技术发展沿革及应用实例分析

（1）技术发源

NFC（Near Field Communication，近场通信）是一种工作在13.56MHz频率的低速、近距离无线通信技术，它允许在多个电子设备之间实现简易数据的双向交互。之所以被称为近场通信，是因为其工作原理基于感应近场，在近场区域中，离天线或电磁辐射源越远，场强衰减越大，信号就越弱，因此它非常适合用于短距离通信，特别是与安全识别相关的支付和门禁等应用。

NFC技术起源于非接触式射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）。这是一种典型的军转民用的无线通信技术。第二次世界大战期间，RFID被用来在空战中进行敌我识别，雷达的发明和应用催生了RFID技术并奠定了RFID的理论基础。20世纪70年代末，美国政府首先通过Los Alamos科学实验室将RFID技术应用到民间，最早应用在牲畜管理方面。此后，各种各样的应用开始出现。到了90年代，RFID产品广泛应用于人们的生产生活中。包括有源标签、无源标签以及半有源标签的各种电子标签纷纷出现，相关业务和服务发展迅速。随着RFID研发成本的降低以及产品样式的增加，该技术的应用领域越来越广泛。但是，由于技术标准不统一，不同产品间的频率、编码、数据内容、存储规则都无法兼容，不同产品之间、阅读器之间、企业之间无法顺利实现数据交换和协同工作，严重阻碍了RFID技术的发展。为了实现统一的技术标准规范，2002年，飞利浦公司和索尼公司整合相关资源，联合推出短距离通信技术和应用的标准，即NFC技术。

致力于推广NFC技术的“NFC Forum”

为了吸引更多的力量投入到NFC领域，加速NFC技术的发展和普及，2004年飞利浦半导体（现恩智浦半导体公司，NXP）、诺基亚和索尼牵头成立了NFC Forum（NFC论坛）^[1]，这是一个致力于推广NFC技术商业应用的非营利性标准组织。目前论坛已经有12位Sponsor成员，包括NXP、索尼、谷歌、NEC公司等；21位Principal成员，其中包括中国的华为公司；78位Associate成员，包括中国的中国移动、泰尔实验室、银联、中兴、联想等公司；另外还有80多位Implementer成员和Non-Profit成员，总成员数大约200位。

NFC技术融合了较早前多家企业的技术规范，增加了点对点通信。新的技术规范定义了两种通信模式：主动模式和被动模式。针对这两种不同的模式，又分别定义了它们的射频场防冲突方法、设备防冲突方法和通信模式。此外，还定义了不同通信速率下最底层的通信方式和协议，例如编码方式、调制解调方式等。

NFC技术的两种通信模式

①被动通信模式

发起NFC通信的一方称为发起方，通信的接收方称为目标方。被动通信是指在整个通信的过程中，由发起方提供射频场，选择一种速率发送数据；目标方不必产生射频场，而从发起方的射频场中获取能量，使用负载调制（Load Modulation）的方式，以相同的速率将数据回传给发起方。这里的目标设备可以是有源设备，如处于卡模拟模式或点对点通信模式的智能手机，或者是无源标签，如NFC标签、RFID标签等。在被动通信中，通信的发起方产生射频场，而目标方通过负载调制将数据发送给发起方。近距离通信系统的射频接口实际上是一个电感耦合系统，即一种变压器耦合系统，发起方是作为初级线圈，目标方作为次级线圈。

②主动通信模式

主动通信是指通信的发起方和目标方在进行数据传输时，都需要产生自己的射频场，这就要求通信双方都是有源设备。当发起方发送数据时，它将产生自己的射频场，而目标方关闭射频场，并以侦听模式接收发起方的数据。当发起方发送数据后，将关闭自己的射频场并处于侦听模式，等待目标方发送数据；目标方发送数据时，需要产生自己的射频场来发送数据。主动通信方式主要用于点对点的数据传输。

对比两种通信方式，由于主动通信的射频场分别由通信双方产生，因此在通信距离上比被动通信稍远。另外，在被动通信方式下，射频场由发起方提供，如果通信双方均为移动设备，将导致电源消耗不均衡，因此主动通信可以解决移动设备NFC通信过程中电源消耗不平衡问题。

