NFC: nədir, təmassız əlaqə modulu və iş prinsipi

NFC nədir?

NFC (Near Field Communication) — 13,56 MHz tezliyində işləyən qısa məsafəli simsiz məlumat ötürmə standartıdır. Texnologiya RFID (Radio Frequency Identification) əsasındadır və ISO 14443 — təmassız ağıllı kartlar standartı ilə geriyə uyğunluğa malikdir. Məlumat ötürmə sürəti seçilmiş rejimdən asılı olaraq 106, 212 və ya 424 kb/s təşkil edir.

Bluetooth-dan fərqli olaraq, NFC qoşma proseduru tələb etmir — cihazlar bir-birinə yaxınlaşdırıldıqda ani olaraq məlumat mübadiləsi aparır. Maksimum rabitə məsafəsi 10 sm-dir ki, bu da təbii müdafiəni təmin edir. NFC Forum məlumatlarına görə, texnologiya dünyada 3 milyarddan çox cihaz tərəfindən dəstəklənir və bu rəqəm illik 15–20% artır.

NFC standartı 2004-cü ildə Sony, Philips və Nokia tərəfindən yaradılmış NFC Forum konsorsiumu tərəfindən işlənib hazırlanır. NFC-li ilk telefon (Nokia 6131) 2006-cı ildə çıxmışdır, lakin kütləvi yayılma 2011-ci ildə Android 4.0 (Ice Cream Sandwich) və 2014-cü ildə Apple Pay-in buraxılmasından sonra başlamışdır. Hal-hazırda NFC 150 dollardan yuxarı qiymətdəki demək olar ki, bütün smartfonlar tərəfindən dəstəklənir.

Telefonda NFC iş rejimləri

NFC kontrolleri smartfonda üç iş rejimini dəstəkləyir, hər biri öz tapşırıq sinfi üçün nəzərdə tutulub. Rejimlər arasında keçid qarşılıqlı əlaqədə olan cihazın növündən asılı olaraq avtomatik baş verir.

Oxu/yazı rejimi (Reader/Writer)

Bu rejimdə telefon NFC etiketlərinin (teqlərin) aktiv oxuyucusu kimi çıxış edir. NFC etiketinə — stikerə, bilərziyə və ya plakata — yaxınlaşdırıldıqda, telefon teqin yaddaşından məlumatları oxuyur. Teqlər 48 baytdan 32 KB-a qədər yaddaşa malikdir və URL, mətn və ya əmrləri saxlayır. Android Beam (Nearby Share ilə əvəz olunub) bu rejimdən linklər və kontaktları ötürmək üçün istifadə edirdi.

Peer-to-peer (P2P) rejimi

İki NFC cihazı birbaşa məlumat mübadiləsi aparır. Bir cihaz initiator, digəri isə hədəf rolunu oynayır. LLCP (Logical Link Control Protocol) standartı əlaqəni idarə edir, SNEP (Simple NDEF Exchange Protocol) isə məlumat formatını təyin edir. P2P rejimi kontaktların, linklərin sürətli ötürməsi və ya Bluetooth qoşmasının işə salınması üçün istifadə olunur. P2P rejimində sürət 424 kb/s-ə çatır.

Kart emulyasiyası rejimi (Card Emulation)

Telefon təmassız ağıllı kartı — ödəniş kartını, nəqliyyat biletini və ya keçid— emulyasiya edir. Xarici NFC cihazı (POS-terminal, turniket) telefonla adi plastik kart kimi qarşılıqlı əlaqə qurur. Bu rejim Apple Pay, Google Pay və Samsung Pay-də istifadə olunur. Ödənişlərin təhlükəsizliyi Secure Element — ödəniş kartı məlumatlarını saxlayan izolə olunmuş çip tərəfindən təmin edilir.

NFC vs Bluetooth: texnologiyaların müqayisəsi

NFC və Bluetooth LE (Low Energy) tez-tez müqayisə edilən iki yaxın məsafəli texnologiyadır. NFC əlaqə qurma sürətinə (0,1 s) görə üstündür və qoşma tələb etmir, lakin məlumat ötürmə sürəti və məsafə baxımından geri qalır. Bluetooth LE qoşma tələb edir (2–5 saniyə), lakin 2 Mb/s sürət və 100 metrə qədər məsafə təmin edir.

Praktikada NFC və Bluetooth rəqabət aparmır, əksinə bir-birini tamamlayır. NFC əlaqənin işə salınması (handover) üçün istifadə olunur: telefonu cihaza yaxınlaşdırmaq kifayətdir ki, NFC Bluetooth əlaqə parametrlərini ötürsün (NFC Bluetooth Handover). Bundan sonra cihazlar sürətli fayl ötürməsi və ya audio axını üçün Bluetooth-a keçir.

Smartfonlarda NFC aparat arxitekturası

Smartfonun NFC modulu üç komponentdən ibarətdir: NFC kontrolleri (NFC Controller), NFC anteni və Secure Element (qorunan əməliyyatlar üçün). NFC kontrolleri ayrıca çip və ya birləşdirilmiş rabitə modulunun (NFC + Bluetooth + Wi-Fi, məs. Qualcomm-dan WCN3990) hissəsidir. O, radio interfeysini və mübadilə protokollarını idarə edir.

