Currently, Near Field Communication (NFC) is one of the enablers for ubiquitous computing.

This technology simplies and secures interaction with the automation ubiquitously around

you. Many applications you use daily such as credit cards, car keys, tickets, health cards, and

hotel room access cards will presumably cease to exist because NFC-enabled mobile phones

will provide all these functionalities.

The NFC ecosystem is designed from the synergy of several technologies, including wireless

communications, mobile devices, mobile applications, and smart card technologies. Also,

server-side programming, web and cloud services, and XML technologies contribute to the

improvement and spread of NFC technology and its applications.

This chapter provides a brief background of the fundamentals and evolution of NFC

technology. Then it gives a brief overview of NFC technology and the touching paradigm,

including a comparison of NFC with other wireless technologies, and an introduction to smart

NFC devices and operating modes with novel NFC applications in the industry.

UBIQUITOUS COMPUTING AND NFC

The history of modern computers comprises work thatrsquo;s been performed over the past 200 years.

Personal computers (PCs) were an important step after early computers, changing the way that users interact with computers by using keyboards and monitors for input and output instead of primitive options such as punch cards and cables. The mouse also changed the way that humans interact with computers because it enables users to input spatial data in to a computer. Users became accustomed to using their hands to hold the mouse and pointing their fingers to click it. The movements of the pointing device are echoed on the screen by the movements of the cursor, creating a simple and intuitive way to navigate a computerrsquo;s graphical user interface (GUI).

Touch screens changed the form of interaction even further and did so in a dramatic way. They

removed the need for earlier input devices, and the interaction was performed by directly touching

the screen, which became the new input device. In the meantime, mobile phones were introduced,

initially for voice communication. Early forms of mobile phones contained a keypad. Those mobile

phones with touch screens are considered to be state of the art because the screen is used for both

input and output, which is more intuitive for users.

Ubiquitous computing is the highest level of interaction between humans and computers, in which

computing devices are completely integrated into everyday life. Ubiquitous computing is a model in which humans do not design their activities according to the machines they need to use; instead, the machines are adjusted to human needs. Eventually, the primary aim is that humans using machines will not need to change their daily behaviors and will not even notice that they are performing activities with the help of machines.

As in modern computers and interfaces, increasing mobility of computing devices provided by

mobile communications is also an important step in the development of ubiquitous computing

capabilities and NFC. Mobile phones already had several communications options with the external

environments before the introduction of NFC. When mobile phones were initially introduced, their

primary goal was to enable voice communication. GSM (Global System for Mobile) communication

further enabled functionality of mobile phones for several services, such as voice communication,

short messaging service (SMS), multimedia message service (MMS), and Internet access. Also, the

introduction of Global Positioning System (GPS) and Wireless Fidelity (WiFi) technologies (e.g.,

Infrared Data Association or IrDA) changed the way we use mobile phones. One communication

option between mobile phones and computers was data transfer by USB — a physical port was used for this purpose, and cable was used for data transfer.

Later, Bluetooth technology was introduced, creating personal area networks that connect

peripherals with computing devices such as mobile phones. Bluetooth became very popular in the

early 2000s. Perhaps the most widely used function of Bluetooth is data exchange among mobile

phones or between a mobile phone and another Bluetooth-enabled device such as a computer.

Bluetooth enables communication among devices within a particular vicinity. However, secure data

transfer cannot be performed completely with this technology because it is designed for wireless

communication up to 10 meters, which allows malicious devices to alter the communication.

Currently, a new way of interacting has entered everyonersquo;s daily life: NFC technology can be

identii ed as a combination of contactless identii cation and interconnection technologies. NFC

operates between two devices in a short communication range via a touching paradigm. It requires

between an NFC mobile device on one side and an NFC tag (a passive RFID tag), an NFC reader,

or an NFC mobile device on the other side. RFID is capable of accepting and transmitting beyond a

few meters and has a wide range of uses. However, NFC is restricted for use within close proximity

(up to a few centimeters) and also designed for secure data transfer. Currently, integration of NFC

technology into mobile phones is considered a practical solution because almost everyone carries a mobile phone.

The main vision of NFC is the integration of personal and private information such as credit card

or cash card data into the mobile phones. Therefore, security is the most important concern, and

even the short wireless communication range provided by RFID technology is considered too long.

