簡化藍牙裝置配對過程　NFC輔助角色漸突顯

雖然藍牙是一項出色的近距離數據通訊技術，但其傳輸層協議存在某些缺點，對用戶而言，設備之間的初始連接過程會比較麻煩。在最糟糕的情況下，僅將藍牙耳機連接到手機就需要三十秒的時間，甚至重新連接先前已識別的節點，通常也須要手動操作。幸運的是，近距離無線通訊(Near Field Communications, NFC)技術可以與藍牙配合使用，進而簡化在無線個人區域網路(WPAN)添加節點的過程，或者簡化與自動櫃員機、照片印表機及銷售終端等臨時公共資源建立連接的過程。  

使用NFC建立藍牙節點之間的初步「握手」，毋需用戶手動操作，且設備配對過程(Pairing Process)接近即時。以單獨的運作頻率和互補性的應用為基礎(表1)，NFC與藍牙很容易就可在同一個產品中共存，進而簡化藍牙通訊的搜索和協商過程。

表1　NFC和藍牙技術比較表
特性	NFC	藍牙
網路配置	端對端(Peer to Peer)	單點對多點
距離	0.1公尺	10公尺(最長達100公尺)
營運頻率	13.56MHz	2.4GHz
速度	最快可達424kbit/s	最快可達721kbit/s
建立連接所需的時間	少於0.1秒	約6秒
安全性	硬體和協議層安全性	協議層安全性
通訊模式	主動－被動 主動－主動	主動－主動
應用	連接、數據交換、RFID、付款	數據交換、耳機
基礎設施	非接觸式RFID解決方案	手機、PDA
實用性	易於使用、方便、一觸即發	不方便，因為建立連接所需的時間較長
成本	低	一般

NFC之所以與眾不同，主要是因為以下三個特點：

．	距離短
	NFC的操作距離極短，僅有約十公分，這一特別設計可防止在意外或未經授權的情況下產生連結。

．	連接過程直接
	NFC的連接過程主要考慮的是普通消費者的行為模式，而不是工程師或程式員所認為的模式，就像現在的智慧卡一樣，要激發具有NFC功能的個人數位助理(PDA)或手機的通訊，只須將它接近要連接的設備即可。

．	可與電源/無電源產品通訊
	NFC以傳統模式在具備電源的設備之間運作，同時支援非接觸式智慧卡或射頻詢答機(Transponder)等無電源被動設備的通訊。

NFC與藍牙相輔相成  

NFC最初是特別針對13.56MHz RFID頻段下、十公分以內的短距離非接觸式數據傳輸而設計，它是一項開放標準，符合ISO 180921和ECMA 3402規範，並與ISO 144433定義的RFID全球標準向後相容。它所具有的低成本、高可靠性和全球相容等特點，使其成為RFID、電子付款和免插型(No-swipe)智慧卡等應用的首選技術，正是由於以上特性，NFC能夠作為一種輔助技術，自動執行建立藍牙連接所需的認証和初始參數交換。  

藍牙設備間的配對操作通常需要五～六秒鐘，通訊繁忙的環境中則長達三十秒，而NFC簡化的單一連接協議只需一百到兩百毫秒就能完成上述任務。效率如此高主要是因為NFC是一種相對簡單的協議，最初是針對某些直接的點對點應用而開發，與藍牙的一系列複雜使用模型形成鮮明對比。  

透過標準RFID技術的一個子集以及在1～2dBm之間的典型輸出功率，NFC可以在主動與被動的作業模式下(圖1)支援106kbit/s、212kbit/s與424kbit/s傳輸速率的極短程資料連結。NFC的主動模式需要兩邊設備都支援全雙向資料交換(Duplex Data Exchange)，而主動/被動作業模式則只需一端是主動收發器，它會為被動的另一方提供能量。被動設備的接收器僅須在推進時，確定其存在及證明參與通訊的可行性，並對資料接收作出回應，另一方面，NFC的主動模式需兩個節點同時參與協商資料交換。多數應用需兩個主動式NFC節點，而主動/被動式模式則在與無電源設備進行通訊時很有用，如非接觸式卡片。

圖1a　NFC主動運作模式

圖1b　NFC的被動運作模式

NFC的通訊過程簡潔，始終遵循搜索、認証授權、協商、傳輸和確認等順序，其鏈結層包括一個加密的授權步驟以及防衝突機制，可防止第三方以中間人方式侵入鏈結。此外，其十公分短距離傳輸的特點可以限制潛在黑帽(Black Hat)駭客的進入，對於安全付款之類的敏感型應用，可以採用標準智慧卡所用技術，在更高層增加AES和三重DES加密。NFC會在協商階段中建立與後續交易的各種參數定義，如鏈結速度、設備ID、應用、傳輸大小以及所需動作等。  

此時，NFC連接不僅可實現自身相關的簡單資料交換，還可在設備之間建立一個到藍牙點對點或主機與用端戶的連接。後者須協商雙方的藍牙節點位址，並透過藍牙的較高層協議終止連接，這些參數在藍牙和NFC設備間的傳遞是透過串列連結--一般是採用I²C或SPI介面，與一個簡單的交換協定，在藍牙設備和NFC之間進行傳遞。  

由於可以自動處理較低層的任務，因此NFC協議可大幅改善許多消費性應用的使用者體驗，圖2闡述用戶要玩遊戲或傳送照片時，兩部手機或PDA之間須要建立哪些連接，同時針對WiFi和無線USB用戶開發類似的機制，使他們能在與網路建立連結時享受相同的速度和方便性。

