Prototyper för NFC implementeringar

Prototyper för NFC implementeringar

Prototypes for NFC implementations

Arban Sefedini & Samir Daniel Al-Ashraf

VT 2010

Examensarbete inom Data-telekommunikationsteknik (15hp)

Högskoleingenjörsprogram i Data- och telekommunikationsteknik (180hp)

Examinator: Bengt Nilsson

Handledare: Ivan Kruzela

Sammanfattning

Near Field Communication (NFC) är en trådlös kommunikationsteknik för korta avstånd, vanligast med cirka 10 cm vilket medför en säkrare förbindelse. NFC är en relativt ung teknologi som är billig att implementera samt användarvänlig. NFC är lämpad främst för mobiltelefoner där en bred implementering av applikationer är möjlig. Tekniken medför snabbare och enklare utbyte av information genom att ställa enheter sida vid sida. I dagsläget används tekniken mest i Asien. I Europa har ingen stor satsning påbörjats än, men den är på väg. I framtiden förväntas det att NFC kommer att finnas i de flesta mobiltelefoner.

Denna uppsats behandlar praktisk implementering av en ”verktygslåda” med NFC teknologi. Målet är att skapa en ”verktygslåda” med olika komponenter. ”verktygslådan” är tänkt att användas som grundskelett för implementering av NFC applikationer och för experiment med de olika komponenterna. Hårdvarukomponenterna består av mobiltelefon, tagg, RFID läsarmodul och mikroprocessor. Programvarukomponenterna består av ett antal kodexempel.

Vårt arbete har resulterat i tre prototyper som tillsammans utgör ”verktygslådan”. I prototyperna sker kommunikation mellan en kombination av komponenter i ”verktygslådan”: mobiltelefon och tagg, läsare och tagg samt läsare och mobiltelefon.

Abstract

Prototypes for NFC implementations

Near Field Communication (NFC) is a contactless short distance (approximately 10 centimeters) communication technology, which conveys a more secure connection. NFC is a relatively young technology which is cheap to implement, and user-friendly. NFC is directed to mainly cellphones, where opportunities for implementation of applications are wide. The technology conveys a faster and easier exchange of information, by putting units side by side. At present, the technology is used mostly in Asia. In Europe, no major effort has begun yet, but is expected to. NFC is expected to exist in a majority of cellphones, in the future.

This essay treats practical implementation of a “toolbox” with the NFC technology. The goal was to make a “toolbox” with different components. The “toolbox” is intended as a base for implementing NFC applications and for experimenting with the different components. The hardware components are: cellphone, a tag, a RFID module and a microprocessor. The program components consist of a number of code examples.

Our work has resulted in three prototypes which together constitute a “toolbox”. The prototypes communicate between any combinations of the components in the “toolbox”: cellphone with tag, reader with tag and reader with cellphone.

Innehållsförteckning

Sammanfattning ... 2

Abstract ... 3

Prototypes for NFC implementations ... 3

Förkortningar ... 5 1 Inledning ... 6 1.1 Allmänt ... 6 1.1.1 Varför NFC ... 6 1.1.2 Grundteknik bakom NFC ... 6 1.1.3 Introduktion till NFC ... 7 1.2 Bakgrund ... 8 1.3 Syftet ... 8 1.4 Metoden ... 8 1.5 Disposition ... 9 2 NFC applikationer ... 10 2.1 Existerande applikationer ... 10 2.1.1 Hotellbranschen. ... 10 2.1.2 Hemtjänst ... 11 2.1.3 Biljettsystem ... 12 2.1.4 Betalsystem ... 14

2.2 Egna förslag på applikationer ... 16

2.2.1 Handtagssystem ... 16

2.2.2 Schemasystem ... 17

2.2.3 Rabattsystem ... 17

2.2.4 Sjukvårdsidentifieringssystem ... 18

3 Modeller för prototyper ... 19

3.1 Modell 1 - NFC mobiltelefon och tagg ... 19

3.2 Modell 2 - läsare och tagg ... 20

3.3 Modell 3 - läsare och mobiltelefon ... 21

4 Hårdvarukomponenter ... 22 4.1 Mobiltelefon ... 22 4.1.1 Nokia 6212 Classic ... 22 4.1.2 NFC SIM-kort ... 24 4.1.3 NFC SD-kort: ... 25 4.2 Tagg ... 26 4.2.1 NFC taggtyp definitioner ... 26 4.2.2 MIFARE ... 27 4.3 Läsarmodul ... 29 4.4 Mikroprocessor ... 30

5 Prototyperna enligt modellerna ... 31

5.1 Prototyp 1 - NFC mobiltelefon och tagg ... 31

5.2 Prototyp 2 - läsare och tagg ... 33

5.3 Prototyp 3 - läsare och mobiltelefon ... 36

6 Verktygslåda ... 38

7 Slutsatser ... 39

7.1 Allmänt ... 39

7.2 Förslag till vidareutveckling ... 39

8 Referenser ... 40 9 Figurlistan ... 44 Bilagor-Innehållsförteckning ... 45 Bilaga-1 RFID ... 49 Bilaga-2 ISO14443 ... 55 Bilaga-3 NFC ... 62

Förkortningar

Förkortning Klartext

A

APDU

Application data unit

D

E

EEPROM

Electrically Erasable

Programmable Read-Only

Memory

EPC

Electronic Product Code

EPCglobal

Inc

En standard organisation

ETSI

European

Telecommunications

Standards Institute

ETSI SCP

standard för smarta kort

F

G

GSM

Global system för mobil

kommunikation

GSMA

GSM association. För

standardisering av mobil

kommmunkation

H

HF

High Frequency

I

I2C bus

Inter-Integrated Circuit bus

ISO14443

Protokoll för kontaktlösa

kort

K

L

LF

Low Frequency

LLCP

Logical Link Control

Protocol

LPC2148

ARM7 mikroprocessor från

NXP

LSB

Least Significant Bit

M

MAC adress

Unik ID för en enhet

Förkortning Klartext

N

NDEF

NFC Data Exchange Format

NFC

Near Field Communication

NFCIP

Near Field Communication

Interface Protocoll

O

OTA

Over The Air

P

PCD

proximity coupling device

(or reader)

PICC

Proximity Integrated Circuit

Cards

R

RFID

Radio Frequency

Identification

RGB

Red, Green, Blue

S

Secure

Element (SE)

En säker minnes plats

Series 40

Nokia

-6212 NFC

SDK

Utvecklings verktyg för

Nokia 6212 Classic

applikationer

SIM kort

Subscriber Identity Module

SMS

Text meddelande i

mobiltelefoner

SD kort

Secure digital (minne)

SRAM

Static RAM

T

Tagg

Kontaktlös smart kort

U

UID

Unika ID

URI

Uniform Resource Identifier

för identifiera/namnge en

resurs

URL

Uniform Resource Locator

eller webbadress

V, W

1

Inledning

Denna uppsats beskriver ett examensarbete där en ”verktygslåda” för utveckling av applikationer och experiment med NFC teknologin skapades. Det här avsnittet ger bland annat en översiktlig beskrivning av NFC teknologin.

1.1

Allmänt

Naturlig interaktion mellan människa och teknik är en av de största utmaningarna för en effektiv användning av information och kommunikationsteknik, dessutom har vårt sätt att genomföra detta samspel en stor inverkan på hur användarna upplever interaktionen, metoderna och tekniken i hela processen vid användning av en tjänst.

1.1.1

Varför NFC

NFC tekniken är intressant ur den aspekten att vardagligt bruk för mobiltelefoner kan utökas. Till exempel kan mobiltelefonerna användas som ett betalsystem. En annan intressant aspekt med NFC är paradigmen ”röra och vifta” med mobiltelefonen, detta öppnar ett nytt sätt för människor att interagera med sin omgivning. Ett exempel på detta är prototypen skapad av (Seewoonaouth.K m.fl. 2009) där mobiltelefonen används för att interagera med en skärm. Andra sådana interaktioner kan ske med reklamaffischer, betalpunkter och med mera. Med detta nya paradigm uppstår problemet att användare inte vet vart de ska ”röra och vifta” enligt, (Broll.G m.fl. 2009) som har gjort en studie av olika metoder för att snabbast och enklast lära ut och vägleda vid användningen av paradigmen.

Enligt (ABI Research, 2006) kommer det att finnas 450 miljoner mobiltelefoner med NFC [36]. I Asien används mobiltelefonen redan som ett betalsystem. Europa har ännu inte kommit lika långt inom NFC tekniken som i Asien.

1.1.2

Grundteknik bakom NFC

Radio Frequency Identification (RFID), är en teknik som används för att lagra och läsa information på avstånd med hjälp av radiovågor. Tekniken publicerades för allmänheten på 70-talet då Mario W. Cardullo påstår sig ha fått den första Amerikanska patentet, den 23 januari 1973 för en aktiv RFID-tagg med återskrivbart minne. Samma år fick Charles Walton, en kalifornisk entreprenör, patent för en passiv transponder som används för att låsa upp en dörr utan nyckel.

