Уровень приложений NFC

В этом примере показан обмен данными между прикладными уровнями двух устройств NFC.

Введение

В примере демонстрируется интеллектуальный плакат Near Field Communication (NFC), который является функцией NFC, используемой ритейлерами, рекламными агентствами, транспортными службами, поставщиками медицинских услуг и различными отраслями, которые хотят взаимодействовать с потребителями. Поскольку NFC требует от пользователя принятия мер, выбор технологии создает вовлеченного пользователя, что приводит к гораздо более значимому взаимодействию с брендом.

Интеллектуальный плакат NFC - это реклама журнала, листовка, рекламный щит или другой физический носитель, включающий встроенные или прикрепленные NFC-теги. Когда устройство NFC размещено в пределах нескольких сантиметров от метки NFC, информация передается на устройство или на устройство запускается задача.

В зависимости от «умного» плаката и среды потребитель может получать адресную информацию о своем текущем местоположении. Примеры использования смарт-плаката NFC:

Плакат, содержащий NFC-тег, который предписывает принимающему NFC-устройству запустить приложение карты с указаниями помочь потерявшемуся туристу найти близлежащий ориентир.
В розничной торговле - плакат, предлагающий купоны, информацию о продукте или баллы лояльности. Телефон потребителя действует как карта лояльности и хранит информацию, таким образом устраняя необходимость отслеживания нескольких карт.

Передаваемые данные кодируются в NFC-теге в формате NDEF (NFC Data Exchange Format) и сохраняются в структуре данных тегов. NDEF - это формат данных для NFC-устройств и тегов для создания действительного сообщения NDEF. Файл NDEF состоит из сообщений NDEF, которые состоят из записей NDEF. Формат NDEF используется для хранения и обмена информацией, такой как URI (Uniform Resource Identifier), обычный текст, зашифрованные данные, данные изображения, такие как GIF и JPEG файлы и т.д.

Настройка системы

Прикладной уровень NFC-тега хранит данные в файле NDEF. Этот пример иллюстрирует протоколы NFC и команды, необходимые для передачи данных между прикладными уровнями NFC-устройства и NFC-тегом для приложения, такого как интеллектуальный плакат NFC.

NDEF - это облегченный двоичный формат сообщения, который можно использовать для инкапсуляции одной или нескольких прикладных полезных нагрузок произвольного типа и размера в единую конструкцию сообщения. Каждая полезная нагрузка описывается типом, длиной и необязательным идентификатором. Идентификаторами типов могут быть URI, типы носителей MIME или типы, специфичные для NFC. Полезные нагрузки NDEF могут включать вложенные сообщения NDEF или цепочки связанных порций данных неизвестной длины на момент формирования данных [5].

txURL = 'mathworks.com';
targetRecord = ndefRecord('Type', 'U', 'URIID', '01', ...
    'ActualText', txURL)

targetRecord = 
  ndefRecord with properties:

       TypeNameFormat: 'NFC Forum well-known type'
    IsIDLengthPresent: '0'
        IsShortRecord: '1'
              IsChunk: '0'
       IsMessageBegin: '1'
         IsMessageEnd: '1'
           TypeLength: ''
        PayloadLength: ''
             IDLength: '00'
                 Type: 'U'
                   ID: ''
              Payload: ''
          StatusBytes: '02'
         LanguageCode: 'en'
                URIID: '01'
           ActualText: 'mathworks.com'

Тег NFC, содержащий URI в файле NDEF, является тегом типа 4 в этом примере, как указано в спецификации операции с тегом типа 4 [6]. Объект nfcTarget моделирует этот тег. Он содержит объект nfcApp, моделирующий уровень приложения и содержащий данные для обмена.

targetAppLayer = nfcApp();
targetAppLayer.AppData = create(targetRecord)

targetAppLayer = 
  nfcApp with properties:

       AppName: 'D2760000850101'
      CCFileID: 'E103'
    NDEFFileID: 'E104'
           CLA: '00'
           INS: 'A4'
            P1: '04'
            P2: '00'
            Lc: ''
            Le: ''
           SW1: '90'
           SW2: '00'
       AppData: 'D1010E55016D617468776F726B732E636F6D'

target = nfcTarget('AppLayer', targetAppLayer, 'EnableVisualization', false)

target = 
                     Fc: 13560000
                     Fs: 847500
       SamplesPerSymbol: 64
                    UID: '11aa22bb'
               AppLayer: [1x1 nfcApp]
       ReceivedUserData: ''
    EnableVisualization: 0

Устройство-потребитель моделируется объектом nfcInitiator, который также содержит объект nfcApp для моделирования его прикладного уровня.

initiator = nfcInitiator('AppLayer', nfcApp(), 'UserData', '', ...
    'EnableVisualization', false)

initiator = 
                     Fc: 13560000
       SamplesPerSymbol: 64
                     t1: 32
               AppLayer: [1x1 nfcApp]
               UserData: ''
    EnableVisualization: 0

