NFC en IoT: een huwelijk tussen kosteneffectiviteit en veiligheid

Alessandro Vigano, connectivity marketing manager EMEA bij Silica, kijkt naar de rol van NFC bij het verbinden van ‘Things’ aan het internet

Het is niet moeilijk om te zien waarom dat zo is. Nadat het internet pas een paar jaar geleden goed op gang kwam, is er ongeveer een miljard aansluitingen gerealiseerd, voor zo’n 5 miljard mensen. En – afhankelijk van welke voorspeller je gelooft – in 2050 zullen er ook nog eens 50 miljard ‘dingen’ zijn verbonden met het internet. Veel daarvan zullen data verzenden naar ‘cloud’ servers die de data gaan gebruiken voor monitoring, besturing en analyse.

Welke dingen?

Om wat voor ‘dingen’ gaat het dan? Dat zijn auto’s, huishoudelijk apparatuur, industriële machines, TV’s, en misschien zelfs ledverlichting die je van waar ook ter wereld kan aan- en uitschakelen – mits er een internetverbinding is. Maar wat pas een echte smaakmaker voor d IoT-markt zal zijn, is het idee dat draagbare toestellen met het web kunnen worden verbonden, waaronder zogeheten ‘wearables’. Daartoe behoren medische instrumenten en gadgets voor gezondheid en fitness – die bijvoorbeeld je hartslag en bloeddruk meten en de data via het internet versturen naar een plek waar er iets mee kan worden gedaan.

Dat brengt ons meteen bij een van de grootste uitdagingen van de beloofde IoT-revolutie: veiligheid. Als je IoT-‘ding’ je medische gegevens gaat versturen, vind je het waarschijnlijk minder plezierig om die informatie wereldwijd kenbaar te maken. Ook als je het ‘ding’ gebruikt om via je bank betalingen te verrichten, is het niet erg discreet als daarna je login-gegevens op het internet zijn te vinden.

Dingen verbinden met het internet

Omdat de definitie van ‘dingen’ zo divers is, zullen er ook talloze verschillende manieren zijn waarop ze met het internet zijn verbonden. Momenteel worden vaste verbindingen gewoonlijk gemaakt via koperkabels, glasvezels of een combinatie van beide. Als de smartphone wordt gebruikt als en hub voor het ding, is er een draadloze verbinding nodig om toestellen met elkaar te kunnen laten praten. Voor sommige toepassingen zal die draadloze verbinding gebruik maken van technologieën die nu al in bijna elke smartphone zijn te vinden: WiFi of Bluetooth. Maar beide hebben hun beperkingen.

WiFi is vooral energiehongerig en dat beperkt de gebruiksduur in batterijgevoede draagbare elektronische producten. WiFi verzendt een 2,4-GHz of 5-GHz signaal en er zijn al tal van incidenten gerapporteerd over hackers die een WiFi-transmissie onderscheppen en de ingebedde data er uit halen.

Bluetooth

Bluetooth werkt ook op 2,4 GHz, maar over een kleinere afstand en met een geringere data-rate. Bluetooth Smart, een relatief nieuwe, energiezuinige versie van de technologie, heeft een gereduceerde nominale vermogensconsumptie van 0,01 W, ten opzichte van 1 W voor de klassieke Bluetooth. Het maximale zendvermogen is 10 mW en de bitrate is 1 Mbit/s. De latency en de datatransfertijd zijn ook met ruim een factor 10 verminderd ten opzichte van de eerdere standaard, wat eveneens leidt tot en langere batterijlevensduur in draagbare toestellen. En volgens de Bluetooth SIG (Special Interest Group) zal meer dan 90 procent van de smartphones met Bluetooth tegen 2018 werken met Bluetooth Smart. Dus op het eerste gezicht lijkt dit de voor de hand liggende kandidaat voor het verbinden van een ding met je telefoon, vanwaar het mobiele netwerk de internetverbinding kan verzorgen.

NFC

Maar er is nu ook een al enige tijd verwachte, veelbelovende nieuwe draadloze technologie in opkomst. Dat is Near Field Communication, ofwel NFC. En die verschilt op veel punten behoorlijk van WiFi of Bluetooth, waardoor hij aantrekkelijker zou kunnen zijn voor veel IoT-toepassingen. Bovendien is hij al ingebed in meer dan 500 miljoen smartphones en tablets en dat aantal zal volgens marktanalist ABI in 2017 zijn gestegen tot 1,5 miljard.