Men det påstås att rötterna till RFID teknik kan spåras tillbaka till andra världskriget då utvecklade Britterna den första aktiva identifieringen av flygplan.

Därefter fortsatte framsteg inom radar och kommunikationssystem RF-system under 1950 och 1960 då företag började kommersialisera stöldskyddssystem som använder radiovågor för att avgöra om ett objekt hade betalats eller inte med hjälp av en såkallad tagg. Taggen hade 1-bit, Den biten är antingen på eller av. Om taggen är aktiv så kommer läsaren vid dörren upptäcka taggen och aktivera ett larm [30]. Den tekniken används fortfarande i dag, bland annat i förpackningar och stora köpcentrer. Under dem senaste åren har RFID teknologin börjat användas i flera olika sammanhang. Detta kommer att beröra oss som medborgare, hushållsinköpare, arbetstagare, vårdpatienter, resenärer och

trafikanter på många olika sätt exempelviss genom implementering av E-pass, identitetshandlingar, tillgångsaccess, handel, logistik, distribution och med mera. Listan blir allt längre och innefattar allt fler vardagsmoment [31].

1.1.3

Introduktion till NFC

NFC bygger på RFID teknologin med frekvensen 13.56 MHz. NFC är framtagen av NXP i samarbete med SONY år 2002 [32]. Räckvidden för NFC brukar vara cirka 10 cm men enligt (Paus 2007) är tekniken designad för kommunikation upp till 20 cm [35] [40]. Det korta avståndet medför stora säkerhetsfördelar [38]. Men enligt (SAARISALO.M, VIITANIEMI.P.K, 2006) medför det korta avståndet även nackdelar, nämligen att det sker ”trafikstockning” då många användare vill åt information från samma källa samtidigt [37].

NFC gränssnittet definieras i standarden NFCIP-1 (se Bilaga 3 för mer information). Det unika med NFC standarden till skillnad från andra radiofrekvens standard är att NFC enheter kan anta olika modes [33].

• Läsa/skriva: I denna mod kan NFC enheter läsa taggar som är kompatibla med NFC forums bestämmelse. För detta används ISO/IEC 14443 (se Bilaga 2 för mer information) och FeliCia.

• P2P: I denna mod kan NFC enheter växla data som till exempel dela parametrar för att ansluta en Bluetooth kommunikation. ISO/IEC 18092 (se NFCIP-1 i bilaga 3) standard används för detta.

• Tagg/Kort Emulering: I denna mod fungerar NFC enheten som en trådlös tagg/smartkort. På detta sätt ska det bland annat gå att betala på samma sätt som med dagens bankkort.

NFCIP-2 (se i Bilaga 3 för mer information) definierar mekanismen för att välja rätt protokoll för respektive mode.

I dagsläget erbjuder NFC forum 12 specifikationer [34]:

• NFC Data Exchange Format (NDEF) som definierar data format för överföring mellan NFC enheter.

• Record Type Definition (RTD) som är regler för att skapa innehåll i NDEF meddelanden med samma standard. RTD används i NDEF för att beskriva vilken typ av information som finns i datan (i.e. URI, MIME osv. ).

• Fyra RTD typer (Text, URI, Smart Poster och Generic Control).

• Handover som är till för att lämna över kommunikationen till en annan radiofrekvens till exempel från NFC till Bluetooth.

• Specifikation för fyra typer av taggar.

1.2

Bakgrund

Under det tredje och sista året under vår utbildning har vi läst om inbyggda system. Inbyggda system har varit en av inspirationskällorna till vårt val av ämne till examensarbetet. Vi tittade närmare på NFC teknologin. Denna teknologi som nämns innan i uppsatsen och i bilagor har en stor potential inom trådlös kommunikation och erbjuder olika möjligheter såsom paradigmen ”rör och vifta”. Vilket vi tyckte lät intressant och därför bestämde vi oss för att använda våra kunskaper inom inbyggda system för att få en praktisk inblick inom NFC teknologin.

1.3

Syftet

Syftet med examensarbetet är att skapa en anpassningsbar ”verktygslåda”. ”verktygslådan” skall fungera som ett grundskelett bestående av:

• hårdvarukomponenterna: mobiltelefon, RFID-tag, RFID läsaremodul och mikroprocessor. • programvarukomponenterna som är ett antal kodexempel.

Med ”verktygslådan” skall utvecklare kunna genomföra egna applikationer, eller öka sina praktiska kunskaper inom NFC tekniken.

Denna uppsats är även tänkt att ge vägledning för att kunna göra en egen ”verktygslåda” med hjälp av de utmaningar, lösningar och funderingar som tas upp i uppsatsen.

1.4

Metoden

Eftersom vi ville göra ett praktiskt arbete med ett inbyggt system var det viktigt att ta reda på vilka möjligheter som finns för detta. Arbetet inleddes med en förundersökning om NFC teknologin och vilka möjligheter som finns och vilken hårdvara som är tillgänglig. I förundersökningen har vi börjat med att samla in sekundärdata (hemsidor, vetenskapliga artiklar, böcker) om NFC för att lära oss teknologin och dess möjligheter. Även en undersökning av marknaden för hårdvara har utförts via nätet.

Utifrån förundersökningen formulerade vi fyra tänkbara applikationer som är beskrivna i avsnitt 2. Dessa använde vi som vägledning för arbetet. Genom det kom vi fram till tre prototypmodeller som utgör en sammanslagen ”verktygslåda”. ”verktygslådan” består av prototyper där implementering av både hårdvara och mjukvara skall ingå.

Därefter har vi börjat med att implementera modellerna för prototyper där vi mest har använt oss av dokument från tillverkare av komponenterna som vi köpte in. Vi jobbade parallellt med prototyperna för att komma fram snabbare. Funktionalitet implementerades steg för steg där de nödvändigaste funktionerna implementerades först. Vårt mål var att fullborda prototyperna enligt de krav vi satt. Slutligen har vi gått vidare med att skriva uppsatsen där vi har använt oss av kunskaper vi samlat på oss under arbetet med prototyperna. Uppsatsen har strukturen:

Djupare insamling av sekundärdata har utförts för att få en starkare grund om NFC tekniken och för att kunna ge en bättre teoretisk beskrivning av de delar av NFC tekniken som kändes mest relevant för vårt arbete med ”verktygslådan”. De mer tekniskt teoretiska delarna har vi lagt som bilagor.

1.5

Disposition

Uppsatsen är disponerad på följande sätt:

Kapitel 2 beskriver några NFC applikationer som existerar samt några egna förslag på applikationer vilka skulle kunna implementeras med ”verktygslådan” som vi har tagit fram.

I kapitel 3 presenteras tre modeller för prototyper.

I kapitel 4 beskrivs komponenter som behövs för ”verktygslådan” samt vilka vi har valt och hur vi har kommit fram till våra val.

Framtagna prototyper som skall ingå i ”verktygslådan” beskrivs i kapitel 5.

Kapitel 6 illustrerar sammanslagningen av prototyper i form av en ”verktygslåda” och alternativa applikationer som kan kopplas till.

Avslutningsvis dras en slutsats i kapitel 7 där även rekommendationer för vidare utveckling tas upp. För en fördjupad läsning om de olika delar av NFC tekniken som förekommer i texten, se bilagor. I bilagorna kan läsaren hitta mer omfattande information om RFID, ISO14443, NFC, Series 40 Nokia 6212 NFC SDK och kodexempel.

2

NFC applikationer

I detta kapitel presenteras fyra existerande applikationer samt fyra egna applikationsförslag som kan utvecklas och testas med hjälp av verktygslådan.

2.1

Existerande applikationer

Detta avsnitt tar upp fyra existerande applikationer med NFC.

2.1.1

Hotellbranschen.

I Frankrike och Sverige har företaget Assa Abloys1 implementerat nyckelsystem utvecklat av Vingcard2 [1] för hotell. Den bygger på att gästerna med en NFC - mobiltelefon kan ta emot bokningsbekräftelsen med rumsnummer och en krypterad rumsnyckel via SMS före ankomsten. Detta gör så att telefonen uppträder som ett nyckelkort med precis den kod som passar till det aktuella rummet. Denna funktion utnyttjar emuleringstjänsten som NFC- mobilen har. På så vis slipper kunden att checka in i receptionen och hotellpersonalen undviker belastning vid ankomsten av stora grupper av hotellgäster, se Figur 2.1 för illustrering [2].

Figur 2.1 Mobil som nyckel [1].

1 _{Världsledande inom lås och dörrlösningar som uppfyller krav på trygghet, säkerhet och bekvämlighet för} slutanvändaren.

