ايتنا - بررسی مشخصات، کاربردها و مزایای فناوری NFC

با پیشرفت فناوری و رسوخ آن در دنیای ارتباطات، شیوه‌های برقراری ارتباطات نیز گسترده شده اند. یکی از این شیوه‌ها استفاده از امواج رادیویی در برقراری ارتباطات است.

یکی از فناوری‌هایی که می‌تواند برای انتقال اطلاعات در فواصل نزدیک مورد استفاده قرار گیرد، فناوری ارتباط میدان نزدیک یا NFC است. کوتاه برد بودن NFC عامل اصلی به کارگیری آن است زیرا برد کوتاه NFC مهمترین عامل در افزایش امنیت آن محسوب می‌شود.
از جمله مزایای NFC می‌توان به سادگی برقراری ارتباط دو دستگاه الکترونیکی با نزدیک کردن آنها به یکدیگر، کاربرد گسترده در وسایل مربوط به شناسایی موجودیت‌ها (کارت ملی و ...) و سازگاری آن با استانداردهای RFID موجود است. در این مقاله ضمن تعریف مشخصات فنی و کاربردی فناوری NFC، در ادامه به بررسی مزایا، تفاوت آن با سایر فناوری های مشابه، برچسب های مورد استفاده در فناوری NFC و همچنین استانداردهای مورد استفاده در این منابع خواهیم پرداخت.

مقدمه
با پیشرفت فناوری و رسوخ آن در دنیای ارتباطات، شیوه‌های برقراری ارتباطات نیز گسترده شده اند. یکی از این شیوه‌ها استفاده از امواج رادیویی در برقراری ارتباطات است. انواع مختلفی از یک ارتباط بی‌سیم وجود دارد. بعضی از این ارتباطات برای انتقال اطلاعات به فواصل دور و بعضی دیگر در فواصل نزدیک به کار گرفته می‌شوند. یکی از فناوری‌هایی که می‌تواند برای انتقال اطلاعات در فواصل نزدیک مورد استفاده قرار گیرد NFC است. فناوری NFC برای کاربردهای مختلف زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرد و بسیاری از دستگاه‌هایی که نیاز به بر قراری ارتباط با دستگاه‌های دیگر دارند از این فناوری پشتیبانی می‌کنند. کوتاه برد بودن NFC عامل اصلی به کارگیری آن است زیرا برد کوتاه NFC مهمترین عامل در افزایش امنیت آن محسوب می‌شود.

تعریف فناوری NFC
NFC، به معنای «ارتباط میدانی با بُرد کوتاه» است، مجموعه‌ای از استانداردها برای تلفن‌های هوشمند یا هر دستگاه دیگری که قرار است از طریق نزدیک شدن (فاصله صفر تا پنج سانتی‌متر) با یکدیگر ارتباط برقرار کنند وجود دارد. این مجموعه استانداردها شبیه 802.11b یا 802.11n برای Wi-Fi است، یعنی پروتکل‌هایی را برای ارسال و دریافت اطلاعات تنظیم می‌کنند.

NFC، یک فناوری اتصال غیر مستقیم است که در آن نیازی به محیط الکتریکی و فیزیکی نیست. این بدان معنی است که کارت‌های NFC برای انتقال اطلاعات به کارتخوان‌ها، نیازی به برقراری اتصال فیزیکی ندارند و فقط کافیست در فاصله چند سانتیمتری دستگاه کارتخوان قرار گیرند تا اطلاعات لازم را به آن ارسال گردد. این ارتباط خیلی ساده بوده بر خلاف دیگر اتصال‌های بی‌سیم برد کوتاه بدون انجام تنظیمات خاصی تنها با نزدیک کردن دو دستگاه به یکدیگر صورت می‌گیرد. حداکثر فاصله مورد نیاز برای این ارتباط 4 یا 5 سانتیمتر است.