Shielding is necessary to pre

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目前，近场通信（NFC）是促成了普适计算中的一个。该技术简化并保证与自动化无处不周围相互作用。你每天都在使用的许多应用，如信用卡，车钥匙，门票，健康证，并

酒店房间出入卡大概会不复存在，因为NFC功能的手机将提供所有这些功能。

该NFC生态系统是由多种技术的协同设计，包括无线通信，移动设备，移动应用，以及智能卡技术。 包括服务器端编程，网络和云服务和XML技术有助于改进和NFC技术及其应用的传播。

本章提供了基本面的简要背景和演变的NFC技术。然后，它给了NFC技术和触摸模式的简要概述，包括NFC技术与其他无线技术的比较，并介绍了智能NFC设备和操作模式在业界的NFC应用。

无处不在的计算和NFC

现代计算机的历史包括一直在过去的200年完成的工作。

个人计算机（PC）为后早期计算机的重要一步，改变用户使用键盘和显示器的输入和输出，而不是原始的选项，如打孔卡和电缆与计算机的互动方式。鼠标也改变了人类与计算机的互动，因为它使用户能够输入空间数据到计算机的方式。用户开始习惯于用自己的双手按住鼠标指着自己的手指来点击它。指示设备的运动是呼应由光标的移动显示在屏幕上，创建一个简单和直观的方式来导航计算机的图形用户界面（GUI）。

触摸屏改变了互动的形式并使这个过程动态化。他们除去了较早输入设备的必要性，并通过直接接触进行的相互作用，这成为新的输入设备。在此期间，手机被引入最初的语音通信。移动电话的早期形式包含一个小键盘。这些手机带触摸屏的电话被认为是在本领域的状态，因为在屏幕同时用于输入和输出，这对于用户更直观。

无处不在的计算是人类和计算机之间交互的最高水平，其中计算设备完全融入到日常生活中。无处不在的计算是其中人类不根据他们需要使用的机器设计他们的活动模型;相反，机器被调整到人类的需要。最终，主要目的是使用机器人类将不需要改变他们的日常行为，甚至不会注意到，他们正在用机器的帮助下进行活动。

如现代计算机和接口，通过提高计算设备的流动性也是普适计算发展的重要一步功能和NFC。手机已经有几家通讯选择与外部引进NFC的环境。当手机最初推出，其主要目标是使语音通信。 GSM（全球移动系统）通信进一步功能的移动电话的功能的若干服务，如语音通信，

短消息服务（SMS），多媒体消息服务（MMS），以及互联网接入。此外，引入全球定位系统（GPS）和无线保真（WiFi）的技术（例如红外数据协会或IrDA）的改变了我们使用手机的方式。一个通信移动电话和计算机之间的选择是由USB数据传输 - 用于此目的的物理端口，并且被用于数据传输电缆。

后来，蓝牙技术引入，打造连接个人局域网外围设备与计算设备，如移动电话。蓝牙成为了21世纪初非常流行的一项技术。蓝牙的使用最广泛的功能是手机之间的数据交换电话或移动电话和其它蓝牙设备之间，例如计算机。蓝牙使特定附近范围内的设备之间的通信。但是，安全的数据转移不能完全与此技术，因为它被设计用于无线进行通信高达10米，这使得恶意设备可以改变通信。
目前，互动的新方式已经进入每个人的日常生活：NFC技术可以鉴定编作为接触识别阳离子和互连技术的组合。 NFC通过一个感人的范例在很短的通信范围在两个设备之间运行。这个需要在一侧上的NFC的移动设备和NFC标签（无源RFID标签）之间，一个NFC读取器，
或在另一侧的NFC的移动设备。 RFID是能够接受和发送超越数米并具有广泛的用途。然而，NFC受到限制接近中使用（高达几厘米），并且还设计用于安全数据传输。目前，NFC整合
技术引入手机被认为是一个实用的解决方案，因为几乎每个人都携带手机。

NFC的主要目标是个人和私人信息的整合，如信用卡或现金卡的数据到移动电话。因此，安全性是最重要的问题，并通过RFID技术提供即使短暂的无线通信范围被认为是太长。

屏蔽是必要的，以防止未经授权的人在私人谈话被窃听，因为即使无电源，无源标签仍然可以超过10米读取。这是将NFC进来的点。

NFC集成了RFID技术和非接触式智能技术的手机内。该NFC技术的演进如图1-1所示。图中的灰色区域表示直接支持NFC环境技术的发展。本章使NFC演变可能，技术的简要概述。

无线通信NFC

NFC技术也可以利用无线通信方面进行评估。无线通信是指数据传输，而无需使用任何线缆。当通信是不可能的，或者通过使用电缆的不切实际的，无线通信是解决方案。范围可以从几厘米到几千米变化。

无线通信设备包括各种类型的固定的，移动和便携式双向收音机，蜂窝电话，个人数字助理，全球定位系统装置，无线计算机鼠标，键盘和耳机，卫星电视，电话和无绳电话。无线通信允许通信，而不需要与网络的物理连接。

