NFC

Motivation

• Anzahl von Geräten mit NFC-Technik wächst exponentiell[1]
• viele Anwendungsgebiete
  • mobile und bargeldlose NFC Bezahldienste
  • Zugangskontrollen und Schließsystem auf Basis der NFC Technik
  • Ticketing mit NFC
  • NFC Reiseanwendungen
  • Loyaltyprogramme und Gutscheinsysteme
  • Streaming oder Download von Medien via NFC
  • Abruf von Informationen über NFC Tags
  • Transportwesen, z.B. zur Verfolgung von Transporten und Sendungen
  • Gesundheitssektor
  • elektronische Verbrauchsgüter

Was ist NFC

• drahtlose Übertragungstechnik
• geringe Reichweite (max 20 cm)
• Frequenzband : 13,56 MHz (lizenfrei)
• Übertragungsrate: 106 kBit/s, 212kBit/s, 424 kBit/s

Begriffserklärung

• aktives NFC-Gerät : NFC-Gerät mit eigener Energieversorgung
• passives NFC-Gerät : NFC-Gerät ohne eigene Energiequelle
• Initiator : aktives NFC-Gerät, das eine Kommunikation mit anderen NFC-Geräten startet
• Target : NFC-Gerät, mit dem ein Initiator eine Kommunikation starten kann

passiver Kommunikationsmodus

• 

Peer-to-Peer

• nur möglich zwischen aktiven NFC-Geräten
• Jedes NFC-Gerät wird standardmäßig als Target konfiguriert
• Target und Initiator benutzen dieselbe Übertragungsgeschwindigkeit
• Der Initiator legt die Übertragungsgeschwindigkeit fest
• Initiator erzeugt während der gesamten Kommunikation das hochfrequente Trägersignal
• Für die Datenübertragung von Initiator zum Target wird das Trägersignal mit Amplitude Shift Keying (ASK) moduliert
• Zur Übertragung der Antworten setzt das Target Lastmodulationsverfahren ein
• Target kann für die Bearbeitung von Anfragen entweder seine eigene Energiequelle benutzen oder Enegie aus dem Trägersignal entziehen
• Ablauf
  • 
  • Initiator testet, ob externes Trägersignal vorhanden ( Collision Avoidance)
  • Initiator schaltet sein eigenes hochfrequentes Trägersignal ein, wenn der Kanal frei ist
  • Initiator leitet mit einer Sense Request (106 kBit/s) bzw. Polling Request (212 kBit/s und 424 kBits/s) die Initialisierungs- und Antikollisionsprozedur (Single Device Detection ,SSD) ein.
  • Alle Targets übernehmen die Übertragungsgeschwindigkeit des Initiators und nehmen an der SSD teil
  • Initiator wählt nach der SDD-Phase ein einzelnes Target zur Kommunikation aus
  • Durch den Aktivierungsbefehl ( Attribut Request ) leitet der Initiator die Parameteraustauschprozedur und anschließend Datenaustauschprotokoll ein

Read/Write Modus

• ermöglicht die Kommunikation mit passiven RFID-Transpondern und NFC-Forum-Tags ( passiven RFID-Speicher-Transpondern)
• Während der Single Device Detection gibt das Target an, dass es ein RFID-Protokoll zu Einsatz kommen muss
• Initiator wechselt zum Read/Write-Modus
• passive RFID-Transponder können nur gelesen werden
• NFC-Forum-Tags können sowohl geschrieben als auch gelesen werden
• RFID-Protokoll wird zum Dateaustausch genutzt

Card-Emulation-Modus

• ermöglicht die Kommunikation mit einem RFID-Lesegerät
• NFC-Gerät verhält wie eine passive kontaktlose Smartcard
• RFID-Protokoll wird zum Dateaustausch genutzt

aktiver Kommunikationsmodus

• Dieser Modus wird ausgewählt, wenn der Inititor anstatt der Single Device Detection Prozedur direkt den Aktivierungsbefehl (Attribut Request ) sendet
• Sowohl der Initiator als auch das Target erzeugt jeweils sein eigenes hochfrequentes Signal
• Dasselbe ASK-basierte Modulationsverfahren wird von beiden benutzt
• Ablauf
  • 
  • Initiator testet, ob externes Trägersignal vorhanden ( Collision Avoidance)
  • Initiator schaltet sein eigenes hochfrequentes Trägersignal ein, wenn der Kanal frei ist
  • Initiator sendet direkt den Aktivierungsbefehl ( Attribute Request)
  • Jedes Target in Reichweite führt die Collision Avoidance durch, um Attribute Response senden zu dürfen
  • Targets warte eine zufällige Zeit und sendet Attribute Response
  • Targets, die ein Trägersignal eines anderen Target erkennt, bleiben stumm, d.h. nur das schnellste Target antwortet
  • Wenn 2 oder mehrere Targets gleichzeitig senden, kommt es zu Kollision
  • Der Initiator erkennt sie und beginnt die Aktivierungsprozedur von vorne.
  • Nach der Aktivierungsprozedur wählt der Initiator ein einzelnes Target aus
  • Anschließend findet der Datenaustausch statt