Appendix B – NFC y Touch Computing

Appendix B – NFC y Touch
Computing
Dr. Diego Lz. de Ipiña Gz. de Artaza
http://paginaspesonales.deusto.es/dipina
http://www.morelab.deusto.es
http://www.ctmd.deusto.es
Mercado potencial de NFC
Dispositivos Móviles Registrados en el mundo (en Millones)
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Introducción I
Near
Field Communication (NFC) hace
referencia a:
Conexión
inalámbrica de corto alcance
(unos pocos centímetros).
Basada en estándares.
Simple y segura.
Interacción bi-direccional entre
dispositivos electrónicos.
Introducción II
Solución desarrollada por Nokia.
Tecnología NFC = RFID (Identificación sin contacto físico)
+ Tecnologías interconectadas.
Trabaja en la banda de los 13,56 MHz No se le aplica
ninguna restricción y no requiere ninguna licencia para su
uso.
Velocidad: 106 kbit/s, 212 kbit/s o 424 kbit/s
Se puede usar para configurar e iniciar otras conexiones
wireless como son Bluetooth, Wi-fi o UltraWireband.
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Funcionamiento
NFC está basado en tecnologías sin contacto e
Identificación por Radio Frecuencia (RFID), por lo que es
necesario un lector y una etiqueta.
Cuando se enciende el lector, emite una señal de radio de
corto alcance que activa el microchip de la etiqueta con lo
que podremos leer una pequeña cantidad de datos que se
encuentra almacenado en ella.
Modos de Funcionamiento I
En el protocolo NFC siempre hay uno que inicia la
conversación y es éste el que monitorizará la misma,
este rol es intercambiable entre las dos partes
implicadas.
Existen dos modos de funcionamiento:
Activo
Pasivo
Todos los dispositivos del estándar NFCIP-1 deben
soportar ambos modos.
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Modos de Funcionamiento II
Pasivo: Sólo un dispositivo genera el campo
electromagnético y el otro se aprovecha de la
modulación de la carga para poder transferir los datos.
El iniciador de la comunicación es el encargado de
generar el campo electromagnético.
Modos de Funcionamiento III
Activo: Ambos dispositivos generan su propio campo
electromagnético, que utilizarán para transmitir sus datos.
Ambos dispositivos necesitan energía para funcionar.
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Transacción NFC
Toda comunicación NFC consta de 5 fases:
Descubrimiento
Autenticación
Negociación
Transferencia
Reconocimiento
Además, NFC también incluye:
Procedimiento de autenticación seguro
Mecanismo anti-colisiones
Beneficios de NFC
Mejora la usabilidad y la experiencia del usuario.
Fácil acceso a servicios y contenidos ofrecidos por
objetos físicos.
Se puede compartir información digital entre dos
dispositivos con tan sólo acercarlo el uno al otro.
Seguridad.
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Comparación con otras
tecnologías
NFC & Bluetooth
El estándar Bluetooth 2.1 incorpora “NFC Cooperation”.
Creación automática de conexiones Bluetooth seguras cuando
una interfaz NFC se encuentre disponible.
Por ejemplo:
Unos auriculares con Bluetooth 2.1 pueden conectarse a un móvil
con tecnología NFC simplemente acercando los dispositivos.
Se pueden enviar fotos de un móvil o una cámara de fotos a un
marco digital simplemente acercando el teléfono o la cámara al
marco.
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Usos
Conectar Aparatos Electrónicos
Acceder a Contenidos Digitales
Realizar Transacciones Sin
Contacto
Casos Prácticos de Uso
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Puesta en Práctica
Unas 30 ciudades en la que se esta probado NFC han
señalado la fácil adaptación y la actitud positiva de
los usuarios respecto de su uso.
En las áreas de: pagos, cobro de los billetes en el
transporte público y el descubrimiento de servicios.