2 _{VingCard Elsafe dotterbolag till Assa Abloys. Specialiserat på elektroniska säkerhetslösningar för hotell och} restaurantnäring.

2.1.2

Hemtjänst

Det holländska företaget Nedap NV Healtcare [3] är vinnaren av den bästa NFC applikationen utvecklad för hemtjänsten år 2007 och heter iO TouchPro [4]. Den används redan av cirka 6000 anställda. Varje gång en medarbetare kommer fram till patienten hålls telefonen fram mot hans eller hennes patientkort, det vill säga taggen som innehåller information om patienten, och informationen visas på telefonens display. Därefter skickas informationen till hemtjänstens databas om att besöket ägt rum, inklusive vilka eventuella behov som finns, till exempel medicinering [5]. Figur 2.2 illustrerar detta.

2.1.3

Biljettsystem

”Touch and travel” heter konceptet i Tyskland, ett NFC projekt som sker under ledning av den tyska statsjärnvägen, Deutsche Bahn(DB) [6]. Den bygger på att stationerna utrustats med avläsningspunkter (taggar) på lämpliga ställen på perrongen. På den station där resan påbörjas viftar passageraren med sin telefon framför en avläsningspunkt. Därmed registrerar systemet var resan påbörjas. Biljetten lagras på telefonens SIM-kort som visas i Figur 2.3.

Figur 2.3 Biljettköp vid resans start [6].

Ombord på tåget kontrollerar konduktören att biljett finns genom att hålla fram en trådlös avläsare mot passagerarens mobiltelefon se Figur 2.4.

Vid slutstationen som Figur 2.5 illustrerar, hålls telefonen mot avläsningspunkten på perrongen och därmed vid resans slutpunkt beräknas biljettpriset som registreras i systemet.

Figur 2.5 Registrering av resanslut [6].

En gång i månaden skickas en faktura ut på samtliga genomförda resor så som Figur 2.6 visar.

Figur 2.6 Fakturering av genomförda resor [7].

Vid avläsningsplatserna kan kunden erhålla tidtabeller, resealternativ och historik och se det på mobiltelefonens display [7].

2.1.4

Betalsystem

En av de största fördelarna med NFC är att den kan simulera ett smartkort och den är bakåtkompatibel med olika smartkortsstandarder se Figur 2.7. Att använda NFC för betalning och biljetthantering har ansetts vara de viktigaste NFC applikationerna. Mobilbetalning som begrepp definieras på följande sätt:

Användning av en mobilenhet för att utföra betalningstransaktioner där pengar överförs från betalaren till mottagaren via en mellanhand, såsom en finansiell institution, eller direkt utan mellanhand.

Figur 2.7 Betalning med mobiltelefon [8].

Pay-Buy-Mobile-projektet (PBM) är ett globalt samarbete mellan 52 teleoperatörer som tillsammans har över 1,7 miljarder kunder. Tekniken som ligger till grund för detta projekt bygger på NFC. Användaren håller fram telefonen nära en kortterminal som registrerar transaktionen. Fördelen med teleoperatörens inblandning är att kostnaden kan bli så låg som några ören per betalning. Lanseringen av tjänsten var tänkt att äga rum 2009 men på grund av terminaltillverkare och till viss del telefontillverkare, har den blivit försenad [8].

Många studier och forskningsprojekt har under de senaste åren tagit upp frågan om hur tekniken kan appliceras på bästa möjliga sätt, där bland annat frågor som rör säkerhet (Bhole.A.V m.fl 2007) och vinstaspekter (GSMA 2007) förekommer när det gäller tjänstleverantörer. Att mobiltelefonen ska fungera som ett betal- eller kreditkort har varit en konfliktfråga mellan operatörerna och bankerna eftersom det anses vara som en konkurrens mot traditionella banksystem [45]. GSMA 3 har sedan 2007 haft omfattande studier om mobilbetalning. I januari 2010 har de publicerat resultatet i form av tjänsthanteringskrav och specifikationer för att skapa ett stabilt ekosystem och en fördelaktig affärsmodell för alla inblandade parter.

I rapporten som GSMA har publicerat [9] finns Mobile Contactless Payments (MCP) konceptet som går ut på att använda mobiltelefoner för att göra kontaktlösa betalningar på ett säkert och bekvämt sätt. SIM-kort (UICC4) -principen anses vara nästa logiska steg i utvecklingen av mobila applikationer och betaltjänster. Figur 2.8 beskriver överföring av betaltjänstapplikation till mobilens simkort av typen UICC via teleoperatören.

3 _{GSM Association består av ca 500 företag över hela världen med koppling till mobilteletjänster.} 4 _{Universal Integrated Circuit Card är smarta kort som används i mobila terminaler.}

Figur 2.8 Överföring av betalningsapplikation [9].

När kunden vill utföra en betalning så finns det två parter som är inblandade, en utfärdare av kundens betalning och en mottagare via handlarens betalningsterminal som går under SPEA’s 5[10] riktlinjer. Processen i Figur 2.9 illustrerar betalningen med hjälp av ett UICC kort.

Figur 2.9 Initialisering och processen av UICC betalning [9].

Single Euro Payments Area är det område där medborgare, företag och andra ekonomiska aktörer kan betala och ta emot betalningar i euro, inom Europa, vare sig inom eller över nationella gränser på samma grundläggande villkor, rättigheter och skyldigheter, oavsett var de befinner sig.

2.2

Egna förslag på applikationer

Detta avsnitt tar upp fyra förslag på applikationer med NFC.

2.2.1

Handtagssystem

När svininfluensan bröt ut runt om i världen och väckte rädsla uppmärksammades vikten av hygien. Genom att regelbundet tvätta händerna skulle man förhindra spridning av sjukdomen. Eftersom bakterier överförs enklast genom kontakt med objekt som många har rört vid blir dörrhandtag en av de största bovarna [46]. Enklaste lösningen är att undvika att röra vid dessa objekt.

En tänkbar NFC applikation är att använda mobiltelefonen som ett alternativ till dörrhandtag utan att kompromissa med tillträdesbehörighet. Mobiltelefoner är personliga ägodelar och enklare att rensa. Därför kan mobiltelefonen tänkas att användas som ett ”dörrhandtag”, genom att svepa mobilen över en läsare som öppnar en dörr automatiskt se Figur 2.10 exempel.

2.2.2

Schemasystem

En annan NFC applikation är ett schemasystem som vägleder studenter vart de ska vara, när de börjar och vilken kurs de har. Med hjälp av NFC, som Figur 2.11 illustrerar, kan studenten ta reda på sitt schema med hjälp av ett enkelt svep med mobiltelefonen, istället för att skriva på sina almanackor.

Figur 2.11 Mobilen som Schemasystem.

Läsare som placeras på välutvalda platser på skolan, kan bidra med information till studenter. Behöriga studenter behöver bara svepa sina mobiler över läsaren som i sin tur är kopplade till en databas. Med hjälp av uppgifter som mobilen ger, kan läsaren få fram relevant information och presentera det för studenten i en liten skärm på läsaren eller mobilen.

2.2.3

Rabattsystem

Skulle det inte vara skönt att slippa hålla reda på rabattkuponger? Många skulle nog hålla med om att det skulle vara mycket bekvämare att använda digitala rabattkuponger. Kunder som är på väg in i ett köpcentrum behöver bara svepa sin mobil över en tagg som innehåller rabatterbjudanden. Detta illustreras i Figur 2.12.

Taggar har möjlighet att lagra information och kan användas av affärer som erbjuder sina kunder rabatt. Data för rabatt kan lagras i taggar som kunderna har tillgång till med sina mobiltelefoner. Fördelen med taggar är att de kan omprogrammeras för att lagra nya rabatterbjudanden.

2.2.4

Sjukvårdsidentifieringssystem

En vanlig måndagsmorgon är det mesta som vanligt, men inte för Sven. Han faller handlöst till marken när han väntar på bussen. Samtal kommer till SOS alarm och ambulans är snabbt på plats. Sjukvårdspersonalen vet inte vem Sven är eftersom han är medvetslös och inte har någon identifieringshandling på sig. Sven förs till akutmottagningen för att diagnostisera hans hälsotillstånd, se Figur 2.13. Där tas blodprov och det görs nödvändiga undersökningar för att ta reda på orsaken till det som inträffat. Efter lång tid kommer det fram att Sven drabbats av ett diabetesanfall och behöver återställa sockernivån.

Figur 2.13 Sven utan NFC tjänster.

Mobiltelefonen är som det nämndes ovan, ett personligt verktyg. Med NFC finns möjligheten för applikationer som skulle kunna underlätta för bland annat ambulanspersonal att identifiera fall likt Sven. Sjukvårdspersonalen kan med hjälp av NFC utrustning, som visas i Figur 2.14, hämta hälsoinformation från patientens mobiltelefon. Med hjälp av denna applikation skulle ambulanspersonal utföra snabbare diagnos av patienter och hjälpa dem på plats.

