« Изучение применения NFС-технологии в мобильных устройствах»

Окружная научно-практическая конференция учащихся

«Юные дарования 21 века»

Секция: «Физика»

Тема:

« Изучение применения  NFС-технологии

в мобильных устройствах»

Автор: Кузьмина Оксана,

Серов Дмитрий

учащиеся 11 «А» класса

ГБОУ СОШ №1 «ОЦ»

п.г.т  Стройкерамика

Самарская область

Научный руководитель: Колчина И.А.

учитель физики

п.г.т. Стройкерамика

2015

Содержание

1. Введение………………………………………………………………….3

         2.   Теоретическая часть……………………………………………………5

          2.1.Что такое  Near  Field  Communication………………………………..5

          2.2.Принцип работы  NFC…………………………………………………6

2.3.Режимы работы   ……………………………………………………….7

2.4. Использование  NFC-технологии …………………………………..10

2.5. NFC-метки и их виды …………………………………………………3

3. Практическая часть ……………………………………………………15

          4.  Заключение ……………………………………………………………18

        5.  Библиографический список…...………………………………………19

               Приложения……………………………………………………………20

Введение

  В современном обществе мобильный телефон  есть практически у каждого.  Компании, создающие мобильные телефоны, осваивают новые функции, представляя  новые телефоны с уникальными возможностями. Но мало кто знает, что новые функции  аппарата заметно упрощают нашу жизнь. Одной из таких функций является NFC-технология, о которой  мы узнали  на уроке физике  при изучении  электромагнитного  поля.  Разговаривая с одноклассниками,   выяснилось, что они совсем не имеют представления  о данной  технологии  и  мы решили  ее изучить.

Актуальность работы.  Мы живем в цифровом мире, в котором  человек, имея  новый стиль мышления и быстрый  напряженный  ритм жизни,  умело и эффективно использует современные технологии в организации своей деятельности, а   мобильный телефон на сегодняшний день стал  нашим незаменимым помощником -  предметом первой необходимости.  Применение пользователем технологии  NFC в своем мобильном телефоне дает  заметную экономию времени и денежных средств,  телефон может заменить   все пластиковые карты. Особенно актуальна данная  мобильная  технология в сложившейся экономической ситуации. Во время финансового кризиса, когда все уделяют большое внимание сокращению расходов,   использование методов мобильного маркетинга является наиболее экономичным способом коммуникации.

Целью  работы является изучение NFС - технологии   и возможность ее применения в наших сотовых телефонах.

1. Для достижения цели  поставлены  задачи:
2. Изучить  литературу по   данной теме
3. Изучить принцип действия и режим работы NFС
4. Выявить области применение данной технологии
5. Разработать условия и формулировки задач исследования
6. Провести опрос  среди учащихся 9-11 классов
7. Рассмотреть  возможности  применения этой технологии  в  рамках нашей школы.

Гипотеза исследования: теоретически изучив данную технологию, рассмотреть возможность подключения режима NFC к сотовому телефону типа ОС Android и IOS

Объектом исследования являются наши личные и сотовые телефоны старшеклассников.

2. Основная часть

1.  Near Field Communication или что такое NFC?

  В Википедии   (http://ru.wikipedia.org/wiki/) Near_Field_Communication)

аббревиатура NFC расшифровывается как  Near  Field  Communication, которая в переводе с английского языка обозначает «коммуникация ближнего поля», «ближняя бесконтактная связь» - технология беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия, которая дает возможность обмена данными между устройствами, находящимися на расстоянии около 10 сантиметров. Обмен информации происходит под воздействием радиочастот, причем непосредственный физический контакт устройств в этом случае не нужен.

Эта технология — простое расширение стандарта бесконтактных карт, которая объединяет интерфейссмарт-карты и считывателя в единое устройство. Примером  может служить уже существующая  инфраструктура бесконтактных карт,  использующихся в общественном транспорте и платежных системах.

NFC нацелена на использование в мобильных телефонах и планшетах, которые способны объединить в себе весь функционал опций и услуг, какие только может предоставить использование смарт-карт.

