如何有效利用NFC加快目前藍(lán)牙處理的速度

雖然藍(lán)牙是一種優(yōu)秀的短距離數(shù)據(jù)通信技術(shù)，但是，其傳輸層協(xié)議的缺點(diǎn)是不便于用戶(hù)對(duì)設(shè)備之間的初始鏈路進(jìn)行設(shè)置。簡(jiǎn)單地把藍(lán)牙耳機(jī)與蜂窩電話連接起來(lái)就要占用30秒的時(shí)間(最壞情況)，而重新連接過(guò)去已識(shí)別的節(jié)點(diǎn)常常需要一些手工干預(yù)。

　　幸運(yùn)的是，近場(chǎng)通信(NFC)技術(shù)可以被用于與藍(lán)牙結(jié)合在一起使用，從而簡(jiǎn)化把新節(jié)點(diǎn)添加到用戶(hù)正常工作的個(gè)人區(qū)域網(wǎng)的過(guò)程，或簡(jiǎn)化藍(lán)牙設(shè)備與公共資源如提款機(jī)、照片打印機(jī)或自動(dòng)售貨終端之間的臨時(shí)鏈接過(guò)程。

　　在藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)之間采用NFC做初始“握手”，就可以消除用戶(hù)干預(yù)，并使設(shè)備之間幾乎即時(shí)的配對(duì)成為可能。其獨(dú)立的工作頻率和互補(bǔ)應(yīng)用(圖1)使NFC便于與藍(lán)牙在同一個(gè)產(chǎn)品中共存，從而簡(jiǎn)化藍(lán)牙數(shù)據(jù)處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)和協(xié)商階段的操作。

　　NFC有三個(gè)主要功能，使之不同于其它無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并對(duì)它們形成互補(bǔ)。

　　- 短距離：NFC已經(jīng)被故意設(shè)計(jì)為具有極短的工作距離(10cm)，以防止意外或未經(jīng)授權(quán)地激活鏈路；

　　- 直覺(jué)連線方式：NFC設(shè)備之間建立鏈路的方式是按照普通消費(fèi)者的操作方式開(kāi)發(fā)的，而不是按照工程師或程序員的思維方式開(kāi)發(fā)的。非常像目前的智能卡那樣，用具備N(xiāo)FC功能的PDA或蜂窩電話開(kāi)始一項(xiàng)交易，只要把它們接近你想要連接的設(shè)備就可以完成交易。

　　- 具有與無(wú)電RFID產(chǎn)品通信的能力：NFC在傳統(tǒng)的自供電設(shè)備之間工作，并且也支持對(duì)諸如非接觸卡或RF應(yīng)答器之類(lèi)的被動(dòng)設(shè)備的通信。

NFC基本知識(shí)

　　NFC最初被設(shè)計(jì)為采用13.56 MHz RFID頻段，用于在非常短的距離間(10cm或更近)實(shí)現(xiàn)非接觸的數(shù)據(jù)傳輸。它是一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，由ISO 18092 和ECMA 340標(biāo)準(zhǔn)定義，并與針對(duì)RFID的全球標(biāo)準(zhǔn)ISO 1443后向兼容。

　　其低成本、高可靠性和全球兼容性使之成為諸如RFID、電子支付和“非重?fù)簟敝悄芸ㄖ?lèi)應(yīng)用所選擇的技術(shù)。NFC這些相同的特性也使之擔(dān)當(dāng)起建立藍(lán)牙鏈路所需要的自動(dòng)執(zhí)行鑒權(quán)和初始參數(shù)交換的第二通道。

　　盡管藍(lán)牙設(shè)備之間的常規(guī)“配對(duì)”操作通常要占用5到6秒(在擁擠的環(huán)境中最長(zhǎng)為30秒)，NFC的最新型單鏈路協(xié)議在100-200ms內(nèi)就能完成相同的任務(wù)。

　　這種高效率完全是因?yàn)?FONT face=宋體>NFC比較簡(jiǎn)單的協(xié)議最初就是為一系列簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的，其方法與藍(lán)牙比較復(fù)雜的系列使用模式形成了尖銳對(duì)比。

