浅析近场通信技术特点及未来可能的应用与发展_近场通讯技术

一、三种近场通信技术分析

1.蓝牙

蓝牙技术的概念：
蓝牙技术是一种无线数据和语音通信开放的全球规范，它是基于低成本的近距离无线连接，为固定和移动设备建立通信环境的一种特殊的近距离无线技术连接。 工作一般在2.4G频段，理论传输速度24Mbps，传输距离一般在10米内。
蓝牙技术的特点：
（1）蓝牙技术的适用设备多，无需电缆，通过无线使电脑和电信连网进行通信。
（2）蓝牙技术的工作频段全球通用，适用于全球范围内用户无界限的使用，解决了蜂窝式移动电话的国界障碍。蓝牙技术产品使用方便，利用蓝牙设备可以搜索到另外一个蓝牙技术产品，迅速建立起两个设备之间的联系，在控制软件的作用下，可以自动传输数据。
（3）蓝牙技术的安全性和抗干扰能力强，由于蓝牙技术具有跳频的功能，有效避免了ISM频带遇到干扰源。蓝牙技术的兼容性较好，蓝牙技术已经能够发展成为独立于操作系统的一项技术，实现了各种操作系统中良好的兼容性能。
（4）传输距离较短：现阶段，蓝牙技术的主要工作范围在10米左右，经过增加射频功率后的蓝牙技术可以在100米的范围进行工作，只有这样才能保证蓝牙在传播时的工作质量与效率，提高蓝牙的传播速度。另外，在蓝牙技术连接过程中还可以有效的降低该技术与其他电子产品之间的干扰，从而保证蓝牙技术可以正常运行。蓝牙技术不仅有较高的传播质量与效率，同时还具有较高的传播安全性特点。
（5）通过跳频扩频技术进行传播：蓝牙技术在实际应用期间，可以原有的频点进行划分、转化，如果采用一些跳频速度较快的蓝牙技术，那么整个蓝牙系统中的主单元都会通过自动跳频的形式进行转换，从而将其以随机的进行跳频。由于蓝牙技术的本身具有较高的安全性与抗干扰能力，在实际应用期间可以蓝牙运行的质量。

蓝牙技术的应用：
蓝牙能在包括移动电话、PDA（掌上电脑、平板）、无线耳机、蓝牙音响、个人健康设备、车载设备、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。

蓝牙技术存在的问题：
蓝牙存在的问题主要有以下几个：
（1）蓝牙的功耗问题：蓝牙传输数据的频率不高，在传输数据的过程中耗能较少，但是，为了及时响应连接请求，在等待过程中的轮询访问却是十分耗能的。
（2）蓝牙的连接过程烦琐：蓝牙的连接过程中涉及多次的信息传递与验证过程，表面上来看似乎并不能让使用者感受到复杂的连接程序，但是，反复的数据加解密过程和每次连接都需进行的身份验证过程却是对于设备计算资源的一种极大的浪费。
（3）蓝牙的安全性问题：蓝牙的首次配对需要用户通过PIN码验证，PIN码一般仅由数字构成，且位数很少，一般为4～6位。PIN码在生成之后，设备会自动使用蓝牙自带的E2或者E3加密算法来对PIN码进行加密，然后传输进行身份认证。在这个过程中，黑客很有可能通过拦截数据包，伪装成目标蓝牙设备进行连接，或者采用暴力攻击的方式来破解PIN码。
此外，在蓝牙传输数据的过程中使用的加密算法的安全性也有待提高。出现以上情况的原因在于蓝牙技术的本身，由于蓝牙的设计目标为设备间组成一个无基站式局域网（类似于WLAN的AdHoc模式），进行多设备间的近距离通信，为了保证私密性和安全性，蓝牙协议要求每次连接前必须进行身份认证。