3

Modeller för prototyper

I detta kapitel presenteras tre modeller. Utifrån dessa modeller har vi tagit fram prototyper som motsvarar respektive modell.

3.1

Modell 1 - NFC mobiltelefon och tagg

I denna modell är det tänk att en NFC kompatibel mobiltelefon och en tagg skall kommunicera genom utbyte av information genom att mobiltelefonen läser till eller skriver från taggen. Taggen skall beroende på dess minnesstorlek kunna tillhandahålla olika typer av information, till exempel MAC-adress, URL adress till en hemsida, text och med mera.

Denna modell är inspirerad från applikationsidén om rabattsystemet i avsnitt 2.2.3 där taggen tillhandahåller information om rabatter och kan leverera digitala rabattkuponger till mobiltelefoner genom vilka rabatten kan utnyttjas för att köpa en produkt.

Figur 3.1 illustrerar modellen där data överförs via NFC gränssnittet mellan mobiltelefon och tagg. I den streckade rutan visas att ytterligare implementeringar kan kopplas till mobiltelefonen, till exempel en hemsida för att se en filmtrailer.

3.2

Modell 2 - läsare och tagg

Applikationen i avsnitt 2.2.1 inspirerade oss till att utveckla en egen läsarenhet som kan skriva till och läsa från taggar. Läsarenheten skall använda sig av en processor för att utföra uppgifter eller vidarebefordra data, till exempel till en databas. Figuren 3.2 illustrerar modellen där en processor kommunicerar med en läsarmodul via ett gränssnitt antingen trådbundet eller trådlöst. Läsarmodulen kommunicerar via radiofrekvensen 13.56 Mhz med taggar där data kan skickas till eller tillhandahållas från taggar för att sedan vidarebefordra till processorn som utför en uppgift eller vidarebefordrar datan någon annanstans.

Figur 3.2 Modell 2 - läsare och tagg.

Varför vi kom fram till denna modell istället för att köpa en färdig produkt var för att bland annat ville vi använda inbyggda system tillsammans med NFC, och för att under tiden vi undersökte tekniken fann vi att tillgängliga läsarenheter som finns. Inte erbjöd mycket frihet för utveckling, enheterna var utformade för specifika uppgifter till exempel för passerkort. Vi ville utveckla en enhet med mer möjligheter på olika områden.

3.3

Modell 3 - läsare och mobiltelefon

Då i princip alla källor om NFC tar upp styrkan med tekniken, nämligen att använda mobiltelefonen som ett smartkort. Är det självklart att något sådant skall ingå i ”verktygslådan”. Dock med minimal funktionalitet då det är för omfattande för detta arbete att gå in djupare på det.

Schema systemet i avsnitt 2.2.2 ledde oss till denna prototyp. Samma läsare som i modell 2 är tänk att kommunicera med en mobiltelefon som emulerar en tagg. Emuleringen innebär att läsaren kommer att uppfatta och utnyttja mobiltelefonen som en tagg.

Figur 3.3 illustrerar modellen för prototypen där läsarenheten kan kommunicera med mobiltelefonen på samma sätt som med en tagg. Läsaren i sin tur kan kopplas till exempel en databas där schemainformation kan tillhandahållas och presentera det antingen i mobiltelefonen eller på en display i läsaren.

4

Hårdvarukomponenter

Detta avsnitt går in på komponenterna för prototyperna. Avsnittet tar upp vad vi har valt, hur vi har gått till väga samt vad vi har tänk på när vi har gjort våra val.

4.1

Mobiltelefon

I Europa finns ett litet sortiment när det gäller NFC- mobiltelefoner därför att tekniken fortfarande ligger under utvecklingsfas på olika områden. Mobiltelefonen som används i denna studie kommer att presenteras tillsammans med ett par valmöjligheter för kommande lösningar för NFC integrering i mobiltelefoner.

4.1.1

Nokia 6212 Classic

Mobilens största fördel, utöver de standardfunktionerna hos en vanlig mobiltelefon (USB anslutning, Bluetooth, kamera, färgdisplay, stort internminne, stöd för extern SD kort för extra lagringsutrymme), är att den är NFC kompatibel se Figur 4.1.

Figur 4.1 Nokia 6212-NFC

Ute på marknaden finns inte många mobiltelefoner med NFC att välja mellan. Det finns prototyper på ett par NFC kompatibla mobilttelefoner från olika mobiltillverkare. Nokia och Samsung [11] är bland dem mobiltillverkare som har lanserat NFC- kompatibla telefoner i Europa.

Valet av denna specifika mobiltelefon baseras på egenskaper som mobiltillverkare har åstadkommit i denna produkt när det gäller utvecklingsmöjligheter inom NFC applikationer, samt att den bygger på bland annat en beprövad produkt, Nokia 6131-NFC. Det har under åren hjälpt utvecklare och forskare att uppnå den nivå som finns idag inom applicering och testning av NFC tjänster.

Nokia 6212 Classic är kompatibel med taggar i avsnitt 4.2. Mobiltelefonen kan fungera som en läsarenhet som kan läsa från och skriva till taggar. 6212 Series 40 Nokia 6212 SDK är ett utvecklingsverktyg för applikationer för mobiltelefonen Nokia 6212. Med utvecklings verktyget medföljer olika API: s, bland annat Connectionless communication (JSR257) API: t vilket är till för RFID och NFC kommunikation, se bilaga 4 för mer information.

Mobilen kan göra följande:

• Taggläsning och skrivning stöder alla definierade taggar som NFC Forum kräver. Funktionen illustreras bland annat i applikationerna som beskrivs i avsnitt 5.1.

• Enheten fungerar som en NFC tagg där en annan läsare kan interagera med den som en vanlig NFC kompatibel tagg. För att åstadkomma funktionen har telefonen en Integrerad Secure Element (SE) med kortemulering som stöder IOS14443A, MIFARE 4K och ISO/globala plattformens smartkort.

Detta gör att tjänsteleverantören kan installera specifika data för tillämpningen av till exempel biljetthantering och betalning i avsnitt 2.1.3 och 2.1.4.

• Kompatibelt med befintliga RFID kontaktlösa läsare, som gör det möjligt för mobilen att vara en del av ett RFID system.

• Peer to Peer kommunikation där två NFC enheter kommunicerar med varandra och utbyter information.

• Hand over funktion som möjliggör för mobilen att med hjälp av en sparad genväg aktivera ett annat radiogränssnitt såsom Bluetooth när stor datamängd skall överföras.

4.1.2

NFC SIM-kort

NFC SIM-kort innebär att NFC tekniken är integrerad i SIM-kortet. En sådan teknik är Toshibas nyutvecklade USIM-kort vilket uppfyller de senaste specifikationerna av European Telecommunications Standards Institutet Smart Card Plattform (ETSI SCP) och GSM Association (GSMA). Den är även kompatibel med GSMA: s ”Pay-Buy-Mobile-Program”, och erbjuder fullt stöd för mobila kontaktlösatjänster, och uppfyller samtliga skyddsnivåer för internationella applikationer för utbetalning [13]. Möjligheterna med att implementera NFC i mobilen med hjälp av USIM kort illustreras i Figur 4.2 [14].

4.1.3

NFC SD-kort:

Företaget Tyfonecard har patent på teknologi för att bygga in SE, mikrokontroller och antenn i SD-kort och MicroSD-SD-kort [15] som Figur 4.3 visar. Detta gör det möjligt för applicering av NFC teknik i mobiltelefon eller handdator [16].

Figur 4.3 Mobilbetalning med hjälp av Micro-SD [15].

Dessa exemplar kan betraktas som ett bättre alternativ för implementering av tekniken med avseende på kompatibilitet med nuvarande mobiltelefoner.

4.2

Tagg

Taggar kallas ibland för transpondrar och de finns i olika varianter såsom aktiva, passiva och semi-passiva taggar. Taggen är ett mikrochip kopplad till en antenn som fångar upp signaler från läsaren och skickar tillbaka signalen med information till läsaren, se Figur 4.4. Taggen innehåller ett unikt serienummer (UID), men kan ha annan information, till exempel kontonummer, text, bild, URL länk eller annan information beroende på tillämpning.

Typiskt exempel på tillämpning är affischer, där små mängder data kan lagras och överföras till en aktiv NFC enhet.

Figur 4.4 Tagg läsning.

Passiva taggar diskuteras i denna uppsats, se Bilaga 1 eller 4 om detta.

