우리 곁에 성큼 다가온 NFC@마소

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NFC란

NFC는 NFC 칩이 탑재된 두 대의 단말기 간에 약 10cm 이내의 거리에서 13.56MHz 대역으로 데이터를 양방향 통신할 수 있는 비접촉 근거리 무선 통신 기술을 말한다. 근거리에서 무선 통신을 통해 정보를 교환할 수 있다면 접촉을 통한 공유와 발견, 지불, 티켓팅이 가능해지는 것을 의미한다. NFC의 주요 특징은 다음과 같다.

1.  기존 RFID의 기술을 확장한 개념이다.

    - 13.56MHz 주파수 대역 사용: NFC가 탑재된 기기 간에 단거리 데이터 통신을 제공하는 고대역폭 통신

    - ISO/IEC 14443 접근 카드 표준, 기존 펠리카(Felica), 마이페어(Mifare) 태그와 호환

2. 보다 다양한 기능을 지원한다.

    - 기존의 RFID와 달리 읽기와 쓰기 모두를 지원

    - 카드 에뮬레이션, 리더 모드, P2P 모드를 지원

3. 0.1초 내외의 단말기 인식 시간 

4. 최대 424Kbps의 전송속도 

5. 10cm 이내의 짧은 통신 거리로 인한 높은 보안성

6. 사용자 행동의 의도를 인식해 다양한 맞춤형 서비스와 연계 가능

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NFC의 역사

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다른 유사 통신 기술과의 관계

NFC는 비접촉식 카드 기술 표준(ISO/IEC 14443 A&B, JIS-X 6319-4)에 정의된 여러 핵심 요소를 활용함으로써 상용화된 다른 무선 기술의 한계를 보완했다.

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NFC는 어떻게 동작하는가?

NFC 통신은 상호 근접한 자기 필드에 있는 두 개의 루프 안테나 사이에서 발생된 전자기 유도 작용을 통해 동작한다. 사전 허가 없이 사용할 수 있는 공용 주파수 대역인 13.56MHz의 ISM 밴드에서 14kHz 대역폭 사용한다. 표준 안테나의 동작 거리는 20cm 안팎이며, 지원 가능한 데이터 대역폭은 106 또는 212, 424, 848kbit/s이다. 

NFC는 ‘능동 통신 모드’와 ‘수동 통신 모드’라는 두 가지 통신 모드를 지원하며 각각의 통신 모드의 동작 방법은 다음과 같다

수동 통신 모드의 동작 방법

능동 통신 모드의 동작 방법

● 수동 통신 모드

- 시동 기기에서 캐리어 필드 제공

- 대상 기기는 제공된 필드를 변조하며 동작

- 대상 기기는 시동 장치가 제공하는 전자기 필드에서 전원을 공급받아 송수신기로 동작 가능

- 자체 전원공급 미지원

● 능동 통신 모드

- 시동 기기와 대상 기기 모두가 상호적으로 자체 전자기 필드를 생성해 통신

- 하나의 기기는 상대의 데이터가 들어올 때까지 자신의 RF 필드를 해제(반 이중 통신)

- 자체 전원공급 지원

NFC 통신은 한쪽이 리더가 되고 다른 쪽은 태그로 동작하는 반 이중 방식으로 동작한다.

NFC 동작 프로세스 예시

<그림 4>에서 ① 리더 역할을 하는 NFC 기기는 주기적으로 RF(무선주파수)를 송출해 RF 필드를 검색하고, ② RF 필드가 검색되면 초기 명령을 통해 선택된 전송속도로 대상 기기와 통신해 대상기기는 수신된 데이터를 디지털로 처리한다. ③ 대상 기기는 동일한 전송속도로 리더 역할을 하는 NFC 기기에 응답하고 태그 역할을 하는 NFC 기기는 이를 디지털로 처리한다.

NFC는 데이터 전송을 위한 데이터 코딩 방식으로 Modified Miller 코딩 방식과 Manchester 코딩 방식을 사용한다. Modified Miller 코딩 방식은 능동 기기 간에 106kbit/s로 데이터 전송 시 100% 변조 가능하며, Manchester 코딩 방식의 경우 10% 변조 비율을 사용한다. NFC 기기는 동시에 데이터 송수신이 가능하므로 RF 필드를 감시하고 수신한 신호와 전송한 신호가 일치하지 않는지 여부를 감지한다.

NFC 하드웨어

NFC 단말기의 하드웨어는 RF를 송수신하기 위한 안테나, 송수신한 데이터를 처리하는 NFC 칩, 보안을 담당하는 SE (Secure Element)로 구성돼 있다. 아래 그림에서 NFC 칩(①)은 NFC 기술의 핵심으로 NFC와 관련된 데이터 송수신, 다른 애플리케이션과 하드웨어의 컨트롤을 담당한다. NFC 안테나(②)는 13.56MHz의 RF를 송수신하는 역할을 하며, SE(③)는 보안을 담당하는 모듈로 결재, 고객정보관리를 위한 핵심 요소다

NFC 기기의 하드웨어 구조

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NFC의 최대 이슈 중 하나는 바로 SE의 위치로 NFC 기기에서 SE를 구현 방법에는 3가지 가 있다. <그림 7>을 통해 하나씩 살펴보자. ①번은 단말기 내부에 탑재된 메모리 또는 NFC 칩에 SE가 탑재된 구조로 USIM이 필요 없지만 단말기 변경이 불편하다. ②번은 외장 메모리에 SE가 탑재된 구조로 통신사나 단말기 선택이 자유롭지만 별도의 슬롯을 통해 장착되는 만큼 분실 위험이 있다. 마지막으로 ③번은 USIM과 SE가 통합된 구조로 보안성은 확보되지만 통신사에 종속되는 문제가 있다.

 SE 구현 방법의 종류

NFC를 구성하는 하드웨어 요소는 애플리케이션 프로세서(이하 AP), USIM 카드 등의 모바일 기기의 다른 하드웨어나 소프트웨어 등과 연계된다. <그림 8>에서 예로 든 노키아 NFC 아키텍처에서 AP를 구성하는 요소인 ‘JVM/런타임’, ‘JSR 257(노키아 주도의 비접촉식 통신 API 자바 스펙)’, ‘JSR 177(J2ME용 Security and Trust Services API)’ 등과 NFC의 구성 요소가 SWP(Single Wire Protocol) 인터페이스를 통해 NFC 팁과 연계돼 있다.

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노키아의 모바일 NFC 아키텍처의 예

NFC의 구성에 필수적인 안테나는 케이스형과 배터리형으로 구분된다

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