（2）技术发展现状

1）工作模式

从诞生至今，NFC正逐步形成一个完整的产业链，并涌现出大量应用和服务。目前，NFC主要有三种工作模式：

a）卡模拟模式

将具备NFC功能的电子设备，如智能手机等，模拟成一张非接触智能卡，如银行卡、公交卡、门禁卡等。以NFC智能手机模拟成银行卡为例，用户只需将该手机靠近银行POS机，就可以像银行卡一样完成支付交易。

b）读写模式

具备NFC功能的电子设备，如智能手机，作为一个读卡器，可以读写IC卡、NFC标签以及工作在卡模拟模式下的NFC电子设备中的内容。例如，工作在读写模式下的电子设备充当一台POS机的角色，可以读取银行

卡信息，从而完成金融交易。

c）点对点通信模式

在两个具有NFC功能的电子设备间进行点对点通信，完成信息交换，如Android Beam^[2]的两部手机通过触碰，可完成手机联系人信息或图片信息的交换。

有了多种工作模式的支持，NFC技术被广泛地应用到门禁、公交车、手机支付、智能海报、数据传输等日常生活和工作场景^[3]。

2）技术架构

NFC技术具有3种不同的工作模式，每种工作模式具有标准架构，总体技术架构由以下几个部分组成：Analog（模拟协议规范）、Digital/Activity（数字协议规范/NFC相关动作规范）、LLCP（逻辑链路控制协议）、NFC标签操作规范、NDEF（NFC数据交换格式）、记录类型定义规范等。每一种技术规范都完成特定功能，并且针对具体的业务应用和工作模式灵活选择适当的协议规范实现：

Analog规范主要定义了NFC设备的无线射频（Radio Frequency，RF）特性，如波形、RF场强度、并定义RF的操作域。Digital规范主要实现ISO 18092和ISO 14443中的数字部分，并定义了NFC基本的通信功能，如帧格式、编码、命令帧、数据帧等。Digital规范中定义了NFC通信的基本功能，Activity规范定义了如何使用Digital规范中的内容来建立通信。例如，在轮询模式下什么时候执行冲突发现等。Analog、Digital和Activity规范是NFC Forum标准架构的基础，NFC的三种工作模式都基于这三个底层通信协议。在此之上，NFC Forum针对不同的工作模式定义了不同的协议规范。此外，针对这三种工作模式制定了一些参考应用规范。

（3）NFC的应用实例

虽然NFC技术已问世多年，但由于其独有的易操作、低功耗等特征，该技术仍然吸引了不少厂商不断开发新的服务内容，为用户带来更多的使用体验。

1）移动支付领域

NFC在欧洲和美国首先得到商用。2010年，Google为了推动NFC支付在“谷歌钱包”的中应用，在Android中了加入NFC协议，而结果并不尽如人意。最主要的阻碍因素是因为其支持终端有限，且本身业务范围宽而没有足够的支持者。后来，Google把方向转改为实体卡。据统计，美国消费者采用NFC的方式进行支付的比例仅占整个移动支付比例的37%，不及二维码扫描方式的使用比例。(www.xing528.com)

从2010年开始，中国三大电信运营商和中国银联相继针对NFC启动了移动支付业务，双方均希望以自身为核心建立起包含整个产业链。此后，两大阵营进行了近3年的标准之争，最终以电信运营商妥协结束。2012年，中国移动与中国银联达成协议，13.56MHz频段被统一为NFC行业标准，扫清了NFC发展的关键障碍，开启了NFC在中国大规模应用的征程。

NFC技术在移动支付领域的应用实例

①Apple Pay（苹果支付）^[4]

2014年10月20日，美国苹果公司正式上线基于NFC移动终端支付功能的“Apple Pay”（苹果支付）服务。这项服务要求操作系统升级至最新版的iOS8，iPhone 6和iPhone6 Plus均可支持“Apple Pay”。苹果手机用户在进行支付时采用非接触的方式，方便快捷，省去刷卡付款的麻烦。使用者只需预先在手机上存储自己的借记卡、贷记卡的账户数据，消费支付的时候把手机贴近读卡器，并将手指放在HOME键上验证指纹，就可以成功支付。

