Пароль скрещенных антенн, или Коммуникации в ближнем поле

Развитие бытовой электроники движется от однофункциональных устройств к многофункциональным, от изолированных – к сетевым. В последнем случае важно, чтобы пользователи не сталкивались с трудностями настройки сетевых параметров. Это допустимо в мире компьютеров, но не для потребительских товаров. Подобные удобства обещает предоставить технология коммуникаций в ближнем поле.

Основная идея коммуникаций в ближнем поле (Near Field Communication – NFC) заключается в том, чтобы обеспечить безопасную связь между устройствами без необходимости выполнять сетевые настройки. Концепция крайне проста: для того чтобы два устройства начали обмен данными, достаточно привести их в соприкосновение друг с другом. Проиллюстрируем ее.

Предположим, на отдыхе или в деловой поездке вы сделали массу фотографий с помощью своего КПК со встроенной камерой и хотите показать их друзьям на экране телевизора. Для этого будет достаточно лишь поднести КПК к точке приема, расположенной, к примеру, на его передней панели. Или, скажем, нужно перенести большой объем данных с ноутбука на десктоп. Передача посредством NFC может оказаться слишком медленной, и вы пожелаете использовать Bluetooth. Для этого необходимо вручную запустить сеанс связи, ввести пароль и т. п. Если оба компьютера поддерживают NFC, для установки коммуникаций довольно просто разместить их в непосредственной близости друг от друга – запустится сеанс обмена параметрами для установки Bluetooth-соединения. После этого ПК могут быть разнесены на предусмотренное технологией расстояние. Аналогичная процедура применяется и для установки других беспроводных соединений.

Технология и стандарты

NFC является беспроводной технологией связи ближнего действия (радиусом около 20 см), использующей для передачи данных эффект магнитной индукции, наводимой квазистатическим магнитным полем. В отличие от большинства беспроводных коммуникаций, базирующихся на излучении и распространении в пространстве электромагнитных волн, в магнитной системе беспроводной связи применяется генерируемое преобразователем модулированное магнитное поле, напряженность которого по мере увеличения расстояния быстро падает. Квазистатический характер поля является результатом комбинации геометрии преобразователя и несущей частоты передатчика. Данные кодируются с помощью скорости изменения магнитного потока. Хотя преобразователь и излучает незначительное количество электромагнитной энергии, основная ее часть переносится магнитным полем. Это предоставляет данному виду связи ряд уникальных преимуществ.

Одна из наиболее интересных особенностей заключается в том, что величина магнитной индукции уменьшается пропорционально 1/r6. На первый взгляд это может показаться недостатком. Действительно, если приложение требует для своего функционирования больших расстояний, то альтернативы электромагнитному полю нет. Однако для персональных устройств потребительской электроники это свойство оказывается весьма полезным. Сильное ослабление с расстоянием создает компактную коммуникационную область, что допускает повторное использование частотного спектра. Более того, характеристики такого поля высоко предсказуемы и практически не зависят от окружения – магнитные поля строго следуют закону 1/r6 безотносительно к тому, присутствуют ли рядом металлические предметы, проводящие материалы или люди, чего нельзя сказать об электромагнитном поле. Далее, поляризация магнитного поля в NFC-системах в основном определяется конструкцией преобразователя. Возьмем для примера соленоид с ферритовым стержнем внутри. Такой преобразователь создает поле, близкое к полю классического диполя. Из взаимных свойств магнитных цепей следует, что такой же стержень приемника будет иметь аналогичную диаграмму чувствительности. Максимальная связь достигается, когда два стержня – передатчик и приемник – обращены концами друг к другу, а также при параллельной ориентации, тогда как минимальная – при ортогональной.

NFC оперирует в диапазоне 13,56 MHz. Сегодня доступны скорости передачи 106, 212 и 424 Kbps, и в будущем ожидается увеличение полосы пропускания. Как часто бывает в случаях, когда устройства разделяют один диапазон частот, обмен данными осуществляется в полудуплексном режиме. При обмене реализуется механизм «слушай, прежде чем говорить». Протокол различает устройство-инициатор и подчиненное устройство. Любое устройство может быть либо инициатором, либо подчиненным. Как следует из названия, первое инициирует и управляет передачей данных, тогда как второе отвечает на его запросы. Предусмотрены также два режима работы: активный (active mode) и пассивный (passive mode). Различие заключается в следующем. В активном режиме для передачи данных оба устройства генерируют собственные радиополя, в пассивном же одно из них генерирует радиополе, а другое использует для передачи данных модуляцию нагрузкой (load modulation – переключение нагрузочного сопротивления управляется данными). В этом случае ответственным за генерирование радиополя является устройство-инициатор. Пассивный режим работы важен для устройств с ограниченными ресурсами, таких как мобильные телефоны и КПК.

Прикладной аспект технологии NFC

Потенциальные возможности коммуникаций в ближнем поле открывают этой технологии широкую сферу применения. Однако специалисты полагают, что в ближайшие годы наиболее перспективными будут следующие три категории: запуск сервисов, одноранговые коммуникации (P2P) и разнообразные платежи, в особенности за проезд в транспорте.

В сценарии «запуск сервисов» пользователь подносит устройство, поддерживающее NFC, например мобильный телефон, к специальной области, в которой расположен NFC-тег, и в типичном случае получает определенную информацию, скажем, строку текста, URL, номер телефона или другую небольшую порцию данных. Один из примеров приложений такого типа – «умная» афиша, которая может содержать информацию о новом виде продукции или услуг, медицинском препарате, событии, и пользователь может получить адрес Web-сайта для выяснения подробностей или заказать билет.

При P2P-коммуникациях NFC применяется, чтобы инициировать сеанс связи между двумя устройствами для последующего обмена данными. Если их объем относительно мал (до 1 КВ), NFC можно использовать непосредственно, в противном случае с помощью NFC устанавливают другое беспроводное соединение, например Bluetooth или Wi-Fi.

Один из основных мотивов для развития технологии – возможность осуществлять посредством NFC различные платежи. Банки и операторы мобильных сетей весьма заинтересованы в реализации платежных операций с оборудованных NFC мобильных телефонов. Так, исследование, проведенное компанией Visa International, показало, что 89% из тех, кто попробовал использовать телефонные транзакции, предпочитают их альтернативным способам оплаты. Производители устройств осознают, что они нуждаются в стандарте ближних коммуникаций, совместимом со считывателями смарт-карт и другими системами, применяемыми в транспортной индустрии. NFC позволяет производить платежи и оплачивать проезд в транспорте с помощью смарт-карт, а при дальнейшем развитии для этого могут быть использованы устройства с поддержкой NFC – своеобразные электронные кошельки. В конце концов они заменят мириады кредитных, платежных и других карт, которые постоянно носит с собой множество людей.

Интересно, что в апреле в г. Ханау (Германия) были проведены десятимесячные полевые испытания безопасных мобильных платежей в общественном транспорте. В них использовался мобильный телефон Nokia 3220 с поддержкой технологии NFC. С его помощью производилась плата за проезд в автобусах, он также подтверждал право на скидки в местных точках розничной торговли и аттракционах. В испытаниях участвовали 160 горожан, и более 90% из них отозвались о новой системе оплаты положительно.