2.NFC

NFC的概念：
NFC的中文全称为近场通信技术。NFC是在非接触式射频识别(RFID)技术的基础上，结合无线互连技术研发而成，它为我们日常生活中越来越普及的各种电子产品提供了一种十分安全快捷的通信方式。

NFC的特点：
近场通信是基于RFID技术发展起来的一种近距离无线通信技术。与RFID一样，近场通信信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。近场通信的传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到0~1m，但由于近场通信采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说近场通信具有成本低、带宽高、能耗低等特点。
近场通信技术的主要特征如下：
（1）用于近距离（10cm以内）安全通信的无线通信技术。
（2）射频频率：13.56MHz。
（3）射频兼容：ISO 14443，ISO 15693，Felica标准。
（4）数据传输速度：106kbit/s，212 kbit/s，424kbit/s。

NFC的应用：
NFC中文名称中的“近场”是指临近电磁场的无线电波。 应用场景：应用在门禁、考勤、访客、会议签到、巡更等领域。NFC具有人机交互、机器间交互等功能。 结合了近场通信技术和移动通信技术，还可以实现电子支付、身份认证、票务、数据交换、防伪、广告等多种功能，是移动通信领域的一种新型业务。近场通信业务增强了移动电话的功能，使用户的消费行为逐步走向电子化，建立了一种新型的用户消费和业务模式。
总的来说NFC技术的应用可以分为三大类
（1）支付应用：NFC支付主要是指带有NFC功能的手机虚拟成银行卡等。
（2）安防应用：NFC安防的应用主要是将手机虚拟成门禁卡、电子门票等。
（3）标签应用：NFC标签的应用就是把一些信息写入一个NFC标签内， 用户只需用NFC手机在NFC标签上挥一挥就可以立即获得相关的信息。

NFC三种工作模式：
NFC标准为了和非接触式智能卡兼容，规定了一种灵活的网关系统，具体分为三种工作模式：点对点通信模式、读写器模式和NFC卡模拟模式。
点对点形式：
点对点模式，这种模式下两个NFC设备可以交换数据。例如多个具有NFC功能的数字相机、手机之间可以利用NFC技术进行无线互联，实现虚拟名片或数字相片等数据交换。 针对点对点形式来讲，其关键指的是把两个均具有NFC功能的设 备进行连接，从而使点和点之间的数据传输得以实现。经过把点对点形式作为前提，让具备NFC功能的手机与计算机等相关设备，真正达成点对点的无线连接与数据传输，并且在后续的关联应用中，不仅可为本地应用，同时也可为网络应用。因此，点对点形式的应用，对于不同设备间的迅速蓝牙连接，及其通信数据传输方面有着十分重要的作用。
读卡器模式：
读/写模式，这种模式下NFC设备作为非接触读写器使用。例如支持NFC的手机在与标签交互时扮演读写器的角色，开启NFC功能的手机可以读写支持NFC数据格式标准的标签。 读卡器模式的NFC通信作为非接触读卡器使用，可以从展览信息电子标签、电影海报、广告页面等读取相关信息。读卡器模式的NFC手机可以从TAG中采集数据资源，按照一定的应用需求完成信息处理功能，有些应用功能可以直接在本地完成，有些需要与TD-LTE 等移动通信网络结合完成。基于读卡器模式的NFC应用领域包括广告读取、车票读取、电影院门票销售等，比如电影海报后面贴有TAG标签，此时用户就可以携带一个支持NFC协议的手机获取电影信息，也可以连接购买电影票。读卡器NFC模式还可以支持公交车站点信息、旅游景点地图信息的获取，提高人们旅游交通的便捷性。
卡模拟形式：
模拟卡片模式，这种模式就是将具有NFC功能的设备模拟成一张标签或非接触卡，例如支持NFC的手机可以作为门禁卡、银行卡等而被读取。 卡模拟形式关键指的是把具有NFC功能的设备进行模拟，使之变成非接触卡的模式，比如，银行卡与门禁卡等。这种形式关键应用于商场或者交通等非接触性移动支付当中，在具体应用过程中，用户仅需把自身的手机或者其他有关的电子设备贴近读卡器，同时输入相应密码则可使交易达成。针对卡模拟形式中的卡片来讲，其关键是经过和非接触读卡器的RF域实行供电处理，这样即便NFC设备无电也同样可以继续开展工作。另外，针对卡模拟形式的应用，还可经过在具备NFC功能的相关设备中采集数据，进而把数据传输至对应处理系统中做出有关处理，并且，这种形式还可应用于禁系统与本地支付等各个方面。