مزایا و کاربردهای NFC
از جمله مزایای NFC می توان به موارد زیر اشاره کرد:
سادگی برقراری ارتباط دو دستگاه الکترونیکی با نزدیک کردن آنها به یکدیگر، کاربرد گسترده در وسایل مربوط به شناسایی موجودیت‌ها (کارت ملی و ...)، برقراری امنیت در تبادل اطلاعات به سادگی و عدم انجام تنظیمات پیچیده برای اتصال دو دستگاه و سازگاری آن با استانداردهای RFID موجود.
بر همین اساس دستگاه‌هایی که از استانداردهای RFID استفاده می‌کنند قابلیت استفاده از فناوری NFC را نیز دارند. کاربردهای NFC، شامل پرداخت‌های الکترونیک، تبادل اطلاعات در فاصله‌های کوتاه (مثلاً در کنار هم قرار دادن دو تلفن برای تبادل عکس) و ساده‌سازی راه‌اندازی Wi-Fi و بلوتوث است.

برای اینکه تلفن هوشمند شما بتواند با دستگاه‌های دارای NFC ارتباط برقرار کند، بایستی از چیپ NFC برخوردار باشد. فناوری NFC بر اساس «شناسه‌ی رادیویی» (RFID) ساخته شده که به یک دستگاه امکان می‌دهد تا به دستگاه دیگر امواج رادیویی ارسال کند و پس از شناسایی یکدیگر، عملیات مشخصی بین آنها انجام شود.

از دستاوردهای NFC، مصرف انرژی بسیار اندک و امنیت نسبی مناسب است. اگر کسی بخواهد از طریق NFC به دستگاه شما رخنه کند و یا در ارتباط NFC دستگاه شما با دستگاه دیگر اخلال به وجود بیاورد، بایستی بسیار به این دستگاه‌ها نزدیک شود که این کار بدون جلب توجه و مشکوک شدن شما، تقریباً ممکن نیست. از جمله سایر کاربردهای NFC می توان به تلفن های همراه، PDA ها، رایانه‌های شخصی، پایانه‌های فروش نقدی (POS)، پارکو متر، دستگاه‌های خودپرداز، انتقال داده در فواصل نزدیک بین دستگاه‌هایی نظیر دوربین‌های دیجیتال و تلفن‌های همراه و غیره اشاره کرد.

تفاوت NFC با سایر فناوری‌های بی‌سیم
از فناوری NFC، فقط در یک کاربرد خاص استفاده نشده است بلکه برعکس دیگر فناوری‌های بی‌سیم که دارای یک کاربرد خاص می‌باشند، NFC دارای کاربردهای متفاوتی است.
بلوتوث: NFC برای انتقال اطلاعات در فواصل خیلی نزدیک طراحی شده است در صورتیکه بلوتوث برای انتقال اطلاعات در فواصل بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

Wi-Fi / IEEE 802.11: Wi-Fi برای شبکه های محلی بی‌سیم طراحی شده است و برای کاربردهای برد کوتاه نظیر به نظیر مناسب ناست.
RFID: اگرچه RFID در بسیاری جهات به NFC شبیه است، اما RFID یک فناوری بسیار گسترده تر است. استانداردهای NFC این توانایی را به آن داده اند تا بتواند در کاربردهای مختلف بیشتری مورد استفاده قرار گیرد.
در واقع ویژگی اخیر NFC آن را به عنوان یک فناوری ایده‌آل در کاربردهای انتقال اطلاعات درفواصل نزدیک مطرح نموده است و در مواردی که شکلهای دیگر ارتباطات بی‌سیم امکان‌پذیر نیست می‌توان به راحتی از آن استفاده نمود.

NFC یک فناوری برد کوتاه بی سیم است که برای ارتباط از امواج رادیویی بهره می‌برد. فرکانس کار این فناوری 13.56MHz‌ می باشد که از فرکانسهایی است که برای استفاده از آنها نیازی به اخذ مجوز ناست. ارتباط بین دو دستگاه از طریق نزدیک کردن آنها به یکدیگر و ارسال یک موج ساده برقرار خواهد. به دلیل اینکه فاصله دو دستگاه در هنگام برقراری ارتباط خیلی کم است این ارتباط به طور ذاتی امن است.