Возможно, сегодня повсеместное использование NFC кажется футуристическим, однако в самом ближайшем будущем эта технология прочно войдёт в нашу жизнь – точно так же, как  Wi-Fi, Bluetooth, USB.

2.2.Принцип работы  NFC

В статье «Технология NFC — связь на близком расстоянии», размещенной на сайте http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2187/doc/57689/, рассмотрен принцип и режимы  работы  NFC.

«В основе NFC лежит индуктивная связь (см. рис. 1). Частота работы — 13,56 МГц, скорость передачи — 106 кбит/с (возможны 212 кбит/с и 424 кбит/с). Сигнал подвергается амплитудной манипуляции ООК с различной глубиной 100% или 10% и фазовой манипуляции BPSK.

При передаче информации пассивному устройству используется амплитудная манипуляция ASK(изменение сигнала, при котором скачкообразно меняется амплитуда несущего колебания.) При обмене с активным устройством оба устройства равноправны и выступают в качестве поллинговых.  Каждое устройство имеет собственный источник питания, поэтому сигнал несущей отключается сразу после окончания передачи.
За счет индуктивной связи между опрашивающим и прослушивающим устройствами пассивное устройство влияет на активное. Изменение импеданса (полное сопротивление)  прослушивающего устройства вызывает изменение амплитуды или фазы напряжения на антенне опрашивающего устройства, которое он обнаруживает. Этот механизм называется модуляцией нагрузки. Она выполняется в режиме прослушивания с применением вспомогательной несущей 848 кГц. В зависимости от стандарта применяется амплитудная (ASK для 14443 А) или фазовая манипуляция (BPSK для 14443 В).

2.3 Режимы работы

В NFC определено три основных режима работы:
– пассивный (эмуляция смарт-карты). Пассивное устройство ведет себя как бесконтактная карта одного из существующих стандартов;
– передача между равноправными устройствами, то есть режим P2P - два устройства NFC вместе связываются и обмениваются информацией.  Наверное, вы уже слышали о программе Skype (http://www.skype.com), новом одноранговом (Peer-to-Peer, P2P,что в переводе означает «равный участник» ) приложении Интернет-телефонии для Windows,
– активный режим (режим считывания: устройство NFC является активным и обнаруживает  пассивную RFID-метку)
Нас интересует именно активный режим. Смарт-карта или сотовый телефон с интегрированным NFC-чипом превращаются в  многоцелевые устройства, выступая как:

• платежное средство (виртуальный кошелек)
• средство идентификации владельца
• ключ
• бонусная карта
• проездной билет

Несомненное преимущество NFC — простота использования. Для обмена необходимо поднести устройства близко друг к другу.

2.4 Использование NFC-технологии

 В настоящее время NFC-решения уже применяются во многих областях. Например, с помощью этой технологии осуществляется бронирование и продажа электронных билетов, оплата проезда в общественном транспорте и парковки автомобилей, NFC-технология активно используется также в сфере услуг и развлечений.  

 Оплата денежных операций через мобильные телефоны вышли на новый уровень с технологией  Near Field Communication.  Эта технология позволяет мобильным телефонам совершать денежные операции, если телефоном провести перед считывающим устройством. К примеру, если вы оказались в автобусе, в котором есть считывающее устройство, просто проведите своим мобильным телефоном перед ним, и позже вам придет счет за проезд на автобусе и не придется искать мелочь. Это происходит с помощью создания телефонов, поддерживающих NFC и смарт-карты, которые работают с такими считывающими устройствами.

Данная технология была использована в России при проведении  XXII Олимпийских игр в Сочи в 2014 году. Санкт-Петербургская компания i-Free – ведущий разработчик NFC-сервисов для массовых мероприятий на российском рынке, предоставила технологические решения  для программы Олимпийского Комитета. NFC-разработки i-Free помогли организаторам мероприятий  получать данные о посетителях и предоставлять им оперативную информацию, избавиться от очередей на регистрации, получать мгновенную обратную связь от участников мероприятия, вовлекать их в интерактив, распространять информацию в соцсетях и многое другое.

