基于NFC的大容量信息推送技术研究

　　引言

　　随着移动互联数据、无线应用业务以及物联网技术的迅速兴起，手机日益成为人们日常生活中必备的一项随身工具。现在，手机不仅可以用来打电话，而且能够实现更多的日常生活服务。不久的将来，手机将取代现代人身上的很多卡片，比如信用卡、积分卡、交通卡等，能帮助人们完成购票、支付账单以及积分购物等服务。不仅如此，手机之间也可以实现交换影像以及下载音乐，甚至，移动终端还可以通过读取智能海报下载娱乐信息[1]。这些功能不仅对消费者来说很有吸引力，而且也将大大扩展手机的应用与销售市场。近场通信技术

　　NFC的诞生与应用，将使这一切成为可能[2]。但是，目前的NFC技术只能支持几百kb/s数据速率的无线业务，极大地限制了视频图像类应用，同时也成为NFC技术推广的瓶颈。

　　1 NFC技术特征

　　NFC 作为一种近距离无线通信技术，它结合了非接触式感应(Radio Frequency Identification，RFID)以及无线连接技术，采用13.56MHz频带[3]。虽然通信距离仅为10cm左右，但和非接触式智能卡 (IntelligentCard，IC)卡技术一样，“只需碰一下”，便可在不同的电子产品间交换数据[4]。由于NFC技术的通讯距离有限，而且单一的点对点连接也限制了遭到拦截的可能性，因此NFC的主要优点是其较高的安全性水平。此外，NFC技术支持高级加密，这使得基于NFC的系统更适合于金融等涉及安全交易的业务。

　　与非接触式IC卡不同的是，NFC可进行双向通信。只要是支持NFC的产品和IC卡，就可以读出或写入数据，还可在手机等便携产品间进行通信。数据传输速度不高，有106kbit/s、212kbit/s、424kbit/s以及848kbit/s四种速度可供选择，将来可提高至1Mb左右。

　　2 基于近场通信的大容量信息推送技术

　　智能信息推送是一种全新的基于网络的信息发布和业务推广平台，它和其他网络信息发布平台一样，可以用于信息的发布和业务的推广。可以主动向特定的用户群推送定制的业务信息、重要通知等;可以分析用户行为，了解用户消费习惯;网络运营商可以使用它来及时通知用户的套餐话费使用状态，催缴欠费;实现用户的透明消费，改善用户的网络使用体验，提高用户的满意度。

　　基于NFC的大容量信息推送方案是在NFC和宽带移动通信技术的基础上定向实现用户与系统之间信息的交互和推送，该系统主要由移动终端、智能信息终端和系统平台组成，系统框架如图1所示。

　　2.1 移动终端

　　移动终端是指具有NFC功能的用户手持通信设备，具有获取定向推送的信息(如优惠券、广告的产品信息等)和主动查询信息等功能。NFC终端技术主要涉及 NFC芯片、天线、读卡器等硬件结构，基于目前现有的技术实现方案，即按照NFC芯片(CLF)与安全单元(SE)的关系来划分，NFC终端实现方式主要有三种：全终端方式、基于SD卡(Secure Digital Memory Card)方式以及基于SIM(Subscriber Identity Module)卡的方式。全终端方式主要是指在终端中集成了包括非接触通信模块、安全模块(Secure Element，SE)以及天线等所

　　有单元。由于全终端方式中SE面临被破解的可能性较大，因此全终端方式不适合应用于涉及个人信息安全的金融业务。SD-based方案是将智能终端的SD卡模拟成一张具有高安全性的SE安全模块，将用户信息等重要内容保存在SD卡上。由于SD-based方式独占了存储接口，又和智能卡的通信功能分离，为后续的应用管理和存储管理带来麻烦，在未来移动互联网的应用中仍然存在诸多问题。由此可见，兼具安全性和灵活性基于SIM卡的解决方案是目前国际上普遍采用的NFC功能实现方式，如图2所示。

　　2.2 智能信息终端

　　智能信息终端主要针对部署在户外的信息推送终端设备，可完成广告信息的循环展示、定期更新，并可实现将用户所需信息通过NFC功能推送给用户的功能。智能信息终端与移动终端之间采用NFC技术实现高安全性的快速便捷无线连接。智能信息终端由主控模块和NFC模块组成，其架构图如图3所示。主控模块主要负责智能信息终端的管理、运行、信息的存储、与业务平台的信息交互等功能。因此，该模块通常安装Linux系统的ARM(Advanced RISC Machines)芯片，可以编写视频解码播放模块，具有强大的可移植性。NFC模块是一个带有NFC功能的读卡器或者开发板，主要负责实现与具有NFC 功能的移动终端的实时通信。