سرعت انتقال داده و روش های ارتباط در فناوری NFC
سرعت انتقال داده در NFC، 106، 212 و یا 424 کیلوبیت بر ثانیه است. سرعت انتقال داده بین دو دستگاه می‌تواند بسته به کاربردهای مختلف دستگاه تنظیم شده و عوامل دیگری نیز ممکن است در سرعت انتقال داده مؤثر باشد.

برای NFC دو نوع دستگاه تعریف شده است: آغازگر و هدف. دستگاه‌های آغازگر همانطور که از نام آنها نیز برمی‌آید، شروع کننده یک ارتباط هستند و مبادله اطلاعات را کنترل می‌کنند اما دستگاه‌های هدف فقط به درخواست‌های دستگاه‌های آغازگر پاسخ می‌دهند.

استانداردها، پارامترها و مشخصات فنی NFC
استانداردهایی برای این فناوری توسط برخی از مؤسسات استانداردسازی جهانی تعریف شده است. از جمله این مؤسسات ISO (18092)، ECMA (340) و ETSI می‌باشند. همچنین NFC‌ با پروتکلهای کارت های هوشمند MIFARE® (ISO 14443 A) شرکت فلیپس و FeliCa smart card شرکت سونی سازگار است.

NFC فرکانس 13.56MHz را که از فرکانس‌های بدون نیاز به مجوز (ISM Bands) محسوب می‌شود استفاده می‌کند. همچنین NFC از مدولاسیون ASK استفاده می‌کند و دارای پهنای باند 14KHz و باند کناری آن تا ±1.8 MHz گسترده شده است.

در NFC اگر چه برای انتقال داده با سرعت 106Kbps در یک دستگاه فعال از شکل تغییر یافته رمزگذاری میلر با 100 درصد سطح مدولاسیون استفاده می‌شود اما برای انتقال داده در سایر موارد از سطح مدولاسیون 10 درصد با کدگذاری منچستر بر روی سیگنال RF استفاده می‌شود. در جدول زیر نحوه رمزگذاری داده‌ها در سرعت‌های متفاوت آورده شده است

جدول 1: نحوه رمزگذاری داده‌ها در سرعت‌های متفاوت

رمزگذاری منچستر برای انتقال یک بیت از یک پالس که در وسط آن یک گذار از سطح پایین به سطح بالا یا برعکس انتقال می‌افتد استفاده می‌کند. گذار از سطح پایین به بالا نمایانگر بیت با ارزش «0» و گذر از سطح بالا به پایین نمایانگر بیت با ارزش «1» است.

شکل 1 :کد منچستر استفاده شده برای انتقال داده

در رمزگذاری میلر گذر بیتهای با ارزش یک همیشه به یک صورت نمایش داده می‌شوند اما نمایش بیت با ارزش صفر متفاوت بوده و به بیت ماقبل بستگی دارد. (به شکل زیر مراجعه شود)

شکل 2: کد گذاری میلر اصلاح شده

انواع برچسب ها ( TAG ) تعریف شده برای فناوری NFC
یکی از عناصر کلیدی NFC، تگها هستند که امکان ارتباط تماسی دستگاه‌ها را بصورت غیر فعال مهیا می‌سازند. با توجه به گسترده شدن استفاده از فناوری NFC در دستگاه‌های مختلف،‌ تگهای متقاوتی توسط سازندگان مختلف تولید شده است. این موضوع ضرورت وجود یک استاندارد واحد برای ساخت تگها را توسط سازندگان ایجاد می‌کند.

در واقع تگ‌های NFC برای برقراری ارتباط یک دستگاه غیرفعال با یک دستگاه فعال مورد نیاز هستند. این تگها برای کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند، به عنوان مثال این تگها بر روی کتابهای یک کتابخانه، پوسترها یا لباسهای یک بوتیک نصب می‌شوند و با دستگاه های فعال ارتباط برقرار می‌کنند.

