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开发指南:如何利用NFC加快蓝牙处理的速度
2006年09月30日 14时40分  作者:电子工程专辑  编辑:晓风

  虽然蓝牙是一种优秀的短距离数据通信技术,但是,其传输层协议的缺点是不便于用户对设备之间的初始链路进行设置。简单地把蓝牙耳机与蜂窝电话连接起来就要占用30秒的时间(最坏情况),而重新连接过去已识别的节点常常需要一些手工干预。

  幸运的是,近场通信(NFC)技术可以被用于与蓝牙结合在一起使用,从而简化把新节点添加到用户正常工作的个人区域网的过程,或简化蓝牙设备与公共资源如提款机、照片打印机或自动售货终端之间的临时链接过程。

  在蓝牙节点之间采用NFC做初始“握手”,就可以消除用户干预,并使设备之间几乎即时的配对成为可能。其独立的工作频率和互补应用(图1)使NFC便于与蓝牙在同一个产品中共存,从而简化蓝牙数据处理过程中发现和协商阶段的操作。

  NFC有三个主要功能,使之不同于其它无线电网络技术并对它们形成互补。

  短距离:NFC已经被故意设计为具有极短的工作距离(10cm),以防止意外或未经授权地激活链路;

  直觉连线方式:NFC设备之间建立链路的方式是按照普通消费者的操作方式开发的,而不是按照工程师或程序员的思维方式开发的。非常像目前的智能卡那样,用具备NFC功能的PDA或蜂窝电话开始一项交易,只要把它们接近你想要连接的设备就可以完成交易。

  具有与无电RFID产品通信的能力:NFC在传统的自供电设备之间工作,并且也支持对诸如非接触卡或RF应答器之类的被动设备的通信。

NFC基本知识

  NFC最初被设计为采用13.56 MHz RFID频段,用于在非常短的距离间(10cm或更近)实现非接触的数据传输。它是一个开放标准,由ISO 18092 和ECMA 340标准定义,并与针对RFID的全球标准ISO 1443后向兼容。

  其低成本、高可靠性和全球兼容性使之成为诸如RFID、电子支付和“非重击”智能卡之类应用所选择的技术。NFC这些相同的特性也使之担当起建立蓝牙链路所需要的自动执行鉴权和初始参数交换的第二通道。

  尽管蓝牙设备之间的常规“配对”操作通常要占用5到6秒(在拥挤的环境中最长为30秒),NFC的最新型单链路协议在100-200ms内就能完成相同的任务。

  这种高效率完全是因为NFC比较简单的协议最初就是为一系列简单的点对点应用开发的,其方法与蓝牙比较复杂的系列使用模式形成了尖锐对比。

表1:NFC和蓝牙之间的要点比较。

  利用标准RFID技术的子集和输出功率典型值为1到2 dBm的电路,NFC可以支持超短距离数据链路,在主动和被动两种工作模式下(图1)的传输速率都是106 Kbits/s、212 Kbits/s和424 Kbits/s。NFC的“主动模式”需要两个器件来支持全双工数据交换;而“主/被动”操作仅仅需要一个主动发射器来给其被动接收单元提供能量。

  被动单元的接收器仅仅要在被轮询到时发出确认其存在的信号,确认可用性后就可以进入通信,并确认接收到数据。另一方面,NFC的主动模式需要使用两个节点并由两者协商数据的交换。尽管大多应用需要两个NFC节点都工作在主动模式,但是,“主/被动”模式对于跟无电设备—如非接触卡—通信就有用。

图1a:NFC主动模式的工作原理。

图1b:NFC被动模式的工作原理。

  一次NFC处理总是跟随一个简单的序列,其中包括发现(Discovery)、签权(Authentication)、协商(Negotiation)、传输(Transfer)和确认(Acknowledgment)。NFC链路层包括一个加密鉴权程序和防冲突机制,从而排除了第三放以“中间人”的角色对链路进行编程。

  此外,其短距离(10cm)限制了潜在的“黑帽”黑客的访问。对于诸如加密支付交换之类的敏感应用,可以采用标准智能卡技术所采用的相同技术,把AES和三重DES加密算法添加到较高层协议上。NFC设备协商阶段建立的参数定义了即将到来的处理,如链路速度、设备ID、应用、传输量和所要求的行动。

  在此,NFC链路既可以对其自身执行简单的数据处理,也可以被用于建立基于蓝牙的设备之间的背对背连接或设备之间的主/客链路。后者涉及对两端协商蓝牙节点的地址,并利用蓝牙的较高层协议来处理链路的终止。利用典型的串行链路—如I2C或SPI和一个简单的交换协议,可以在蓝牙和NFC设备之间传递这些参数。

  NFC协议这种自动处理较低层任务的能力,使之极大地改善了许多消费应用的用户体验。图2比较了用户在两个蜂窝电话或PDA之间建立链路来玩游戏或交换照片的交互作用过程。Wi-Fi和无线USB用户也已经开发了类似的机制,以便联网时享受相同级别的速度和便利。

图2:NFC与蓝牙透明的握手方式简化了为多个游戏玩家与手持设备之间建立链接的过程。

现实世界中的NFC

  因为NFC进一步增强了蓝牙设备原有的较长通信距离和较高数据率的优势,配备两种技术的设备就具有较大的灵活性并为用户提供了更佳的体验。观察两种技术之间协作的一种简化方法是:把蓝牙设想为使任意两个电子设备之间能够交换数据的“电缆”,而NFC就是使这个过程快捷流畅的通用“连接器”。