圖2　NFC對藍牙的透明傳輸簡化透過手持式設備建立多人遊戲連結的過程

NFC應用範圍擴大  

由於NFC可作為藍牙較長距離和較高數據速率的支援技術，所以同時採用這兩項技術的設備具有更大的靈活性，可提供更精彩的用戶體驗。可以簡單想像這兩種技術的綜效︰藍牙是一種多用途電纜，用來實現任意兩台電子設備之間的數據交換；而NFC則充當一種通用的連接器，將數據交換過程變得既方便又快捷。  

與其簡單列出預計哪幾十種應用會給NFC帶來現成的市場機會，還不如研究一些案例，底下這些案例將展示簡化的藍牙連接過程，如何將如今的應用變得更容易使用、更有趣，並指出如何打造新的應用，這些新應用將充分發揮手持式設備的功能，甚至可能催生全新的產品類別。  

免持連接  

透過簡化具有藍牙功能的手機與耳機和免手持系統之間的連接過程，NFC很快就能獲得市場的接受，由於耳機或擴音器只須包含一個非接觸式RFID卡，因此只須將兩個設備互相接觸，就能實現與手機的配對。  

在這種情況下，手機將讀取RFID卡以確定可提供的耳機功能和藍牙設置的參數。  

PC/手持設備同步  

當用戶將智慧型手機與個人電腦進行聯絡人列表、日曆和其他重要資料同步時，也將享受到具備NFC功能的藍牙技術的好處。因此，同步手機或PDA的操作將變得非常簡單，只須將設備與個人電腦相接觸，並按手持設備螢幕上的選單回答幾個問題即可。  

區域網路遊戲  

NFC在電子遊戲領域也有許多應用，例如藉由NFC技術，遊戲玩家即使在某些特定的環境中，如同學聚會中或上下班乘車途中，也可以玩區域網路的遊戲。當與藍牙一起使用時，NFC能夠解決目前許多與建立連接相關的問題，而正是這些問題阻礙市場對藍牙的接受。  

將藍牙耳機連接到手機時，建立一次連接通常只須進行一次配置，而特殊條件下的網路遊戲與此不同，每加一個新的玩家都須要建立新的連接。如果在手機和耳機之間只建立一次連接，三到五分鐘是可以接受的，但如果用戶每天要建立多次連接，這一過程就顯得耗時而繁瑣。在藍牙設備隨處可見的擁擠公共場所中，這一過程會變得更加複雜，因為在這種情況下，很難確定哪個設備是目標連接設備。  

而NFC能夠實現無縫、直接且快速的連接，進而解決此一問題，不管玩GameBoy、PS2等專門的遊戲設備，還是手機或PDA中內建的遊戲，NFC都能為多人遊戲建立一觸即發(Touch-and-go)的連接。兩名遊戲玩家只須將他們各自的設備互相接觸，設備中的NFC軟體就將處理建立藍牙連接所需的搜索、查詢、認証和加密設定。  

圖片列印  

數位攝影的興起帶來對即時列印的大量需求，不管是透過家用印表機還是自助式數位沖印便利站(Photo Kiosk)，幾乎每個藥局、折扣商店和便利商店都有這種便利站，啟用NFC的藍牙連接可輕鬆替代目前所用的USB連接線和儲存卡，用來在相機和印表機之間傳輸圖像。  

在自助式數位沖印便利店列印手機或相機上的圖像時，只須將設備放置在印表機頂部的指定區域，然後透過手持設備的選單啟用圖像共享，然後以正常模式打印即可；在家或辦公室裡，如果印表機整合NFC與藍牙功能，可以直接從任何具有相似功能的相機進行無縫列印。  

該技術的應用得經過兩到三年的時間才能普及，在此期間，可使用以USB為基礎的的配接器(Dongle)，實現不具備NFC功能的舊款計算機和印表機，與具有藍牙功能的手持式設備進行通訊。  

圖片共享  

NFC技術更有助於將圖片從PDA和智慧型手機的窄小螢幕中解放出來，不難想像，將來將可透過手持設備之間交換照片，就如今日交換名片一樣。這種流暢的圖片傳輸功能也將使計算機、電視和平面螢幕等成為臨時的圖片顯示器。  

圖片傳輸功能可內建在DVD播放器、家庭劇院設備，甚至是視訊顯示器本身中，只須將手持設備與已經啟用NFC的藍牙設備相接觸，連接就會啟動，而且可攜式裝置的螢幕上會出現一個選單，用戶可以選擇、傳輸和顯示圖像。與電腦相似，藍牙配接器修配用零部件市場將使早期的視訊產品能夠從任何具有藍牙功能的來源接收用戶的照片。  

NFC設備成本低於一美元  

由於可與藍牙技術互補，NFC已經在手機、PDA和其他大容量消費類設備中獲得廣泛接受，2006年在市場上已可看到支援NFC的藍牙設備。啟用NFC的POS終端已經在不少地區投入使用，2007年初一觸即發的自助式數位沖印便利站大量進入市場。在初期階段，NFC將作為獨立晶片嵌入在產品中，預計這些設備的初始成本遠遠低於一美元，而且，隨著市場的廣泛接受及隨之而來的量產，成本還會進一步降低。  

預計在兩至三年內，大多數NFC設備將成為大型整合式解決方案中的功能核心，與其帶來的設計功能相比，成本將微不足道。  

NFC作為實現無線協議的開放技術，隨著市場的廣泛接受，將有助於創造出新一代的無線產品，這些無線產品不僅可互相無縫操作，並且能夠輕鬆交換語音、視訊和電子貨幣等。  

(本文作者為恩智浦智慧識別事業部近距離無線通訊技術資深業務經理)