NFC is anders in onder meer de volgende opzichten: het werkt op zeer korte afstand, het is heel privé en veilig, het verbruikt zeer weinig vermogen en het is zeer goedkop in vergelijk met de alternatieven. NFC wisselt data tussen toestellen uit op een afstand van slechts ongeveer 10 cm, waardoor het signaal moeilijk is te onderscheppen. NFC-toestellen zenden niet zomaar uit; er is een NFC-toestel nodig om het geheugen van een NFC-enabled object uit te lezen. Ook andere functies van het protocol versterken deze inherent veilige communicatiemethode.

Een andere belangrijke eigenschap is dat een NFC-transponder, of tag, energie kan oogsten uit de radiofrequentie die wordt uitgestraald door de nabijzijnde NFC-lezer. Dat betekent dat de tag geen batterij of voedingsaansluiting nodig heeft en dat de complexiteit, de kosten en de afmetingen veel geringer zijn dan in de aanpak WiFi of Bluetooth. Figuur 1 geeft een overzicht van de verschillen tussen de diverse draadloze standaarden.

NFC communicatiemodi

De communicatiemodi van NFC zijn Read/Write, Peer-to-Peer en Card Emulation.

In de Read/Write modus leest de NFC reader/writer, of NFC-enabled smartphone die is geconfigureerd als contactloze reader/writer, data van NFC-enabled ‘smart’ objecten die dan op een of andere manier responderen met de gevraagde informatie. Je zou bijvoorbeeld automatisch contact kunnen maken met een website, SMS-berichten kunnen verzanden zonder typen of wellicht kortingscoupons kunnen verzamelen door met je telefoon een NFC smart object (bijna) aan te raken.

Met Peer-to-Peer gedraagt een van de reader/writers zich als een tag een creëert een communicatieverbinding. Twee NFC-toestellen, bijvoorbeeld smartphones, kunnen dan met elkaar communiceren.

In de modus Card Emulation kunnen NFC-toestellen contactloze smartcards vervangen. Dat betekent dat NFC-enabled toestellen kunnen worden gebruikt binnen de contactloze-card infrastructuur. Tickets, OV-kaarten, toegangscontrole, tolpoorten en contactloze betaling zijn slechts een paar van de huidige en toekomstige toepassingen.

Aan de slag met NFC

NXP is de afgelopen jaren een van de opmerkelijkste voorstanders geweest van NFC. Silica heeft met de chipfabrikant samengewerkt om een ontwikkelplatform tot stand te brengen dat technici kan helpen bij het implementeren van NFC-enabled embedded systemen die geen externe voedingsbron nodig hebben. Zij halen de benodigde energie uit de elektromagnetische velden van NFC of RFID.

De ArchiTech Louvre is een demonstratie- en ontwikkelkaart met een NXP NTAG I²C tag-IC, een NXP LPC11U37 ARM Cortex M0 microcontroller (MCU), en een 2,7-inch, e-ink display. De kaart wordt aangeboden met firmware en Android applicaties . Software is beschikbaar onder GPL (de General Public License voor het besturingssysteem GNU).

De NTAG I²C is een chip die zich gedraagt als een dual-port geheugen. Een van de poorten is draadloos toegankelijk via NFC-interface, de andere is toegankelijk door het systeem via I²C. De actieve lezer – een smartphone – communiceert met de passieve tag, zelfs als het embedded ‘powered down’ is.

Door het combineren van NTAG I²C met d laagvermogen microcontroller kunnen ontwikkelaars de ArchiTech Louvre kaart verbinden met een smartphone, de firmware upgraden, sensoren uitlezen (zonder vermogensconsumptie) en data uitwisselen met de MCU. Het is een mooie oplossing voor low-power RFID-toepassingen, waarbij de LPC11U37 ARM Cortex M0 MCU slechts 85 µW/MHz verbruikt. Het e-ink display verbruikt geen energie, behalve als het wordt ververst.

De kaart beschikt ook over een Arduino conrectorinterface. Daardoor kan Louvre tevens profiteren over het al rijke Arduino software-ecosysteem

Divers

Het IoT zal bestaan uit een divers scala aan applicaties, waarvoor het ‘one size fits all’ zeker niet van toepassing is als het gaat om communicatieprotocollen. Maar als geringe afmetingen en lage kosten, in combinatie met een hoge mate van data-security zijn vereist, zullen veel van die toepassingen het best kunnen worden uitgevoerd met NFC-technologie. Het heeft even geduurd, maar het is er nu en het zal er ook blijven – in ieder geval voor de overzienbare toekomst.

Alessandro Vigano, Silica

Avnet Silica

www.silica.com  

Tel.: (076) 5722700