Grundlagen der Nahfeldkommunikation

Die Nahfeldkommunikation (NFC) ist eine Technologie zur drahtlosen Kommunikation von Geräten über eine Distanz von weniger als 10 cm. NFC-Technologie ermöglicht die Übertragung kleiner Datenmengen über Radio Frequency IDentification (RFID)-Transponder zwischen verschiedenen Arten von Geräten. NFC ist eine standardbasierte Konnektivitätstechnik, die universellen Zugang zu verschiedensten kontaktlosen Geräten bietet und neben aktuellen Fortschritten auch das Internet der Dinge befeuern wird.

Ähnlich wie die Proximity-Kartentechnologie nutzt NFC magnetische Induktion zwischen zwei Schleifenantennen im Nahfeld des jeweils anderen. Es entsteht eine Art Koppelspule mit Luftkern. Die Technik arbeitet im weltweit verfügbaren und allgemein nutzbaren Funkfrequenzband ISM (Industrial Scientific and Medical). Diese Kommunikationsarten sind maßgebend dafür, wie Smartphones und andere NFC-fähige Geräte mit einer neuen Reihe von Geräten interagieren können indem sie einfach nur in der Nähe dieses Geräts sind.

Typische Anwendungen, die mit NFC-Technologie arbeiten

NFC-Geräte können in einer Vielzahl von kontaktlosen Bezahlsystemen eingesetzt werden, ähnlich denen, die gegenwärtig in Kreditkarten und elektronischen Ticket-Smartcards verwendet werden. Viele mobile Bezahlsysteme könnten damit ersetzt oder ergänzt werden. Beispielsweise können Einzelhandelskunden mit Google Wallet die Daten ihrer Kreditkarte und Kundenkarte in einer virtuellen Brieftasche speichern und an Terminals NFC-fähige Geräte nutzen, die auch Transaktionen über MasterCard PayPass akzeptieren. Weitere Anwendungsfelder sind (1) Überwachung, Zugangskontrolle und Sicherheit, (2) Unterhaltungselektronik, (3) Automatisierungs- und Fertigungsarbeitsabläufe, (4) Gesundheitswesen, (5) Zahlungssysteme und (5) Transport und Automobile.

Vorteile der NFC-Technologie

NFC-Anwendungen benötigen nur eine einfache Berührung, um einen Kommunikationspfad einzurichten, und eignen sich gut für ein breites Spektrum von Branchen, Umgebungen und Anwendungen. NFC implementiert universelle Normen wie ISO, ECMA und ETSI, findet Anwendung in sicheren Löasungen und bietet eine schnelle Einrichtung von Wireless-Technologien wie Bluetooth, WLAN usw. Die Architektur und die integrierten Funktionen von NFC bedeuten eine Reihe von Vorteilen für Entwickler und Hersteller von Geräten: 

  •   Anwenderfreundlichkeit: Im Gegensatz zu Bluetooth- oder 802.11-Lösungen müssen NFC-fähige Geräte nicht eingerichtet werden, um miteinander arbeiten zu können. Die Verbindung wird durch einfaches Antippen hergestellt. Diese Bewegung vereinfacht den oft langwierigen Verbindungsaufbau zwischen den Geräten und eliminiert einen Großteil der menschlichen Interaktion und der Fehler beim Bluetooth- und 802.11-Setup.

  •   Intelligente Objekte: NFC kann in ähnlichn Anwendungen wie Barcodes eingesetzt werden. Beispielsweise könnte ein NFC-Gerät in ein Plakat oder ein Werbedisplay integriert werden, über das sich die Passanten durch kurzes Auflegen ihrer Mobiltelefone weitere Informationen beschaffen können. Eine solche Geräteintegration eröffnet eine Fülle von Anwendungen in den verschiedensten Branchen – von der Werbung über Kontrollsysteme bis hin zum Einzelhandel.

  •   Kosten und einfache Überwachung: Überwachung von Workflow-Prozessen, Beobachtung und eine Vielzahl von Sensoranwendungen sind oft unerschwinglich teuer zu implementieren. Mit NFC können Integrationen schnell, einfach und billig sein. Dies ermöglicht die differenziertere Steuerung verschiedener industrieller und geschäftlicher Prozesse sowie effizientere Herstellungsvorgänge. Wichtiger noch: Alle Phasen eines betrieblichen Prozesses können kostengünstig in Echtzeit überwacht werden.

    NFC-Standards

    Der NFC-Standard ist definiert in ISO/IEC 18092. Die Norm ISO 18092 definiert die Kommunikationsmodi für die NFC-Schnittstelle und das NFC-Protokoll. NFC arbeitet auf 13,56 MHz und unterstützt bestehende ISO/IEC-Normen der Reihe 14443 (Typen A/B/FeliCa) sowie 15693 (Tags). NFC überträgt mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 106 kbit/s bis zu 424 kbit/s unter Verwendung von ISO-, ECMA- und ETSI-Standards. Dieser Datendurchsatz ist etwas geringer als be einer Bluetooth-Verbindung. ISO 14443 ist eine vierteilige internationale Norm für kontaktlose Smartcards, die auf 13,56 MHz in unmittelbarer Nähe mit einer Leseantenne arbeiten.