Vision de Internet de las Cosas
“Para el 2011, aproximadamente 500 millones de teléfonos
móviles incorporarán funciones NFC que no sólo serán
utilizados para pagar en los comercios, sino también
serán usados para acceder a la información disponible en
los ‘objetos inteligentes’”
– Stuart Carlaw, ABI Research
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Futuro del NFC
Ventas (en millones)
NFC Forum I
El Near Field Communication (NFC) Forum es una
asociación industrial sin ánimo de lucro fundada por NXP
Semiconductors, Sony Corporation y Nokia para regular el
uso de la interacción inalámbrica de corto alcance en la
electrónica de consumo, dispositivos móviles y los PCs.
Web http://www.nfc-forum.org/
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NFC Forum II
Actualmente el NFC Forum cuenta con unos 115
miembros:
NFC Forum III
El NFC Forum promueve la implantación y la
estandarización de la Tecnología NFC como mecanismo
para la interoperabilidad entre dispositivos y servicios.
Para conseguir esto, se encarga de:
Desarrollar especificaciones basadas en estándares
Asegurarse del uso de las especificaciones del NFC Forum
Trabajar para que los productos con tecnología NFC cumplan
con las especificaciones del NFC Forum
Educar a los consumidores y las empresas respecto de la
Tecnología NFC
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NFC Forum IV
El NFC Forum ha establecido un estándar en la que se registra un
formato común para poder compartir datos entre los dispositivos
NFC entre sí y/o entre los dispositivos y las etiquetas NFC.
NFC Data Exchange Format (NDEF)
Especifica un formato común y compacto para el intercambio de datos.
NFC Record Type Definition (RTD)
Especifica tipos de registros estándar que pueden ser enviados en los
mensajes intercambiados entre los dispositivos NFC.
Smart Poster RTD
Para posters que incorporen etiquetas con datos (URLs, SMSs o números
de teléfono).
Text RTD
Para registros que solo contienen texto.
Uniform Resource Identifier (URI) RTD
Para registros que se refieren a un recurso de Internet
NFC Forum V
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Nokia NFC 6131
Peso: 104 g
Dimensiones: 92 x 47 x 20 mm
Tecnología NFC integrada:
Soporta JSR-257 para las aplicaciones
que utilicen funciones NFC.
Soporta tanto lectura y escritura en los
formatos más populares de etiquetas:
Mifare 1K, 4K, and Ultralight; Topaz;
Jewel (read-only); and FeliCa (nonsecure).
Permite aplicaciones peer-to-peer
Contiene un chip seguro integrado
(Global Platform 2.1.1- compliant Java
smart card), que permite ser tratado
como una tarjeta ISO 14443 Type A o
Mifare 4K.
Bluetooth
Nokia NFC SDK
Permite al desarrollador crear, emular y ejecutar aplicaciones Java
(MIDlets) usando la API de Comunicación Sin Contacto (JSR-257).
Este JSR nos permite usar las características NFC del Nokia
6131 NFC.
Ofrece soporte para MIDP 2.0
Capaz de emular el elemento seguro
Emulador de tecnología Bluetooth
Incluye la Nokia Connectivity Framework (NCF) Lite.
Plug-in para poder combinar el SDK con Eclipse
Para facilitar su uso, viene acompañada de:
Emulador Nokia 6131 NKC
APIs de Java
MIDlets de ejemplo
Documentación
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API de Comunicación Sin Contacto
(JSR-257)
javax.microedition.contactless
javax.microedition.contactless.ndef
Proporciona funciones comunes a todos los dispositivos NFC.
Proporciona funcionalidad para el intercambio de datos en
formato NDEF (NFC Data Exchange Format) con otros
dispositivos NFC.
javax.microedition.contactless.rf
javax.microedition.contactless.sc
Nos permite interactuar con dispositivos RF físicos.
Nos facilita la comunicación con tarjetas inteligentes externas
(Smart Cards SC).
javax.microedition.contactless.visual
Proporciona formas de leer la información almacenada en
códigos de barras (etiquetas visuales) y de generar dichas
etiquetas.
