基于NFC的大容量信息推送技術(shù)研究

　　引言

　　隨著移動(dòng)互聯(lián)數(shù)據(jù)、無(wú)線應(yīng)用業(yè)務(wù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速興起，手機(jī)日益成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜貍涞囊豁?xiàng)隨身工具?，F(xiàn)在，手機(jī)不僅可以用來(lái)打電話，而且能夠?qū)崿F(xiàn)更多的日常生活服務(wù)。不久的將來(lái)，手機(jī)將取代現(xiàn)代人身上的很多卡片，比如信用卡、積分卡、交通卡等，能幫助人們完成購(gòu)票、支付賬單以及積分購(gòu)物等服務(wù)。不僅如此，手機(jī)之間也可以實(shí)現(xiàn)交換影像以及下載音樂(lè)，甚至，移動(dòng)終端還可以通過(guò)讀取智能海報(bào)下載娛樂(lè)信息[1]。這些功能不僅對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)很有吸引力，而且也將大大擴(kuò)展手機(jī)的應(yīng)用與銷售市場(chǎng)。近場(chǎng)通信技術(shù)

　　NFC的誕生與應(yīng)用，將使這一切成為可能[2]。但是，目前的NFC技術(shù)只能支持幾百kb/s數(shù)據(jù)速率的無(wú)線業(yè)務(wù)，極大地限制了視頻圖像類應(yīng)用，同時(shí)也成為NFC技術(shù)推廣的瓶頸。

　　1 NFC技術(shù)特征

　　NFC 作為一種近距離無(wú)線通信技術(shù)，它結(jié)合了非接觸式感應(yīng)(Radio Frequency Identification，RFID)以及無(wú)線連接技術(shù)，采用13.56MHz頻帶[3]。雖然通信距離僅為10cm左右，但和非接觸式智能卡 (IntelligentCard，IC)卡技術(shù)一樣，“只需碰一下”，便可在不同的電子產(chǎn)品間交換數(shù)據(jù)[4]。由于NFC技術(shù)的通訊距離有限，而且單一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接也限制了遭到攔截的可能性，因此NFC的主要優(yōu)點(diǎn)是其較高的安全性水平。此外，NFC技術(shù)支持高級(jí)加密，這使得基于NFC的系統(tǒng)更適合于金融等涉及安全交易的業(yè)務(wù)。

　　與非接觸式IC卡不同的是，NFC可進(jìn)行雙向通信。只要是支持NFC的產(chǎn)品和IC卡，就可以讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)，還可在手機(jī)等便攜產(chǎn)品間進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)傳輸速度不高，有106kbit/s、212kbit/s、424kbit/s以及848kbit/s四種速度可供選擇，將來(lái)可提高至1Mb左右。

　　2 基于近場(chǎng)通信的大容量信息推送技術(shù)

　　智能信息推送是一種全新的基于網(wǎng)絡(luò)的信息發(fā)布和業(yè)務(wù)推廣平臺(tái)，它和其他網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布平臺(tái)一樣，可以用于信息的發(fā)布和業(yè)務(wù)的推廣。可以主動(dòng)向特定的用戶群推送定制的業(yè)務(wù)信息、重要通知等;可以分析用戶行為，了解用戶消費(fèi)習(xí)慣;網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以使用它來(lái)及時(shí)通知用戶的套餐話費(fèi)使用狀態(tài)，催繳欠費(fèi);實(shí)現(xiàn)用戶的透明消費(fèi)，改善用戶的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)，提高用戶的滿意度。

　　基于NFC的大容量信息推送方案是在NFC和寬帶移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上定向?qū)崿F(xiàn)用戶與系統(tǒng)之間信息的交互和推送，該系統(tǒng)主要由移動(dòng)終端、智能信息終端和系統(tǒng)平臺(tái)組成，系統(tǒng)框架如圖1所示。

