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由于近距离无线通信(NFC)的应用,多半涉及个人稳私与财务安全,因此包括国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)与优力国际(UL)等认证机构,都已提出多种安全标准规范,让NFC应用开发商能准确评估安全性与功能性,确保产品品质。
随着芯片技术的革新,目前已经有厂商推出把蓝牙 (Bluetooth)、近距离无线通信(NFC)、无线区域网络(Wi-Fi)与调频(FM)通信整合在同一芯片内的四合一无线连结方案;蓝牙有着短距离的强大通信功能,Wi-Fi具备长距离的优势,FM适合室内中距离低频的设备连结,再加上保密性高的NFC,不但能使得设备间的通信接口整合变得容易,更让未来的消费性电子产品能够变得更轻薄短小,触发更多整合的无限可能。
短距离无线技术既竞争又合作
通信接口的发展,除了从有线走向无线外,也从室内走向室外。过去业者抢攻办公室与家用的xDSL、光纤与缆线数据机(Cable Modem)的盛况,在行动网络爆发后,似乎已变成明日黄花,越来越多的使用者在家里或办公室不再使用有线的网络,而转由各式各样的短距离无线通信接口做为沟通的媒介。
以PC周边应用为例,无线鼠标与键盘早就不是新闻,尽管通用串行总线(USB)经过10多年的努力,传输速率从USB 1.0的2Mbit/s升级到USB 3.0 5Gbit/s,即号称1分钟内可以把一部高画质(HD)电影传输完毕,传输速率大幅领先串列式先进附加技术(SATA);但目前市面上已开始量产透过 Wi-Fi接口传输的硬碟,虽然传输效率低一些,但无线的便利性仍具优势。
另外,高画质多媒体接口(HDMI)的数字信号传输在取代D-Sub不久,2013年就有Wi-Fi电视问世,及采用蓝牙或Wi-Fi传输的投影机问世。
无线设备间的通信,原本只在于FM、红外线与蓝牙的区域内竞争。红外线的功率低,但距离短;FM的距离长但是数字化信号不佳;蓝牙可传递数字信号,但距离短,耗电量大。原本这些通信接口在各领域间相互竞争,随着手机功能多样化需求,这些接口皆成为标准内建接口,而NFC是最晚加入手机的通信接口,也代表所有的通信接口目前是在手机上和平共存的型态,从先前的竞争逐渐转变成既竞争又合作的巧妙情况(图1)。
图1 无线通信技术传输距离与速率一览
电磁辐射信号易互扰 多重技术整合考验重重
将各种设备整合,并不是新鲜事,但是无线设备的整合,并不是加装连接器槽或是转接卡就能够轻松解决的事情,原因在于无线设备的信号是透过电磁辐射与天线发射及接收。除此以外,每一种接口就是一种通信协定,也就是一种调变(Modulation)与解调变(De-Modulation)的过程。电磁辐射信号容易互相干扰,受过干扰后的信号,就像是一锅热汤,无法还原原本的材料,不受管制的信号混合后,甚至可能产生对某些设备有意义的信号,因而干扰到不同设备的运作情形。
在2009年,美国就有一则关于手机信号干扰热烤箱运作的实例,当手机铃声响起,烤箱开关也受到信号启动,直接将烤箱火力开至最大,导致使用上过热或起火的危险,最后烤箱制造商必须全面回收。因此无线通信接口的选用与设计,除了会影响到市场外,对于系统的选用与配合材料的选择都是关键。
将通信接口整合在芯片内,主要的困扰并不在于干扰问题,而是在要选择哪些接口进行整合,才是最有效的利用。因为无用的信号处理芯片并没有办法转做其他用途使用。无用的通信管道,除了会浪费芯片的功用外,也会浪费周边的配合设备,如电路板线路、接收器与发射器等,在寸土必争的便携式设备上,绝对是不能接受的问题。目前较为热门的几大应用,仍然聚集在下列几种领域:
.FM通信
除了电信广播接收外,FM也是鼠标、键盘、耳机、简报器等廉价设备的无线通信接口,传输距离可达数10公尺,比蓝牙长,功率较低,虽然比较容易受到干扰,但是信号完整性要求较低,设备也没有授权使用费的成本考量。
.蓝牙
目前蓝牙已经发展到4.0版本,除耗能降低外,传输范围也增加到60公尺,并支援一对多的操作模式。但是授权费用高、耗电与认证模式复杂,仍然是蓝牙普及的障碍。
.Wi-Fi
藉由IEEE的大力推动与公共热点的设立,Wi-Fi已成为智能手持设备必备的通信接口之一,尤其大量网络数据传输的价格与网络语音服务(VoIP)等语音通信已臻成熟,越来越多的年轻人采用能在手机上使用的免费VoIP应用软体如LINE或Skype等,做为取代3G/3.5G通信的媒介。声音品质更好、功率更低、免费与无时间限制等优点,均让Wi-Fi的需求更为殷切。
.NFC
因应手机的存储器容量越来越大,存储器也越来越便宜,64GB存储器的手机已被越来越多的人做为随身碟使用,交换数据也属于必要的功能。以往藉由网络硬碟传输,虽然有随处可用的方便性,但是网络硬碟的大小、收费性与传输速度都有限制,如果能透过NFC的身分辨识与数据传输功能,就可以安全而快速地传输数据。
确保通信安全 NFC验证多管齐下
如前所述,无线网络的通信,最困难的挑战在于干扰,最大的问题就是安全,不只在于网络安全,同时也关系到实体安全。因此目前验证难度最高的产品,其实都是网通产品。举例来说,做为未来智能电网(Smart Grid)枢纽的智能电表(Smart Meter),不过小小一颗,国际电气委员会(IEC)就定义了超过五十本标准为智能电表相关的认证标准,涵盖基本功能、准确性、安全性与各种通信接口格式的认证方法,同时也定义数据保全能力的标准(表1)。
至于防止数据窜改、窃取或复制的标准,则还在定义中,因电表的数据除了会影响收费外,电表的使用还可能透露住户的行为,因此电表若遭侵入,甚至有可能造成电网的崩溃而造成国家的危险。
即使如手机等民生设备,由于内建的NFC可做为身分鉴别的媒介,业者开始引用为小额付款的机制,因此NFC的认证已被视同为金融交易的等级,必须进行数据安全性的评估。
除此以外,NFC本身是一种实体化的产品架构,是一种芯片产品,并不只是一种单纯的通信协定与程式代码而已,所以不是单独的软体验证就能搞定,其测试评估的范围必须涵盖产品受电磁干扰、热气、湿气时的安全性与功能性等。
目前知名的认证标准如技术规范ISO/IEC 14443 A&B,后台资讯交换系统ISO/IEC 21481、15693、18092、7816,单元接口的相容性(互通性)测试标准,以及整套系统的可程式电子元件(如微处理器、微电子)软体安全性标准UL 1998、IEC 61508、ISO/IEC 27001等标准,都是NFC业者必须面临的挑战。
技术持续整合 产品创意无限
除了原本的通信功能外,无线通信功能也悄悄地渗入无线传输电力的领域。无线电力联盟(WPC)采用20k-105kHz范围、不同频率与模式的通信波,做为行动设备间的启动信号与模式识别信号。NFC在以三星(Samsung)为主导的A4WP联盟中,也将NFC用做无线传输电力的通信接口之一。其实,NFC也具备场内电力采集(Field Power Harvesting)能力,即使电池的电力耗尽,仍可继续进行近距离无线通信,未来甚至也有做为无线传输电力的潜力。透过新技术的发展与整合,无限的无线商机才正要起飞,但是唯有具备安全与认证,才能飞的又高又稳。 |
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