  但是,与其简单地罗列一串NFC的潜在市场,不如我们探究一些特定的场景,说明NFC是如何简化蓝牙的链接过程来使现有的应用更为便利且使用起来更为舒适。我们也将考察NFC将如何通过释放手持设备的能力来使新应用成为可能,并且由此可能诞生焕然一新的各类产品。

免提连接

  通过简化配备蓝牙功能的蜂窝电话跟耳机及免提系统的链接过程,NFC将及早获得市场的认同。耳机或扬声器单元只要包含一个非接触RFID卡,就可以通过把两个设备与蜂窝电话接触在一起来实现配对。在这种情形下,蜂窝电话读取RFID卡,以确定耳机所提供的功能及蓝牙的设置参数。

台式设备/手持设备同步

  智能电话用户在从个人电脑获取他们的联系清单、日历和其它重要数据的时候,也将从具有NFC功能的蓝牙设备中获益。现在,把你的智能电话或PDA靠近你的个人电脑,然而,从你的手持设备屏幕上回答若干问题,就可以简单地把智能电话或PDA与个人电脑同步连接起来。

游戏

  在电子游戏世界中,通过使本地联网的游戏能够在Ad-Hoc环境中玩(如午餐聚会的学生或往返工作的人群),NFC也将找到许多的应用。当与蓝牙配合使用的时候,NFC克服了目前制约蓝牙应用普及程度且与建立连接有关的许多问题。

  在蓝牙耳机跟蜂窝电话的链接过程中,链路通常被仅仅配置一次;Ad-Hoc游戏与此不同,玩游戏的两个人相遇时每次都要建立一个新的链接。在手机和耳机之间每次设置都要花3到5分钟的程序,过去花这么长的时间是可以接受的;但是,如果一天内用户要重复连接几次,那么,这种设置方式就成为耗费时间的麻烦事。

  在拥挤的公共场所可能随时可以看到许多蓝牙设备,在这样的情况下,就很难确定哪一个设备是你要连接的设备,因而蓝牙手机与耳机之间建立链接的过程可能就更为复杂。

  NFC提供了针对这个问题的解决方案,容许无缝、直觉和即时地建立链接。不论你用的是 Game Boy或PS2这样精巧的游戏设备,或用的是你的蜂窝电话或PDA中的嵌入式游戏,NFC都能够用简单的“触摸即连接”的操作来为多个蓝牙设备设置链接。两个玩游戏的人只要把他们的游戏机触摸一下,就可以让游戏机上的NFC软件处理建立蓝牙链接所需要的发现、质询、签权和加密等操作。

图像打印

  随着数字摄影技术的兴起,对即时打印产生了迅猛的需求,家庭打印机和照片打印亭都竭力挤入药店、折扣商店和便利店。具备NFC功能的蓝牙链路可以在相机和打印机之间提供更为简单的图像传输途径,从而取代要利用USB线才能传输图像的CD和存储卡。

  在商用照片亭打印手机或相机上的图像,变成了把你的设备放在机器顶部的指定区域,然后选择你的手持设备菜单上的图像共享按键,就可以按常规办法打印照片了。在家庭和办公室,具备NFC功能的蓝牙打印机将通过无缝的处理,从配备类似功能的相机直接打印出照片。在两、三年内,该技术有望获得普及应用;通过基于USB适配器的“软件狗”,老式计算机和打印机可以跟配备蓝牙功能的手持设备对话。

共享照片

  在PDA和智能电话设备的小巧屏幕上,浏览照片的范围太狭小。利用NFC技术流畅地传递图像的能力,计算机、电视和平板显示器就能够成为照片的临时显示设备,从而有助于把照片从PDA和智能电话设备释放出来。不难想象,将来朋友彼此之间通过手持设备交换照片就像他们递交名片一样方便。(这句话的逻辑看起来是有问题,调整了一下,请留意)

  在DVD播放机、家庭影院单元或视频显示器中嵌入图像传输能力的成本不高。只要把你的手持设备触摸到一个具有NFC功能的蓝牙电器,将可以建立链接并把菜单载入便携式单元的屏幕上,让你选择、传输和显示图像。非常类似于计算机,后装蓝牙适配器将使更老一代视频产品能够从具备蓝牙功能的信息源接收用户的照片。

  图像共享的可行性已经在飞利浦所做的技术演示中得到了证实。在这个验证概念的测试中,不同的用户级应用被用于开始传输图像。在将来的商业实现中,NFC软件将被集成到单元的软件之中,以最小化用户的交互作用。

NFC的现在和未来

  由于NFC技术对蓝牙功能是一种补充,因而在蜂窝电话、PDA和其它大批量消费电子设备中正在获得广泛的认同。我们可以预见2006年市场上会出现支持NFC的蓝牙设备。具备NFC功能的POS终端点钞机已经在各地投入使用,而“触摸即打”的照片打印机亭预计在2007年初将上市。

  在这些日子到来的前夜,NFC将作为独立芯片嵌入到产品之中。对于大规模生产的产品而言,其发展前景取决于被广泛认同的程度,预计上述各类应用的最初目标成本是小于1美元。

  在两到三年之内,大多数NFC设备有望成为大型集成方案的核心功能,使之更像一种设计特色,而不是增加成本的选项。随着人们广泛认同NFC作为有发展前途的无线协议技术,将有助于创新下一代无缝互通的无线产品,并对语音、视频和电子货币进行同样便利的交换。

 
 
 
 
 
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