2.5 NFC-метки и их виды

Сферу применения мобильного устройства с поддержкой NFC можно расширить специальными метками. Выглядит это  следующим образом: вы подносите смартфон к специальной NFC метке, представляющей собой небольшой стикер с интегрированным чипом.  Помимо безналичной формы оплаты различных услуг, покупки билетов и открывания электронных замков дверей, вы можете использовать возможность быстрого запуска с помощью NFC-меток сразу нескольких функций смартфона, объединенных в единый профиль. Приведем пример: вы приходите на работу и прикладываете мобильное устройство к метке на рабочем столе, которое, в свою очередь, автоматически запускает подключение к местной Wi-Fi точке доступа, переходит в режим «без звука» и начинает предупреждать о запланированных в календаре встречах.

NFC-метки могут быть использованы в машине: для включения Bluetooth, медиа проигрывателя или приложения, использующего GPS навигацию. Дома, одним прикосновением к NFC-метке вы можете выключить звук или отключить мобильную передачу данных. Чтобы это реализовать потребуется лишь смартфон или планшет со встроенным  NFC-модулем, непосредственно NFC стикер/метка и бесплатное приложение из GooglePlay. Если в коробке с мобильным устройством NFC-меток не оказалось, то NFC-стикеры можно приобрести в интернет - магазинах по 30-50 рублей за штуку.

Метки могут быть интегрированы в самые разные предметы: карты, наклейки, жетоны, брелки, браслеты и т.д.  Использование NFC-меток существенно упрощает процедуру электронных платежей. Достаточно поднести устройство с меткой – пластиковую карту или мобильный телефон – к NFC-терминалу, чтобы произвести мгновенную оплату. Так можно покупать продукты в супермаркете, билеты в кинотеатр, оплачивать проезд в общественном транспорте и т.д.: деньги снимаются с банковского или мобильного счета, и человек сразу же получает оповещение об этом на свой мобильный телефон.

Таким образом, NFC-метки – это еще и высокотехнологичный инструмент, позволяющий буквально одним жестом решать многие повседневные задачи.

На сайте компании  i-Free ( http://nfc-services.ru/)  указаны следующие виды меток:

1. Бумажные ламинированные самоклеящиеся NFC метки

Наиболее бюджетный вариант. Не подходит для использования вне помещений и размещения на металлических поверхностях. Средняя износостойкость

2. Прорезиненные самоклеящиеся NFC метки

Подходят для размещения вне помещений. Не подходят для размещения на металлических поверхностях. Средняя износостойкость.

3. Пластиковые самоклеящиеся NFC метки с 3М-покрытием

Лучший вариант для размещения на металлических поверхностях, предпочтительно внутри помещений. Высокая износостойкость.

4. Ламинированные самоклеящиеся NFC метки с ферритовым слоем

Идеально подходят для размещения на металлических поверхностях внутри помещений. Высокая износостойкость.

Поверх NFC-метки может быть нанесена специальная яркая полиграфия, делающая её заметной даже в тёмном, запылённом помещении.

В статье «NFC-стена покупок в офисе Google» приводится такой пример.

В амстердамском офисе Google появилась интерактивная стена, оборудованная NFC-метками, с помощью которой сотрудники могут заказать и оплатить продукты питания, чтобы забрать их в конце рабочего дня.

60-ти дюймовый телевизор показывает набор блюд, каждому из которых соответствует своя NFC-метка. При прикосновении к метке блюдо добавляется в заказ, а информация о соответствующих ингредиентах и способе приготовления сохраняется в мобильном приложении покупателя.

Расфасованные продукты предоставляются компанией-поставщиком в конце рабочего дня.

Изучая литературу по данной теме, я обнаружила следующие данные внедрения NFC в России в период с 2012 по 2015 годы.

Как показало исследование «Рынок NFC в России и в мире», развитие услуг в этом сегменте находится в нашей стране на самой ранней стадии своего развития, в то время как в развитых странах мира накоплен достаточно большой опыт практического использования этой технологии.

 3. Практическая часть.

Цель нашего исследования –  выявить возможность установки режима NFC на свой мобильный телефон и телефоны старшеклассников и  рассмотреть перспективу внедрения этой технологии в режим работы школы.

