Der Anfängerleitfaden zu NFCs (Near Field Communication)

Near Field Communication ist eine drahtlose Personal Area Network (PAN)-Technologie, die zwei kompatible Geräte in unmittelbarer Nähe zueinander verbindet, um eine langsame, aber zuverlässige Datenübertragung zu ermöglichen. In diesem Artikel wird anhand von Beispielen erläutert, wie NFC funktioniert.

Near Field Communication, allgemein als NFC abgekürzt, ist eine drahtlose Personal Area Network (PAN)-Technologie, die zwei kompatible Geräte in unmittelbarer Nähe zueinander verbindet, um eine langsame, aber zuverlässige Datenübertragung zu ermöglichen.

Die vielen Facetten von NFC und seine Auswirkungen

Die sogenannte Nahfeldkommunikation (NFC) umfasst eine Gruppe von Kommunikationsprotokollen, die es zwei kompatiblen Geräten ermöglichen, über eine kurze Distanz, oft nicht mehr als vier Zentimeter, miteinander zu kommunizieren. Der NFC-Standard ermöglicht es mobilen Geräten wie Smartphones, mit nur einem Fingertipp schnell und schmerzlos Daten untereinander auszutauschen. Damit die Technologie funktioniert, müssen zwei Geräte vorhanden sein, die damit kompatibel sind – also sowohl ein Zielgerät als auch ein Initiatorgerät.

Das NFC-Forum wurde 2004 von Nokia, Sony und Philips gegründet, um das Bewusstsein für die Vorteile der Nutzung von Nahfeldkommunikation zu fördern. Sie waren auch für die Festlegung von NFC-Standards und die Zertifizierung von NFC-kompatiblen Geräten verantwortlich. Als Grundlage für die Entwicklung der NFC-Standards dienten bestehende RFID-Standards (Radio Frequency Identification) wie ISO/IEC 14443 und FeliCa. Durch die Einhaltung dieser Standards wird sichergestellt, dass NFC-kompatible Geräte verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren können. Die fehlende Verschlüsselung von NFC gewährleistet die Kompatibilität mit RFID-Technologien.

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Für NFC-fähige Geräte wie Smartphones ist zusätzliche Anwendungssoftware erforderlich, damit diese Geräte wie vom Hersteller vorgesehen funktionieren. Ohne diese Anwendungssoftware können Smartphones weder Zahlungen tätigen noch intelligente NFC-Poster lesen. NFC-Technologie wird verwendet, um Smartphone-Nutzern kontaktloses Bezahlen in Apple Pay und Samsung Pay zu ermöglichen, tragbare Fitnessgeräte drahtlos aufzuladen und Schlüsselkartenzugang zu Büros und Schulen zu ermöglichen.

Die Kommunikation zwischen zwei NFC-kompatiblen Geräten kann erfolgen, wenn beide aktiv sind oder wenn eines aktiv und das andere passiv ist. Eine modifizierte Form der Miller-Kodierung mit 100 % Modulation kommt immer dann zum Einsatz, wenn ein aktives NFC-Gerät eine Datenübertragung mit 106 kbit/s durchführt. Hingegen kommt die Manchester-Codierung mit 10 % Modulation zum Einsatz, wenn die Geschwindigkeit zwischen 212 und 424 kbit/s schwankt.

Die Verwendung von NFC bietet mehrere entscheidende Vorteile. Es ist kostengünstig und seine Vorteile überwiegen die Kosten. Es ermöglicht eine schnellere und automatischere Kommunikation zwischen Geräten. Es ist abwärtskompatibel mit anderen RFID-Geräten. Für die Verwendung von NFC sind keine Fachkenntnisse erforderlich. Benutzer mit gutem technologischem Know-how können es verwenden.

NFC weist jedoch auch einige Einschränkungen auf. Es operiert nur innerhalb einer sehr kurzen Reichweite und ist anfällig für Sicherheitslücken wie Abhörmaßnahmen, die zum Verlust von Informationen führen können. NFC weist eine sehr niedrige Datenübertragungsrate auf und ist daher für die Übertragung großer Dateien zwischen Peers ungeeignet und langsam.

Obwohl NFC auch eine Möglichkeit ist, Daten drahtlos zwischen lokalen Geräten zu übertragen, unterscheidet es sich von anderen Technologien wie Wi-Fi und Bluetooth. Wi-Fi wird verwendet, um Daten über relativ große Entfernungen in einem lokalen Netzwerk (LAN) zu übertragen. NFC hingegen ist eine Peer-to-Peer-Technologie, die über kürzere Distanzen funktioniert.