% Signal to noise ratio, in dB
snrdB = 50;
% Reset the RNG for reproducible results 
s = rng(0);

Последовательности инициализации и антиколлизии описаны в примере NFC (Near Field Communication). Обмен данными приложения осуществляется с использованием полудуплексного блочного протокола передачи, как описано в ISO ®/IEC 14443-4 [4]. В примере показано состояние и действия устройств инициатора и адресата, а также важная информация, которой обмениваются для указания потока команд.

nfcPrint.Message('URL to transmit:');

URL to transmit:

nfcPrint.Message(sprintf('%s%s', 'http://www.', txURL));

http://www.mathworks.com

nfcPrint.Start();

Start of NFC Communication between Initiator and Target

nfcInitialization(initiator, target, snrdB);

	Initiator transmitted REQA
	Target received REQA
		Target transmitted ATQA in response to REQA
	Initiator received ATQA
		Target supports bit frame anticollision
		Target's UID size: single

nfcAnticollisionLoop(initiator, target, snrdB);

	Start of Anticollision loop
		Cascade Level-1
			Initiator transmitted ANTICOLLISION command
			Target received Cascade Level-1 SEL code
				Target transmitted full UID
			Initiator received CL1 UID without collision
				Complete UID received: 0x11aa22bb
				Initiator transmitted SELECT command
			Target received Cascade Level-1 SEL code
				Target selection confirmed
				Target transmitted SAK with UID complete flag
			Initiator received SAK
				UID complete. Exit Anticollision loop.
	End of Anticollision loop

	Target compliant with NFCIP-1. Continue with Transport Protocol Activation

nfcProtocolActivation(initiator, target, snrdB);

	Start of Protocol Activation
		Initiator transmitted RATS
		Target received RATS
			Target transmitted ATS in response to RATS
		Initiator received ATS
	End of Protocol Activation

nfcBlockTransmissionProtocol(initiator, target, snrdB);

	Start of Half-Duplex Block Transmission Protocol
		Initiator transmitted SELECT command for APP NAME
		Target received SELECT command for APP NAME
			Target transmitted STATUS Bytes for APP NAME
		Initiator received valid STATUS Bytes for APP NAME
			Initiator transmitted SELECT command for CC File
		Target received SELECT command for CC File
			Target transmitted STATUS Bytes for CC File
		Initiator received valid STATUS Bytes for CC File
			Initiator transmitted READ command for CC File
		Target received READ command for CC File
			Target transmitted CCFILE CONTENT and STATUS Bytes for CC File
		Initiator received valid CCFILE CONTENT and STATUS Bytes for CC File
			Initiator transmitted SELECT command for NDEF File
		Target received SELECT command for NDEF File
			Target transmitted STATUS Bytes for NDEF File
		Initiator received valid STATUS Bytes for NDEF File
			Initiator transmitted READ command for NDEF NLEN
		Target received READ command for NDEF NLEN
			Target transmitted NLEN and STATUS Bytes for NDEF
		Initiator received NLEN and valid STATUS Bytes
			Initiator transmitted READ command for NDEF File
		Target received READ command for NDEF File
			Target transmitted NDEF CONTENT and STATUS Bytes for NDEF File
		Initiator received NDEF File content and valid STATUS Bytes
	End of Half-Duplex Block Transmission Protocol

nfcProtocolDeactivation(initiator, target, snrdB)

	Start of Protocol Deactivation
		Initiator transmitted DESELECT
		Target received DESELECT
			Target transmitted DESELECT response
		Initiator received DESELECT response
			Target released
	End of Protocol Deactivation

nfcPrint.End();

End of NFC Communication between Initiator and Target

recDataType = getReceivedNDEFType(initiator.AppLayer);
recData = getReceivedNDEFData(initiator.AppLayer);
if strcmpi(recDataType, 'U')
    nfcPrint.Message('Received URL:');
else
    nfcPrint.Message('Received telephone number:');
end

Received URL:

nfcPrint.Message(recData);

http://www.mathworks.com

nfcPrint.NewLine;

% Restore RNG state 
rng(s);

function nfcInitialization(initiator, target, snrdB)
    % Initialization and anticollision
    % Reference: ISO/IEC 14443-3, section 6

    txREQA = transmitREQA(initiator);
    rxREQA = awgn(txREQA, snrdB, 'measured');

    txATQA = receiveREQA(target, rxREQA);
    rxATQA = awgn(txATQA, snrdB, 'measured');

    [isATQAValid, isCollisionDetected, isTargetCompliant] = ...
        receiveATQA(initiator, rxATQA);

    coder.internal.errorIf(~isATQAValid, 'comm:NFC:InvalidATQA');
    coder.internal.errorIf(isCollisionDetected, 'comm:NFC:CollisionATQA');
    coder.internal.errorIf(~isTargetCompliant, 'comm:NFC:TargetNotCompliant');    
end

function nfcAnticollisionLoop(initiator, target, snrdB)
    % Anticollision Loop
    % Reference: ISO/IEC 14443-3, section 6
    
    nfcPrint.NewLine;
    nfcPrint.Heading1('Start of Anticollision loop');
    
