Технология NFC. История развития технологии. Основные принципы работы

Технологии NFC на сегодняшний день является приоритетно развивающейся беспроводной технологией, благодаря повышению потребности в быстром способе взаимодействия различных средств техники и связи.

Near Field Communication (NFC) – это удивительная технология, которая помогает вам взаимодействовать как с людьми, так и с вещами вокруг вас способами, ко- торые вы не можете себе представить, пока не начнете использовать эту технологию.

При использовании NFC (физически при прикладывании своего устройства с поддержкой NFC к чему-то, что содержит метку NFC (рис. 1)) вы получаете преимущества в эффективности, которые экономят как время, так и деньги [1].

Рис. 1. Метка NFC

Каждый может использовать NFC – как разработчики, так и любители. Эта статья поможет вам получить представление о том, как появилась технология NFC и как она может дать вашей организации конкурентное преимущество на рынке.

Сначала мы рассмотрим историю развития технологии NFC, её долю на рынке, а после исследуем

История технологии NFC берет свое начало 17 мая 1983 года. Тогда электротехник Чарльз Уолтон получил первый патент на «портативный радиочастотный излучатель-идентификатор» (RFID) [1].

Однако впервые публично технология была представлена в марте 2004 года, когда Nokia, Philips и Sony объявили о создании NFC Forum – некоммерческой ассоци- ации по стандартизации и продвижению технологии NFC с целью разработки и стандартизации интерфейса взаимодействия различных устройств, основанного на касании.

Впоследствии в 2006 году NFC Forum выпустил первые спецификации стандартов для NFC-устройств, появилась элементная база для них, а следом и первые устройства [5].

В 2011 году компания Google демонстрирует NFC как инструмент для обмена контактами, URL-адресами, приложениями или видео.

По итогам 2011 года во всём мире было продано 30 млн мобильных телефонов с поддержкой NFC, а произведено и выпущено в продажу около 40 NFC-моделей. IMS Research спрогнозировали, что к 2012 году в мире было продано 80 млн мобильных телефонов с поддержкой NFC и около 300 млн NFC-чипсетов, а к 2015 году эти показатели достигли 400 млн и 1200 млн, соответственно.

На мировой рынок в 2012 г. было поставлено 125 млн NFC-телефонов, и 147 млн элементов безопасности NFC (secure elements) по данным ABI Research.

2013 год считается прорывным в истории NFC из-за сделки с компанией Visa в сфере мобильных платежей. Тогда весь мир узнал о данной технологии.

Уже в 2015 году компания Apple создаёт свою систему быстрых платежей Apple Pay, а позже в том же году Google пред- ставляет Android Pay в качестве конкурента первой.

По данным аналитиков «Евросеть» в 2014 году доля смартфонов с поддержкой NFC на российском рынке выросла до 18%, а их доля в выручке от продаж за год увеличилась с 30% до 35%. Такая большая разница объясняется тем, что смартфоны с поддержкой NFC вдвое дороже аппаратов без этой функции, а их средняя стоимость составляет порядка 17 000 рублей. Причем, если средняя цена телефонов без NFC за год уменьшилась на 7%, то стоимость смартфонов с использованием этой технологии осталась без изменений. На текущем этапе развития технологии по статистике каждый четвёртый человек в России использует NFC для оплаты покупок или передачи данных ежедневно. С учётом популярности и удобства бесконтактной оплаты в течение ближайших 10 лет спектр применения электронных устройств с поддержкой технологии NFC, несомненно, существенно расширится. Анализ вышеприведённых данных отражён на рисунке 2.

По этой теме неоднократно высказывался ведущий эксперт Дэвид деКозан, вице-президент компании Cubic Transportation Systems: Значительная доля оплаты проезда на общественном транспорте в будущем будет принадлежать решениям на базе мобильных телефонов (NFC) – сообщил Дэвид деКозан аналитикам компании IDtechex.

Рис. 2. Темпы развития производства устройств с поддержкой NFC с 2010 по 2021 гг.

По современным меркам технологию   уже достаточно часто встречается в реаль- можно считать очень молодой, однако она   ных продуктах и сервисах.

Весь функционал данной технологии заложен в её названии: Near Field Communication, что означает связь ближнего действия. Но это не обычная передача данных по радиоволне. В отличие от Wi-Fi и Bluetooth NFC сложнее устроен. В основе лежит электромагнитная индукция. Вспомним, что это за явление и что лежит в его основе.

Электромагнитная индукция – явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении магнитного поля во времени или при движении материальной среды в магнитном поле. Величина электродвижущей силы не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Электромагнитная индукция определяет существенное различие между NFC и Bluetooth/Wi-Fi. Первая технология может использоваться для питания электрическим током пассивных компонентов, а также просто для отправки данных. Из этого можно сделать вывод, что пассивные устройства не требуют собственного источника питания. Взамен они могут получать питание от электромагнитного поля, создаваемого активным NFC-устройством, когда оно входит в зону действия, что подробно изображено на рисунках 3 и 4.

Рис. 3. Схема процесса работы технологии NFC при прикладывании карты и специальному устройству считывания волн

Рис. 4. Подробная схема процесса связи двух устройств с поддержкой NFC

В физическом смысле NFC представляет собой маленькую катушку индуктивно- сти, закреплённую внутри технического устройства.

Как и в технологии бесконтактных карт, в NFC используется индуктивная связь между двумя расположенными рядом рамочными антеннами с сердечником эффективно образующими трансформатор. Поскольку расстояния крошечны по сравнению длиной электромагнитного излучения (радиоволн) этой частоты (около 22 метров), взаимодействие происходит в «ближнем поле».

Почему 22 метра? Рассмотрим этот вопрос с точки зрения физики.

NFC работает на частоте V = 13, 56 МГц в «ближнем поле». «Ближнее поле» – это область (радиус действия), расположенная меньшем, чем λ, ется по формуле:

на расстоянии сильно это расстояние вычисля-

с

X = -V

Где c - скорость света в вакууме, с = 299 792 458 м/с . Подставив значения в формулу, получим X = 22,11 м.

Работа технологии NFC описана в стандарте ISO/IEC 14443.

ISO/IEC 14443 – стандарт, описывающий частотный диапазон, метод модуляции и протокол обмена бесконтактных пассивных карт (RFID) ближнего радиуса действия (до 10см) на магнитосвязанных индуктивностях.

В заключение хотелось бы отметить, что технология NFC по сей день далека от совершенства и не является единственным решением на рынке, но удобство и потенциал развития делают её наиболее востребованной среди конкурентов в сфере беспроводной передачи данных.