NFC存在的问题：
（1）相容性问题：
目前不同厂家的NFC设备的兼容性问题还是比较突出的，这也是NFC论坛目前正在致力于解决的一个重点。其希望通过NFC标志认证来达到所有NFC设备兼容性的统一。
（2）安全性问题：
安全的NFC将各种NFC应用结合智慧卡的安全性。重要的机密资料与数据会一直储存在卡片中安全记忆体的某个区域，并且只能经由NFC装置授权，藉由储存在装置内安全记忆体中的私密金钥将传送资料予以加密。
（3）地域局限性：
NFC技术操作距离短，主要是建立设备之间点对点的数据传输，不像普通的无线传输那样需要建立大范围的传输网络，因此每个地区能够建立相对比较独立的业务系统和传输系统，而从现有的NFC业务现状来看也恰恰证明了这一点，比如：公交系统现有的模式就是各个城市都比较独立的业务系统，而城市与城市之间无法形成互通。
（4）行业局限性：
NFC业务准入门槛较低，各行业根据自身需要很容易建立起面向某种特定业务的NFC系统，并自行进行业务运营。而各行业之间缺乏这种统一遵守的行业标准，因此也存在互通性的问题。

3.WIFI

WIFI技术的概念：
WiFi是一种基于IEEE802.11系列协议标准实现的无线通信技术，该通信协议于1996年由澳洲的研究机构CSIRO提出，WiFi 凭借其独特的技术优势，被公认为是目前最为主流的WLAN技术标准。随着WiFi无线通信技术的不断优化和发展，当前主要有4种通信协议标准，即802.11g、802.11b、802.11n和802.11a，根据其不同的协议标准主要有两个工作频段，分别为2.4GHz和5.0GHz。

WIFI的特点：
（1）无线电波的覆盖范围广：基于蓝牙技术的电波覆盖范围非常小，半径大约只有50英尺左右?约合15米，而Wi-Fi的半径则可达300英尺左右，约合95米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。最近，由Vivato公司推出的一款新型交换机。据悉，该款产品能够把目前Wi-Fi无线网络300英尺，接近100米的通信距离扩大到4英里，约6.5公里。
（2）传输速度快：虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54mbps，(已经提升到300Mbps)符合个人和社会信息化的需求。
（3）厂商进入该领域的门槛比较低：厂商只要在机场、车站、咖啡店、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，并通过高速线路将因特网接入上述场所。这样，由于“热点”所发射出的电波可以达到距接入点半径数十米至100米的地方，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑或PDA拿到该区域内，即可高速接入因特网。也就是说，厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。
（4）Wi-Fi功耗更低：802.11n在功耗和管理方面进行了重大创新，不仅能够延长Wi-Fi智能手机的电池寿命，还可以嵌入到其它设备中，如医疗监控设备，楼宇控制系统，实时定位跟踪标签和消费电子产品。可以不断地监测和收集数据，可基于用户的身份和位置进行个性化。嵌入式Wi-Fi无线数据通信厂商首脑会议宣布的802.11a无线通信以各种插件形式提供，让设备使用不拥挤的5GHz波段，Gainspan提供的11b/g无线设备带有一个IP软件堆栈，电力消耗非常低，一块标准电池可以运行几年，Redpine Signals提供了一个单流嵌入到11n无线通信中。
（5）WiFi通信技术采用不同的通信标准表现不同的技术特点：
**IEEE802.11b:**支持最高11Mbps的传输速率；信号传输稳定不易受阻挡；覆盖范围较广；数据安全性较高；支持无负载平衡。
**IEEE802.11a:**支持最高54Mbps的传输速率；与802.11b/g标准不兼容；无线传输距离相对较近；直线范围内使用。
**IEEE802.11g：**支持最高54Mbps的传输速率；与802.11b标准完全兼容；与802.11a相比，无线传输距离相对较远；覆盖范围是802.11a的两倍。
**IEEE802.11n:**支持最高108Mbps的传输速率，且理论值达到600Mbps；覆盖范围大幅提升；与802.11a、802.11b、802.11g标准完全兼容。

