NFC結合手機大顯身手 手機變身為小額付款工具及門禁卡

2005-11-07
與其他技術相較,NFC僅有15公分的短距離通訊特性正是其優點。由於耗電量低、一次只和一台機器連結,擁有較高的保密性與安全性,而且相關技術已被智慧卡系統採用...
與其他技術相較,NFC僅有15公分的短距離通訊特性正是其優點。由於耗電量低、一次只和一台機器連結,擁有較高的保密性與安全性,而且相關技術已被智慧卡系統採用,再加上Nokia與Sony的支持,NFC在手機應用的成長空間大增。  

近年來手機的高普及率,除了做為溝通聯絡的橋樑,也在生活中扮演不可或缺的角色。除了做為長程的通訊工具之外,如何增加其短距離通訊功能,使手機能更充分的運用在我們生活中,將是令人關注的部份。本篇將就具有NFC(Near Field Communication)近距離通信技術功能手機的發展應用做一探討。  

近距離通信技術(NFC)具有與射頻識別(RFID)的互連技術,它的優點是能輕鬆地實現手機到電子交易間的資訊傳輸,為所有消費性電子產品提供極為便利的通訊方式。NFC將使用在普及率高的手機裏,初期是特別針對小額付款的應用,除了將手機當作電子錢包使用外,也可應用在大眾運輸系統上,另外也可取代門禁卡,讓手機整合錢包、門禁卡、交通卡、信用卡等功能。  

NFC技術是由飛利浦(Philips)和新力(Sony)共同研製開發,自RFID及互連技術的融合演變而來。消費者除可把手機當作遠距離通訊工具,如果強化手機近距離通信技術,將可使手機功能更貼近消費者的使用,讓「科技始終來自於人性」的理想,更能實現在我們的日常生活中。無線NFC技術是以13.56MHz的頻率運作,可在採用NFC技術的設備之間傳送任何類型的資料,使用者手裡拿著內建NFC功能的晶片手機,就能實現手機到相關消費電子設備交易間的資訊傳輸,達到資訊交互傳遞、讀取和各種服務。  

NFC相容於智慧卡基礎架構  

由Philips、諾基亞(Nokia)及Sony三家公司所共同推動制定的NFC無線技術標準,目前已經在ISO 18092和ISO 21481、ECMA(340,352和356)、ETSI TS 102 190內進行標準化。另外,NFC同時相容於以ISO 14443A為基礎的感應式智慧卡基礎架構,如Philips的MIFARE技術及Sony的FeliCa卡。Philips MIFARE技術的感應晶片式票務系統操作頻率在13.56Mhz,且具有感應式雙介面智慧卡及讀卡機技術標準,該技術平臺與ISO 14443A感應式智慧卡及讀卡機國際標準完全相容,包括美國太空總署都用來建置保安的門禁卡,Philips半導體表示,智慧卡應用開始進入歐洲的足球場了,而中國八達嶺長城的電子票務系統與北京2008年奧運會的票務系統也將採用MIFARE晶片,並同時支援以Philips MIFARE感應式晶片技術為核心的北京公交卡。  

Nokia、Philips與法蘭克福及附近地區的公共交通機構(RMV)也開展合作,試驗計劃於2005年初開始,利用手機接入現有的非接觸式智能卡票務設施,到時候RMV的乘客可利用配備NFC技術的手機,如Nokia3220,接入法蘭克福的哈瑙市公共交通網路,購買、儲存和使用車票。目前台北市捷運的悠遊卡就是採用Philips的MIFARE晶片,因此在台灣推動NFC市場,可能會先以內建NFC晶片手機取代捷運悠遊卡做起。  

NFC晶片整合成單顆SoC成趨勢  

目前NFC的晶片全都由Philips生產製造,下一個階段希望將目前的兩顆晶片整合成一顆SoC,且希望未來的傳輸速度超過1MHz的產品。NFC是Philips和Sony所共同開發,而Philips半導體將其Nexperia蜂巢式手機方案與NFC技術結合,這項解決方案已經在2004年初進行展示,原型機也已經問市。目前手機功能愈形豐富,但價格卻一降再降,因此蜂巢式系統解決方案一直處於這項趨勢的最前端,半導體方案不斷幫助廠商推出具備新功能的產品以追隨市場發展步伐,並擴大客戶群,使製造商們更輕易地建立產品區隔,並且快速地將新科技整合至手機以符合行動服務業者多變的需求。  