表1：NFC和藍(lán)牙之間的要點(diǎn)比較。

　　利用標(biāo)準(zhǔn)RFID技術(shù)的子集和輸出功率典型值為1到2 dBm的電路，NFC可以支持超短距離數(shù)據(jù)鏈路，在主動(dòng)和被動(dòng)兩種工作模式下(圖1)的傳輸速率都是106 Kbits/s、212 Kbits/s和424 Kbits/s。NFC的“主動(dòng)模式”需要兩個(gè)器件來(lái)支持全雙工數(shù)據(jù)交換；而“主/被動(dòng)”操作僅僅需要一個(gè)主動(dòng)發(fā)射器來(lái)給其被動(dòng)接收單元提供能量。

　　被動(dòng)單元的接收器僅僅要在被輪詢(xún)到時(shí)發(fā)出確認(rèn)其存在的信號(hào)，確認(rèn)可用性后就可以進(jìn)入通信，并確認(rèn)接收到數(shù)據(jù)。另一方面，NFC的主動(dòng)模式需要使用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)并由兩者協(xié)商數(shù)據(jù)的交換。盡管大多應(yīng)用需要兩個(gè)NFC節(jié)點(diǎn)都工作在主動(dòng)模式，但是，“主/被動(dòng)”模式對(duì)于跟無(wú)電設(shè)備—如非接觸卡—通信就有用。

圖1a：NFC主動(dòng)模式的工作原理。

圖1b：NFC被動(dòng)模式的工作原理。

　　一次NFC處理總是跟隨一個(gè)簡(jiǎn)單的序列，其中包括發(fā)現(xiàn)(Discovery)、簽權(quán)(Authentication)、協(xié)商(Negotiation)、傳輸(Transfer)和確認(rèn)(Acknowledgment)。NFC鏈路層包括一個(gè)加密鑒權(quán)程序和防沖突機(jī)制，從而排除了第三放以“中間人”的角色對(duì)鏈路進(jìn)行編程。

　　此外，其短距離(10cm)限制了潛在的“黑帽”黑客的訪問(wèn)。對(duì)于諸如加密支付交換之類(lèi)的敏感應(yīng)用，可以采用標(biāo)準(zhǔn)智能卡技術(shù)所采用的相同技術(shù)，把AES和三重DES加密算法添加到較高層協(xié)議上。NFC設(shè)備協(xié)商階段建立的參數(shù)定義了即將到來(lái)的處理，如鏈路速度、設(shè)備ID、應(yīng)用、傳輸量和所要求的行動(dòng)。

　　在此，NFC鏈路既可以對(duì)其自身執(zhí)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理，也可以被用于建立基于藍(lán)牙的設(shè)備之間的背對(duì)背連接或設(shè)備之間的主/客鏈路。后者涉及對(duì)兩端協(xié)商藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)的地址，并利用藍(lán)牙的較高層協(xié)議來(lái)處理鏈路的終止。利用典型的串行鏈路—如I2C或SPI和一個(gè)簡(jiǎn)單的交換協(xié)議，可以在藍(lán)牙和NFC設(shè)備之間傳遞這些參數(shù)。

　　NFC協(xié)議這種自動(dòng)處理較低層任務(wù)的能力，使之極大地改善了許多消費(fèi)應(yīng)用的用戶(hù)體驗(yàn)。圖2比較了用戶(hù)在兩個(gè)蜂窩電話或PDA之間建立鏈路來(lái)玩游戲或交換照片的交互作用過(guò)程。Wi-Fi和無(wú)線USB用戶(hù)也已經(jīng)開(kāi)發(fā)了類(lèi)似的機(jī)制，以便聯(lián)網(wǎng)時(shí)享受相同級(jí)別的速度和便利。

圖2：NFC與藍(lán)牙透明的握手方式簡(jiǎn)化了為多個(gè)游戲玩家與手持設(shè)備之間建立鏈接的過(guò)程。

現(xiàn)實(shí)世界中的NFC

　　因?yàn)?FONT face=宋體>NFC進(jìn)一步增強(qiáng)了藍(lán)牙設(shè)備原有的較長(zhǎng)通信距離和較高數(shù)據(jù)率的優(yōu)勢(shì)，配備兩種技術(shù)的設(shè)備就具有較大的靈活性并為用戶(hù)提供了更佳的體驗(yàn)。觀察兩種技術(shù)之間協(xié)作的一種簡(jiǎn)化方法是：把藍(lán)牙設(shè)想為使任意兩個(gè)電子設(shè)備之間能夠交換數(shù)據(jù)的“電纜”，而NFC就是使這個(gè)過(guò)程快捷流暢的通用“連接器”。

