如何有效利用NFC加快目前藍牙處理的速度

雖然藍牙是一種優(yōu)秀的短距離數據通信技術(shù)，但是，其傳輸層協(xié)議的缺點(diǎn)是不便于用戶(hù)對設備之間的初始鏈路進(jìn)行設置。簡(jiǎn)單地把藍牙耳機與蜂窩電話(huà)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)去已識別的節點(diǎn)常常需要一些手工干預。

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

　　在藍牙節點(diǎn)之間采用NFC做初始“握手”，就可以消除用戶(hù)干預，并使設備之間幾乎即時(shí)的配對成為可能。其獨立的工作頻率和互補應用(圖1)使NFC便于與藍牙在同一個(gè)產(chǎn)品中共存，從而簡(jiǎn)化藍牙數據處理過(guò)程中發(fā)現和協(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(xiàn)電網(wǎng)絡(luò )技術(shù)并對它們形成互補。

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

　　- 直覺(jué)連線(xiàn)方式：NFC設備之間建立鏈路的方式是按照普通消費者的操作方式開(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(huà)開(kāi)始一項交易，只要把它們接近你想要連接的設備就可以完成交易。

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

NFC基本知識

　　NFC最初被設計為采用13.56 MHz RFID頻段，用于在非常短的距離間(10cm或更近)實(shí)現非接觸的數據傳輸。它是一個(gè)開(kāi)放標準，由ISO 18092 和ECMA 340標準定義，并與針對RFID的全球標準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“非重擊”智能卡之類(lèi)應用所選擇的技術(shù)。NFC這些相同的特性也使之擔當起建立藍牙鏈路所需要的自動(dòng)執行鑒權和初始參數交換的第二通道。

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

　　這種高效率完全是因為NFC比較簡(jiǎn)單的協(xié)議最初就是為一系列簡(jiǎn)單的點(diǎn)對點(diǎn)應用開(kāi)發(fā)的，其方法與藍牙比較復雜的系列使用模式形成了尖銳對比。

表1：NFC和藍牙之間的要點(diǎn)比較。

　　利用標準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據鏈路，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)支持全雙工數據交換；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)出確認其存在的信號，確認可用性后就可以進(jìn)入通信，并確認接收到數據。另一方面，NFC的主動(dòng)模式需要使用兩個(gè)節點(diǎn)并由兩者協(xié)商數據的交換。盡管大多應用需要兩個(gè)NFC節點(diǎn)都工作在主動(dòng)模式，但是，“主/被動(dòng)”模式對于跟無(wú)電設備—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(Discovery)、簽權(Authentication)、協(xié)商(Negotiation)、傳輸(Transfer)和確認(Acknowledgment)。NFC鏈路層包括一個(gè)加密鑒權程序和防沖突機制，從而排除了第三放以“中間人”的角色對鏈路進(jìn)行編程。

　　此外，其短距離(10cm)限制了潛在的“黑帽”黑客的訪(fǎng)問(wèn)。對于諸如加密支付交換之類(lèi)的敏感應用，可以采用標準智能卡技術(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設備協(xié)商階段建立的參數定義了即將到來(lái)的處理，如鏈路速度、設備ID、應用、傳輸量和所要求的行動(dòng)。

　　在此，NFC鏈路既可以對其自身執行簡(jiǎn)單的數據處理，也可以被用于建立基于藍牙的設備之間的背對背連接或設備之間的主/客鏈路。后者涉及對兩端協(xié)商藍牙節點(diǎn)的地址，并利用藍牙的較高層協(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，可以在藍牙和NFC設備之間傳遞這些參數。

　　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應用的用戶(hù)體驗。圖2比較了用戶(hù)在兩個(gè)蜂窩電話(huà)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(xiàn)USB用戶(hù)也已經(jīng)開(kāi)發(fā)了類(lèi)似的機制，以便聯(lián)網(wǎng)時(shí)享受相同級別的速度和便利。

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

現實(shí)世界中的NFC

　　因為NFC進(jìn)一步增強了藍牙設備原有的較長(cháng)通信距離和較高數據率的優(yōu)勢，配備兩種技術(shù)的設備就具有較大的靈活性并為用戶(hù)提供了更佳的體驗。觀(guān)察兩種技術(shù)之間協(xié)作的一種簡(jiǎn)化方法是：把藍牙設想為使任意兩個(gè)電子設備之間能夠交換數據的“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)化藍牙的鏈接過(guò)程來(lái)使現有的應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)釋放手持設備的能力來(lái)使新應用成為可能，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)化配備藍牙功能的蜂窩電話(huà)跟耳機及免提系統的鏈接過(guò)程，NFC將及早獲得市場(chǎng)的認同。耳機或揚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)設備與蜂窩電話(huà)接觸在一起來(lái)實(shí)現配對。在這種情形下，蜂窩電話(huà)讀取RFID卡，以確定耳機所提供的功能及藍牙的設置參數。