Registrarse al descubrimiento de
dispositivos
Tipos de Destinos
NDEF_TAG, RFID_TAG, ISO14443_CARD
// Get DiscoveryManager instance and set
TargetListener
// for NDEF_TAG target
DiscoveryManager dm =
DiscoveryManager.getInstance();
try {
dm.addTargetListener(listener,TargetType.NDEF_
TAG);
}
catch (ContactlessException ce) {
// handle exception
}
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Conexión e Intercambio de Datos
public void targetDetected(TargetProperties[] prop) {
// Select first target
TargetProperties target = prop[0];
try {
// NDEF_TAG target found
String url = target.getUrl();
// Open NDEFTagConnection to the target
conn = (NDEFTagConnection)Connector.open(url);
// Read data from the target
NDEFMessage message = conn.readNDEF();
NDEFRecord[] records = message.getRecords();
// Handle data
// Modify records or create new message
conn.writeNDEF(message);
conn.close();
}
catch (. ..) {
// handle exception
}
}
Registrarse al descubrimiento de
registros NDEF
// Get DiscoveryManager instance and set
TargetListener
// for NDEF_TAG and NFC_PEER targets
DiscoveryManager dm =
DiscoveryManager.getInstance();
try {
NDEFRecordType recordType = new
NDEFRecordType(
NDEFRecordType.EXTERNAL_RTD,"MyType");
dm.addNDEFRecordListener(listener,
recordType);
}
catch (. . .) {
// handle exception
}
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Leer Datos de una Etiqueta
public class YYY implements
NDEFRecordListener {
public void recordDetected(NDEFMessage
ndefMessage) {
NDEFRecord[] records =
ndefMessage.getRecords();
for (int i=0; i<records.length; i++) {
// Handle data
}
}
}
Autoarranque de aplicaciones
Arranque automático de MIDlets al detectarse una etiqueta utilizando PushRegistry.
Método estático (en el .jad)
Método dinámico
PushRegistry.registerConnection(“<ConnectionURL>”, “<MIDletClassName>”,
“<AllowedSender>”);
<ConnectionURL>:
MIDlet-Push-<n>: <ConnectionURL>, <MIDletClassName>, <AllowedSender>
ndef:rtd?name=<NAME> {"T",”U”, “Sp”}
ndef:mime?name=<MIME TYPE>
ndef:uri?name=<ABSOLUTE URI>
ndef:external_rtd?name=<NAME> Ej: urn:nfc:ext:empresa.es:midletejemplo
nfc:undefined_format
<AllowedSender>:
*
nfc:<conn type>;type=<target type>;uid=<uid>
<conn type>: {ndef, rf}
<target type>: {mf1k, mf4k, simpletag, felica, jewel, iso4a, iso4b}
Ejemplos:
nfc:ndef;type=mf?k;uid=*
nfc:ndef;type=felica;uid=12345671234567
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Comunicación P2P
Todavía no se ha estandarizado un protocolo P2P
Nokia incorpora uno en sus extensiones a la JSR 257
Es un protocolo muy simple de tipo petición-respuesta
Uno de los dispositivos debe ser el iniciador:
NFCIPConnection conn = (NFCIPConnection)
Connector.open("nfc:rf;type=nfcip;mode=initiator");
byte[] message = ...
conn.send(message);
byte[] response = conn.receive();
EL otro dispositivo actuará como destino:
NFCIPConnection conn = (NFCIPConnection)
Connector.open(“nfc:rf;type=nfcip;mode=target");
byte[] message = conn.receive();
byte[] response = ...;
conn.send(response);
Extensiones de Nokia a la JSR-257
Interfaces para acceder a tags Mifare UL, Standard y
tarjetas Desfire
Acceso a tags Innovision Jewel
Acceso a los tags estandarizados Tipo 3 (Sony FeliCa)
Protocolo Peer to Peer
Funcionalidad adicional del PushRegistry
Acceso al elemento seguro del teléfono
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Referencias
Close up and in the comfort zone, Near Field
Communication gets the message across
http://www.research.philips.com/password/archive/24/downloads
/pw24_nfc_18.pdf
NFC-Forum whitepapers
Nokia NFC
http://www.nokia.com/nfc
Nokia NFC Discussion Forum
http://www.nfc-forum.org/resources/white_papers/
http://discussion.forum.nokia.com/forum/
Nokia 6131 NFC SDK 1.1
http://www.forum.nokia.com/info/sw.nokia.com/id/ef4e1bc9d220-400c-a41d-b3d56349e984/Nokia_6131_NFC_SDK.html
Touch Computing: Simplifying Human
to Environment Interaction through
NFC Technology
http://www.smartlab.deusto.es
Dr. Diego López de Ipiña, Raúl de Benito y Rubén Abuín
Ciudad Real, SPAIN, 21-23 November 2007
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Outline
Motivation
Why NFC is a key technology in AmI?