I juni 2006 införde NFC forum sina första standardiserade tekniska arkitektur och standarder för NFC kompatibla enheter. För att definiera kommunikationen mellan taggen och den aktiva enheten har dem inkluderat NFC Data Exchange Format (NDEF) och tre Record Type Definitioner (RTD). Dessa behandlar smartaaffischer, text och tillämpningar som berör Internet. Dessa fyra grundläggande taggtyper som har definierats ges beteckningar 1 till 4 och alla har olika format och kapacitet. Typformat baseras på ISO 14443 typ A och B och Sony FeliCa som ISO18092 överensstämmer med.

4.2.1

NFC taggtyp definitioner

Typ 1: bygger på ISO14443A standard. Det går att läsa från, skriva till och kan konfigureras för att bli

skrivskyddad. Minneskapacitet är 96 bytes och kan utökas till 2kB, vilket är mer än tillräckligt för att lagra en webbadress eller annan mindre mängd data. Överföringshastighet är 106 kbit/s. Denna typ är kostnadseffektiv och idealisk för många NFC applikationer.

Typ 2: till skillnad ifrån typ 1 har typ 2 grundläggande minneskapacitet på 48 bytes och kan utökas till

2kB.

Typ 3: Bygger på Sony FeliCa systemet. Har 2kB minneskapacitet och data- överföringshastighet på

212 kbit/s. Lämplig för mer komplexa applikationer som medför högre kostnad per tagg.

Typ 4: Denna typ är kompatibel med ISO14443A och B-standard. Denna taggtyp är förkonfigurerad

vid tillverkning och kan ställas in om det ska gå att läsa till taggen eller vara skrivskyddad. Minneskapaciteten kan vara upp till 32kB och dataöverföringshastighet mellan 106 kbit/s och 424 kbit/s.

NFC taggar tillverkas i olika stora volymer och de byggs ut på ett antal områden i världen där användning av taggar blir nödvändiga. Redan många miljoner har tagits i bruk och ett stort antal taggar planeras för framtiden. Detta gör att definitionen och standaren för taggar måste vara tydliga så att NFC taggar från vilken tillverkare som helst kan användas med annan utrustning från andra tillverkare [17].

Mobiltelefonen som används i denna studie är kompatibel med passiva taggar. MIFARE (Standard, Standard 4k, Ultralight och DESFire), Sony FeliCa (inte säker enligt Nokia) och Innovision (skrivskyddat Jewel och Topaz) är dem taggtyper som är kompatibla med Nokia 6212 Classic [18]

enligt mobiltillverkaren. Att få tag på sådana taggar är möjligt direkt ifrån dessa tillverkare eller hos en lokal handlare så som Areef [19]. Andra taggar som är kompatibla med ISO14443-4 kan också användas men prestandan hos kompatibla taggar kan variera. Det är värt att nämna när det gäller inköp av mobilen att tre stycken taggar inkluderas i paketet, dessa är av typen Mifare standard 4kb läs/skriv taggar, se Figur 4.5.

Figur 4.5 Mifare standard 4kb.

4.2.2

MIFARE

MIFARE som är en produktfamilj från NXP Semiconductors uppfyller den internationella standarden ISO/IEC 14443 typ A som används i mer än 70 % av alla beröringsfria smarta kort i dag [20]. Mer om ISO 14443 A kan hittas i bilaga 2.

MIFARE 1kb är det första integrerade kortet (IC) som används i hög volym, till exempel biljetter i ett

större transportprojekt såsom Seoul, Korea. Men framgången har spridit sig till bland annat London, Peking, Taipei, Pusan och många fler använder MIFARE 1kb. MIFARE 1kb används främst i slutna system som ett fast förbestämt biljettvärde, till exempel vecko- eller månadrespass eller biljetter där värdet extraheras från kortet av tjänsteleverantören. Användningsområdet kan vara Kollektivtrafik, event biljettsystem, spel, identitet.

Bland dem viktiga funktioner som kortet erbjuder är datalagring på 10 år, antal enskilda skrivoperationer på 100,000 gånge och unikt serienummer (4 Byte). Kortet erbjuder datalagring på 1024 byte, som delas upp i 16 sektorer; varje sektor är skyddad av två olika nycklar, A och B. De kan programmeras för åtgärder som läsning och skrivning [21].

MIFARE 4kb

Till skillnad ifrån MIFARE 1kb är dessa taggar organiserade i 40 olika sektorer med lagringskapacitet på 4096 byte av information, se Figur 4.6. Organisationen av de första 32 sektorerna följer samma strukturblock som i MIFARE 1kb, medan de sista åtta sektorerna fyrdubblats i kapacitet. Införandet av denna korttyp har öppnat många nya möjligheter till tjänster genom att möjliggöra kollektivtrafikmyndigheter att genomföra multimodala system se Figur 4.7 för kortuppbyggnad. Det kan användas för en kombination av beröringsfria e-handelapplikationer på en enda MIFARE smartkort [22]. För mer information om Mifare 4kB hänvisas läsaren till databladet Mifare 4kB Card IC MF1 IC S70 [23].

Figur 4.6 Minneslayout för MIFARE 4K Tag [23].

4.3

Läsarmodul

Läsarmodulen är en komponent som ska vara kopplad till en mikroprocessor. Läsarmodulens uppgift är att läsa från och skriva till taggar. I detta arbete har en färdig läsarmodul använts men det finns även möjlighet att göra en egen såsom (Chawda.K.H, Kang.L.Z. 2008) gjorde vid framtagningen av en pulsläsare för försöksdjur.

Sökandet efter en NFC läsarmodul med en inbyggd antenn och ett rimligt pris som går att koppla med en mikroprocessor gav inget resultat. Eftersom NFC är bakåtkompatibel med befintlig RFID infrastruktur vändes uppmärksamheten istället mot RFID moduler.

RFID läsarmodulen M1-mini från Skyetek [24] blev valet för detta arbete se Figur 4.8. Den fungerar med frekvensområdet 13.56 MHz och därför lämplig för NFC. Läsarmodulen är kompatibel med bland annat ISO14443A protokollet för taggarna Mifare 1- och 4kB (ingen läs- och skrivfunktionalitet dock endast avläsning av UID) och Mifare Ultralight (läs- och skrivfunktionalitet). M1-mini har flera gränssnitt för koppling av externa enheter så som en mikroprocessor. Samt har den en inbyggd antenn.

Figur 4.8 Läsarmodul M1-mini.

Vid val av RFID modul följdes kraven: • att den hade inbyggd antenn.

• att den är kompatibel med samma frekvensområde som NFC, det vill säga frekvensområdet 13.56Mhz.

• stödjer bland annat ISO14443A protokollet och att den har möjlighet att koppla till en mikroprocessor.

Med M1-mini ska det gå att:

• Upptäcka och läsa det unika ID: et för taggar • Läsa information från taggar

• Skriva information till taggar

• Vidarebefordra information till en extern enhet, till exempel mikroprocessor via olika val av gränssnitt.

4.4

Mikroprocessor

Mikroprocessorn är komponenten som utgör logiken för informationen som kommer från läsarmodulen. Det går att använda olika typer av processorer. När det gäller att välja mikroprocessor kan det variera för olika önskemål. I vårt arbete var det största bekymret vilken kopplingsgränssnitt som stöds för att koppla olika periferienheter. En annan sak att tänka på är hur bekant dess arkitektur är om man inte har tid att sätta sig in i någon ny arkitektur.

Till detta arbete valdes ARM7 processorn LPC2148 demo board från Embedded Artists AB, se Figur

4.9, eftersom vi redan var bekanta med arkitekturen. LPC2148 kortet har många kopplingsmöjligheter

för i vårt fall läsarmodulen och för att den har många periferienheter såsom motor för att kunna användas för experimentering.

Figur 4.9 LPC2148 demo board med ARM7.

Med mikroprocessorn ska det gå att:

• Använda information från en RFID modul för att utföra en uppgift, till exempel att starta en motor.

• Använda olika periferienheter, till exempel en liten skärm.

• Kommunicera med ytterligare källor såsom datorer, databaser med mera.

För mer information om processorn hänvisas läsaren till manualen [26]. För mer information om demokortet hänvisas läsaren till demokortets användarbok [27].

5

Prototyperna enligt modellerna

Detta kapitel beskriver varje prototyp framtagen enligt respektive modell i kapitel 3.

5.1

Prototyp 1 - NFC mobiltelefon och tagg

Vi har utvecklat exempelapplikationer för mobiltelefonen där olika typer av information skickas mellan mobiltelefon och tagg. Informationen som skickas till taggen och lagras där, kan mobiltelefonen läsa, Figur 5.1 illustrerar när mobiltelefonen läser det unika ID: t från taggen.

Figur 5.1 UID avläsning.

Vi har testat en Bluetooth applikation där mobiltelefonen upptäcker Bluetoothenheter och sparar en utvald MACadress i taggen. Med MACadressen i taggen går det, genom att markera en bild i mobiltelefonen och sedan svepa mobiltelefonen över taggen, överföra bilden via Bluetooth direkt, se Figur 5.2.

