آشنایی با فناوری NFC (قسمت چهارم)

فناوری NFC (سرنامNear Field Communication) مفهومی است که به تازگی در خبرها از آن سخن گفته می‌شود. این فناوری به‌طور خاص با گوشی‌های موبایل سروکار دارد. در حال حاضر گوگل در آندروئید از NFC‌ پشتیبانی می‌کند و سامسونگ نیز تجهیزات سخت‌افزاری NFC را در گوشی‌های Nexus S تعبیه کرده است، این در حالی است که شایعاتی نیز درباره پشتیبانی نسل بعدی آی‌فون از NFC به‌گوش می‌رسد. این فناوری در واقع نسخه‌کامل‌تری از فناوری ساده RFID ‌است که در سیستم‌های پرداخت «بدون تماس» مانند MasterCard PayPass و Visa PayWave کاربرد دارد. این فناوری شبیه و سازگار با سیستم FeliCa است که قبلاً در آسیا به‌طور گسترده برای پرداخت‌های موبایل و خرید بلیت به‌کار گرفته شده است. در این مقاله ماهیت NFC، نحوه کار و استفاده از آن را مورد بررسی قرار می دهیم.

فناوری‌های RFID و FeliCa؛ نیاکان NFC
فناوری NFC نسخه کامل‌تری از ویژگی‌هایی است که در اصل برای تولید برچسب‌های RFID و سیستم‌های پرداخت بدون تماس به‌کار‌گرفته شدند. استاندارد ISO/IEC 14443 خصوصیات مربوط به کارت‌های شناسایی، کارت‌های بدون تماس مجهز به مدارهای مجتمع و کارت‌های مجاورتی را که به‌منظور تسهیل کار در این مقاله از آن‌ها با عنوان برچسب یاد می‌کنیم، تعریف می‌کند. این استاندارد علاوه‌بر موارد مذکور، دو شیوه اولیه برای انتقال اطلاعات روی فرکانس 13,56 مگاهرتز را با استفاده از یک پروتکل ارتباطی استاندارد بین دستگاه فعال بازخوانی و برچسب غیر‌فعال تشریح می‌کند. این روش‌های انتقال اطلاعات با عناوین Type A وType B   شناخته می‌شوند.