臺式設備/手持設備同步

　　智能電話(huà)用戶(hù)在從個(gè)人電腦獲取他們的聯(lián)系清單、日歷和其它重要數據的時(shí)候，也將從具有NFC功能的藍牙設備中獲益?，F在，把你的智能電話(huà)或PDA靠近你的個(gè)人電腦，然而，從你的手持設備屏幕上回答若干問(wèn)題，就可以簡(jiǎn)單地把智能電話(huà)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也將找到許多的應用。當與藍牙配合使用的時(shí)候，NFC克服了目前制約藍牙應用普及程度且與建立連接有關(guān)的許多問(wèn)題。

　　在藍牙耳機跟蜂窩電話(huà)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。在手機和耳機之間每次設置都要花3到5分鐘的程序，過(guò)去花這么長(cháng)的時(shí)間是可以接受的；但是，如果一天內用戶(hù)要重復連接幾次，那么，這種設置方式就成為耗費時(shí)間的麻煩事。

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

　　NFC提供了針對這個(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這樣精巧的游戲設備，或用的是你的蜂窩電話(huà)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)藍牙設備設置鏈接。兩個(gè)玩游戲的人只要把他們的游戲機觸摸一下，就可以讓游戲機上的NFC軟件處理建立藍牙鏈接所需要的發(fā)現、質(zhì)詢(xún)、簽權和加密等操作。

圖像打印

　　隨著(zhù)數字攝影技術(shù)的興起，對即時(shí)打印產(chǎn)生了迅猛的需求，家庭打印機和照片打印亭都竭力擠入藥店、折扣商店和便利店。具備NFC功能的藍牙鏈路可以在相機和打印機之間提供更為簡(jiǎn)單的圖像傳輸途徑，從而取代要利用USB線(xiàn)才能傳輸圖像的CD和存儲卡。

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

共享照片

　　在PDA和智能電話(huà)設備的小巧屏幕上，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，計算機、電視和平板顯示器就能夠成為照片的臨時(shí)顯示設備，從而有助于把照片從PDA和智能電話(huà)設備釋放出來(lái)。不難想象，將來(lái)朋友彼此之間通過(guò)手持設備交換照片就像他們遞交名片一樣方便。(這句話(huà)的邏輯看起來(lái)是有問(wèn)題，調整了一下，請留意)

　　在DVD播放機、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。只要把你的手持設備觸摸到一個(gè)具有NFC功能的藍牙電器，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)似于計算機，后裝藍牙適配器將使更老一代視頻產(chǎn)品能夠從具備藍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)驗證概念的測試中，不同的用戶(hù)級應用被用于開(kāi)始傳輸圖像。在將來(lái)的商業(yè)實(shí)現中，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的現在和未來(lái)

　　由于NFC技術(shù)對藍牙功能是一種補充，因而在蜂窩電話(huà)、PDA和其它大批量消費電子設備中正在獲得廣泛的認同。我們可以預見(jiàn)2006年市場(chǎng)上會(huì )出現支持NFC的藍牙設備。具備N(xiāo)FC功能的POS終端點(diǎn)鈔機已經(jīng)在各地投入使用，而“觸摸即打”的照片打印機亭預計在2007年初將上市。

　　在這些日子到來(lái)的前夜，NFC將作為獨立芯片嵌入到產(chǎn)品之中。對于大規模生產(chǎn)的產(chǎn)品而言，其發(fā)展前景取決于被廣泛認同的程度，預計上述各類(lèi)應用的最初目標成本是小于1美元。

　　在兩到三年之內，大多數NFC設備有望成為大型集成方案的核心功能，使之更像一種設計特色，而不是增加成本的選項。隨著(zhù)人們廣泛認同NFC作為有發(fā)展前途的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)產(chǎn)品，并對語(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)放式標準，它由NFC論壇管理，宗旨是確保各種應用之間的互通性，其行動(dòng)包括開(kāi)發(fā)基準、測試認證標準和支持Plugfest活動(dòng)。欲了解更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)www.nfcforum.org。

作者簡(jiǎn)介

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