    NFC-Modi

    Ein NFC-Gerät kann auf zwei Arten arbeiten: aktiv, also mit Batterie- oder Akkuversorgung, und passiv, wobei die Energieversorgung drahtlos per Funk erfolgt. Zusätzlich umfasst NFC immer einen Initiator und ein Ziel. Der Initiator erzeugt aktiv ein Hochfrequenzfeld, das ein passives Zielgerät mit Energie versorgt. NFC-Tags können dadurch ohne eigene Stromversorgung mit sehr kleinen Abmessungen realisiert werden, etwa in der Form von Etiketten, Schlüsselanhängern oder Karten.

o Aktiver Kommunikationsmodus: Sowohl Initiator- als auch Zielgerät kommunizieren, indem sie abwechselnd ihre eigenen Felder erzeugen. Ein Gerät deaktiviert sein HF-Feld, während es auf Daten wartet. Typischerweise besitzt in diesem Modus keines der beteiligten Geräte eine eigene Stromversorgung. 

o Passiver Kommunikationsmodus: Das Initiatorgerät baut ein Trägerfeld auf und das Zielgerät antwortet durch Modulation dieses vorhandenen Feldes. In diesem Modus kann das Zielgerät die für den Betrieb erforderliche Energie aus dem vom Initiator erzeugten elektromagnetischen Feld beziehen. Das Zielgerät wird dadurch zu einem Transponder.

o Peer-to-Peer-Modus: eine Kommunikation auf Geräteebene. In diesem Modus tauschen die Geräte Informationen über NFC-Geräte aus.

o Kartenemulationsmodus: Das NFC-Handgerät verhält sich wie eine gewöhnliche Smartcard. Dieser Modus ist sicher und wird von der API für die kontaktlose Kommunikation unterstützt. Das NFC-Gerät verhält sich genau wie eine kontaktlose Karte und kann in Fahrpreiszahlungssysteme basierend auf Mifare, Calypso oder FeliCa sowie in offene Bankzahlungssysteme basierend auf Visa payWave, Mastercard PayPass oder American Express ExpressPay integriert werden.

o Lese-/Schreibmodus: ermöglicht Anwendungen die Übertragung von Nachrichten nach NFC-Forum-Standard. Beachten Sie, dass dieser Modus nicht sicher ist. Dieser Modus wird von der API für die kontaktlose Kommunikation unterstützt. Das NFC-Gerät ist aktiv und liest ein passives RFID-Tag. Anwendungsbeispiele sind das Lesen und Speichern einer Web-Adresse oder eines Gutscheins von einem Plakat für interaktive Werbung.

NFC-Tags

Das NFC-Forum hat vier Tag-Typen für die Verwendung mit NFC-fähigen Geräten spezifiziert. NFC-Tags enthalten Daten und sind in der Regel ausschließlich zum Lesen von Daten vorgesehen, können jedoch überschrieben werden. Sie lassen sich vom Hersteller mit anwenderspezifischer Codierung versehen. Alternativ dazu können die vom NFC-Forum bereitgestellten Spezifikationen genutzt werden. Bei diesem Forum handelt sich um einen Branchenverband, der sich die Förderung der Technologie und die Entwicklung von zentralen Standards zur Aufgabe gemacht hat. Die Tags können sicher persönliche Daten speichern, wie etwa Debit- und Kreditkarteninformationen, die Daten von Treueprogrammen, die Passwort-Identifikationsnummer (PIN) und Netzwerkkontakte sowie andere Informationen. Dies ist das Rückgrat der Interoperabilität zwischen verschiedenen NFC-Tag-Anbietern und NFC-Geräteherstellern, wenn eine konsistente Benutzererfahrung gewährleistet werden soll.

 NFC-Forum-Tag Typ 1: Das Tag des Typs 1 basiert auf ISO/IEC 14443A. Tags können gelesen und beschrieben werden. Der Anwender kann das Tag so konfigurieren, dass es nur gelesen werden kann. Die Speicherkapazität beträgt 96 Byte und kann auf 2 kB erweitert werden. 

  •   NFC-Forum-Tag Typ 2: Das Tag des Typs 2 basiert auf ISO/IEC 14443A. Tags können gelesen und beschrieben werden. Der Anwender kann das Tag so konfigurieren, dass es nur gelesen werden kann. Die Speicherkapazität beträgt 48 Byte und kann auf 2 kB erweitert werden.

  •   NFC-Forum-Tag Typ 3: Das Tag des Typs 3 basiert auf der japanischen Industrienorm (JIS) X 6319-4 basieren, auch bekannt als FeliCa. Die Tags sind herstellerseitig so vorkonfiguriert, dass sie entweder gelesen und beschrieben oder nur gelesen werden können. Die Speicherverfügbarkeit ist variabel. Die theoretische Speichergrenze beträgt 1 MB pro Service.

  •   NFC-Forum-Tag Typ 4, Spezifikation 2.0 (November 2010): Tags des Typs 4 sind vollständig kompatibel mit der Normenreihe ISO/IEC 14443. Die Tags sind herstellerseitig so vorkonfiguriert, dass sie entweder gelesen und beschrieben oder nur gelesen werden können. Die Speicherverfügbarkeit ist variabel und beträgt bis zu 32 kB pro Service. Die Konfigurationsschnittstelle entspricht entweder Typ A oder Typ B. 

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