ارتباط Type A از سیستم‌رمزگذاری Miller با مدولاسیون دامنه صد‌درصد استفاده می‌کند. در این روش سیگنال در مقادیر در دامنه تقریباً صفر و دامنه کامل به ترتیب ضعیف و قوی محسوب می‌شود. شیوه رمزگذاری تأخیر یا Miller به‌واسطه تغییر زمان انتقال سیگنال بر‌اساس مقایسه تسلسل بیت‌ها با یک سیگنال ساعت عمل می‌کند. این رویکرد اطلاعات را با سرعت 106 کیلوبایت در ثانیه ارسال می‌کند. ارتباط Type B از انواع مختلف رمزگذاری Manchester همراه مدولاسیون دامنه ده درصد بهره می‌برد. در این رویکرد یک سیگنال با  قدرت نود‌ درصد دامنه ضعیف و سیگنالی با صد‌درصد دامنه قوی محسوب می‌شود. رمزگذاری Manchester تنها در نقطه میانی یک دوره تناوب ساعت، جابه‌جایی سیگنال را بررسی می‌کند، بنابر‌این، جابه‌جایی از سیگنال ضعیف به قوی به عنوان وضعیت صفر و جابه‌جایی  از سیگنال قوی به ضعیف به عنوان وضعیت یک در نظر گرفته می‌شود.  زمانی که دو دستگاه در فاصله‌ای حدود چهار سانتی‌متر از یکدیگر قرار می‌گیرند (خصوصیات استاندارد، حداکثر فاصله بیست سانتی‌متر را مجاز می‌داند، اما فاصله متداول چهار سانتی‌متر یا کمتر است)، سیگنال RF دستگاه بازخوانی موجب برقراری جریانی در آنتن درونی یک برچسب RFID یا کارت هوشمند و در نتیجه فعال‌سازی مدار آن می‌شود. در این میدان نزدیک RF، آنتن‌های دو دستگاه به‌عنوان سیم‌پیچ ترانسفورماتور و فاصله بین آن‌ها به‌عنوان یک ‌هسته عمل می‌کند. تغییرات سیگنال ارسالی توسط دستگاه بازخوانی موجب تغییر جریان الکتریکی در برچسب شده و تغییر جریان برچسب (که توسط مدولاسیون بار انجام می‌شود) موجب تغییر سیگنال دریافتی توسط دستگاه بازخوانی اطلاعات می‌شود. در این فناوری، اطلاعات با استفاده از روش‌های رمزگذاری موردبحث بین دو دستگاه منتقل می‌شود.  به محض برقراری جریان، دستگاه بازخوانی از برچسب در زمینه شیوه ارتباطی مورد استفاده آن پرس‌وجو می‌کند. این ارتباط در هر زمان تنها در یک سو برقرار می‌شود و به اصطلاح به آن half-duplex گفته می‌شود. بنابر این، پروتکل روش‌های خاصی را برای درخواست اطلاعات و پاسخ‌گویی درست بین دو دستگاه تعریف کرده است. در عمل، دستگاه بازخوانی از برچسب درخواست‌می‌کند تا با استفاده از شیوه و سرعت خاصی برای برقراری ارتباط موافقت کند و به محض توافق درباره شیوه برقراری ارتباط پیوندی را با برچسب برقرار می‌کند. پس از ایجاد پیوند دستگاه بازخوانی نوع برنامه‌های موردپشتیبانی را به برچسب اعلام و دستورات و اطلاعات لازم را درخواست‌ می‌کند. برچسب نیز با ارسال اطلاعات یا دستور مناسب، در‌خواست را پاسخ می‌گوید. به عنوان مثال، یک دستگاه بازخوانی کارت اعتباری که با سیستم payWave کارت‌های اعتباری Visa کار می‌کند، از برچسب موجود در کارت اعتباری Visa، شماره و تاریخ انقضای آن را درخواست می‌کند. اگر طراحی کارت به‌گونه‌ای باشد که بتواند چنین درخواستی را پاسخ دهد، اطلاعات مذکور را برای دستگاه بازخوانی ارسال می‌کند. با ارسال، اطلاعات مورد درخواست، ممکن است برچسب یا دستگاه بازخوانی اطلاعات اضافی را درخواست کنند. تا زمانی که دستگاه بازخوانی و برچسب در فاصله نزدیک قرار داشته باشند، این تبادل اطلاعات امکان‌پذیر است. به محض تبادل اطلاعات بر‌اساس طراحی برچسب یا دستگاه بازخوانی، می‌توان ارتباط را خاتمه داد. دورکردن دستگاه‌ها از یکدیگر نیز می‌تواند موجب قطع ارتباط شود. در مثال سیستم payWave ، به محض دریافت اطلاعات درخواستی توسط دستگاه بازخوانی، این دستگاه ارتباط خود را با کارت قطع کرده و می‌تواند فرآیند مجوزدهی تراکنش را آغاز ‌کند.  این نوع فناوری RFID‌ در کارت‌های مبتنی بر MIFARE مورد استفاده قرار گرفته است. کارت‌های مذکور به‌طور وسیع در سیستم‌های حمل‌و نقل و سیستم‌های دسترسی ساختمان‌های امن، گذرنامه‌های بیولوژیک و سیستم‌های پرداخت بدون تماس مانند payWave و PayPass کاربرد دارد.  شرکت سونی پلتفرم مشابهی را برای پرداخت بدون تماس توسعه داده که با عنوان FeliCa شناخته می‌شود و در آسیا کاربرد زیادی دارد. کارت‌های مبتنی بر FeliCa در سیستم‌های امنیتی و حمل‌ونقل و همچنین سیستم‌های پرداخت بدون تماس کاربرد دارند. به‌کارگیری فناوری FeliCa در گوشی‌های همراه در ژاپن، آن را به یک استاندارد پرداخت موبایل تبدیل کرد. با استفاده از این سیستم کاربران می‌توانند هزینه پارکینگ، بلیت قطار، خرید از دستگاه‌های خودکار را پرداخت کنند و به دلیل وجود همین امکانات، هرروز بر تعداد کاربران گوشی‌های مجهز به این سیستم افزوده می‌شود.  فناوری FeliCa نوعی  از رمزگذاری Manchester  را  برقراری ارتباط به کار می‌برد که با شیوه Type B RFID متفاوت است، اما پروتکل‌های مورد استفاده برای این ارتباطات یکسان است. با استفاده از فناوری FeliCa‌ می‌توان اطلاعات را با سرعتی بیشتر، یعنی 212 کیلوبایت برثانیه یا 424 کیلوبایت برثانیه ارسال کرد. این فناوری به‌عنوان یک استاندارد جایگزین برای JIS X 6319-4 در ژاپن پذیرفته شده است.