NFC experiences in SmartLab:
NFC Services:
NFC devices:
Touch2Open
Touch2Launch
Touch2Print
RFIDGlove
Conclusion
Motivation
One of the main goals of Ambient Intelligence is to promote
natural user interaction to access and control surrounding
intelligent services, using:
Implicit input obtained from user context (location, identity or action)
Explicit input in the form of voice or movement commands
Near-Field-Communication (NFC) provides more natural user-toenvironment interaction by enabling Touch Computing:
Users wave their mobile devices in front of everyday objects
augmented with RFID tags and visual markers or other NFC-aware
devices in order to trigger the intelligent services
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Near Field Communication (1)
Combination of contact-less identification and interconnection
technologies to enable wireless short-range communication between
mobile devices, consumer electronics, PCs and smart objects
Modus operandi:
NFC application domain taxonomy published by NFC Forum:
initiator device starts and controls exchange of data and
target device answers the request from the initiator
Service initiation and configuration
P2P data sharing and communication and
Payment and ticketing
Key enabler of the Internet of Things
NFC mobiles discover and access services published by RFID tagged objects
Near Field Communication
The NFC range extends to approximately 20 cm
Sony's FeliCa and ISO 14443 A used in Philips' MIFARE technology
NFC Forum promotes implementation and standardization of NFC
technology to ensure interoperability between devices and services
Complementary to longer range wireless technologies (Bluetooth, Wi-Fi)
NFC operates in 13.56 MHz unregulated radio-frequency, interoperable
with existing contactless smartcard and RFID standards
(2)
http://www.nfc-forum.org/home
The Nokia 6131 NFC SDK allows developers to create and emulate
Java applications (MIDlets) for the Nokia 6131 NFC mobile phone
Implements Communication API (JSR-257)
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Touch Computing in SmartLab
Goal assess the importance of Touch Computing to
foster the Internet of Things and thus AmI deployment
How?
Through 3 Touch Computing services:
1 Touch Computing enabling device:
Touch2Open
Touch2Launch
Touch2Print
RFIDGlove
Where?
SmartLab – our AmI-dedicated research lab built in the Faculty of
Engineering of the University of Deusto
SmartLab (1)
Research lab focused on making AmI reality
Sponsored by bizkaia:xede (http://www.bizkaiaxede.com)
Objectives:
Provide an intelligent working environment reactive to user context:
Manage automatically aspects such as security, comfort or energy
consumption
Automate user tasks to offload them from intermediary activities and
allow them to focus on their final goals
Collaborate with industry and other research centers on research
targeted towards AmI real deployments
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SmartLab (2)
Proofs of Concept in SmartLab
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Touch2Open Service (1)
NFC-aware service to enable a user to open the door of his
office by simply approaching a mobile device to an RFID
tag on the door
Turns an NFC device into an electronic key that gives us
access to our work premises, car or home
The architecture of the Touch2Open service consists of two
components:
Door Controller Web and Bluetooth Service
Touch2Open Mobile Client
Web service based on www.dorlet.es API offering Bluetooth interface
Launched automatically (MIDP 2.0 Push Registry) when approaching
mobile to RFID tag
Screen requesting user password only appears the first time in the day
Touch2Open Service (2)
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Touch2Launch Service
A service aimed to complement our Internet-of-Things enabling
platform: Sentient Graffiti (http://www.smartlab.deusto.es/dsg)
Touch2Launch:
Enables automatic activation and configuration of SG mobile client by pointing
an NFC device to an RFID tag
IF web browser agent for mass Internet usage
THEN mobile phone agent for InternetInternet-of Things
Sentient Graffiti
Sentient Graffiti is a Web 2.0-based platform designed to make the
development and deployment of AmI scenarios in global (both indoor
and outdoor) environments much simpler
http://www.smartlab.deusto.es/dsg
What does it do?