2016年2月18日凌晨，“Apple Pay”业务在中国上线。中国农业银行、中国建设银行、中国工商银行等19家金融机构名下的贷记卡和借记卡都可以支持。“Apple Pay”与这些银行卡关联后，新的支付功能就此诞生。中国将成为亚洲第一个、世界第五个上线“Apple Pay”服务的国家。

使用“Apple Pay”需要在苹果系统自带的Wallet程序里添加银行卡。iPhone用户点击进入Wallet后可进入申请页面，添加自己的银行卡并成功激活即可使用该项功能。与扫描二维码进行支付不同，手机进行苹果支付并不需要接入互联网，而且不必登录APP和打开显示屏，只需让苹果手机接近有银联闪付标志的读卡器，手指按在手机的指纹传感器上就可以完成支付交易。

2017年，苹果公司在新推出的iOS11系统中新增“Core NFC”框架，允许第三方App读取NFC标签的信息，这让iPhone通过NFC功能模块支持更多的服务模式。

②Samsung Pay（三星智付）^[5]

“Samsung Pay”（三星智付）是韩国三星电子开发的一款基于NFC和MST（磁力安全传输）两种不同技术的移动支付功能，支持三星智付的手机须同时内置NFC和MST两款芯片。

2015年8月，三星在韩国发布了“Samsung Pay”，随后9月份进入美国市场，2016年3月进入中国。2016年6月，三星移动支付服务继在韩国、美国和中国发布后，正式进入欧洲市场。三星公司宣布在西班牙推出“Samsung Pay”，是三星“Samsung Pay”首次登陆欧洲大陆。西班牙用户可将CaixaBank和ImaginBank两家银行的借记卡和贷记卡与“Samsung Pay”捆绑。

2）工业控制领域

NFC在工控方面的应用也较为广泛，在德国描述的工业4.0环境中，NFC能够使生产流程和供应链更灵活、更高效、响应速度更快，产品从生产到交付过程中所涉及的每一个物品（包括原材料、机械到制成品自身）都具备智能化和互联性，从而实现与整个网络的实时互动。当NFC技术应用到生产线上，每台机器上安装NFC读卡器，每个产品配置一个NFC标签，各个产品与机器之间就可以借助NFC技术进行通信。

产品状态信息由NFC标签提供给机器，该标签可以向机器准确指示或规范数据。机器完成操作后，将更新标签状态以记录完成的操作，然后运送产品作下一步处理。NFC标签还可用于验证每个组件的可靠性，以确保针对指定任务。NFC标签在闲时无需接入电力，这就使得一些使用频率较低的认证标签可以在较长时间内处于无电力的“休眠”状态，但在必要时又可以马上被唤醒并进入工作状态。

NFC标签可以轻松地追踪项目进展，由此简化库存和资产管理^[6]。例如，当耗材越来越少，NFC芯片可触发库存补充信号时，储存原材料的箱子就可以通知网络，或者工作订单可以据此提供进程更新。又例如，将NFC功能添加到各类工具、机器或车辆后，即可扩展其显示功能，以增强互动，这对于不支持显示的项目尤其重要。

NFC标签可以为产品提供一个智能存储器，其中包含贯穿供应链的所有相关信息。可以出于不同目的，在流程中的不同环节中配置单个标签，按需进行指令更改。例如，具有全球客户基础的产品可以先在工厂或本地仓库中进行特定设置（如用户界面语言），然后再运送至特定区域。

虽然NFC器件间的工作距离较短，但可以通过与蓝牙或Wi-Fi配对将其扩展，以便在更长距离范围内工作。能够与Wi-Fi轻松配对也意味着可以从制造车间进行感应式云访问，从而更加便捷地进行操作。机器云访问还可以降低维护成本。即便相隔距离遥远，员工也可以与设备进行互动。员工可以检查生产线上每台机器的历史记录和使用情况，根据机器自身的磨损情况安排维护。而机器可以在需要校准或维修时自动发送消息。通过NFC，可以轻松地访问故障排除所需的所有数据，包括型号、序列号、使用情况和状态，以使维修人员在到达现场前即可充分掌握各种数据，并做好准备预案。

