NFC: کیا ہے، بغیر رابطے کے مواصلاتی ماڈیول اور کام کرنے کا اصول

NFC کیا ہے؟

NFC (Near Field Communication) 13.56 MHz پر کام کرنے والا ایک مختصر فاصلے کا وائرلیس ڈیٹا ٹرانسمیشن معیار ہے۔ یہ ٹیکنالوجی RFID (ریڈیو فریکوئنسی آئیڈنٹیفکیشن) پر مبنی ہے اور ISO 14444 — بغیر رابطے کے سمارٹ کارڈ کے معیار — کے ساتھ پسماندہ مطابقت رکھتی ہے۔ منتخب کردہ موڈ کے لحاظ سے ڈیٹا کی منتقلی کی رفتار 106، 212 یا 424 kbps ہے۔

بلوٹوتھ کے برعکس، NFC کو جوڑی بنانے کے طریقہ کار کی ضرورت نہیں ہے — آلات ایک دوسرے کے قریب لائے جانے پر فوری ڈیٹا کا تبادلہ کرتے ہیں۔ زیادہ سے زیادہ مواصلاتی فاصلہ 10 سینٹی میٹر ہے، جو روک تھام کے خلاف قدرتی تحفظ فراہم کرتا ہے۔ NFC Forum کے مطابق، یہ ٹیکنالوجی دنیا بھر میں 3 بلین سے زیادہ آلات کے ذریعے تعاون یافتہ ہے، اور یہ تعداد سالانہ 15–20% بڑھ رہی ہے۔

NFC معیار NFC Forum کے ذریعے تیار کیا گیا ہے، جو Sony، Philips اور Nokia نے 2004 میں قائم کیا تھا۔ NFC والا پہلا فون (Nokia 6131) 2006 میں آیا، لیکن بڑے پیمانے پر اپنانے کا آغاز 2011 میں Android 4.0 (Ice Cream Sandwich) کے اجراء اور 2014 میں Apple Pay کے آغاز کے بعد ہوا۔ آج، 150 ڈالر سے اوپر کے تقریباً تمام اسمارٹ فون NFC کو سپورٹ کرتے ہیں۔

فون میں NFC کے آپریشن موڈ

اسمارٹ فون میں NFC کنٹرولر تین آپریشن موڈ کو سپورٹ کرتا ہے، ہر ایک اپنی کلاس کے کاموں کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ موڈز کے درمیان سوئچنگ بات چیت کرنے والے آلے کی قسم کے لحاظ سے خود بخود ہوتی ہے۔

پڑھنے/لکھنے کا موڈ (Reader/Writer)

اس موڈ میں، فون NFC ٹیگز کا ایک فعال ریڈر کے طور پر کام کرتا ہے۔ جب NFC ٹیگ — اسٹیکر، بریسلٹ یا پوسٹر — کے قریب لایا جاتا ہے، تو فون ٹیگ کی میموری سے ڈیٹا پڑھتا ہے۔ ٹیگز میں 48 بائٹس سے 32 KB تک میموری ہوتی ہے اور URL، ٹیکسٹ یا کمانڈز محفوظ کرتے ہیں۔ Android Beam (جسے Nearby Share سے تبدیل کر دیا گیا) لنکس اور رابطے منتقل کرنے کے لیے اس موڈ کا استعمال کرتا تھا۔

پیر ٹو پیر (P2P) موڈ

دو NFC آلات براہ راست ڈیٹا کا تبادلہ کرتے ہیں۔ ایک آلہ شروع کرنے والے کے طور پر کام کرتا ہے، دوسرا ہدف کے طور پر۔ LLCP (لاجیکل لنک کنٹرول پروٹوکول) معیار کنکشن کا انتظام کرتا ہے، اور SNEP (سادہ NDEF ایکسچینج پروٹوکول) ڈیٹا فارمیٹ کا انتظام کرتا ہے۔ P2P موڈ رابطوں، لنکس کی فوری منتقلی یا بلوٹوتھ جوڑی شروع کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ P2P موڈ میں رفتار 424 kbps تک پہنچ جاتی ہے۔

کارڈ ایمولیشن موڈ (Card Emulation)

