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RFID手机智能卡的研究

来源:中电网




手机RFID技术将RFID芯片内置在手机或手机智能卡(SIM/UIM)中,实现手机功能与RFID功能的集成,用户可刷手机实现金融服务、购物消费、乘车服务、身份认证等诸多应用。由于完全基于手机的RFID技术得不到电信运营商的支持,本文将主要针对集成了RFID射频功能的手机智能卡 (以下称手机RFID智能卡)的实现方案、应用现状、存在的问题以及发展趋势进行研究。



1.手机RFID智能卡主流解决方案


目前国内外主流手机RFID智能卡解决方案按照工作频率可分为两大类,即13.56MHz方案和2.4GHz方案。其中13.56MHz方案又可分为eNFC方案、双界面卡自带天线方案、双界面卡手机定制方案。以下对4种手机RFID智能卡解决方案分别进行说明。



1.1 eNFC方案



eNFC方案将RF射频天线及射频通信控制功能集成在手机终端,将RFID数据存储及数据处理功能放在手机智能卡,卡与手机之间通过SWP协议通信,实现RFID与手机的集成。



eNFC方案被3GPP定为国际标准,技术完善。采用行业普遍应用的13.56Mhz频率通信,方便合作类业务的改造实施。但eNFC方案必须更换手机和智能卡,成本较高;且目前支持的手机终端和智能卡产品较少,产业链不够成熟。另外,eNFC的专利集中在国外厂商雅斯拓和恩智浦手中,在国内规模应用eNFC方案可能遭遇专利尴尬。



1.2 双界面卡手机定制方案



双界面卡手机定制方案在手机智能卡上集成RFID处理芯片,将RFID线圈集成在手机终端上,RFID智能卡通过C4、C8引脚与手机终端的线圈相连,实现近距离通信。此方案采用行业普遍应用的13.56Mhz频率通信,方便合作类业务的改造实施。终端改造仅需实现天线与手机的集成,改造较简单,成本较低。天线集成到终端,提高了刷卡稳定性。缺点是占用了C4,C8触点,和国际标准应用中的大容量卡应用冲突,并且仍然需要对手机终端进行定制。



1.3 双界面卡自带天线方案



本方案在手机智能卡上集成RFID处理芯片,并从智能卡引出RFID线圈进行近距离通信。双界面卡自带天线方案采用在行业普遍应用的 13.56Mhz频率通信,且不需要更换手机,业务实施方便快速。但由于UIM卡带了较大的RFID线圈,用户安装使用不方便,较容易损坏,刷卡稳定性稍差,使用感知较差。同时,也占用了C4,C8触点,和国际标准应用中的大容量卡应用冲突。



1.4 2.4G全卡方案



2.4G全卡方案基于蓝牙通信技术,将蓝牙RF射频芯片集成到手机智能卡中,通过距离控制算法等技术进行现场通信,不需要带天线,也不需要更换手机即可实现手机RFID刷卡功能,业务实施方便快速。2.4G全卡方案除了实现现场刷卡功能外,还可根据业务需要实现中距离刷卡应用以及读卡器应用。但由于2.4G频段与国内外金融、交通现场支付标准不兼容,对于合作类应用需要新布POS机具,合作难度大,机具改造成本较高。




2. 手机RFID智能卡行业应用现状



在国际上,主要以eNFC为标准,但由于需求不旺盛,支持eNFC的手机终端很少,使用eNFC方案进行手机现场刷卡的商用案例很少。日韩手机现场刷卡应用多,但由于其移动终端采用机卡合一模式,不属于手机RFID智能卡应用模式。



3.手机RFID智能卡存在的问题



从2009年开始,借助与手机支付以及移动电子商务的热潮,国内涌现了诸多模式的手机RFID智能卡种类,其中双界面卡方案以及2.4G全卡方案都在手机RFID智能卡解决方案上进行了创新和发展,并拥有一定的自主专利,可以说国内在手机RFID智能卡领域的研究与应用已经处于国际前沿,但是由于行业刚刚启动,还存在不少问题。主要表现在:



3.1 标准不统一



标准不统一首先表现在工作频率不统一,目前,主流的射频工作频率有13.56MHz和 2.4GHz两个射频工作频率, 13.56MHz频率目前在非手机RFID领域被诸多行业广泛的使用,但手机RFID智能卡如果采用13.56MHz频率,必须解决大天线问题。天线由卡片自带,用户感知较差、稳定性差;天线置于手机终端,则必须对手机终端进行定制,开发周期长,短期难以规模商用。2.4GH在频率由于是超高频,穿透性好,不需要大天线,可以完全在一张智能卡内集成RFID功能,由于不需要手机终端配合,用户感知好,具备快速规模推广的条件。工作频率之争由来已久,工作频率的选择直接影响业务模式、商务模式和产业链合作关系,该问题非常复杂。



标准不统一还表现在接口与协议不统一,手机RFID应用包括了卡片与终端(手机终端与POS终端)域、通信网络域、交易处理域等多个领域,各领域之间目前没有统一的接口定义和交互协议标准,导致各机构开发的手机RFID智能卡产品,即使在相同的工作频率范围,也不能互通。以卡片与终端域为例,目前卡片与终端的交易流程和指令标准化程度不高,卡片与终端射频通信的功率、频偏、场强等指标没有进行严格约定,导致了卡片可能在不同的终端上不能被识别,或者刷卡不稳定。



3.2 多应用承载困难




和普通手机智能卡相比,RFID智能卡内需加载通信应用、金融应用、校企应用、市政应用、行业卡应用等多方应用。一卡承载多应用,目前还需要完善以下问题,包括:(1)对卡内的多类应用进行规划和管理,保障应用的灵活加载和平滑升级。( 2)在多应用之间建立安全域上的相互隔离,保证应用之间互不影响。(3)大容量支持,目前RFID智能卡容量小,难以满足各种应用加载的需求。



3.3 手机与智能卡之间通信速率低



国内主流应用的手机RFID智能卡(包括双界面卡和2.4G卡),手机和智能卡之间的空中交易数据主要通过数据短信的方式进行。受限于数据短信的速率,无法满足大数据量的应用动态加载及大容量文件更新,也直接制约了基于RFID智能卡的手机终端应用程序的开发,而只能以UTK 菜单的方式实现简单的应用。



3.4 安全性有待进一步提高



手机RFID智能卡目前可以实现DES/3DES、RSA等算法,其芯片也通常能通过ELA4+或ELA5+安全芯片认证,可以满足一般的小额交易安全认证的需求。但对于大额金融交易,敏感身份识别等高安全性应用,现有的手机RFID智能卡还难以支持。






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