速率和运行范围，简要总结和比较全球当前使用的流行无线技术。GPRS、EDGE和UMTS技术代表无线广域网（WWAN）。无线本地区域网络（WLAN）遵循不同频率和范围的这些技术，然后进入ZigBee和蓝牙2.0等无线局域网（WPAN）技术。NFC具有最短的通信范围，其次是RFID技术。

表1：一些无线技术概述

无线射频识别技术

RFID是用于通过无线电波在RFID读取器和电子RFID标签之间交换数据的无线通信技术。这些标签传统上附加到一个对象上，主要用于识别和跟踪。

图3说明了一个简单的RFID系统及其组件。数据传输来自电磁波，其可以根据频率和磁场具有不同的范围。RFID读取器可以从标签读取数据或写入标签。

图3

RFID读取器和RFID应用之间的连接在通信的不同部分使用有线或无线网络。在后端系统中，RFID应用程序被分配具体信息。RFID标签通常包含集成电路（IC）和天线。IC能够存储和处理数据，调制和解调射频（RF）信号，并执行其他功能。天线能够接收和发送（接收和传输）信号。

RFID系统的基本要素

RFID系统由两个主要组件组成：应答器和读卡器。应答器是位于要识别的产品或对象上的组件，读写器是从应答器读取数据或写入应答器的组件（如图3所示）。

应答器由耦合元件和承载要传输的数据的IC组成。应答器通常是RFID标签。 RFID标签具有高容量存储大量数据。它们分为两大类：无源标签（无电源），有源标签（有自己的电源）。如果应答器在RFID阅读器的范围内，则它由输入信号供电。

读取器通常包含具有用于解释数据的解码器的收发器（高频模块），控制单元和天线。许多RFID读取器包括将接收到的数据发送到另一个系统的附加接口。

普通RFID应用

RFID技术正在世界各地被广泛应用。以下是一些例子

➤库存系统：库存跟踪是RFID使用的主要领域。RFID技术使公司能够快速，轻松地管理库存。它也使公司能够减少缺货项目，增加产品销售，降低劳动力成本，简化业务流程，减少库存不准确。

➤人类植入物：用于动物标记的可植入RFID芯片也被用于人类。

➤动物识别：使用RFID标签识别动物是最早的RFID应用之一。RFID为大型农场操作和其他操作提供识别管理崎岖、跟踪动物很难的地形。用于动物上的可植入种类的RFID标签也用于动物识别。

➤赌场芯片跟踪：一些赌场将RFID标签放在高价值芯片上，以跟踪和检测假冒芯片，观察和分析个体玩家的投注习惯，速度确定经销商的计数错误。

➤医院手术室：RFID读取器和RFID标签的一次性纱布，海绵和毛巾旨在提高患者在医院的安全性和运行效率。

智能卡技术

智能卡包括嵌入式IC，其可以是具有或不具有安全微控制器的存储器单元。 这是一种有效的数据存储，处理和传输解决方案用于提供安全的多应用环境。 典型的智能卡系统包含智能卡、读卡器和后端系统。它可以使用物理接触（接触式智能卡盒）或远程非接触式RF接口（非接触式智能卡盒）与读卡器进行通信。该读取器连接到后端系统，后端系统存储，处理和管理信息。

在处理能力方面，智能卡分为两类：基于内存和基于微处理器。基于内存的智能卡可以存储数据，但需要一个外部处理单元进行处理。具有嵌入式微控制器的智能卡可以存储大量数据的数据，并执行自己的卡上功能，如安全相关操作和相互认证。这些智能卡可以与智能卡读卡器进行智能交互。这些卡还有自己的智能卡操作系统（SCOS）。在操作机制方面，智能卡分为三类：联系人、非接触式和混合式智能卡。

智能卡类型：基于能力的分类

智能卡是具有嵌入式微处理器和内存的塑料卡。一些智能卡只有不可编程的存储器; 因此，它们的能力有限。嵌入式或集成微处理器的智能卡具有各种功能。

基于内存的智能卡

基于内存的智能卡可以存储任何类型的数据，例如财务、个人和其他私人信息。但是，它们没有任何处理能力。这些卡需要使用同步协议与诸如读卡器的外部设备通信来操纵数据卡片。这些卡被广泛使用，例如，作为预付费电话卡。

基于微处理器的智能卡

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