无线通信引入了有些很难处理的挑战相比，以有线通信;这些挑战包括干涉，衰减，不可靠，成本和安全性。无线通信是利用在电磁波传输数据的电磁波谱内，如在图1-2中描绘。在每个人的日常生活产生重大影响。移动通信不仅支持组织的生产力和灵活性，而且个人的社会生活，因为人们可以继续保持连接到他们的社交网络。广泛使用的无线技术包括GSM，3G，LTE（长期演进），蓝牙，WiFi，WiMAX和ZigBee的。

表1-1给出了一个简短的总结和流行的无线技术相比目前使用的在世界各地，根据它们的操作频率，数据率，和工作范围。 GPRS，EDGE和UMTS技术代表无线广域网（WLAN）的。无线局域网区域网络（WLAN）遵循这些技术具有不同的频率和范围，然后

来在无线个人区域网（WPAN）技术，例如ZigBee和蓝牙2.0。NFC具有最短通信范围，随后是RFID技术。

RFID是一种用于RFID读取器和一个之间交换数据的无线通信技术通过无线电波的电子RFID标签。这些标签是传统附加到对象，主要是为鉴定阳离子和跟踪的目的。图1-3示出了一个简单的RFID系统及其组件。从数据传送结果电磁波，其可具有取决于频率和磁性不同范围

我视场。 RFID阅读器可以读取数据，或者将其写入标签。RFID阅读器和RFID应用之间的连接使用在有线或无线网络通信的不同部分。在后端系统中，RFID应用被分配C相关信息。 RFID标签通常含有集成电路（IC）和一个天线。该IC使得能够存储和处理数据，调制和解调射频（RF）信号，和执行其它功能。该天线能够接收和发射（接收和）的信号的发送。

RFID系统的要点

RFID系统由两个主要部分组成：发射机应答器和读取器。应答是位于一个产品或对象的组件被识别，并且读取器是从应答器读取数据或写入发射机应答器（如前面的图1-3中所示）的组分。应答器包括承载要传输的数据的耦合元件和IC的。应答通常是RFID标签。 RFID标签具有存储大量的高容量数据。他们被分为两大类：被动式标签，它们没有电源，有源标签，有自己的电源。如果该应答是一个RFID读取器的范围内，它是由输入信号供电。读者通常包含一个收发器（高频模块）配有用于解释的解码器数据，一个控制单元和一个天线。许多RFID阅读器包括额外的接口来发送所接收的数据到另一个系统通用的RFID应用RFID技术被使用在世界各地的各种应用。下面是一些例子：

库存系统：库存跟踪RFID使用的主要区域。 RFID技术使公司能够快速，轻松地管理库存。它还使企业能够轨道削减外的库存产品，增加产品销售，以及减少在劳动力成本上升，业务流程的简化阳离子，减少库存不准确的。

人体植入物：专为动物标记植入RFID芯片也被用来在人类。

动物阳离子：使用RFID标签来识别动物是最古老的RFID之一应用程序。RFID提供鉴定阳离子管理大型牧场的操作和那些与崎岖的地形，其中跟踪动物是DIFI崇拜。一种可植入的各种RFID标签位于动物也可用于动物的鉴定阳离子。

智能卡包括一个嵌入式IC，它可以是一个存储器单元具有或不具有安全微控制器。它是高效率的数据存储，处理和传递和一个有前途的解决方案用于提供安全的多应用环境。一个典型的智能卡系统包含智能卡，读卡器和后端系统。它可以使用物理接触（接触式智能卡的情况下）或远程非接触式射频接口（非接触式智能卡的情况下）读卡器进行通信。读者连接到后端系统，其存储，处理，并管理该信息。

在处理能力方面，智能卡被分成两组：基于记忆的和基于微处理器的。基于内存的智能卡可以存储数据，但需要外部处理单位做处理。带有嵌入式微控制器智能卡可以储存大量的

数据并执行自己的卡上的功能，如安全相关操作和相互验证。这些智能卡可以与一个智能卡阅读器智能交互。这些卡也有自己的智能卡操作系统（SCOS）。在运行机制方面，智能

卡分为三组：接触，非接触，和混合的智能卡。

智能卡的类型：能力基于分类智能卡是塑料卡片具有嵌入式微处理器和存储器。有些智能卡只非可编程存储器;因此，它们具有有限的能力。嵌入或集成的微处理器智能卡有不同的功能。

基于内存的智能卡可以存储任何类型的数据，如财务，个人和其他私人的信息。然而，他们没有任何处理能力。这些卡需要与外部装置进行通信，例如使用同步协议来操作卡上的数据的读卡器。这些卡被广泛使用，例如，如预付费电话卡。

基于微处理器的智能卡对卡的动态数据处理能力。他们有微处理器，以及一存储器。在卡内的微处理器管理存储器分配和数据管理。基于微处理器的智能卡与小可比性电脑，那些没有内置电源。这些智能卡有一个操作系统（OS），即SCOS，使您能够管理智能卡上的数据，并允许智能卡是多功能的。他们可以存储和处理信息和执行即使是复杂的所存储的数据的计算。不像基于存储器的智能卡，它们可以记录，修改和处理数据。此外，基于微处理器的智能卡具有当与存储卡相比，存储大量数据的能力。