NFC的應用潛力相當廣泛,但是實際在各項新技術上增加NFC功能時,往往面臨細節上的技術瓶頸。而Philips做為系統解決方案的供應商,決定以簡便的方式推廣NFC,將NFC技術整合在Nexperia蜂巢式系統解決方案,會是迅速推廣普及NFC的第一步。Philips開發了相容的多媒體建構模組與智財IP,以幫助開發商將所需的新功能整合在Nexperia系統解決方案中。  

Philips首次推出具備NFC功能的Nexperia蜂巢式系統解決方案是針對高階手機,整合於Nexperia Sy.Sol 6100,NFC本身的頻率是13.56MHz,工作距離在數公分之內。手機廠商特別希望點對點的NFC技術能允許近距離的2台設備自動建立連接,毋須用戶瀏覽複雜的選單,NFC即可配置和初始化其它無線協定。這將避免像藍芽或WiFi等協定在選擇正確的設備和提供合適連接參數時碰到的麻煩(圖1)。  

Philips的NFC技術藉由摩托羅拉(Motorola)、Nokia和三星(Samsung)等手機領導製造商的支援,可望得到廣泛應用。但另一方面,有些晶片製造商對採用NFC技術仍有顧慮,因此目前並沒有多少消費性電子設備支援NFC及NFC採用主動和被動兩種讀取模式。例如,英飛凌對於NFC的一些應用就存有疑慮,因此並未立即成為繼Philips之後的第二家NFC晶片供應商。但包括英飛凌(Infineon)、三菱(Mitsubishi)、瑞薩(Renesas)和意法半導體(ST)在內的許多IC公司,都密切注意著NFC的發展。根據ABI Research的預測,支援NFC的手機出貨量將從2006年的5,000萬支成長到2009年的2億支。NFC可為已經成熟的智慧卡基礎設備提供非接觸鏈路,以便使NFC手機轉變成一種非接觸式付費和訂票設備。  

NFC專注於身份識別應用  

全世界最大的零售業龍頭Wal-Mart從2005年1月1日正式啟動RFID。RFID是一種非接觸式的自動識別技術,與RFID的相關技術現在主要有NFC、EPC和UID等。RFID(ISO 18000)專注於倉貨盤查與供應鏈管理,NFC(ISO 18092)則專注於身份識別方面。在各項技術之間達成一致的規格默契後,將再進行更多樣的無線應用。  

NFC在識別和連通性市場開闢了全新和獨特的領域。RFID系統主要可分為RFID標籤、讀取器、主系統(Host system)三大部分。RFID標籤可依電源依附與否,區分為主動標籤(Active Tags)和被動標籤(Passive Tags)兩種。主動標籤上有電池供應,讀寫距離較遠,同時與被動標籤相比,體積較大,成本較高,也因此被稱為有源標籤。至於被動標籤的電源,是由讀取器所發射的電磁波轉換而成,本身不需要電池,成本低且具有很長的使用壽命,比主動標籤更小也更輕,但讀寫距離較近,亦稱為無源標籤。  

讀取器則包括收發天線與主控器,主控器的主要功能有編碼和解碼資料、檢測資料、儲存資料、重新編寫資料和與資料辨識系統溝通的功能。在被動式的標籤系統上,讀取器還負責發送有週期的電磁波,讓標籤接受後當成能源,所以被動式的標籤本身並不需要電池,另外主系統是一組應用和建立RFID使用者資訊中樞,負責處理來往RFID標籤的資料,這些系統根據物件所攜帶的標籤界定資料以進入目錄的位置。  

RFID技術所使用的頻段為50KHz~5.8GHz,並沒有全球範圍內的通用標準。例如NFC即是在15公分的距離內,工作於13.56MHz頻率範圍,因此資料傳輸速率較低,但是NFC可以實現電子設備之間簡單而便利的互動,只要將它們彼此靠近就可以,不需要使用複雜的功能表,就能建立起安全鏈結,並且可以使用各種內容和服務(表1)。  