Для достижения цели нами  поставлены  задачи:

1. Пользуясь данными Интернет, составить список моделей смартфонов с NFC
2. Провести опрос  среди учащихся 9-11 классов по выявлению

модификаций их телефонов

3. Выделить марки телефонов с NFC-чипами, которыми пользуются старшеклассники
4. Выяснить, знакомы ли они с предназначением данного устройства
5. Провести информационно-разъяснительную работу по настройке NFC-профиля
6. Установить  режим NFC на свои мобильные телефоны.
7. Описать возможный план внедрения NFC-технологии в режим работы школы.

Исследование  состояло из трех этапов.

На первом этапе из Интернет – источника  (http://www.nfcworld.com/nfc-phones-list/)  был выявлен  список модификаций телефонов с  NFC . (Приложение 1).

  На втором этапе  мы   нашли  приложение  «Как установить NFC- профиль» на сотовый телефон (Приложение 2).  (http://mediapure.ru/stati/texnologiya-nfc-i-ee-) 

Данную программу мы  смогли установить только на телефон  Дмитрия,  у второго телефона отсутствует  NFC-чип.   С помощью данного режима произвели обмен информацией с  телефона Дмитрия  на телефон одноклассника.

На третьем  этапе был  проведен опрос учащихся  9-11классов ГБОУ СОШ №1 «ОЦ »   п.г.т. Стройкерамика  по выявлению  модификаций  телефонов, которыми пользуются старшеклассники,  с NFC-чипами.

Всего в опросе участвовали 76 человек, из девятиклассников было  опрошено 37 человек, в 10х-  19 человек, в 11х- 20 учащихся.

 Проанализировав  данные опроса мы  сделали  следующий вывод:

75,6 % старшеклассников имеют сотовые телефоны на ОС Android и IOS , значит, они могут быть пользователями  NFC.  Предполагаем, что подобные данные  мы смогли бы получить и при опросе  всех учеников школы.

Но также выяснилось, что 91% учащихся не знают  обо всех возможностях своего телефона, а о режиме NFC даже и не слышали.

Следовательно, можно сделать вывод, что технические возможности наших телефонов и  имеющихся у ребят  сотовых телефонов, малая стоимость чипов, которые можно приобрести и  наличие считывающего устройства дают прекрасные перспективы использования NFC технологии даже в нашей школе.

Например,  наличие такого устройства, расположенного в вестибюле ОУ, дало бы возможность использовать телефон учащегося в качестве электронного ключа (пропуска), что приводит к повышению безопасности детей в течение учебного дня, получать оперативные данные о посещении учеником школы, определять местонахождение ученика в школе в любой момент времени, и не только ученика,  но и любого сотрудника школы и даже администрации; формирование отчетов о посещаемости классным руководителям облегчило бы  составление  о отчетов о посещаемости.  Кроме того, родители смогут получать информацию о входе/выходе их детей из школы в форме SMS-сообщений в режиме реального времени.

Родители и дети могли бы производить оплату за питание, не выходя из школы. А расписание, снабженное NFC-метками, автоматически могло загружаться на смартфон ученика при приближении  к нему телефона. 

Заключение

Получая все большее распространение и становясь необходимым атрибутом человека, мобильный телефон не только совершенствуется технически, но и приобретает новые качества и может быть не только полезной, но и необходимой вещью. Анализируя возможности NFC, можно с уверенностью прогнозировать ее потенциальную востребованность в  нашем обществе в ближайшие годы  как в сфере безопасности и контроля доступа, так и удостоверения личности, использования электронных денег, электронных ключей и так далее. В настоящее время NFC-решения уже применяются во многих областях.  Развитие NFC-технологии необходимо для повышения уровня жизни в нашей стране. Для этого необходимо проводить информационно-просветительскую  деятельность с учениками  их родителями и учителями, т.к. любая технология на потребительском рынке тем эффективнее развивается, чем больше у нее пользователей.

Данная технология несет  в себе огромный потенциал роста и ей определенно есть куда развиваться. А если начать распространять знания  о ней,  как о помощнике, мы сможем прийти к заметному прогрессу в сфере её использования.  Есть еще «совершенно непаханое поле» в виде интеграции NFC-тегов во многие отрасли  производства и мы, выпускники  школы,  учтем  эту незаполненную нишу при выборе будущей профессии.

