芯耀
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什么是“帶外”無線配對？
無線配對相信大家已不陌生，比如手機WiFi與路由器間的無線配對，手機與智能家居設備間的藍牙無線配對。那什么又是“帶外”無線配對呢？其實這個帶指的是帶寬，就以上述我們熟悉的WiFi和藍牙為例，它們使用的都是2.4GHz的工作頻段，而當我們的配對采用的是其他頻段無線技術的話，就可以稱其為“帶外”無線配對，就好比今天我們要講的NFC就是工作在13.56MHz這個頻段的一種技術。
圖 | 以手機為中介的NFC帶外配對方案演示
沒有對比就沒有傷害，NFC配對有多快？
NFC是英文Near Field Communication的簡稱，中文名為近場通信，早期是由飛利浦、索尼和諾基亞等公司提出的，使用非接觸式連接，傳輸速率有106kb/s、212 kb/s和424 kb/s等幾種可選，支持主動和被動兩種工作模式。
那為什么說NFC配對很快呢，WiFi、藍牙等無線通訊對NFC帶外配對的需求點是什么？我們以藍牙為例，在多個設備間通信時，為了實現(xiàn)頻帶復用和加強安全性保障，需要在每次設備間傳輸數(shù)據(jù)之前進行連接操作，而對于首次配對的設備還需要先對附近的活動設備進行搜索，然后手動輸入PIN碼才能進行設備間配對。據(jù)悉，在這樣的傳輸層握手協(xié)議下，一些藍牙設備的配對過程需要3秒至5秒才能完成，而在無線設備擁擠的環(huán)境中則最長耗時接近30秒。此外，即使是二次連接過去已識別的節(jié)點也常常需要手工干預，用戶體驗效果較差。
相對的，如果采用NFC技術在兩個設備間建立連接時，只要輕輕地觸碰一下就能快速建立連接，耗時方面，基本上在120毫秒到200毫秒左右就可以完成整個配置的過程。意法半導體MMS市場及應用部市場經理高麗舉了一個很生動的例子，她說：“我們在使用藍牙設備時，通常會采用點對點配對的方式，如果你的周圍只有2~3人，那很方便就能知道對方藍牙設備的名字，并一一配對，但如果我們的周圍有100人的時候，要正確給它配對，那就變得異常困難，因為我們很難記住和區(qū)分這100個人所用的藍牙名字，這個時候我們如果采用NFC進行帶外配對，那么只需要將兩個待配對設備輕輕碰一下，瞬間完成配對工作，非常方便、快速?！?/p>
意法半導體MMS市場及應用部市場經理高麗女士
NFC“帶外”無線配對更安全，為什么？
我們還是以藍牙為例，事實上藍牙通信面臨的最大挑戰(zhàn)就是安全性問題。雖然藍牙技術標準提供了認證、加密和密鑰管理等功能，但是在實際操作過程中，我們的設備在初始配對過程中輸入PIN碼時還是存在被監(jiān)聽的風險，一旦被監(jiān)聽，那么攻擊者就會用算法估算安全密鑰并偽裝成該藍牙設備，通過窮舉搜索PIN碼進行強力攻擊，或是強制刪除兩個藍牙設備中的某一個安全密鑰進而啟動一個新的配對過程是攻擊者目前慣用的伎倆。這也是某些設備供應商建議不要在公共區(qū)域內打開藍牙設備進行配對的原因所在。
但如果我們使用NFC技術輔助藍牙進行配對的話，可以在主動模式下交換數(shù)據(jù)進而交換隨機生成的PIN碼，使兩臺設備可以自動驗證對方建立的安全連接；此外，NFC作為短距離通信的典型，通信距離往往只有10厘米不到，這樣短的傳輸距離本身就限制了潛在攻擊者的竊聽和訪問，因此設備配對安全性能夠得到大大的提高。
NFC“帶外”無線配對方案無需關閉卻更省電？
低功耗是物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的大趨勢，而NFC“帶外”無線配對方案是符合低功耗這個需求的。我們知道藍牙設備間為了維持配對關系會進行“輪詢”呼叫，在一定程度上增加了藍牙設備的耗電量。但如果我們使用NFC傳輸藍牙PIN碼的話，就可以取消這個“輪詢”機制，改為每次數(shù)據(jù)傳輸后就取消配對，而在下一次需要傳輸數(shù)據(jù)前進行重新配對的方式，可以大大降低二次握手功耗。由于NFC是通過線圈耦合來提供能量的，被動設備沒有關閉一說，這也是NFC“帶外”無線配對方案無需關閉卻更省電的原因所在了。
NFC將無處不在，下游如何抓住技術普及窗口期？
“NFC將無處不在？”這是一個偽命題。事實上，目前已有60%的基于Android和iOS的移動設備已支持NFC功能，除了銀行卡和POS終端間的銀行交易、交通和電子票務、數(shù)字接入、護照、非接觸式數(shù)字身份認證以外，NFC技術還被廣泛應用于工業(yè)設備、電表、游戲平臺以及建筑物和車輛的門禁控制等場景中，已經是無處不在了。
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圖 | ST NFC方案開發(fā)板ST25DV演示案例圖
當然，未來有更多的細分應用領域可以用到NFC這種技術，就比如今天講的“帶外”無線配對輔助功能，現(xiàn)下標準已經推出，普及時日可期。那對于應用型公司而言，如何簡單、快捷地掌握這種技術的開發(fā)呢？最好的辦法就是和這個生態(tài)圈中最佳的上游伙伴合作，需求定位、方案選擇、芯片供應、售后服務一條龍服務。意法半導體MMS市場及應用部市場經理高麗表示：“目前ST針對NFC的市場需求推出了讀卡器、動態(tài)標簽以及標簽等不同系列的產品，并且持續(xù)優(yōu)化和提升產品功能和性能，推陳出新，給市場帶來更多的性價比高的新產品。另外ST也提供demo板以及SW/FW的demo code幫助客戶在設計過程中進行評估和參考，設計指南的文檔和講解視頻也可以幫助客戶快速的了解設計的重點和注意事項，加快開發(fā)流程。而從應用端的角度出發(fā)，意法半導體也有相應的推薦解決方案可供用戶參考，本次在2021年慕尼黑電子展上推出的這款ST25DV開發(fā)板就是針對I2C動態(tài)NFC標簽解決方案研發(fā)出的一款開發(fā)板，非常的實用?！?/p>
寫在最后
跳出技術范疇，從一個體驗者的角度出發(fā)，基于NFC技術的“帶外”無線配對方案確實還是很香的，不防一試。