    % Start anticollision loop
    cascadeLevel = 1;
    targetRxAC = [];
    nfcPrint.CascadeLevel(cascadeLevel);
    [initiatorTxAC, newCascadeLevel, uidComplete, isoCompliantTarget] = ...
        antiCollisionLoop(initiator, targetRxAC, cascadeLevel);
    
    while (newCascadeLevel <= 3) && ~uidComplete
        
        nfcPrint.CascadeLevel(newCascadeLevel, cascadeLevel);
        cascadeLevel = newCascadeLevel;
        
        targetRxAC = awgn(initiatorTxAC, snrdB, 'measured');
        % Target's anticollision loop
        targetTxAC = antiCollisionLoop(target, targetRxAC);
        initiatorRxAC = awgn(targetTxAC, snrdB, 'measured');
        % Initiator's anticollision loop
        [initiatorTxAC, newCascadeLevel, uidComplete, isoCompliantTarget] = ...
            antiCollisionLoop(initiator, initiatorRxAC, cascadeLevel);
    end
    
    coder.internal.errorIf(~uidComplete, 'comm:NFC:IncompleteUID');
    coder.internal.errorIf(~isoCompliantTarget, ...
        'comm:NFC:TargetNotCompliantWithNFCIP1');
    
    nfcPrint.Heading1('End of Anticollision loop');
    nfcPrint.NewLine;    
    nfcPrint.Heading1(['Target compliant with NFCIP-1. '...
        'Continue with Transport Protocol Activation']);    
end

function nfcProtocolActivation(initiator, target, snrdB)
    % ISO/IEC 14443-4 Protocol Activation
    % Reference: ISO/IEC 14443-4, section 5
    
    nfcPrint.NewLine;
    nfcPrint.Heading1('Start of Protocol Activation');

    txRATS = transmitRATS(initiator);
    rxRATS = awgn(txRATS, snrdB, 'measured');
    
    txATS = receiveRATS(target, rxRATS);
    rxATS = awgn(txATS, snrdB, 'measured');
    
    status = receiveATS(initiator, rxATS);
    coder.internal.errorIf(~status, 'comm:NFC:ProtocolActivationFailed');
    
    nfcPrint.Heading1('End of Protocol Activation');    
end

function nfcBlockTransmissionProtocol(initiator, target, snrdB)
    % Half-duplex Block Transmission Protocol
    % Reference: ISO/IEC 14443-4, section 7
    
    nfcPrint.NewLine;
    nfcPrint.Heading1('Start of Half-Duplex Block Transmission Protocol');
    
    nfcTransmissionProtocol(initiator, target, snrdB);
    
    nfcPrint.Heading1('End of Half-Duplex Block Transmission Protocol');
    nfcPrint.NewLine;    
end

function nfcProtocolDeactivation(initiator, target, snrdB)
    % Protocol Deactivation
    % Reference: ISO/IEC 14443-4, section 8

    nfcPrint.NewLine;
    nfcPrint.Heading1('Start of Protocol Deactivation');

    txDESLECT = transmitDESELECT(initiator);
    rxDESELECT = awgn(txDESLECT, snrdB, 'measured');
    
    txDESELECT_RES = receiveDESELECT(target, rxDESELECT);
    rxDESELECT_RES = awgn(txDESELECT_RES, snrdB, 'measured');
    
    status = receiveDESELECT_RES(initiator, rxDESELECT_RES);
    coder.internal.errorIf(~status, 'comm:NFC:ProtocolDeactivationFailed');
    
    nfcPrint.Heading1('End of Protocol Deactivation');
end

Исследование

Изучите различные методы объектов nfcInitiator, nfcTarget, nfcApp и ndefRecord, а также различные функции, используемые в этом примере, чтобы понять различные команды и протоколы, описанные в стандартах NFC. Экспериментируйте с различными системными параметрами, такими как сообщения SNR, NDEF, чтобы увидеть, как они влияют на систему.

Ссылки

1. http://nfc-forum.org/

2. ISO/IEC 14443-2 Идентификационные карты - Бесконтактные интегральные платы - Бесконтактные платы - Часть 2: Радиочастотный интерфейс питания и сигнала

3. ISO/IEC 14443-3 Идентификационные карты - Бесконтактные интегральные платы - Бесконтактные платы - Часть 3: Инициализация и антиколлизия

4. ISO/IEC 14443-4 Идентификационные карты - Бесконтактные интегральные платы - Бесконтактные платы - Часть 4: Протокол передачи

5. Формат обмена данными NFC (NDEF) Техническая спецификация 1.0

6. Тип 4. Технические условия эксплуатации, Техническая спецификация 2.0

Документация

Уровень приложений NFC

Введение

Настройка системы

Исследование

Ссылки

Документация по инструментам связи

Поддержка