Wie funktioniert NFC? Teil 2: Von ISO/IEC zu NFC

Im ersten Teil dieser Serie habe ich, die der NFC Technologie zu Grunde liegenden Standards beschrieben. Die kontaktlosen Übertragungstechniken wurden zunächst nur auf Plastik Smartcards angewendet. Im Jahr 2002 begannen Sony und Philips mit der Entwicklung eines gemeinsamen Standards für Handys und vereinbarten erste Spezifikationen. Im Jahre 2004 stieß Nokia hinzu und das NFC Forum wurde gegründet.

Eine wesentliche Idee von NFC ist, dass die strikte Trennung zwischen Interrogator (Lesegerät); auf der einen, und Transponder (Funketikett) auf der anderen Seite aufgehoben wird. Das Handy als Technologieträger, soll nun sowohl Lesegerät, als auch Transponder Funktionen übernehmen können. Zusätzlich wird mit Peer2Peer noch ein dritter Modus eingeführt.

Card Emulation, Reader/Writer und Peer2Peer Mode

Dabei prüft das Handy cyclisch welche Funktion es übernehmen muss:

1. Card Emulation Mode
   Die meiste Zeit, weit über 90%, befindet sich das Gerät in diesem Modus und wartet darauf, dass sich ein Lesegerät auf weniger als 10 cm annähert. Danach erfolgt eine Kopplung und das Smartphone wickelt die weitere Kommunikation in diesem Modus ab.
   Bei Mobile Payment zum Beispiel befindet sich das Smartphone im Card Emulation Modus.
2. Reader/Writer Mode
   Wenn kein Lesegerät in Reichweite ist, springt das Handy für die Dauer von Millisekunden in den Reader/Writer Mode und baut selber ein Feld auf, um zu erkunden, ob ein Tag in der Nähe ist. Falls ein Tag antwortet, wird der Betrieb in diesem Modus fortgesetzt. Ein Beispiel für den Reader/Writer Mode ist das Auslesen des neuen Personalausweises mit dem Smartphone.
3. Peer2Peer Mode
   Diese Modus ist neu hinzugekommen und koppelt zwei aktive NFC Geräte. In diesem Modus übernehmen beide Partner wechselseitig die Funktion des Lesers und Empfängers. Eine Anwendung ist beispielsweise ein Bluetooth Headset, das auch NFC unterstützt. Die Bluetooth Kopplung wird hier über eine NFC Kommunikation eingeleitet. Die Anwendungsfälle für diesen Modus sind aber noch sehr überschaubar.

NFC sollte zur Vereinheitlichung der Standards beitragen

Zusätzlich sollte NFC auch zur Vereinheitlichung der Standards ISO/IEC 14443 A/B, FeliCa und ISO/IEC 15963 beitragen. Davon war aber das erste NFC fähige Handy, das Nokia 6131 im Jahre 2006 noch weit entfernt.

Es dauerte mehrere Jahre und zwei weitere ISO/IEC Standards NFCIP-1 (ISO/IEC 18092) und NFCIP-2 (ISO/IEC 21481), bis man von einer einigermaßen Geräteübergreifenden Kompatibilität sprechen kann.

Streng genommen ist also NFC nur dann gegeben, wenn alle 3 oben beschriebenen Modi (Card Emulation, Reader/Writer und Peer2Peer) verfügbar sind.

Das NFC Forum spezifiziert 5 Transponder Typen

Trotzdem hat sich der Begriff NFC auch für alle Smartcards auf der Frequenz 13,56 MHz eingebürgert. Das NFC Forum hat weiterhin die Standardisierung der Transponder(hier Tags genannt) vorgenommen.

Für die einzelnen Tag Typen wird definiert, wie ein NFC Leser den Tag erkennt, mit ihm eine Verbindung aufbaut und dort Daten ausliest oder hinzufügt. Hierbei werden die folgenden 5 Tag Typen spezifiziert:

1. Tag Type 1
   Sehr einfacher Tag, mit einer Speicherkapazität von 456 Bytes und eine Datenübertragungsrate von 106 kbit/s. Produziert werden sie z.B. von Broadcom unter der Bezeichnung Topaz 512.
2. Tag Type 2
   Diese Typen haben Speicherkapazitäten bis 2kB und die Geschwindigkeit liegt ebenfalls bei 106 kbit/s. Die meisten einfachen Tags der NXP MIFARE Reihe entsprechen diesem Standard.
3. Tag Type 3
   Die Speicherkapazität liegt bei bis zu 9kB und die Übertragungsgeschwindigkeit geht bis 424 kbit/s. Der Standard basiert auf dem FeliCa Standard von Sony.
4. Tag Type 4
   Der Standard ist die Umsetzung von ISO/IEC 14443 mit einer Speicherkapazität von 32 kB und einer Übertragungsgeschwindigkeit von bis 424 kbit/s.
5. Tag Type 5
   Dieser neueste Tag Type dient der Integration der Vicinity Technologie nach ISO/IEC 15693.

Zusätzlich standardisiert das NFC Forum auch das Datenformat, mit dem diese Informationen auf den Tags gespeichert werden. Der Name für das Format ist NDEF (NFC Data Exchange Format). Das NDEF Formate werden dazu genutzt Daten wie URLs, Textdateien und digitale Visitenkarten zu speichern. Damit können eine oder mehrere so genannte NDEF-Records darauf gespeichert werden, wobei jede eine eigene Aufgabe haben kann.

Problemfall iPhone

Mit Erscheinen des iPhone 6, im Jahre 2014 hat Apple ebenfalls die NFC Technologie integriert. Allerdings bildet Apple hier nicht den vollen Funktionsumfang ab. Im Card Emulation Mode erlaubt Apple nur Anwendungen, die über einen von Apple integrierten Smartcard Prozessor (Embedded Secure Element) kommunizieren. Im Reader/Writer Mode wird nur das Auslesen von Tags mit Informationen im NDEF Format zugelassen. Das Beschreiben von Tags ist mit dem iPhone genauso wenig möglich, wie z.B. das Auslesen des neuen Personalausweises. Auch der Peer2Peer Mode wird nicht unterstützt, was eigentlich unverständlich ist, da hier interessante Interaktionen zwischen verschiedenen Geräten von Apple ermöglicht werden könnten.

Welche Anwendungen denn jetzt mit NFC funktionieren und wie der Ausblick für diese interessante Technologie ist, behandelt der nächste Teil.

Bildquellen:

Become an NFC Expert (In Less Than 10 Minutes), NFC Forum