　　2.1 移動(dòng)終端

　　移動(dòng)終端是指具有NFC功能的用戶手持通信設(shè)備，具有獲取定向推送的信息(如優(yōu)惠券、廣告的產(chǎn)品信息等)和主動(dòng)查詢信息等功能。NFC終端技術(shù)主要涉及 NFC芯片、天線、讀卡器等硬件結(jié)構(gòu)，基于目前現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，即按照NFC芯片(CLF)與安全單元(SE)的關(guān)系來(lái)劃分，NFC終端實(shí)現(xiàn)方式主要有三種：全終端方式、基于SD卡(Secure Digital Memory Card)方式以及基于SIM(Subscriber Identity Module)卡的方式。全終端方式主要是指在終端中集成了包括非接觸通信模塊、安全模塊(Secure Element，SE)以及天線等所

　　有單元。由于全終端方式中SE面臨被破解的可能性較大，因此全終端方式不適合應(yīng)用于涉及個(gè)人信息安全的金融業(yè)務(wù)。SD-based方案是將智能終端的SD卡模擬成一張具有高安全性的SE安全模塊，將用戶信息等重要內(nèi)容保存在SD卡上。由于SD-based方式獨(dú)占了存儲(chǔ)接口，又和智能卡的通信功能分離，為后續(xù)的應(yīng)用管理和存儲(chǔ)管理帶來(lái)麻煩，在未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中仍然存在諸多問(wèn)題。由此可見(jiàn)，兼具安全性和靈活性基于SIM卡的解決方案是目前國(guó)際上普遍采用的NFC功能實(shí)現(xiàn)方式，如圖2所示。

　　2.2 智能信息終端

　　智能信息終端主要針對(duì)部署在戶外的信息推送終端設(shè)備，可完成廣告信息的循環(huán)展示、定期更新，并可實(shí)現(xiàn)將用戶所需信息通過(guò)NFC功能推送給用戶的功能。智能信息終端與移動(dòng)終端之間采用NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)高安全性的快速便捷無(wú)線連接。智能信息終端由主控模塊和NFC模塊組成，其架構(gòu)圖如圖3所示。主控模塊主要負(fù)責(zé)智能信息終端的管理、運(yùn)行、信息的存儲(chǔ)、與業(yè)務(wù)平臺(tái)的信息交互等功能。因此，該模塊通常安裝Linux系統(tǒng)的ARM(Advanced RISC Machines)芯片，可以編寫(xiě)視頻解碼播放模塊，具有強(qiáng)大的可移植性。NFC模塊是一個(gè)帶有NFC功能的讀卡器或者開(kāi)發(fā)板，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與具有NFC 功能的移動(dòng)終端的實(shí)時(shí)通信。

　　2.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)

　　系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)主要針對(duì)業(yè)務(wù)管理平臺(tái)以及簡(jiǎn)單的業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)。系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)與移動(dòng)終端通過(guò)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3Generation，3G)、第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(Long Time Evolution Advanced，LTE-A)等寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速無(wú)線連接。依據(jù)智能信息終端的部署特性，系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)可以通過(guò)有線鏈路或者無(wú)線局域網(wǎng) (Wireless Local Area Network，WLAN)建立連接。系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)主要包括以下功能。

　　1)用戶信息管理。管理用戶的開(kāi)通退訂，記錄用戶的詳細(xì)信息和使用日志習(xí)慣等，方便統(tǒng)一管理用戶相關(guān)信息。2)廣告管理。管理智能終端播放內(nèi)容、tag信息。tag信息可包含文本、圖片、多媒體，文本信息通過(guò)NFC直接傳輸，圖片和多媒體只傳輸圖片和多媒體的URL，移動(dòng)終端再通過(guò)web方式獲取。3)查詢管理。當(dāng)移動(dòng)終端向智能信息終端發(fā)送查詢請(qǐng)求信息時(shí)，系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)首先驗(yàn)證用戶身份，如果驗(yàn)證失敗，則中斷連接，否則智能信息終端將設(shè)置成讀卡模式。移動(dòng)終端根據(jù)查詢結(jié)果通過(guò)Web查詢信息，并展示查詢結(jié)果。4)密鑰管理。管理員定期更新移動(dòng)終端和智能信息終端的密鑰，增強(qiáng)用戶身份證書(shū)的安全性。