"فناوری NFC نسخه کامل‌تری از ویژگی‌هایی است که در اصل برای تولید برچسب‌های RFID و سیستم‌های پرداخت بدون تماس به‌کار‌گرفته شدند."

تکامل یا تحول؟
استاندارد NFC حاصل کار دو شرکت فیلیپس (که در آن زمان مالک فناوری MIFARE بود) و سونی در راستای افزایش قدرت تعامل استانداردهای اختصاصی هریک با دیگری و توسعه قابلیت‌های کلی برقراری ارتباطات رایگان دوسویه توسط آن استانداردها است. عملیات‌پایه ارتباطی NFC در سال 2003 به یک استاندارد ISO (موسوم به ISO/IEC 18092) و سپس یک استاندارد ECMA (موسوم به ECMA-340) تبدیل شد. در سال 2004 شرکت‌های سونی، NXP Semiconductors (شاخه‌ای از شرکت فیلیپس که تراشه‌های MIFARE را تولید می‌کند) و نوکیا انجمنی موسوم به NFC Forum را ایجاد کردند. این کنسرسیوم که اعضای آن را تولیدکنندگان گوشی‌های همراه،‌اپراتورهای موبایل، شرکت‌های ارائه کارت اعتباری و تولیدکنندگان تراشه تشکیل می‌دهند، برای تعریف استانداردهایی بر‌اساس خصوصیات استاندارد فعلی ISO/IEC 18092  تلاش می‌کنند تا بین تجهیزات و پیاده‌سازی‌های مختلف فناوری NFC  سازگاری لازم ایجاد شود.

فناوری NFC پروتکل‌های مورد استفاده را برای ایجاد ارتباط و برقراری پیوند که در فناوری‌های FeliCA‌ و RFID Type A و RFID Type B کاربرد دارند، با یکدیگر ادغام می‌کند. همچنین چهار نوع برچسب و چهار حالت عملیاتی مختلف را معرفی می‌کند.انجمن NFC علاوه ‌بر موارد مذکور یک قالب استاندارد اطلاعات و تعدادی عملیات عادی را برای انجام اقدامات خاصی مانند انتقال اطلاعات کارت اعتباری و استخراج آدرس‌های URL‌ یا اطلاعات دیگر از پوسترهای هوشمند تعریف کرده است. با وجود این، به دلیل طراحی خاص سیستم می‌توان برنامه‌هایی را توسعه داد که از استاندارد ارتباطی و قالب اطلاعات به‌شیوه‌های پیش‌بینی نشده استفاده کنند. استانداردها به‌منظور افزایش قدرت تعامل و همکاری فناوری‌های مختلف به‌ویژه نرم‌افزارهای مشابه مانند سیستم‌های پرداخت موبایل یا خرید بلیت برای حمل‌ونقل، تعریف شده‌اند.