En annan exempelapplikation vi har testat är att skicka en URL för en hemsida till taggen. När mobiltelefonen sveps över taggen, uppfattar mobiltelefonen automatiskt adressen och frågar om uppkoppling till hemsidan skall ske se Figur 5.3. Detta skulle kunna användas av biobesökare där taggar innehåller adresser för hemsidor till filmer vilka kan ge förhandsvisning av en film innan besökarna beställer biljetter till en specifik film.

Figur 5.3 Öppna URL.

I bilaga 4 har vi lagt in exempelkod för hur man skriver till och läser text från taggen. Koden vi har valt att lägga i bilaga 4 (textexemplet) ger en bra beskrivning för hur mobiltelefonen kommunicerar med taggen genom NDEF formaterade meddelanden, se bilaga 3 för mer information om NDEF.

5.2

Prototyp 2 - läsare och tagg

Läsarenheten som har tagits fram för detta arbete består av komponenterna M1-mini från Skyetek se avsnitt 4.3 och en LPC2148 demokort se avsnitt 4.4. Kommunikation med tagg utförs av M1-mini modulen som sedan vidarebefordrar informationen till ARM kortet via I2C gränssnittet, vilket i sin tur utför en uppgift. M1-mini modulen är kompatibel med ett flertal protokoll bland annat för den typen av taggar vi använder i detta arbete [24].

I2C är en synkron seriellbuss för koppling av komponenter med två ledningar, en datasignal (SDA) och en klocksignal (SCL), se figur 5.4 som illustrerar vår koppling av komponenterna.

Kommunikationen är master-slave baserad där mastern inleder och styr kommunikationen. I vårt fall är M1-mini slaven och processorn mastern [28].

Figur 5.4 I2C koppling.

I I2C busen inleder mastern kommunikationen med en startbit, sedan skickas en databyte där en 7 bitars slavadress tillsammans med åttonde biten (W/S) som indikerar om mastern vill ta emot från eller skriva till slaven. Därefter väntar mastern på bekräftelse från slaven för att fortsätta kommunikationen. Sessionen avslutas av mastern då en stopbit skickas. Figur 5.5 illustrerar detta [26].

Figur 5.5 Data från Master till Slave [26].

Kommunikationen mellan läsarmodulen och processorn är request/respond baserad, där M1-mini kräver att meddelanden är formaterade enligt Skyetek Protocol v.2.0 Reference guide [25]. Processorn inleder kommunikationen på samma sätt som det nämndes innan. När kommandon skall skickas till läsarmodulen måste processorn ange i W/S biten att den skall skicka. Därefter skickas kommandot uppdelat i databytes där ett databyte skickas åt gången. Därefter måste läsarmodulen få tid att behandla kommandot och utföra det. Sedan måste processorn inleda en ny session där det anges att data skall tas emot, för att ta emot respons från läsarmodulen. Figur 5.6 beskriver I2C kommunikationen för

mottagning av data från slaven. Figur 5.7 visar sessionen för att skicka ett kommando till läsarmodulen.

Figur 5.6 Kommando från processor till läsarmodul [25].

Figur 5.7 Data från Slav till master [26].

Kommando och Respons är paket och formaterade enligt Skyetek Protocol v.2.0 Reference guide [25]. Figur 5.8 beskriver kommandopaketets uppbyggnad där de vita delarna alltid måste vara med och de gråa är alternativa delar av paketet. I kommandopaketet skickas kommandon riktade till läsarmodulens system, läsarmodulens minne eller taggar. Kommandon kan även innehålla data för att lagras i en tagg. Det finns även diverse alternativ såsom vilken taggtyp läsarmodulen skall upptäcka med mera. För mer information om respektive fält i kommandopaketet hänvisas läsaren till Skyetek Protocol v.2.0 Reference guide.

Figur 5.8 Kommandopaket [25].

Responspaketet illustreras i Figur 5.9. Respons innehåller alltid status för uppgiften den fick i kommandot. Paketet kan även innehålla diverse fält såsom vilken taggtyp som upptäcktes och data från taggar. För mer information om respektive fält i kommandopaketet hänvisas läsaren till Skyetek Protocol v.2.0 Reference guide.

I bilaga 4 finns kod för enheten där ett kommando till läsarmodulen skickas från processorn för att upptäcka en tagg och hämta UID från taggen. Figur 5.10 illustrerar när enheten läser UID från en tagg och skriver ut det tillsammans med resten av paketet som läsarmodulen svarar med på LCD displayen på ARM7 kortet samt lyser RGB lampan i olika färger beroende på om det är ett känt eller okänt UID. Koden innehåller alla nödvändiga funktioner för att skicka kommandon och ta emot svar. I SkyeTek Protocol HF tag commands (AN002) beskrivs kommandon för M1-mini modulen.

5.3

Prototyp 3 - läsare och mobiltelefon

Då Nokia 6212 Classic kan ställas in i emuleringsläge, innebär det att den fungerar som en tagg. I mobiltelefonen finns en intern SE. Med SE: n finns möjlighet att lagra känslig information och göra det tillgängligt genom att emulera ISO14443A och Mifare 4kb taggar [12]. Dock har ingen sådan implementering gjorts då det inte var vårt mål.

Läsarenheten som presenteras i avsnitt 5.2 är tänkt att användas också i denna prototyp då kommunikationen är identisk.

Infrastrukturen är klar då funktioner i läsaren för att skicka kommandon och ta emot respons, är klara se avsnitt 5.2. Det går att läsa av mobiltelefonens UID och skriva ut hela responspaketet, se Figur 5.11. UID: t kan i sin tur användas för att utföra schemasystemet i avsnitt 2.2.1.

Figur 5.11 Läsaren läser mobiltelefonens UID.

För att bekräfta att även mobilen reagerar på kommunikationen mellan mobiltelefonen och läsarenheten har vi implementerat ett enkelt program i mobiltelefonen som upptäcker en extern läsare och skriver ut det på mobiltelefonens display, se kod exempel 1, [29].

Kod exempel 1

//importera nödvändiga bibliotek

import javax.microedition.contactless.DiscoveryManager; import javax.microedition.contactless.TransactionListener; import javax.microedition.lcdui.Display; import javax.microedition.lcdui.Form; import javax.microedition.lcdui.TextField; import javax.microedition.midlet.MIDlet; import javax.microedition.midlet.MIDletStateChangeException; public class find extends MIDlet implements TransactionListener {

private Form form; public find() {

// TODO Auto-generated constructor stub

protected void destroyApp(boolean arg0) throws MIDletStateChangeException {

// TODO Auto-generated method stub

}

protected void pauseApp() {

// TODO Auto-generated method stub

}

protected void startApp() throws MIDletStateChangeException { //Hämta DiscoveryManager instans.

DiscoveryManager dm = DiscoveryManager.getInstance(); try {

//Koppla gränssnittet TransactionListener för att //upptäcka extera läsare

dm.addTransactionListener(this); } catch (IllegalStateException e) { } catch (Exception e) { }

form = new Form("Detect external reader"); Display.getDisplay(this).setCurrent(form); }

//Metoden anropas automatiskt när en extern läsare har upptäcks och data med //interna kortet utbyts i detta fall UID: t.

//arg0 är till för att öppna PADUconnection i JSR 177 (Utanför //uppsatsen).

public void externalReaderDetected(byte arg0) { form.append("Extern läsare upptäck!"); }

6

Verktygslåda

Prototyperna från avsnitt 5 ser vi som en ”verktygslåda” där komponenter kombineras. Figur 6.1 illustrerar de tre olika komponenter mobiltelefon, tagg och läsare vilka är en blandning av passiva och aktiva enheter, se bilaga 1 om passiva och aktiva enheter. De olika komponenterna kombineras i olika prototyper, se pilarna i Figur 6.1, där:

Prototyp 1 (5.1): Kombinerar en mobiltelefon (aktiv) och en tagg (passiv). Prototyp 2 (5.2): Kombinerar en läsare (aktiv) och tagg (passiv).

Prototyp 3 (5.3): Kombinerar en läsare (aktiv) och en mobiltelefon (emulerad passiv). Observera

fördelen med att en mobiltelefon kan fungera både som aktiv och passiv enhet.

Med prototyperna kan olika applikationer utvecklas och inga tänkbara hinder finns för att även applicera prototyperna i samma applikation eller tjänst.

Figur 6.1 verktygslåda och applikationer.

En av de stora fördelar som vi ser med denna typ av kombinering i en ”verktygslåda”, är att det erbjuds en översikt över hur tekniken kan implementeras. En annan stor fördel med ”verktygslådan” är att ge utvecklare möjlighet att testa och utveckla egna applikationer genom kombinering av olika komponenter.

