Near Field Communication Smartphone verarbeitet Sensorsignal

Die Kommunikation mit NFC ist vor allem für die Produkt- und Geräteidentifikation sowie für Bezahlsysteme von Bedeutung und gilt als Weiterentwicklung von RFID. Weniger gebräuchlich ist bisher die NFC-Kommunikation mit Sensoren, die z.B. von einem Smartphone aus abgefragt werden können.

Klaus Dembowski, Institut für Mikrosystemtechnik, TU Hamburg-Harburg.

NFC (Near Field Communication) ist eine standardisierte Technik, ursprünglich 2002 von den Firmen Sony und Philips (jetzt NXP) definiert, für Anwendungen wie papierlose Tickets und Zugangskontrollen etwa für Gebäude oder auch für bargeldlose Zahlungen. NFC ar­beitet auf der Frequenz 13,56 MHz mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 424 kbit/s bei einer Reichweite von 10 cm. Vereinfacht gesagt kann NFC als Weiterentwicklung der RFID-Technik verstanden werden. Auf physikalischer Ebene ist zusätzlich ein aktiver Modus definiert, bei dem beide NFC-Schnittstellen ein magnetisches Feld generieren und somit ihre Rollen (Initiator, Target) wechseln können. Wichtiger ist die Erweiterung des Kommunikationsprotokolls um zusätzliche Funktionsebenen, wofür das NFC Forum verantwortlich zeichnet. Das ergänzte »NFC Data Exchange«-Format ist für die Identifizierung und den Datenaustausch zuständig.

Die übliche NFC-Betriebsart ist der passive Modus (Bild 1), der wie bei RFID auf ASK-Modulation basiert, sodass RFID und NFC kompatibel sind und Smartphones mit NFC-Schnittstelle die Daten von RFID-Tags lesen können. Das Smartphone kann demnach als RFID-Lesegerät fungieren, was für Anwendungen wie die Kommunikation mit Sensorsystemen herstellerspezifische Lesegeräte überflüssig machen kann.

Die ersten Smartphones mit NFC waren das »Nokia C7« und das »Samsung D500E«. Mittlerweile sind eine Vielzahl von Smartphones NFC-fähig und können damit unterschiedliche Funktionen ausführen, die letztlich von einer App bestimmt werden (z. B. NFC-Tools, NFC-Schnellverbindung, NFC-TagInfo, InstaWiFi).

Seit Version 4.0 (Ice Cream Sandwich) aus dem Jahr 2011 unterstützt auch Android NFC. Android Developer bietet einen recht komfortablen API-Guide mit ausführlichen Beschreibungen und Beispielcode für NFC. Die Apps finden ihre Unterstützung in den unter Android implementierten NFC-Betriebsarten. Der Reader/Writer-Modus ist für das Lesen und Schreiben von Tag-Daten zuständig, mit dem P2P-Modus lassen sich Daten von NFC-fähigen Geräten untereinander austauschen (Android Beam, virtuelle Visitenkarten), und im Card-Emulation-Modus gibt sich das Smartphone als NFC-(Kredit-)Karte aus, damit es mit den entsprechenden RFID-Lesegeräten kommunizieren kann.

Bei der Beschäftigung mit RFID- und NFC-Systemen stößt man zwangsläufig auf Standards. Laufend zitiert und auch am wichtigsten sind ISO/IEC 14443 sowie ISO/IEC 15693, die recht umfassende Beschreibungen enthalten (Physical, Interface, Initialization, Protocols). Hiervon leiten sich im Grunde genommen alle anderen Implementierungen wie NFC ab oder setzen hier auf. Dabei bildet ISO/IEC 14443 gewissermaßen die Basis, wie sie ursprünglich für RFID-Chipkarten entwickelt wurde. ISO/IEC 15693 geht da­rüber hinaus, erlaubt unterschiedlichste Transponderlösungen mit spezifizierten Datenraten und Maximalreichweiten und definiert zudem, wie Applikationen auf den Protokollstapel aufsetzen können. Hierfür sind 15 Kommandos festgeschrieben, die jedoch nicht alle implementiert werden müssen. Außerdem ist es zulässig, eigene Kommandos zu definieren.