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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 RTDPara posters que incorporen etiquetas con datos (URLs, SMSs o números de teléfono).

� Text RTDPara registros que solo contienen texto.

� Uniform Resource Identifier (URI) RTDPara 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 (non-secure).

� 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� Proporciona funciones comunes a todos los dispositivos NFC.

� javax.microedition.contactless.ndef� Proporciona funcionalidad para el intercambio de datos en

formato NDEF (NFC Data Exchange Format) con otros dispositivos NFC.

� javax.microedition.contactless.rf� Nos permite interactuar con dispositivos RF físicos.

� javax.microedition.contactless.sc� 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 targetDiscoveryManager 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 targetTargetProperties target = prop[0];try {

// NDEF_TAG target foundString url = target.getUrl();// Open NDEFTagConnection to the targetconn = (NDEFTagConnection)Connector.open(url);// Read data from the targetNDEFMessage message = conn.readNDEF();NDEFRecord[] records = message.getRecords();// Handle data// Modify records or create new messageconn.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 implementsNDEFRecordListener {

public void recordDetected(NDEFMessagendefMessage) {

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)

� MIDlet-Push-<n>: <ConnectionURL>, <MIDletClassName>, <AllowedSender>

� Método dinámico� PushRegistry.registerConnection(“<ConnectionURL>”, “<MIDletClassName>”,

“<AllowedSender>”);

� <ConnectionURL>:� 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� http://www.nfc-forum.org/resources/white_papers/

� Nokia NFC� http://www.nokia.com/nfc

� Nokia NFC Discussion Forum� http://discussion.forum.nokia.com/forum/

� Nokia 6131 NFC SDK 1.1� http://www.forum.nokia.com/info/sw.nokia.com/id/ef4e1bc9-

d220-400c-a41d-b3d56349e984/Nokia_6131_NFC_SDK.html

Touch Computing: Simplifying Human to Environment Interaction through NFC Technologyhttp://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:

� Touch2Open

� Touch2Launch

� Touch2Print

� NFC devices:

� 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-to-environment 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:� initiator device starts and controls exchange of data and

� target device answers the request from the initiator

� NFC application domain taxonomy published by NFC Forum: � 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 (2)

� The NFC range extends to approximately 20 cm� 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� 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� 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:

� Touch2Open� Touch2Launch� Touch2Print

� 1 Touch Computing enabling device:� 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

� Web service based on www.dorlet.es API offering Bluetooth interface

� Touch2Open Mobile Client � 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 IF web browser IF web browser IF web browser ���� agent for mass Internet usage agent for mass Internet usage agent for mass Internet usage agent for mass Internet usage

THEN mobile phone THEN mobile phone THEN mobile phone THEN mobile phone ���� agent for Internetagent for Internetagent for Internetagent for Internet----of Thingsof Thingsof Thingsof 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

� Descriptions, keywords, contextual attributes (where, who, when, etc.)

� Graffiti discovery, filtering (user context and tags) & consumption

� TRIP, RFID/NFC, GPS

� System’s view� Context-Aware Folksonomy

� Tag/keyword-based

� Context-Aware Mash-up

� GoogleMaps + our server back-end

Multi-modal Interaction

� Sentient Graffiti simplifies human-to-environment 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

(1) Mobile to laptop binding

(3) NFC device

reads RFID tag contents &

sends BT MAC to laptop

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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

• DEMO! (beta)

•RFID Reader

•Microdisplay

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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!!!