　　但是，與其簡(jiǎn)單地羅列一串NFC的潛在市場(chǎng)，不如我們探究一些特定的場(chǎng)景，說(shuō)明NFC是如何簡(jiǎn)化藍(lán)牙的鏈接過(guò)程來(lái)使現(xiàn)有的應(yīng)用更為便利且使用起來(lái)更為舒適。我們也將考察NFC將如何通過(guò)釋放手持設(shè)備的能力來(lái)使新應(yīng)用成為可能，并且由此可能誕生煥然一新的各類(lèi)產(chǎn)品。

免提連接

　　通過(guò)簡(jiǎn)化配備藍(lán)牙功能的蜂窩電話跟耳機(jī)及免提系統(tǒng)的鏈接過(guò)程，NFC將及早獲得市場(chǎng)的認(rèn)同。耳機(jī)或揚(yáng)聲器單元只要包含一個(gè)非接觸RFID卡，就可以通過(guò)把兩個(gè)設(shè)備與蜂窩電話接觸在一起來(lái)實(shí)現(xiàn)配對(duì)。在這種情形下，蜂窩電話讀取RFID卡，以確定耳機(jī)所提供的功能及藍(lán)牙的設(shè)置參數(shù)。

臺(tái)式設(shè)備/手持設(shè)備同步

　　智能電話用戶(hù)在從個(gè)人電腦獲取他們的聯(lián)系清單、日歷和其它重要數(shù)據(jù)的時(shí)候，也將從具有NFC功能的藍(lán)牙設(shè)備中獲益。現(xiàn)在，把你的智能電話或PDA靠近你的個(gè)人電腦，然而，從你的手持設(shè)備屏幕上回答若干問(wèn)題，就可以簡(jiǎn)單地把智能電話或PDA與個(gè)人電腦同步連接起來(lái)。

游戲

　　在電子游戲世界中，通過(guò)使本地聯(lián)網(wǎng)的游戲能夠在Ad-Hoc環(huán)境中玩(如午餐聚會(huì)的學(xué)生或往返工作的人群)，NFC也將找到許多的應(yīng)用。當(dāng)與藍(lán)牙配合使用的時(shí)候，NFC克服了目前制約藍(lán)牙應(yīng)用普及程度且與建立連接有關(guān)的許多問(wèn)題。

　　在藍(lán)牙耳機(jī)跟蜂窩電話的鏈接過(guò)程中，鏈路通常被僅僅配置一次；Ad-Hoc游戲與此不同，玩游戲的兩個(gè)人相遇時(shí)每次都要建立一個(gè)新的鏈接。在手機(jī)和耳機(jī)之間每次設(shè)置都要花3到5分鐘的程序，過(guò)去花這么長(zhǎng)的時(shí)間是可以接受的；但是，如果一天內(nèi)用戶(hù)要重復(fù)連接幾次，那么，這種設(shè)置方式就成為耗費(fèi)時(shí)間的麻煩事。

　　在擁擠的公共場(chǎng)所可能隨時(shí)可以看到許多藍(lán)牙設(shè)備，在這樣的情況下，就很難確定哪一個(gè)設(shè)備是你要連接的設(shè)備，因而藍(lán)牙手機(jī)與耳機(jī)之間建立鏈接的過(guò)程可能就更為復(fù)雜。

　　NFC提供了針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的解決方案，容許無(wú)縫、直覺(jué)和即時(shí)地建立鏈接。不論你用的是 Game Boy或PS2這樣精巧的游戲設(shè)備，或用的是你的蜂窩電話或PDA中的嵌入式游戲，NFC都能夠用簡(jiǎn)單的“觸摸即連接”的操作來(lái)為多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備設(shè)置鏈接。兩個(gè)玩游戲的人只要把他們的游戲機(jī)觸摸一下，就可以讓游戲機(jī)上的NFC軟件處理建立藍(lán)牙鏈接所需要的發(fā)現(xiàn)、質(zhì)詢(xún)、簽權(quán)和加密等操作。

圖像打印

　　隨著數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)的興起，對(duì)即時(shí)打印產(chǎn)生了迅猛的需求，家庭打印機(jī)和照片打印亭都竭力擠入藥店、折扣商店和便利店。具備NFC功能的藍(lán)牙鏈路可以在相機(jī)和打印機(jī)之間提供更為簡(jiǎn)單的圖像傳輸途徑，從而取代要利用USB線才能傳輸圖像的CD和存儲(chǔ)卡。