　　2.3 系统业务平台

　　系统业务平台主要针对业务管理平台以及简单的业务支撑平台。系统业务平台与移动终端通过第三代移动通信系统(3Generation，3G)、第四代移动通信系统(Long Time Evolution Advanced，LTE-A)等宽带移动通信系统实现高速无线连接。依据智能信息终端的部署特性，系统业务平台可以通过有线链路或者无线局域网 (Wireless Local Area Network，WLAN)建立连接。系统业务平台主要包括以下功能。

　　1)用户信息管理。管理用户的开通退订，记录用户的详细信息和使用日志习惯等，方便统一管理用户相关信息。2)广告管理。管理智能终端播放内容、tag信息。tag信息可包含文本、图片、多媒体，文本信息通过NFC直接传输，图片和多媒体只传输图片和多媒体的URL，移动终端再通过web方式获取。3)查询管理。当移动终端向智能信息终端发送查询请求信息时，系统业务平台首先验证用户身份，如果验证失败，则中断连接，否则智能信息终端将设置成读卡模式。移动终端根据查询结果通过Web查询信息，并展示查询结果。4)密钥管理。管理员定期更新移动终端和智能信息终端的密钥，增强用户身份证书的安全性。

　　2.4 基于NFC的大容量信息推送过程

　　基于NFC的大容量信息推送方案通过NFC和宽带移动通信融合系统，充分利用NFC技术短、频、快和宽带移动通信系统高速数据传输的优势，实现高速、高安全性的信息交互，其信令流程如图3所示。

　　当手持移动终端的用户看到智能信息终端上有感兴趣的信息，用户侧的移动通信终端通过上传NDEF(NFCData Exchange Format)消息或者扫描智能信息终端的NFC标签发送建立NFC链路请求，这种交互提供了比其他无线技术(如蓝牙)更容易的数据发送方法，因为NFC 不需要手动设备发现或配对要求，两个设备在接近到一定范围时会自动连接;然后智能信息终端通过读取移动终端SE模块内身份证书，鉴别移动终端是否具有建立 NFC链路的授权证书;当移动终端通过身份认证后，移动终端NDEF数据进行适当的分类，并启动对该类数据感兴趣的应用程序，声明一个意图 (Intent)过滤器，并请求相应的移动互联网业务;工作在“阅读器”模式下的智能信息终端获取到用户的请求信息后并不通过NFC链路传送业务信息，而向系统业务平台发送URL消息查询请求;系统业务平台收到查询请求后进行信息查询，将查询到的URL消息通过智能信息终端发送到移动终端;获得URL消息的移动终端可以结合宽带移动通信系统提供的短信、彩信以及数据传输等渠道登陆系统业务平台，实现高数据速率的移动互联网应用下载。

　　3 商业应用

　　采用基于NFC的大容量信息推送方案的NFC终端不仅可以模拟卡片，而且可以实现高速、高安全性的数据传输。例如，在音像制品店里，如图4所示，用户可以通过NFC链路快速读取智能海报上的NFC标签，获取大量音像制品的广告简介。如果用户想进一步了解某一音像制品的具体内容，可以通过NFC链路发送 NDEF消息获取音像制品部分片段的URL消息，通过移动终端与系统业务平台建立的宽带移动通信链路，下载或浏览音像制品的部分片段，快速了解相应产品的内容;如果移动用户想购买此产品，只需将移动终端转换到卡模拟工作模式，即可实现搜索、预览、支付的一站式自助购物体验。

　　4 结论

　　本文提出了一种基于近距离通信技术和宽带公众移动通信系统相结合的大容量信息推送方案。从技术角度而言，该方案融合了13.56MHz近距离通信技术和宽带移动通信技术，兼具短、频、快、安全性高和高速数据传输的特点。与传统的近距离通信技术几百Kbit/s的传输速率相比，该方案最大传输速率与宽带移动通信系统相当，极大地提高了移动数据传输速率;另一方面，与单一的宽带移动通信系统相比，安全性和便捷性也得到了显著的提升。因此，该方案尤为适合为涉及金融信息、身份信息的视频、图片等移动互联网业务提供解决方案。

　　作者简介：

　　刘秋妍，博士，主要研究方向为宽带移动通信系统网络性能分析与干扰抑制技术。

　　李铭轩，硕士，工程师，主要研究方向为移动互联网、嵌入式系统、NFC技术等。

　　林敏，博士，工程师，主要研究方向为移动互联网、嵌入式系统、NFC技术等。