　　2.4 基于NFC的大容量信息推送過(guò)程

　　基于NFC的大容量信息推送方案通過(guò)NFC和寬帶移動(dòng)通信融合系統(tǒng)，充分利用NFC技術(shù)短、頻、快和寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高速、高安全性的信息交互，其信令流程如圖3所示。

　　當(dāng)手持移動(dòng)終端的用戶看到智能信息終端上有感興趣的信息，用戶側(cè)的移動(dòng)通信終端通過(guò)上傳NDEF(NFCData Exchange Format)消息或者掃描智能信息終端的NFC標(biāo)簽發(fā)送建立NFC鏈路請(qǐng)求，這種交互提供了比其他無(wú)線技術(shù)(如藍(lán)牙)更容易的數(shù)據(jù)發(fā)送方法，因?yàn)镹FC 不需要手動(dòng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)或配對(duì)要求，兩個(gè)設(shè)備在接近到一定范圍時(shí)會(huì)自動(dòng)連接;然后智能信息終端通過(guò)讀取移動(dòng)終端SE模塊內(nèi)身份證書(shū)，鑒別移動(dòng)終端是否具有建立 NFC鏈路的授權(quán)證書(shū);當(dāng)移動(dòng)終端通過(guò)身份認(rèn)證后，移動(dòng)終端NDEF數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?，并啟?dòng)對(duì)該類數(shù)據(jù)感興趣的應(yīng)用程序，聲明一個(gè)意圖 (Intent)過(guò)濾器，并請(qǐng)求相應(yīng)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù);工作在“閱讀器”模式下的智能信息終端獲取到用戶的請(qǐng)求信息后并不通過(guò)NFC鏈路傳送業(yè)務(wù)信息，而向系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)發(fā)送URL消息查詢請(qǐng)求;系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)收到查詢請(qǐng)求后進(jìn)行信息查詢，將查詢到的URL消息通過(guò)智能信息終端發(fā)送到移動(dòng)終端;獲得URL消息的移動(dòng)終端可以結(jié)合寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)提供的短信、彩信以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)惹赖顷懴到y(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用下載。

　　3 商業(yè)應(yīng)用

　　采用基于NFC的大容量信息推送方案的NFC終端不僅可以模擬卡片，而且可以實(shí)現(xiàn)高速、高安全性的數(shù)據(jù)傳輸。例如，在音像制品店里，如圖4所示，用戶可以通過(guò)NFC鏈路快速讀取智能海報(bào)上的NFC標(biāo)簽，獲取大量音像制品的廣告簡(jiǎn)介。如果用戶想進(jìn)一步了解某一音像制品的具體內(nèi)容，可以通過(guò)NFC鏈路發(fā)送 NDEF消息獲取音像制品部分片段的URL消息，通過(guò)移動(dòng)終端與系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)建立的寬帶移動(dòng)通信鏈路，下載或?yàn)g覽音像制品的部分片段，快速了解相應(yīng)產(chǎn)品的內(nèi)容;如果移動(dòng)用戶想購(gòu)買(mǎi)此產(chǎn)品，只需將移動(dòng)終端轉(zhuǎn)換到卡模擬工作模式，即可實(shí)現(xiàn)搜索、預(yù)覽、支付的一站式自助購(gòu)物體驗(yàn)。

　　4 結(jié)論

　　本文提出了一種基于近距離通信技術(shù)和寬帶公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)相結(jié)合的大容量信息推送方案。從技術(shù)角度而言，該方案融合了13.56MHz近距離通信技術(shù)和寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，兼具短、頻、快、安全性高和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。與傳統(tǒng)的近距離通信技術(shù)幾百Kbit/s的傳輸速率相比，該方案最大傳輸速率與寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)相當(dāng)，極大地提高了移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸速率;另一方面，與單一的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，安全性和便捷性也得到了顯著的提升。因此，該方案尤為適合為涉及金融信息、身份信息的視頻、圖片等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供解決方案。

　　作者簡(jiǎn)介：

　　劉秋妍，博士，主要研究方向?yàn)閷拵б苿?dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能分析與干擾抑制技術(shù)。

　　李銘軒，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)、NFC技術(shù)等。

　　林敏，博士，工程師，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)、NFC技術(shù)等。