Android開發之深刻理解NFC(一)

深刻理解NFC

NFC(Near field communication,近場通訊)也叫作近距離無線通訊技術。

從原理來講，NFC和wifi相似，兩者都利用無線射頻技術來實現設備之間的通訊。

可是，和WIFI相比，NFC的工做頻率爲13.55Hz，有效距離爲4cm，支持的傳輸速率有106kps、212kps和424kps三種。

1 NFC基礎知識

1.1 NFC概述

 

 

NFC融合了三條主要的數據發展路線

• RFID技術路線，即無線射頻識別技術
• 磁條卡技術路線
• 移動終端線路，演化了攜帶NFC功能的終端設備

NFC的技術框架

由圖可知。

從用戶角度（即Application層之上）來看，NFC有三種運行模式（operation mode）。

Reader/write模式：簡稱R/W，和NFC Tag/NFC Reader相關

Peer-to-Peer模式：簡稱P2P，它支持兩個NFC設備交互。

NFC Card Emulation模式：簡稱CE，它能把攜帶NFC功能的設備模擬成Smart Card，這樣就能實現諸如手機支付、門禁卡之類的功能。

1.2NFC R/W運行模式

• 左邊的只能終端扮演了NFC Reader角色
• 在R/W模式中，交互操做的發起方只能是NFC Reader，所以它也稱爲Initiator或Active Device
• 右邊的NFC Tag，因爲須要NFC Reader經過電磁感應爲其提供電能，因此在R/W模式中，NFC Tag只能做爲交互操做的Target

NFC Forum定義了四種類型的Tag，分別爲Type1，Type2，Type3和Type4.

 

NFC Forum定義了兩個通用的數據結構用於NFC Device之間(包括R/W模式中的NFC Reader和NFC Tag)傳遞數據。這兩個通用數據結構分別爲NFC Data Exchange Format(NDEF)以及NFC Record

NFC四種不一樣類型的Tag有何區別

 

雖然NFC Tag有四種不一樣類型，但爲了保證最大兼容性，NFC Forum建議NFC設備之間儘可能使用通用數據結構NDEF和NFC Record來交換信息。

 

NFC R/W 模式涉及的規範較多，包括:

• NFC Reader如何與不一樣類型的Tag交互，這部份內容涉及很是底層的一些協議。
• NDEF和一些經常使用數據類型定義。

 

1. NDEF和NFC Record

      (1)NDEF和NFC Record之間的關係

NFC設備之間每一次交互的數據都會封裝在一個NDEF Message中，而一個NDEF Message能夠包含多個NFC Record，真正的數據則封裝在NFC Record中。

在一個NDEF Message中，第一個NFC Record須要設置其MB位(Message Begin)爲1，表示它是該消息中第一個NFC Record，最後一個NFC Record需設置ME位(Message End)位爲1，表示它是此消息中最後一個NFC Record。

NFC Record分爲NFC Record Header(頭部信息)和Payload(數據載荷)兩大部分。

Record Header 中最重要的是其第一字節。該字節有6個標誌信息，分別爲

• MB(Message Begin標誌)
• ME(Message End標誌)
• CF(Chunk Flag標誌，表示該Record是否爲分片Record)
• SR(Short Record標誌，若是該標誌被設置，則圖中的4個Payload Length字段僅需一個，這代表Playload數據長度將限制在255字節之內)
• IL(ID_LENGTH標誌，用於指明Header中是否包含ID Length和ID這兩個字段)
• TNF(Type Name Format標誌，用於指明Payload的類型，NFC Forum定義了一些經常使用的Payload類型)
• Type Length 指明Record Header中Type字段的長度
• Payload Length3～Payload Length0 這4個字段共同指明Payload字段的長度。若是SR標誌被設置，則Record Header僅包含一個Payload length字段
• ID Length指明ID字段的長度。
• Type字段代表Payload的類型，NFC Forum定義了諸如URI、MIME等類型的Type，其目的是方便不一樣的應用來處理不一樣Type的數據，例如URI類型的數據就交給瀏覽器來處理。
• ID須要配合URI類型的Payload一塊兒使用，它使得一個NFC Record能經過ID來指向另一個NFC Record

　　(2)TNF和RTD

　　TNF用於描述一個NFC Record中數據(Payload)的類型，NFC Forum規定了一些經常使用的數據類型。

      

• Empty：該Record中沒有數據，即至關於一個空的NFC Record
• NFC Forum Well-Known Type：由NFC Forum定義的一些較爲常見的數據類型，包括URI、TEXT等，其格式遵循NFC Forum RTD(Record Type Definition)規範。
• MIME：multipurpose Internet Mail Extensions的縮寫，遵循RFC2046規範。
• Absolute URI：絕對URI
• NFC Forum External Type,後面介紹
• Unknown：表明Payload中的數據類型未知。
• Unchanged：這種類型的數據用於NFC Record分片。例如一個大的數據須要經過多個NFC Record來承載，除第一個NFC Record分片外，該數據對應的其餘NFC Record分片都必須設置TNF爲Unchanged。

　　在TNF七大類型中，NFC Forum經過RTD規範定義了其中的WKT(Well-KnownType)和External Type兩種類型。

　　簡單來講，WKT就是NFC Forum本身定義的一些經常使用數據類型，目前經常使用類型以下。

　　URI Record Type:用於存儲URI數據，對於Type字段取值爲「U」

　　Text Record Type：用於存儲文本數據，對於Type字段取值爲」T」

　　Signature Record Type：用於存儲數字簽名數據，對於Type字段取值爲「Sig」

　　Smart Poster Record Type：智能海報，用於存儲與該海報相關的一些諮詢信息，如圖片、相關介紹等，對於Type字段取值爲」Sp」。

　　Generic Control Record Type：用於傳遞控制信息，對於Type字段取值爲「Ge」

　　External Type：爲第三方組織定義的類型，目前NFC Forum沒有定義相關的數據類型

2.NFC Record實例

(1)URI Record Type

URI Record Type屬於NFC Forum Well-known Type的一種，其對應的Type字段取值爲「U」

對於這種類型的NFC Record，其Payload組織結構

 

在URI Record Payload中，第一個字節指明URI的ID碼

像http://www.nfc.com這樣的信息該如何封裝爲一個NDEF消息

因爲該NDEF消息只包含一個NFC Record，因此這個惟一的NFC Record將設置MB和ME標誌位爲1，因爲數據量小於255字節，因此SR標誌位爲1.最後，該Record攜帶的數據屬於URI類型，它爲Well-Known Type 的一種，因此TNF 取值爲0x01.

 

Type Length字段取值爲0x01，對應的Type字段取值爲」U」,表明URI Record Type

URI Record的介紹，這種類型Record的Payload包含ID Code和data兩個部分。

ID Code取值爲0x01佔據1字節(表明」http://www」),而data爲」nfc.com」佔據7個字節，因此整個Payload長度爲8字節，故Payload length字段取值爲0x08.

當應用程序獲取Payload信息後，將根據ID Code和Data的取值最終計算出對應的URI爲http://www.nfc.com

 

(2)Text Record Type實例

攜帶「Hello World」字符串信息的NDEF消息各字段的取值狀況。

 

至此NFC R/W運行模式介紹完畢。在R/W模式下，對應用程序而言最重要的工做就是解析NDEF消息。NFC Forum定義了七種數據類型，其中內容比較豐富的屬於NFC Forum Well Known Type。