二、三种近场通信技术未来发展前景及应用

1.蓝牙技术

蓝牙技术的发展前景：
1 普及蓝牙技术的认知与利用：
虽然在现阶段，蓝牙技术已经在实际的生活与工作中有了较多的应用，但是人们对于蓝牙技术并没有过多的认识，除了在手机蓝牙的传输功能与语音功能的应用外，对于无线打印机、无线会议等蓝牙应用没有足够的认识。因此，在未来的蓝牙技术发展中，应对蓝牙技术进行宣传，将成本低和技术先进的蓝牙技术推广在更广泛的应用平台中。
2 拓展蓝牙技术的应用领域：
蓝牙技术的应用领域要向广度发展。蓝牙技术的第一阶段是支持手机、PDA和笔记本电脑，接下来的发展方向要向着各行各业扩展，包括汽车、信息家电、航空、消费类电子、军用等。
3 与更多的操作系统之间兼容：
在计算机系统中，若要进一步提高蓝牙技术的应用，就要将蓝牙兼容技术与计算机操作系统同步发展，除了与Windows、xp和pc平台兼容外，还要跟进技术水平，例如在win8系统的计算机应用中建立支持性，提高蓝牙技术在计算机和相关工程中的应用。在兼容性的技术发展中，要不断的对电子产品的发展方向进行研究，在预见性的规划安排中，提高蓝牙技术的应用能力。
4 低成本发展，芯片小巧且价格下降
蓝牙技术中应用的芯片的成本较低，并且还在向着单芯片的方向发展，已经开发除了嵌入电池中的单芯片，蓝牙芯片将越来越小巧，价格越来越低。
5 加强合作开发趋势：
蓝牙技术的发展主要得益于通讯技术的支持，在未来的经济建设中，各行各业都需要在信息自动化的应用中提高生产水平，因此，要将蓝牙应用技术与多种行业建立合作形式。比如在汽车制造中，可以将蓝牙技术设计到汽车的智能化应用系统中，增加汽车的使用功能，通过无线数据的连接，将汽车、计算机、手机和人进行紧密的联系，通过手机等设备的简单操作就可以控制汽车运行系统等，如在手机中下载汽车的开关系统，一是保证了汽车的个人使用安全，二是在忘记开关车门时可以避免回到停车地点复查。

由于物联网的兴起，蓝牙技术获得了更广泛的应用。蓝牙技术主要是功耗低，成本低等特点被物联网解决方案提供商广泛使用。低功耗功耗蓝牙模块厂家都在不断地研发蓝牙方案，我们有道理相信，蓝牙技术的路会越走越远，越走越宽。