7

Slutsatser

7.1

Allmänt

Vi har tagit fram en ”verktygslåda” bestående av prototyper. Prototyperna är av tre olika slag med kommunikation mellan olika typer av komponenter som används i NFC teknologin, alltså aktiva (mobiltelefon, läsare) och passiva (taggar) komponenter. Den byggprocess av ”verktygslådan” som vi har genomgått skall erbjudas som en guide för eget byggande av prototyper till en egen ”verktygslåda”.

Vårt mål har varit att bygga prototyper med grundläggande kommunikation mellan olika kombinationer av komponenter. Det målet har vi lyckats uppnå. Vi har tagit fram tre prototyper som kombinerar mobiltelefon, läsarmodul/MCU och taggar. De kan kommunicera mellan varandra.

Vi kom igång snabbt och kunde med fördel beställa hem komponenter tidigt och komma igång med implementeringen av modellerna för prototyperna, trots en liten marknad på komponenter som vi sökte. Prototyperna fick vi att fungera enligt de tänkta modellerna och inom de bestämda tidsramar vi har framställt i början av arbetet.

Under arbetet blev vi nyfikna på emulering av taggar med mobiltelefonen och ville experimentera med det. För detta krävdes en tredjepartscertifikat vilket gjorde att det blev för dyrt och tidskrävande att implementera, dessutom var detta inte ett mål för vårt arbete.

7.2

Förslag till vidareutveckling

”Verktygslådan” vi har tagit fram är en prototyp. Denna går det att vidareutveckla och det finns även möjlighet att byta ut komponenter för testning eller ersättning/anpassning.

Våra förslag på vidareutveckling:

• att byta läsarmodulen mot en annan läsarmodul med dualfrekvens som är kompatibel med RFID system med frekvensområdet 125 kHz exempelvis jojokort och NFC 13.56 MHz. En sådan läsare skulle kunna användas på till exempel bussar för betalning med jojokort och mobiltelefon.

• lägga till emuleringsfunktioner för prototyp 4.3 Mobil och läsare genom att köpa ett certifikat och utveckla mallapplikationer för emulering.

• bana väg för eller att undersöka och implementera säkerhetslösningar för respektive prototyp. • utöka biblioteksfunktioner för läsarenheten i prototyp 4.2 och 4.3.

8

Referenser

[36] ABI Research, [2011 NFC-Enabled Cellular Terminal Forecast Downgraded to 450 Million

Units],”

http://www.abiresearch.com/press/719-2011%20NFC-Enabled%20Cellular%20Terminal%20Forecast%20Downgraded%20to%20450%20Million%20Units

” (2010-06-03).

[8] Affärsvärlden, [Kampen om den nya plånboken],

”http://www.affarsvarlden.se/hem/nyheter/article767239.ece” (2010-04-23).

[46] Antibac, [Skydda de anställda mot smitta],“http://www.antibac.no/alias.html?id=1033813” (10-06-06).

[19] Areff, [PRODUKTKATALOG], ” http://www.areff.se/media/komponenter/areff-produktkatalog.pdf” (2010-03-2), 2009.

[2] ASSA ABLOY, [Slipp köerna och checka in med din mobiltelefon]

” http://www.assaabloy.com/sv/com/Nyheter/Nyheter/2008/Nyheter2008/Slipp-koerna-och-checka-in-med-din-mobiltelefon/” (2010-05-03), 2008.

[43] Bhole.A.V, More.R.R, Khadke.C.N, [Security In Near Field Communication (NFC) Strengths

And Weaknesses],

Proceedings of the 2nd National Conference on Emerging Trends in Information Technology (eIT-2007) (ISBN: 9788189866631), “http://www.google.com/books?hl=sv&lr=&id=iHwsuHUFq0EC&oi=fnd&pg=PA71&dq=Security+i n+Near+Field+Communication+(NFC)+Strengths+and+Weaknesses&ots=wd5NwQvymn&sig=dbrW zm2-VrR9Zy-6X9g6xnhKfzk#v=onepage&q=Security%20in%20Near%20Field%20Communication%20(NFC)%20 Strengths%20and%20Weaknesses&f=false” (2010-06-06).

[38] BreitFuß.K & Haselsteiner.E, [Security in NFC Stregths and weaknesses],

“http://events.iaik.tugraz.at/RFIDSec06/Program/papers/002%20-%20Security%20in%20NFC.pdf”, (2010-05-21 (2006).

[42] Broll.G, Keck.S, Holleis.P, Butz.A, [Improving the Accessibility of NFC/RFID-based Mobile

Interaction through Learnability and

Guidance], http://portal.acm.org.support.mah.se/citation.cfm?id=1613858.1613906&coll=ACM&dl= ACM&CFID=74082397&CFTOKEN=46596895, (2010-02-02), 2009-09-(15-18).

[47] Chawda.K.H, Kang.L.Z, [WIRELESS PULSE RATE MONITORING

USING NEAR FIELD COMMUNICATION],

“http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/eceprojectsland/STUDENTPROJ/2007to2008/zk29_hkc2/zk29 %20hkc2%20Meng%20Project%20Report.pdf” ( 07/06/2010 ), May 2008.

[6] DB, [Touch and travel],

“http://www.touchandtravel.de/site/touchandtravel/de/idee/funktionsprinzip/funktionsprinzip.html” ,(2010-04-29).

[7] Dr. Marcus Gemeinder, [Touch&Travel – NFC based automatic fare collection using a passive

infrastructure. DB Mobility Logistics AG], ”

http://www.nfc-forum.org/resources/presentations/Marcus_Gemeinder_Die_Bahn.pdf”, (2010-04-29), 2008.

[27] Embedded Artists AB, [LPC2148 Education Board User’s Guide],

[10] EPC, [what is SEPA],

”http://www.europeanpaymentscouncil.eu/content.cfm?page=sepa_vision_and_goals” (2010-06-05).

[9] EPC-GSMA, [Trusted Service Manager Service Management Requirements and Specifications],

“http://gsmworld.com/documents/EPC_GSMA_TSM_WP_V1.pdf” (2010-04-24), Jan 2010.

[40] Freznel.L, [NFC Makes Great Progress In The Wireless

World], http://electronicdesign.com/article/communications/page/2/nfc-makes-great-progress-in-the-wireless-world1337.aspx (2010-06-05), 2006-09-14.

[14] Giesecke & Devrient, [The Landscape for Mobile and Proximity Services ],

“http://www.ux.uis.no/atc08/workshop/Oehman.pdf”, (2010-03-20), 2008.

[39] Grünberger.S, Langer.J, [Analysis and Test Results of Tunneling IP over

NFCIP-1], http://www.computer.org/portal/web/csdl/doi/10.1109/NFC.2009.21 (2010-06-04),

2009 First International Workshop on Near Field Communication (ISBN: 978-0-7695-3577-7), February 24-February 24.

[44] GSMA, [Pay-Buy-Mobile Business Opportunity Analysis

– Public White Paper], “http://www.gsmworld.com/documents/gsma_nfc_tech_guide_vs1.pdf ”(2010-06-06), 2007.

[20] MIFARE, [Mifare standards], ”http://mifare.net/about/standards.asp”, (2010-05-2), 2008.

[21] MIFARE, [Mifare1k], ”http://www.mifare.net/products/smartcardics/mifare_standard1k.asp”, (2010-05-2), 2008.

[22] MIFARE, [Mifare4k], ”http://www.mifare.net/products/smartcardics/mifare_standard4k.asp”, (2010-05-2), 2008.

[23] MIFARE, [Mifare4k. MF1ICS70 Functional specification],

“http://www.nxp.com/acrobat_download2/other/identification/M043543_MF1ICS70_Functional_Spec .pdf”, (2010-05-2), 2009.

[45] Mike.C, [Banks and mobile operators to go head to head for NFC mobile payments

business], http://www.nearfieldcommunicationsworld.com/2010/01/14/32546/banks-and-mobile-operators-to-go-head-to-head-for-nfc-mobile-payments-business/” (2010-06-06), 2010-01-14.

[29] Mobilezoo, [TransactionListener],

“http://mobilezoo.biz/jsr/257/javax/microedition/contactless/TransactionListener.html”,(2010-05-3), 2006.

[5] More RFID, [Nedap uses the RFID technology-based Nokia Field Force Solution in Dutch

healthcare market],

"http://www.morerfid.com/details.php?subdetail=Report&action=details&report_id=1317&display=R FID”,(2010-04-22), 2006-06-22.

[32] Müller.U, [Product overview and support tools],

”http://www.nxp.com/technical_support/NFC/index.html, (2010-06-16).

[3] Nedap healthcare, [Hemsida], ” http://www.nedap-healthcare.com/english/about-nedap-healthcare.html”, (2010-04-22), 2009.