NFC anteni çevik substrat (FPC) üzərində çap edilmiş sarğçadır və ya akkumulyator qutusunda yerləşir. Anten ölçüsü 20×30 mm, döngələrin sayı 3–5-dir. Anten 13,56 MHz tezliyinə köklənmiş uyğullaşdırıcı dövrə vasitəsilə kontrollerə qoşulur. NXP Semiconductors məlumatlarına görə, antenin səmərəli işləməsi induktivlik və keyfiyyət əmsalının dəqiq hesablanmasını tələb edir.

Secure Element (eSE) — ayrıca kriptoqrafik çip (NXP P71, Samsung S3K) və ya SoC-də izolə olunmuş sahədir (iSE — integrated Secure Element). O, ödəniş kartlarının məlumatlarını saxlayır və HCE (Host Card Emulation) üçün kriptoqrafik əməliyyatlar yerinə yetirir. Secure Element Android/iOS-dan izolə olunub: ona yalnız NFC kontrolleri SWP (Single Wire Protocol) şini vasitəsilə APDU əmrləri ilə daxil ola bilər.

// Secure Element ilə qarşılıqlı əlaqə üçün APDU əmri nümunəsi
const uint8_t SELECT_APDU[] = {
    0x00, 0xA4, 0x04, 0x00,            // CLA, INS, P1, P2
    0x07,                               // məlumat uzunluğu (7 bayt)
    0xA0, 0x00, 0x00, 0x00,             // RID — qeydiyyatdan keçmiş
    0x03, 0x10, 0x10,                   // PIX — tətbiq identifikatoru
    0x00                                // Le — gözlənilən cavab uzunluğu
};

// NFC kontrolleri vasitəsilə Secure Element-ə əmr göndərilməsi
NfcStatus nfcStatus = sendApdu(SELECT_APDU, sizeof(SELECT_APDU));

NFC-nin mobil cihazlarda tətbiqi

Telefonda NFC dörd əsas ssenaridə istifadə olunur: təmassız ödəniş, nəqliyyat, obyektlərə giriş və tapşırıqların avtomatlaşdırılması. Ən kütləvi tətbiq ödəniş sistemləridir: Apple Pay, Google Pay və Samsung Pay. Onlar bank kartını emulyasiya etmək üçün HCE (Host Card Emulation) və ya Secure Element ilə Card Emulation rejimindən istifadə edir.

Dünyanın nəqliyyat sistemləri (Moskva Metropoliteni, London Tube, New York MTA) mobil portfellər vasitəsilə NFC ödənişlərini qəbul edir. Yaponiyada NFC əsaslı FeliCa (Sony) texnologiyası 2004-cü ildən bəri səyahət, alış-veriş və ofisə giriş üçün istifadə olunur. Yapon bazarı üçün iPhone kimi FeliCa çipi ilə smartfonlar Suica və PASMO-nu dəstəkləyir.

NFC etiketləri (NFC Tags) „smart ev” ssenarilərinin avtomatlaşdırılmasına imkan verir: telefonu çarpayın yanındakı etiketə yaxınlaşdırın — zəngli saat işə düşəcək və bildirişlər söndürüləcək. Android-də bu, Android Beam / NFC Tools vasitəsilə, iOS-da isə Shortcuts və NFC triggerləri ilə həyata keçirilir. Bəzi smartfonlar NFC-dən sürətli şarj üçün də istifadə edir — Qi standartı şarj cihazını identifikasiya etmək üçün NFC-dən istifadə edir.

Kod nümunəsi: Android-də NFC etiketinin oxunması

Android Intent System vasitəsilə NFC teqlərinin işlənməsi üçün API təmin edir. Etiket telefona yaxınlaşdırıldıqda sistem teq ilə intent yaradır və tətbiq məlumatları NDEF (NFC Data Exchange Format) formatında alır. Aşağıda NFC etiketindən URL və ya mətn oxuyan Activity nümunəsi verilmişdir.

class NfcReaderActivity : AppCompatActivity() {

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_nfc)
        handleNfcIntent(intent)
    }

    override fun onNewIntent(intent: Intent) {
        super.onNewIntent(intent)
        handleNfcIntent(intent)
    }

    private fun handleNfcIntent(intent: Intent) {
        if (intent.action == NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED) {
            val rawMessages = intent
                .getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES)
            rawMessages?.forEach { rawMsg ->
                val msg = rawMsg as NdefMessage
                msg.records.forEach { record ->
                    val payload = String(record.payload)
                    println("NFC məlumatı: $payload")
                }
            }
        }
    }
}

NFC-nin işləməsi üçün manifestdə android.permission.NFC icazəsi bəyan edilməli və ACTION_NDEF_DISCOVERED, ACTION_TECH_DISCOVERED və ya ACTION_TAG_DISCOVERED üçün intent-filter konfiqurasiya edilməlidir. Android NFC teqlərini NDEF yazı növünə görə avtomatik filtrləyir — bu, tətbiqin yalnız müəyyən MIME növü və ya URL prefiksi olan teqlərə reaksiya verməsinə imkan verir. Qeyd edək ki, NFC anteni adətən telefonun arxa panelinin yuxarı hissəsində yerləşir — etiketi oxumaq üçün telefonun yuxarı hissəsini etiketə yaxınlaşdırmaq lazımdır.