管理存储在存储器中的数据

控制访问信息和功能

管理智能卡的安全性，特别是在数据完整性方面

在SCOS进化从其个性化智能卡的生命周期管理，以使用和终止此前，应用程序或智能卡上的服务是为特定操作系统编写的。因此，发卡机构曾与speciC应用程序开发人员以及操作系统提供商同意。这个解决方案是昂贵的，墨食用。消费者需要携带不同的智能卡为每个服务。今天的趋势是支持一个单一的智能卡上运行多个应用程序的开放操作系统。目前，有更大的市场接触最引人注目的是操作系统和MULTOS Java卡操作系统。

智能卡的类型：机制为基础的物质群分类智能卡分为三个主要群体与外部设备的通信机制方面：接触式智能卡，非接触式智能卡和混合动力车型。

接触式智能卡

接触式智能卡的嵌入式用含单个硅集成电路卡的微模块包含存储器和微处理器。这种IC卡是一种导电接触片放置智能卡的表面上，这通常是在镀金。外部装置提供了一个直接到导电接触板电连接时的接触式智能卡插入到它。命令，数据和卡状态信息的传输发生在这些物理

接触点。卡不包含任何嵌入电源;因此，能量由供给该卡当前与交互的外部设备。这些外部设备被用作一个接触智能卡和主机之间的通信介质。这些外部设备可以是计算机，POS终端，或移动设备。接触式智能卡与互动POS装置通常用于付款目的。事实上，在IC卡上的接触式智能使用付款目的卡具有相同的硬件结构中的那些订户身份用于模块（SIM卡）手机。他们只是在编程不同。

联系智能卡相关的最大标准是ISO/ IEC7810和ISO/ IEC7816他们代NE的物理形状和接触式智能卡的特性，电连接器的位置和形状，电气特性，通信协议，包括命令交换用卡和基本功能。根据ISO/ IEC 7816标准中，IC卡有八个电镀金接触垫在其表面上;它们包括VCC（电源电压），RST（复位微处理器），CLK（时钟信号），GND（地），VPP（编程或写电压），以及I / O（串行输入/输出线）。仅在I / O和GND接触萨雷一个典型的智能卡上的强制性的;其他是可选的。两个触点（RFU）的被保留用于将来使用（见图1-5）。

一种非接触式智能卡是一智能卡的类型被而不需要与外部装置物理接触处理。它是嵌在其内和天线的微芯片，其允许卡要跟踪（参见图1-6）的组合。

一些线形成这种天线。在非接触式智能卡，信息存储在微芯片，其具有安全微控制器和内部存储器。不像接触式智能卡，电源到非接触式智能卡，其嵌入天线来实现的。如一个智能卡阅读器，智能卡和外部设备之间的数据交换与该天线的帮助下执行的。电磁视场为卡提供电源;因此，卡和外部设备之间发生数据交换。访问存储在卡上的数据;他们执行卡上的功能，如能够相互验证。它们可以很容易地和安全地与非接触式外部读取器进行交互。非接触通信只能在接近设备来执行。无论是外部设备和非接触式智能卡具有天线，并且他们沟通使用RF技术在106-848 Kbps的数据传输速率。作为一个非接触式智能卡读卡器内带来的，能量传递从读卡器对智能卡上的微芯片开始。 被从读卡器进入的信号供电。微芯片通电后，通信在智能卡和用于数据传输的卡阅读器之间建立。

非接触式智能卡技术在应用中用于其私人信息，如健康或身份数据需要被保护。它也是在应用中使用，其中快速和安全交易，如交通费支付，电子护照，以及签证的控制是必需的。

接触式智能卡通常用于免提交易。使用非接触式应用智能卡必须支持多种安全功能，如相互认证，强大的信息安全通过动态密钥，强大的非接触式设备安全和个人信息的隐私。非接触式智能卡的技术是在各种形式可用，例如在塑料卡，手表，钥匙链，文件，移动电话和其他移动设备。目前，用于基于广泛的接触式智能卡存在三个不同的主要标准分类范围：ISO / IEC 10536的紧耦合非接触式智能卡，ISO / IEC 14443对邻近耦合智能卡和ISO / IEC 15693附近为接触式智能卡。

您可能会看到智能卡的其他混合模型，如双界面卡和混合卡。一个双界面卡有一个只包含一个芯片接触和非接触接口。这样的模型使两者接触和非接触接口，具有高水平的访问相同的芯片的安全性。混合卡包含两个芯片。一些芯片被用于接触界面，以及另一种是用于非接触接口。这些芯片是独立的和不相连接。通

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