較短的通訊距離成為應用優勢  

隨著各種近距離無線技術的出現,不可避免地引發一些應用領域記憶體的重疊和競爭,其中藍芽即是其中一項競爭技術。藍芽誕生於1994年,易利信(Ericsson)當時決定開發一種低功耗、低成本的無線介面,以建立手機及其配件之間的通信。就發展時間來說,藍芽技術出現已經有十年,支持廠商很多並已有大量產品在市場應用,例如可將手機、PDA和NB等設備進行無線連接。但藍芽遭遇的最大障礙,就是過於昂貴,因此當電腦周邊產品的價格越來越低廉,更讓使用者不願花大錢來購買藍芽產品。  

與藍芽、ZigBee、UWB等通訊技術相較之下,NFC的資料傳輸功率最小,通訊範圍不到1公尺(表2)。不過,NFC堅持的短距離通訊,也恰好成為其優點。由於藍芽與ZigBee等短程通訊技術都有較長的傳輸距離,且都使用ISM通用頻段(2.4GHz),因此必須強化抗干擾方面的設計,如跳頻(FHSS)、展頻(DSSS)等設計,成為其包袱。因此,Sony與Philips企圖以RFID的優勢,結合配備Philips NFC晶片的手機領導廠商,進而擊敗藍芽晶片解決方案。  

NFC晶片耗電量低,著重近距離傳輸,且一次只和一台機器連結,保密與安全性高,目前已被智慧卡系統採用。其實,安全性一直是近距離無線通信中值得密切關注的問題,尤其是NFC涉及消費行為中的付費機制,必須更為謹慎。就RFID的功能與技術而論,未來的發展不可限量,而NFC作為其中的佼佼者,有較大機會勝出,但如果上述問題有一個解決不了,就可能會陷入停滯不前的窘境。  

其實各種新技術都是跟著市場的需求發展,並在某些方面提供比現有技術更好的服務。藍芽和RFID也正是順應此需求發展。目前,藍芽在高階市場的一部分已被802.11無線區域網路所侵佔,低階市場又可能被ZigBee蠶食。對應於RFID技術的NFC近距離通訊也將對藍芽造成相當的威脅。由於NFC和藍芽的應用領域部分重疊,因此NFC對藍芽市場勢將造成一定的衝擊,但是如果要在近距離無線通信領域中戰勝藍芽,似乎還要一段時間才能驗證(圖2)。  

晶片規格是否開放將成發展關鍵  

藍芽技術出現超過十年,已經形成較為完整的產品和供應鏈。但如果晶片價格未能降低,將對其市場推廣有很大的障礙,而這也將讓NFC可機可乘。Philips在免接觸IC卡方面已是領導廠商,其MIFARE晶片卡技術廣泛使用在世界上幾個大型交通運輸系統上,也使用在VISA信用卡等金融服務上。目前全球所有智慧卡系統內的NFC晶片總數,已達約5億顆;但全球NFC晶片供應商僅Philips一家,未來NFC的發展,仍須要視該公司是否對晶片規格採開放態度,以及加入NFC消費系統的商業廣度而定。  

在台灣,經濟部推動的「近端行動交易服務計畫聯盟」將結合相關業者推動e-payment服務,預計2007年NFC市場將開始起飛,希望台灣能在這個應用領域佔有一席地位。在中國大陸方面,相關政府單位正在制定自己的RFID標準,而Philips的NFC技術是否完全相容,並得到中國政府的認可,是相當關鍵的問題。而整個認證過程很可能需要Philips等公司公開一些關鍵的技術,這都可能成為NFC能否在中國推廣應用的要素。  

RFID的商業價值愈來愈高,而NFC實質上就是應用於RFID的一種非接觸式自動識別技術,可以大量應用在廣泛的領域。但就目前來說,NFC介面和應用的標準化過程如何制定與規範,將是能否大量使用的因素之一。再者,廠商能否花大量的預算去更換系統,也必須考量的問題。而NFC的優勢在於不僅能一對一相連,亦可多方互連,當NFC卡片、NFC用品夠普及時,NFC所構成的互通網域功能將會很明顯浮現。因此,如果能創造更新的運用端,並讓支援NFC功能的設備能更為普及,將是影響整個NFC能否快速成長的關鍵。  

(詳細圖表請見新通訊56期10月號)  

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