Библиографический список

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Near_Field_Communication
2. http://www.i-free.com/activities/nfc_solutions
3. http://nfc-services.ru/
4. http://mediapure.ru/stati/texnologiya-nfc-i-ee-povsednevnoe-primenenie-posredstvom-nfc-stikerov-metok/

Приложение 2

Как настроить NFC-профиль ?

В качестве примера будет использоваться смартфон на базе ОС Android, так как большинство мобильных устройств работает на основе этой мобильной операционной системы. Пользователи WindowsPhone с поддержкой NFC смогут настроить стикер с помощью приложения NFC Interactor или NFC Toolkit.

С помощью NFC-стикера  можно настроить различные профили для удобства работы с мобильным устройством в зависимости от вашего местоположения.

Активация NFC. Если на панели уведомлений вашего смартфона отсутствует иконка активного NFC-модуля, то вы можете включить его с помощью пунктов меню «Настройки — Беспроводные сети — Включить NFC» или воспользуйтесь специальным виджетом. Затем установите бесплатное приложение Trigger из магазина PlayMarket. Отличительными особенностями утилиты Trigger является интуитивно понятный интерфейс и большое количество возможностей для автоматизации работы мобильного устройства. После установки Trigger, откройте приложение и перейдите в пункт меню «Мои задания».

Режим работы. В открывшемся окне необходимо нажать на значок «+». Перейдите в меню «Настроить задание - + — NFC» для создания заданий. Отмечу, что в приложении Trigger пункты, выделенные желтым цветом, будут доступны только после покупки PRO-версии утилиты стоимостью ≈100 рублей. Для дальнейшего использования функций NFC в них нет особой необходимости. Жмем «Далее» для перехода в следующий пункт меню.

Создание задачи. В пункте меню «Настроить задание» нажмите «+» и в списке заданий активируйте необходимые задачи. Для профиля «На работе» выберите «Беспроводные и локальные сети — Wi-FiВкл/выкл», «Беспроводные и локальные сети — Вкл/выкл мобильные данные», а также «Звуки и громкость — Звуковой профиль». Для подтверждения нажмите «Далее» и выберите в меню «Включить» или «Выключить» данные функции (пункты меню будут отображаться с левой стороны каждой строки). Затем необходимо включить Wi-Fi, выключить мобильные данные, а в строке «Звуковой профиль» выбрать пункт «Вибрация» и нажать кнопку «Добавить в задание». После этого дайте имя данному заданию — например, «На работе» — и нажмите «Далее». В пункте меню «Настроить переключатель» вы можете настроить последовательность задач, которую приложение Trigger будет поочередно выполнять после подключения смартфона к NFC-метке. Для завершения работы в профиле «На работе» снова выберите те же функции, только в этот раз выключите Wi-Fi, включите мобильные данные и деактивируйте «Звуковой профиль», либо задайте настройки по своему усмотрению. Нажмите «Добавить в задание» и задайте имя, например, «Домой». Теперь осталось нажать кнопку «Готово».

Сохранение профиля и настройка стикера. Сохраните профиль на NFC-стикере, приложив к нему ваш смартфон тыльной стороной либо же просто положите на него ваше мобильное устройство. Для обмена данными расстояние между смартфоном и меткой должно составлять несколько миллиметров, поэтому рекомендую заранее продумать место размещения NFC метки. После удачной синхронизации с NFC-меткой смартфон завибрирует и появится сообщение «Тег успешно установлен». После этого нажмите кнопку «Готово» — вы окажетесь в главном меню приложения. Теперь NFC-стикер готов к использованию и может поочередно включать и выключать профили.

Защита от записи. После всех вышеупомянутых действий вы можете открыть меню настройки, которое находится в верхней части экрана, чтобы активировать защиту от другой записи на NFC-метке, но в этом случае информацию на стикере невозможно будет перезаписать. Проблемы с записью информации на NFC-метку могут также возникнуть и при условии, если приложение Trigger должно включать профиль, который уже заранее был запрограммирован на стикере. В этом случае вам понадобится ToolTagReusePlugin — бесплатное приложение из PlayMarket, которое не нуждается в дополнительной настройке.