　　在商用照片亭打印手機(jī)或相機(jī)上的圖像，變成了把你的設(shè)備放在機(jī)器頂部的指定區(qū)域，然后選擇你的手持設(shè)備菜單上的圖像共享按鍵，就可以按常規(guī)辦法打印照片了。在家庭和辦公室，具備NFC功能的藍(lán)牙打印機(jī)將通過(guò)無(wú)縫的處理，從配備類(lèi)似功能的相機(jī)直接打印出照片。在兩、三年內(nèi)，該技術(shù)有望獲得普及應(yīng)用；通過(guò)基于USB適配器的“軟件狗”，老式計(jì)算機(jī)和打印機(jī)可以跟配備藍(lán)牙功能的手持設(shè)備對(duì)話。

共享照片

　　在PDA和智能電話設(shè)備的小巧屏幕上，瀏覽照片的范圍太狹小。利用NFC技術(shù)流暢地傳遞圖像的能力，計(jì)算機(jī)、電視和平板顯示器就能夠成為照片的臨時(shí)顯示設(shè)備，從而有助于把照片從PDA和智能電話設(shè)備釋放出來(lái)。不難想象，將來(lái)朋友彼此之間通過(guò)手持設(shè)備交換照片就像他們遞交名片一樣方便。(這句話的邏輯看起來(lái)是有問(wèn)題，調(diào)整了一下，請(qǐng)留意)

　　在DVD播放機(jī)、家庭影院?jiǎn)卧蛞曨l顯示器中嵌入圖像傳輸能力的成本不高。只要把你的手持設(shè)備觸摸到一個(gè)具有NFC功能的藍(lán)牙電器，將可以建立鏈接并把菜單載入便攜式單元的屏幕上，讓你選擇、傳輸和顯示圖像。非常類(lèi)似于計(jì)算機(jī)，后裝藍(lán)牙適配器將使更老一代視頻產(chǎn)品能夠從具備藍(lán)牙功能的信息源接收用戶(hù)的照片。

　　圖像共享的可行性已經(jīng)在飛利浦所做的技術(shù)演示中得到了證實(shí)。在這個(gè)驗(yàn)證概念的測(cè)試中，不同的用戶(hù)級(jí)應(yīng)用被用于開(kāi)始傳輸圖像。在將來(lái)的商業(yè)實(shí)現(xiàn)中，NFC軟件將被集成到單元的軟件之中，以最小化用戶(hù)的交互作用。

NFC的現(xiàn)在和未來(lái)

　　由于NFC技術(shù)對(duì)藍(lán)牙功能是一種補(bǔ)充，因而在蜂窩電話、PDA和其它大批量消費(fèi)電子設(shè)備中正在獲得廣泛的認(rèn)同。我們可以預(yù)見(jiàn)2006年市場(chǎng)上會(huì)出現(xiàn)支持NFC的藍(lán)牙設(shè)備。具備N(xiāo)FC功能的POS終端點(diǎn)鈔機(jī)已經(jīng)在各地投入使用，而“觸摸即打”的照片打印機(jī)亭預(yù)計(jì)在2007年初將上市。

　　在這些日子到來(lái)的前夜，NFC將作為獨(dú)立芯片嵌入到產(chǎn)品之中。對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品而言，其發(fā)展前景取決于被廣泛認(rèn)同的程度，預(yù)計(jì)上述各類(lèi)應(yīng)用的最初目標(biāo)成本是小于1美元。

　　在兩到三年之內(nèi)，大多數(shù)NFC設(shè)備有望成為大型集成方案的核心功能，使之更像一種設(shè)計(jì)特色，而不是增加成本的選項(xiàng)。隨著人們廣泛認(rèn)同NFC作為有發(fā)展前途的無(wú)線協(xié)議技術(shù)，將有助于創(chuàng)新下一代無(wú)縫互通的無(wú)線產(chǎn)品，并對(duì)語(yǔ)音、視頻和電子貨幣進(jìn)行同樣便利的交換。

了解更多信息

　　NFC是一個(gè)開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)，它由NFC論壇管理，宗旨是確保各種應(yīng)用之間的互通性，其行動(dòng)包括開(kāi)發(fā)基準(zhǔn)、測(cè)試認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和支持Plugfest活動(dòng)。欲了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.nfcforum.org。

作者簡(jiǎn)介

　　Taoufik Ghanname是飛利浦半導(dǎo)體公司負(fù)責(zé)NFC業(yè)務(wù)的非接觸和嵌入式安全產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理，他擁有法國(guó)國(guó)立格勒諾布爾理工大學(xué)的電子和電信碩士學(xué)位(INPG-ENSERG)。