[11] Near field communications world, [Samsung adds NFC to bestselling],

” http://www.nearfieldcommunicationsworld.com/2010/02/17/32813/samsung-adds-nfc-to-bestselling-tocco-lite-star-player-one-avila/” ,(2010-03-15), 2010-02-17.

[16] Near field communications world, [Tyfone puts NFC into microSD cards],

“ http://www.nearfieldcommunicationsworld.com/2009/01/12/3485/tyfone-puts-nfc-into-microsd-cards/”, (2010-03-21), 2009-01-12.

[4] NFC forum, [The First European NFC Competition, Touching The Future Announces Winners],

”http://www.nfc-forum.org/news/pr/view?item_key=c3f83ff0c2363b467a3427fc8db75e1201e8ef0e

”, (2010-04-22), 2007.

[33] NFC Forum , [Frequently Asked Questions], ”http://www.nfc-forum.org/resources/faqs#ISO”, (2010-06-16).

[34] NFC Fourm, [About NFC], ”http://www.nfc-forum.org/aboutnfc/”, (2010-06-16).

[12] NOKIA, [Nokia 6212 classic Data Sheet],

” http://www.nokia.com/NOKIA_COM_1/Press/Materials/White_Papers/pdf_files/Nokia_6212_classi c_data_sheet.pdf”, (2010-03-15), 2008.

[18] NOKIA, [Nokia 6212 classic Användarhandbok],

”http://nds1.nokia.com/phones/files/guides/Nokia_6212_classic_UG_sv.pdf”, (2010-03-15), 2008.

[26] NXP, [LPC2148 user manual],

“http://ics.nxp.com/support/documents/microcontrollers/pdf/user.manual.lpc2141.lpc2142.lpc2144.lpc 2146.lpc2148.pdf”, (2010-03-20), 2006.

[30] RFID Journal, [The history of RFID technology],

“http://www.rfidjournal.com/article/view/1338/1/129+RFID+history&cd=1&hl=sv&ct=clnk”, (2010-03-03).

[31] RFID news, [Vad är RFID], ”http://www.rfidnews.se/print_story.asp?ID=5”, (2010-03-03).

[35] Paus.A, [Near Field Communication in cellphones], “

http://www.crypto.ruhr-uni-bochum.de/imperia/md/content/seminare/itsss07/near_field_communication_in_cell_phones.pdf” (2010-06-03), 24.07.2007.

[17] Radio-electronics, [NFC Tags and Tag Types], “

http://www.radio-electronics.com/info/wireless/nfc/near-field-communications-tags-types.php” 2010.

[28] Robot-electronics, [The I 2C-BUS SPECIFICATION], “ http://www.robot-electronics.co.uk/htm/using_the_i2c_bus.htm”, (2010-03-27), 2010.

[37] SAARISALO.M, VIITANIEMI.P.K, [TAG

MULTIPLICATION], “http://www.freepatentsonline.com/20070008139.pdf” (2010-06-03), 2006-12-26.

[41] Seewoonaouth.K, Rukzio.E, Hardy.R, Holleis.P, [Touch & Connect and Touch & Select:

Interacting with a Computer by Touching it with a Mobile

Phone], http://portal.acm.org.support.mah.se/citation.cfm?id=1613858.1613905&coll=ACM&dl=AC M&CFID=74082397&CFTOKEN=46596895 (2010-02-02), 2009-09-(15-18).

[24] Skyetek, [SkyeModule_M1Mini],

”http://www.skyetek.com/Portals/0/Documents/Products/SkyeModule_M1Mini_DataSheet.pdf”, (2010-03-15), 2005.

[25] Skyetek, [SkyeModule_M1Mini reference guide],

“http://www.rfidinfo.com.cn/product/UpFiles/20071107051455338700.pdf”, (2010-03-15), 2006.

[13] TOSHIBA, [Toshiba Develops USIM Card Compatible with NFC Mobile Phones],

“http://www.toshiba.co.jp/about/press/2009_02/pr0901.htm”, (2010-03-20), 2009.

[15] Tyfone, [Secure Memory Card with integrated Smart chip], “ http://www.tyfone.com/product-contactless-payment.html”, (2010-03-21), 2010.

9

Figurlistan

Figur 2.1 Mobil som nyckel [1].

... 10

Figur 2.2 Hemtjänst applikationen [4].

... 11

Figur 2.3 Biljettköp vid resans start [6].

... 12

Figur 2.4 Biljettkontrollanten i ett NFC-biljettsystem [6].

... 12

Figur 2.5 Registrering av resanslut [6].

... 13

Figur 2.6 Fakturering av genomförda resor [7].

... 13

Figur 2.7 Betalning med mobiltelefon [8].

... 14

Figur 2.8 Överföring av betalningsapplikation [9].

... 15

Figur 2.9 Initialisering och processen av UICC betalning [9].

... 15

Figur 2.10 Mobilen som Handtags-system.

... 16

Figur 2.11 Mobilen som Schemasystem.

... 17

Figur 2.12 Mobilen som rabattsystem.

... 17

Figur 2.13 Sven utan NFC tjänster.

... 18

Figur 2.14 Sven med NFC tjänster.

... 18

Figur 3.1 Modell 1 - mobiltelefon och tagg.

... 19

Figur 3.2 Modell 2 - läsare och tagg.

... 20

Figur 3.3 Modell 3 - läsare och mobiltelefon.

... 21

Figur 4.1 Nokia 6212-NFC

... 22

Figur 4.2 Mobilbetalning med hjälp av USIM [14].

... 24

Figur 4.3 Mobilbetalning med hjälp av Micro-SD [15].

... 25

Figur 4.4 Tagg läsning.

... 26

Figur 4.5 Mifare standard 4kb.

... 27

Figur 4.6 Minneslayout för MIFARE 4K Tag [23].

... 28

Figur 4.7 Mifare 4k uppbyggnad [23].

... 28

Figur 4.8 Läsarmodul M1-mini.

... 29

Figur 4.9 LPC2148 demo board med ARM7.

... 30

Figur 5.1 UID avläsning.

... 31

Figur 5.2 Bluetooht initiering.

... 31

Figur 5.3 Öppna URL.

... 32

Figur 5.4 I

C koppling.

... 33

Figur 5.5 Data från Master till Slave [26].

... 33

Figur 5.6 Kommando från processor till läsarmodul [25].

... 34

Figur 5.7 Data från Slav till master [26].

... 34

Figur 5.8 Kommandopaket [25].

... 34

Figur 5.9 Respond paket [25].

... 34

Figur 5.10 Läsaren kopplad till ARM 7 läser av taggens UID.

... 35

Figur 5.11 Läsaren läser mobiltelefonens UID.

... 36

Figur 6.1 verktygslåda och applikationer.

... 38

Bilagor-Innehållsförteckning

Bilagor-Förkortningar ... 46 Bilaga-1 RFID ... 49 Historik ... 49 Hur tekniken fungerar ... 49 Energikälla för olika tagg typer ... 50 Tagg/Transponder ... 50 Passiv RFID tagg ... 51 Aktiv RFID, ARFID ... 51 Semi passive RFID tagg ... 51 Frekvens ... 51 Low Frequency [LF] 125 – 134 KHz ... 52 High Frequency [HF] 13.56 MHz ... 52 Ultra High Frequency [UHF] 862 – 960 MHz... 52 Ultra High Frequency [UHF] 2.4 GHz ... 52 Minne ... 52 Standards ... 53 Air Interface (frekvens) standard ... 53 Data innehåll och kodning ... 53 ISO Testing och konformitet ... 54 Samverkan mellan tillämpningar och RFID-system ... 54 Bilaga-2 ISO14443 ... 55 Del 1 ... 55 Del 2 ... 55 Typ A signalering ... 55 Typ B signalering ... 56 Del 3 ... 56 Typ A ... 56 Typ B ... 57 Del 4 ... 58 Aktiveringsprotokoll i typ A kort ... 58 PROTOKOLL ... 59 Bilaga-3 NFC ... 62 Om NFCIP-1 (ECMA-340/ISO18092) ... 62 Radiofrekvens gränssnittet ... 62 Initiering ... 62 Dataflödes protokoll ... 65 Om NFCIP-2 ... 66 NFC säkerhetsproblem ... 68 Avlyssning (Eavesdropping) ... 68 Förvanskning av data ... 68 Datamodifiering ... 68 Datatillägg ... 68 Man-in-the-Middle-Attack ... 68 NDEF ... 69 NDEF meddelanden ... 69 PAYLOAD LENGTH ... 70 TYPE ... 70 ID ... 70 Bilaga-4 Series 40 Nokia 6212 SDK & Kodexempel ... 71 Contactless Communiaction API (JSR257) ... 71 Kodexempel - Mobil ... 72 Kodexempel - läsare ... 75 Bilagor-Referenser ... 78 Bilagor-Figurförteckning ... 80 Bilagor-Tabellförteckning ... 81