Управление временем работы. Если с помощью профиля «На работе» вы хотите контролировать время вашей работы, в этом поможет бесплатное приложение Timerecording (учет времени) из PlayMarket. Настроек в нем не требуется: с помощью кнопок «Проверить сейчас» («Checkitnow») и «Выключить проверку» («Checkoutnow») можно вручную ввести данные, а с помощью «Изменить задание» («Switchtask») переключаться с одного задания на другое, например, «Мои задания — [Название вашего задания]». В пункте меню «Настроить задание» выберите «+ — Приложения и ярлыки — Открыть приложение» и подтвердите настройки, нажав «Далее». В появившемся окне меню среди приложений выберите пункт «Учет времени» (Timerecording — Timesheet), а в следующем меню выберите «соm.dynamicg.timerecording.PublicServices$Checkln». Добавьте задачу и измените «Установить выключатель». Выберите дополнительно в пункте меню «com.dynamicg.timerecording.PublicServicesSCheckout». Запишите информацию на NFC-метку, чтобы добавить в ваш профиль «На работу» программу учета времени работы.

Установка и настройка PIN кода

Благодаря NFC-метке вы сможете устанавливать PIN-код на ваш смартфон с помощью приложения Tasker.

Установка приложений Tasker и SecureSettings. Чтобы управлять включением/выключением запроса PIN-кода на смартфоне необходимо дополнительно установить программы Tasker и плагин для него SecureSettings. Приложение имеет кучу полезных возможностей: от уведомления о полном заряде аккумулятора до выключения звука при перевороте устройства. Обе утилиты вы сможете найти на PlayMarket воспользовавшись поиском, либо загрузите приложение по ссылкам выше в формате *.apk на свой смартфон и установите ее с помощью проводника. Рекомендую устанавливать Tasker до программы Trigger для избежания конфликтов, так как Trigger не будет иметь доступа к задачам Tasker. Если вы уже установили Trigger, выберите в меню инсталляции этой программы пункт резервной копии задач (Backup), прежде чем удалить и снова установить приложение. Затем восстановите данные Trigger из сделанной ранее резервной копии.

Создание и настройка задач. Запустите Tasker и перейдите в меню настроек. В общих параметрах поставьте галочку напротив «Разрешить внешний доступ», чтобы Trigger имел доступ к задачам программы Tasker. С помощью кнопки возврата вернитесь в главное меню, перейдите на вкладку «Задачи» («Task») и нажмите «+», чтобы создать задачу. Создайте имя, к примеру «Вкл/ выкл PIN-код» и установите галочку, выберите в меню пункт «Изменение задачи» и снова нажмите «+». В появившемся окне «Категории действий» (SelectActionCategory) выберите «Плагин — Параметры безопасности» («Plugin-SecureSettings»).

Переключение PIN-кода. В программном меню «Редактирование действий» («ActionEdit»), которое находится справа вверху, нажмите на значок карандаша возле строки «Конфигурация», чтобы установить функцию «SecureSettings». В меню «Все действия» («АН Actions») выберите «Блокировка клавиатуры» («Keyguard») и кликните по пункту «Переключатель» («Toggle»). Сохраните настройки, кликнув по символу дискеты, и вы снова попадете в программу Tasker. Нажмите кнопку возврата, чтобы вернуться в главное меню приложения. Важно правильно выйти из меню установки, иначе утилита не активирует задачу.
Интеграция задачи NFC в Trigger. Откройте программу Trigger. Если вы уже создали профиль, войдите в него с помощью пунктов меню «Мои задания — [Имя профиля]», в противном случае просто создайте новое задание, нажав на кнопку«+». В меню «Настроить задания» включите функцию «Tasker», нажав «+ — Tasker — Задачи Tasker — Далее». В появившемся окне «Настройка приложений» нажмите на значок увеличительного стекла, выберите «Задачи» и кликните «Добавить в задачи». В таком же порядке в меню «Настроить переключатель» снова добавьте задачи Tasker, чтобы они были корректно установлены в программе Trigger и она могла их выполнять. Теперь  осталось только записать информацию на стикер, и мы сможем без особых трудностей включать и выключать PIN-код с помощью NFC-метки.