随着NFC技术的发展，在制造行业中，生产线将更加智能化，人机界面将更加友好，机器的维护和调试将更加简单，物流、后期定制和品牌保护能力将更加强大。但是，现在NFC技术还不够成熟，应用于工业控制领域还需更加深入的研究。

3）智能家居领域

NFC技术向智能家居领域的延伸催生了许多新的服务内容和模式，例如通过控制智能冰箱、智能洗衣机、智能空调以带来更好的交互体验，促进智能家居全面智能化。NFC的标签功能可大大简化家庭设备操作，提高用户生活效率。

NFC技术在智能家居领域的应用实例

2012年9月，恩智浦推出了采用RFID和NFC技术的智能洗衣机解决方案，洗衣机可以从内置电子标签的纽扣中自动检测衣物的颜色、质地，并可根据衣物和洗涤剂的特性进行优化洗涤程序^[7]。利用具备NFC功能的智能手机，可以智能地远程控制洗衣机，对洗衣机的工作状态和工作模式进行更改。在洗衣机滚筒中放入衣服时，衣服的颜色可以在电脑软件窗口上显示，同时手机可以进行智能化的模式设定和操作^[8]。

2012年，松下推出了可用智能手机直接控制的“智能家电”系列。基于NFC技术或者家庭Wi-Fi网络可与智能家电之间实现互动。当用户将智能手机与智能家电上的NFC标签轻轻接触一下，就可以轻松地控制冰箱、洗碗机、真空吸尘器甚至是烤箱。用户可以通过安卓APP来控制包括空调、冰箱、洗衣机、微波炉、电饭煲在内的产品。

目前，这些应用都还没有得到普及，因为并非所有的移动终端和家电产品都支持NFC功能，需要在整个家庭网关中结合Wi-Fi和蓝牙等其他组网方式，才能更好地发挥NFC标签的功能。另外，由于需要对家庭已有的家电设备进行改装，以使其符合NFC技术标准，这也是NFC技术在智能家居领域推广的一大阻力。

4）医疗护理领域

在医疗领域，欧姆龙、索尼等日系厂商已推出以NFC为无线连接技术的医疗产品。针对医疗数据的管理，索尼、泰尔茂、欧姆龙已经分别推出了专门的NFC保健资料库，以帮助使用者实现个性化健康信息的管理。

在医疗过程中，经常需要将患者当前的生理指标和状态结合历史治疗数据进行综合分析，以便医生做出准确判断和治疗。NFC设备不仅可以实现两个设备之间数据的交换，还可以利用移动网络将实际采集的数据结合患者之前的治疗记录，从而实现智能化、自动化的实时诊断治疗服务。

NFC技术在医疗护理领域的应用实例

2012年，在德国杜塞道夫医疗器材展中，索尼强调“Just Tap for an Easier Life”的概念，诉求以简单的“触碰”设备以交换医疗数据^[9]。因此，索尼在其医疗产品例如血糖计和血压计中加入了NFC标签“Felica Plug”，实现与智能手机之间的通信。“Felica Plug”是索尼推出的具有NFC功能的无线模块，在13.56MHz频段工作，传输速率达到212kb/s。除此之外，“Felica Plug”电流较低，工作电流低于1mA（毫安培），待机电流也低于0.1μA（微安培）。而移动医疗产品基本上以电池作为供电设备，因此“Felica Plug”具有非常大的优势。

另外，在2013年初，日本医疗电子大厂欧姆龙在CES（美国消费性电子展）上也展现出一系列利用NFC技术的居家监护产品，如无线慢跑监控机、无线饮食监控机、无线睡眠监控机等。其他日本医疗电子厂商如山佐（YAMASA TOKEI）、A&D、AQ、泰尔茂（TERUMO）等也已陆续推出一系列支援NFC功能的身体指数体重计、计步器、血压计。