فون ایک بغیر رابطے کے سمارٹ کارڈ — ادائیگی کارڈ، ٹرانسپورٹ پاس یا ایکسس بیج — کی نقل کرتا ہے۔ ایک بیرونی NFC آلہ (POS ٹرمینل، ٹرنسٹائل) فون کے ساتھ اسی طرح بات چیت کرتا ہے جیسے عام پلاسٹک کارڈ کے ساتھ۔ یہ موڈ Apple Pay، Google Pay اور Samsung Pay میں استعمال ہوتا ہے۔ ادائیگی کی حفاظت Secure Element — ایک الگ تھلگ چپ جو ادائیگی کارڈ کا ڈیٹا محفوظ کرتی ہے — کے ذریعے یقینی بنائی جاتی ہے۔

NFC بمقابلہ بلوٹوتھ: ٹیکنالوجی کا موازنہ

NFC اور بلوٹوتھ LE (کم توانائی) دو مختصر فاصلے کی مواصلاتی ٹیکنالوجیز ہیں جن کا اکثر موازنہ کیا جاتا ہے۔ NFC کنکشن سیٹ اپ کی رفتار (0.1 سیکنڈ) میں بہتر ہے اور اسے جوڑی کی ضرورت نہیں ہے، لیکن ڈیٹا کی منتقلی کی رفتار اور رینج میں پیچھے ہے۔ بلوٹوتھ LE کو جوڑی کی ضرورت ہے (2–5 سیکنڈ) لیکن یہ 2 Mbps تک کی رفتار اور 100 میٹر تک کی رینج فراہم کرتا ہے۔

عملی طور پر، NFC اور بلوٹوتھ مقابلہ نہیں کرتے بلکہ ایک دوسرے کی تکمیل کرتے ہیں۔ NFC کنکشن شروع کرنے (ہینڈ اوور) کے لیے استعمال ہوتا ہے: آلے کے قریب فون لائیں تاکہ NFC بلوٹوتھ کنکشن کے پیرامیٹرز (NFC بلوٹوتھ ہینڈ اوور) منتقل کرے۔ اس کے بعد، آلات تیز فائل یا آڈیو سٹریمنگ کی منتقلی کے لیے بلوٹوتھ پر سوئچ کرتے ہیں۔

اسمارٹ فونز میں NFC ہارڈویئر آرکیٹیکچر

اسمارٹ فون کے NFC ماڈیول میں تین اجزاء ہوتے ہیں: NFC کنٹرولر، NFC اینٹینا اور Secure Element (محفوظ آپریشنز کے لیے)۔ NFC کنٹرولر ایک علیحدہ چپ یا مشترکہ مواصلاتی ماڈیول (NFC + بلوٹوتھ + Wi-Fi، مثال کے طور پر Qualcomm کا WCN3990) کا حصہ ہے۔ یہ ریڈیو انٹرفیس اور تبادلے کے پروٹوکول کا انتظام کرتا ہے۔

NFC اینٹینا ایک لچکدار سبسٹریٹ (FPC) یا بیٹری کیس پر پرنٹ شدہ کوائل ہے۔ اینٹینا کا سائز 20×30 ملی میٹر، پھیروں کی تعداد 3–5 ہے۔ اینٹینا 13.56 MHz فریکوئنسی پر ٹیونڈ میچنگ سرکٹ کے ذریعے کنٹرولر سے جڑتا ہے۔ NXP Semiconductors کے مطابق، موثر اینٹینا آپریشن کے لیے انڈکٹنس اور کوالٹی فیکٹر کے درست حساب کی ضرورت ہے۔

Secure Element (eSE) ایک علیحدہ کرپٹوگرافک چپ (NXP P71، Samsung S3K) یا SoC (iSE — مربوط Secure Element) میں ایک الگ تھلگ علاقہ ہے۔ یہ ادائیگی کارڈ کا ڈیٹا محفوظ کرتا ہے اور HCE (ہوسٹ کارڈ ایمولیشن) کے لیے کرپٹوگرافک آپریشنز انجام دیتا ہے۔ Secure Element Android/iOS سے الگ تھلگ ہے: صرف NFC کنٹرولر SWP (سنگل وائر پروٹوکول) بس پر APDU کمانڈز کے ذریعے اس تک رسائی حاصل کر سکتا ہے۔