2.NFC

NFC未来应用分析：
其实现在已经出现了很多基于NFC的应用，如移动（电子）票务，移动/手机支付（前述的google wallet），数据共享。而在未来，尤其是方兴未艾的物联网和移动互联网则赋予了NFC技术更多的前景，比如：
各种电子标签识别：在物联网时代，任何物品都是数字化的，因此，很可能具有一个电子标签，这个电子标签可能就是一个RFID tag（类似取代现在的条形码，但成本高点，但高不了多少），只需要将NFC设备（如手机）靠近任何物品/商品。即可以通过网络获取物品的相关信息（对于 有些商品，可以直接将信息存储在电子标签里，但可能会增加成本）。
点对点付款：这和普通的手机支付不同，点对点付款是指两个人直接用NFC设备（如手机）进行交易，比如A要给B n元钱，直接两个人连上就可以完成转账。（但是这个需要极高的安全保障）。且因为政策和移动支付的流行，NFC想要实行在支付领域中广泛应用还需要一些机遇和发展。
各种身份识别：也许未来，可能做到，一个带NFC的手机就能作为身份的证明，各种场合的信息记录，如医院，也许以后病例直接能够写到NFC设备中。
NFC在安全方面也可能会有应用：因为近场通信技术持续性发展，其在安全性方面的重要性不断提高,在学术、工业等多个领域中研究人员均对近场通信技术实行了研究,同时获得了相应的成果。国外有研究从非接触性的Token、票据或微支付、配对三个应用场景分别对近场通信技术所存在的威胁进行了分析，其中包含数据劫持、破坏,修改、中间人攻击等现象,同时提出了关于安全通道、能量检测等防御体系,同时根据安全通道的措施提出了关于近场通信技术秘钥认证的管理机制。另外，还提出了关于近场通信技术的移动手机安全性测试方式，借助对近场通信子系统与接口卡通知软件的组件实行相应的测试,在发现了大量漏洞之后,发现其中的部分漏洞可以采取标签内容实现欺骗的目的，也就是在借助插入部分空白之后会导致用户被动打开钓鱼网站或APP,从而导致信息的泄漏,同时也可以制作关于近场通信蠕虫或构造畸形的NDEF数据包实现DoS攻击，这一种方式可以应用手工创造的方法实现测试，但是无法实现自动化,所以会存在较高的人力、物力资源耗费问题。
如果可以解决人力和资源的问题，那么NFC可能会被广泛应用于安全方面的测试。

此外，NFC技术的应用在世界范围内受到了广泛关注，国内外的电信运营商、手机厂商等不同角色纷纷开展应用试点，一些国际性协会组织也积极进行标准化制定工作。据业内相关机构预测基于近场通信技术的手机应用将会成为
移动增值业务的下一个杀手级应用。

3.WIFI

WIFI应用及发展前景：
WiFi技术凭借其无与伦比的技术优势，涉及到的领域越来越广泛，无论是在办公场所、机场、车站、商场、医院，还是在图书馆、酒店、餐馆等场所都会使用到W i F i。基WiFi技术，有线设备逐渐被无线设备所替代，智能家居迅速发展，传统的家电设备、灯光、开关及插座等都已经植入了WiFi模块，您只需要一部手机就可对智能家居进行远程控制.WiFi的应用并不局限于此，还能应用于智能教育、智慧医疗、物联网、车联网等环境。未来必将改变传统模式，从而轻松实现智能化、自动化和人性化。

随着通信技术以及互联网的快速发展，WIFi技术也在不断地进行完善，如何有效地提高效率，已经是人们关注的焦点。在未来的信息社会时代，人们的生活节奏越来越快，对WiFi的需求会越来越大，对WiFi的要求也会越来越高，因此，WiFi有着广阔的市场前景，WiFi将会不断吸收科技进步成果，弥补W i F i自身的缺陷与不足，将其优势最大限度的发挥出来，为人们的生活提供更加便捷的服务。

WIFI是5g的补充：
4G网络已经全面普及，5G作为第五代移动通信网络技术，将比4G网络的传输速度快数百倍，但是普及应用还需一段时间。WiFi与5G的应用场景不同，5G是一种广域网技术，它在室外的应用场景多，而WiFi主要用于室内环境，是5G移动网络的补充元素，在数据传输过程中发挥着重要的作用，
二者相互融合，高效运营，彼此协调。