Annotate every physical object or spatial region with info or services
Both indoors and outdoors
Filter annotations associated to surrounding resources based on user
context and keyword filtering
Enable user interaction with the smart object and spatial regions both in a
PUSH and PULL manner
Requirement
Participation in a community of users interested in publishing and
consuming context-aware empowered annotations and services
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SG Functionality
User’s view
Graffiti annotation
Graffiti discovery, filtering (user context
and tags) & consumption
Descriptions, keywords, contextual
attributes (where, who, when, etc.)
TRIP, RFID/NFC, GPS
System’s view
Context-Aware Folksonomy
Context-Aware Mash-up
Tag/keyword-based
GoogleMaps + our server back-end
Multi-modal Interaction
Sentient Graffiti simplifies human-toenvironment interaction through four mobile
mediated interaction modes:
– Pointing – the user points his camera phone to a bi-dimensional visual
marker and obtains all the graffitis associated with it
– Touching – the user touches an RFID tag with a mobile RFID reader
bound to a mobile through Bluetooth (or NFC mobile) and obtains the
relevant graffitis
– Location-aware – mobiles equipped with a GPS in outdoor environments
obtain the relevant nearby graffitis in a certain location range
– Proximity-aware –the device retrieves all the graffitis published in nearby
accessible Bluetooth servers when it is in Bluetooth range
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Sentient Graffiti Deployment
How does Sentient Graffiti leverage from
NFC?
Touching interaction through NFC
MIDP 2.0 Push Registry and NFC are combined to prevent users
from starting mobile client before interacting with RFID augmented
objects
Proximity-aware interaction through NFC
Nokia NFC 6131 and Bluetooth SG servers are bound by simply
touching an RFID tag with a mobile
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Touch2Launch Service in SG
Touch2Print Service
Current issues pairing printers and PCs:
Still waiting for a “print to closest printer” solution
Difficult to configure binding between printers and PCs
Driver installation, access rights and login details required to access a
printer even in public places (e.g. meeting room)
Aim print your documents in the closest printer
without having to know the domain name, IP address
or login details
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Touch2Print Architecture if Devices were
NFC-aware
Touch2Print Current Feasible Implementation
(3)
c on
tag p
ID
to
RF lap
ads C to
e re MA
evic BT
C d ends
NF
s
ten
ile
ob
)M
(1
to
la
op
pt
n
di
bin
g
ts &
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Touch2Print in Action
RFIDGlove
•
WSN wearable glove node with integrated RFID reader (sensor) + Zigbee
module + micro-screen (actuator)
•
Obtains information about the objects manipulated by a user and shows
additional info about them
•
Applications:
– Logistics
– Activity analisis and tool usage
•
•Microdisplay
•RFID Reader
DEMO! (beta)
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Conclusions
NFC-enabled mobile devices will help us in our everyday activities:
electronic wallets, service activation (open doors, launch apps configured)
Combination of NFC + Java MIDP 2.0 Push Registry leads to simpler activation
and configuration with surrounding smart services.
NFC device pairing, i.e. “P2P sharing and communication”, still in its infancy
Services such as Touch2Print should motivate manufacturers of electronic
devices to cooperate through the NFC Forum to enable seamless pairing of
functionalities and data exchanges among their different devices
NFC-aware wearables which sense what we touch such as RFIDGlobe will
soon be a reality and will optimize many work processes
Further work: user evaluation!!!
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