// Secure Element کے ساتھ بات چیت کے لیے APDU کمانڈ کی مثال
const uint8_t SELECT_APDU[] = {
    0x00, 0xA4, 0x04, 0x00,            // CLA, INS, P1, P2
    0x07,                               // ڈیٹا کی لمبائی (7 بائٹ)
    0xA0, 0x00, 0x00, 0x00,             // RID — رجسٹرڈ
    0x03, 0x10, 0x10,                   // PIX — ایپلیکیشن شناخت کنندہ
    0x00                                // Le — متوقع جواب کی لمبائی
};

// NFC کنٹرولر کے ذریعے Secure Element کو کمانڈ بھیجنا
NfcStatus nfcStatus = sendApdu(SELECT_APDU, sizeof(SELECT_APDU));

موبائل آلات میں NFC کی ایپلیکیشنز

فون میں NFC چار اہم منظرناموں میں استعمال ہوتا ہے: بغیر رابطے کی ادائیگی، نقل و حمل، اشیاء تک رسائی اور کاموں کی آٹومیشن۔ سب سے زیادہ استعمال ادائیگی کے نظام ہیں: Apple Pay، Google Pay اور Samsung Pay۔ یہ بینک کارڈ کی نقل کرنے کے لیے HCE (ہوسٹ کارڈ ایمولیشن) یا Secure Element کے ساتھ کارڈ ایمولیشن موڈ استعمال کرتے ہیں۔

دنیا بھر کے نقل و حمل کے نظام (ماسکو میٹرو، London Tube، New York MTA) موبائل والیٹس کے ذریعے NFC ادائیگیاں قبول کرتے ہیں۔ جاپان میں، NFC پر مبنی FeliCa ٹیکنالوجی (Sony) 2004 سے نقل و حمل، خریداری اور دفتر تک رسائی کے لیے استعمال ہو رہی ہے۔ FeliCa چپ والے اسمارٹ فونز، جیسے جاپانی مارکیٹ کے لیے iPhone، Suica اور PASMO کو سپورٹ کرتے ہیں۔

NFC ٹیگز “سمارٹ ہوم” منظرناموں کو خودکار بنانے کی اجازت دیتے ہیں: بستر کے پاس ٹیگ پر فون لائیں — الارم آن ہو جائے گا اور اطلاعات بند ہو جائیں گی۔ Android پر یہ Android Beam / NFC Tools کے ذریعے، iOS پر — Shortcuts اور NFC ٹرگرز کے ذریعے لاگو کیا جاتا ہے۔ کچھ اسمارٹ فونز تیز چارجنگ کے لیے بھی NFC استعمال کرتے ہیں — Qi معیار چارجر کی شناخت کے لیے NFC استعمال کرتا ہے۔

کوڈ مثال: Android پر NFC ٹیگ پڑھنا

Android Intent System کے ذریعے NFC ٹیگز کی پروسیسنگ کے لیے API فراہم کرتا ہے۔ جب فون کے قریب ٹیگ لایا جاتا ہے، تو سسٹم ٹیگ کے ساتھ ایک انٹینٹ بناتا ہے، اور ایپلیکیشن NDEF (NFC ڈیٹا ایکسچینج فارمیٹ) فارمیٹ میں ڈیٹا وصول کرتی ہے۔ نیچے ایک Activity کی مثال ہے جو NFC ٹیگ سے URL یا ٹیکسٹ پڑھتی ہے۔

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 data: $payload")
                }
            }
        }
    }
}

NFC کے ساتھ کام کرنے کے لیے، مینی فیسٹ میں android.permission.NFC اجازت کا اعلان کرنا اور ACTION_NDEF_DISCOVERED، ACTION_TECH_DISCOVERED یا ACTION_TAG_DISCOVERED کے لیے انٹینٹ فلٹر ترتیب دینا ضروری ہے۔ Android خود بخود NDEF ریکارڈ کی قسم کے مطابق NFC ٹیگز کو فلٹر کرتا ہے — یہ ایپلیکیشن کو صرف مخصوص MIME قسم یا URL سابقہ والے ٹیگز پر ردعمل دینے کی اجازت دیتا ہے۔ نوٹ کریں کہ NFC اینٹینا عام طور پر فون کے پچھلے پینل کے اوپری حصے میں ہوتا ہے — ٹیگ پڑھنے کے لیے، فون کا اوپری حصہ ٹیگ کے قریب لائیں۔