چهار نوع تگ با ظرفیت و ساختار متقاوت برای NFC در نظر گرفته شده است. این ساختارها مبتنی بر استاندارد ISO 14443 در انواع A و B، به عنوان تگ‌های بدون تماس و کارت‌های هوشمند مطابق با استاندارد بین‌المللی معرفی شده‌اند.

انواع تگهای مختلف تعریف شده برای NFC به صورت زیر است:
نوع اول: این نوع بر اساس استاندارد ISO 14443A است. این تگها دارای قابلیت خواندن و نوشتن مجدد بوده و کاربران می‌توانند آنها را به عنوان تگ‌های فقط خواندنی نیز تنظیم نمایند. حافظه در دسترس در این تگ‌ها 96 بایت می باشد که برای ذخیره سازی URL یک سایت یا دیگر داده‌ها، با اندازه کوچک کافی است. اگر چه اندازه این حافظه می‌تواند تا 2KB نیز قابل افزایش باشد. همچنین سرعت انتقال داده در این تگهای 106Kbpsاست. با توجه به بررسی های انجام شده این برچسب نسبت به بقیه برچسب ها، برای کاربردهای مختلف NFC به صرفه تر و راحت تر می باشد.

نوع دوم: این نوع بر اساس استاندارد ISO 14443A است. این تگها دارای قابلیت خواندن و نوشتن مجدد بوده و کاربران می‌توانند آنها را به عنوان تگ‌های فقط خواندنی نیز تنظیم نمایند. حافظه در دسترس در این تگ‌ها 48 بایت می باشد. اگر چه اندازه این حافظه می‌تواند تا 2KB نیز قابل افزایش باشد. همچنین سرعت انتقال داده در این تگهای 106Kbpsاست.

نوع سوم: این نوع بر اساس سیستم SonyFelica است. حافظه این نوع 2KB بوده و سرعت انتقال اطلاعات در آن 212Kbps می باشد. همچنین این تگ برای کاربردهای پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرد و قیمت آن نسبت به بقیه بالاتر است.

نوع چهارم: این نوع بر اساس استاندارد ISO 14443A و ISO 14443B است. این تگها دارای قابلیت خواندن و نوشتن مجدد و یا فقط خواندنی بوده و توسط سازنده از پیش تنظیم شده است. حافظه در دسترس در این تگ‌ها 32 کیلوبایت بوده و سرعت انتقال داده در این تگها از 106Kbps‌ تا 424Kbps است.

تگ‌های نوع اول و دوم نسبت به تگهای نوع سوم و چهارم تنوع بیشتری دارند. همچنین این تگها می‌تواند در دو وضعیت خواندن- نوشتن یا فقط خواندن مورد استفاده قرار گیرند و تگ‌های نوع سوم و چهارم فقط خواندنی بوده و داده‌های آن‌ها در حین ساخت یا استفاده در آن‌ها بارگذاری شده است یا اینکه می‌توان با استفاده دستگاه‌های مخصوص آنها را برنامه‌ریزی نمود.

نتیجه گیری
انواع مختلفی از یک ارتباط بی‌سیم وجود دارد. بعضی از این ارتباطات برای انتقال اطلاعات به فواصل دور و بعضی دیگر برای فواصل نزدیک به کار گرفته می‌شوند. یکی از فناوری‌هایی که می‌تواند برای انتقال اطلاعات به فواصل نزدیک مورد استفاده قرار گیرد NFC است.

فناوری NFC برای کاربردهای مختلف زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرد و بسیاری از دستگاه‌هایی که نیاز به بر قراری ارتباط با دستگاه‌های دیگر دارند از این فناوری پشتیبانی می‌کنند. کوتاه برد بودن NFC عامل اصلی به کارگیری آن است زیرا برد کوتاه NFC مهمترین عامل در افزایش امنیت آن محسوب می‌شود.

منبع: ماهنامه دنياي كامپيوتر و ارتباطات