Es ist auch weniger leistungsstark als Bluetooth. Bluetooth Version 2.1 (V2.1) verfügt über die schnellste maximale Datenübertragungsrate von 2,1 Mbit/s und kann in einer Reichweite von 100 m betrieben werden. Bluetooth Version 4 (V4), auch bekannt als Bluetooth Low Energy oder Bluetooth LE, verfügt über eine Datenübertragungsrate von 1 Mbit/s und kann in einer Reichweite von 50 m betrieben werden. Mittlerweile ist die Datenübertragungsrate von NFC auf 424 kbit/s begrenzt und es kann nur innerhalb einer Reichweite von 20 cm betrieben werden.

Es bietet jedoch einige einzigartige Vorteile. Eine Verbindung zwischen zwei NFC-kompatiblen Geräten erfolgt automatisch, während bei Bluetooth die Geräte manuell gekoppelt werden müssen, um Daten zu übertragen. NFC erfordert außerdem weniger Zeit zum Einrichten, etwa 0,1 Sekunden. Die Einrichtung von Bluetooth v2 dauert jedoch länger (ca. 6 Sekunden).

Für die Datenübertragung per Bluetooth müssen beide Geräte aktiv sein, während die Datenübertragung per NFC auch dann möglich ist, wenn ein Gerät passiv ist. Darüber hinaus erfolgt die Datenübertragung bei NFC bidirektional, während die bei Bluetooth gerichtet ist.

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Nahfeldkommunikation ist eine drahtlose Verbindungstechnologie, die auf RFID basiert. Es nutzt die Induktionskopplung, um die Kommunikation zwischen zwei kompatiblen Geräten zu ermöglichen, die nahe beieinander liegen. Es ermöglicht Benutzern, Daten automatisch bidirektional zwischen zwei NFC-fähigen Geräten zu übertragen, indem sie beide einfach berühren oder nahe aneinander bringen.

NFC arbeitet auf der weltweit nicht lizenzierten Frequenz 13,56 MHz. Es verfügt über drei verschiedene Datenübertragungsraten – 212 kbit/s, 106 kbit/s und 424 kbit/s.

Es gibt zwei Modi, mit denen zwei NFC-kompatible Geräte zusammenarbeiten können, um die Datenübertragung untereinander zu erleichtern, wenn sie in die Nähe gebracht werden. Der erste ist der aktive Modus. In diesem Modus übertragen zwei aktive Geräte mit Stromquelle bidirektional Daten untereinander.

Beispiele hierfür sind die Übertragung von Dateien zwischen zwei NFC-kompatiblen Smartphones oder die Übertragung virtueller Belohnungen zwischen zwei Gaming-Controllern. Wenn zwei NFC-kompatible Smartphones in die Nähe zueinander gebracht werden, wird automatisch eine Verbindung hergestellt. Anschließend erzeugen sie abwechselnd ein HF-Feld, über das die Datenübertragung erfolgt. Nachdem die Benutzer die Datei ausgewählt haben, die sie senden möchten, stoppt das Smartphone, das die Datei empfängt, die Generierung eines RF-Felds zum Empfang der Datei. Die Datenübertragung kann mit einer maximalen Geschwindigkeit von 424 kbit/s erfolgen.

Der zweite Modus ist der passive Modus. In diesem Modus kann ein aktives Gerät Daten von einem NFC-Tag lesen. Beispielsweise kann ein Smartphone als Schlüsselkarte für den Zugang zu Bürogebäuden verwendet werden. Wenn das Smartphone in die Nähe des NFC-Tags gebracht wird, erzeugt es ein Trägerfeld, das vom NFC-Tag moduliert wird. Das vom Smartphone erzeugte elektromagnetische Feld versorgt den Tag mit dem Strom, den er für seine Funktion benötigt. Aus diesem Grund können Daten zwischen den beiden Geräten hin und her verschoben werden. Es ermöglicht dem Smartphone außerdem, die im NFC-Tag enthaltenen Daten zu lesen, und wenn dem Benutzer Zutritt zu diesem Büro gewährt wird, wird die Tür automatisch entriegelt, um ihm den Zutritt zu ermöglichen.

Die Kommunikationsmethode ist in jedem NFC-Betriebsmodus unterschiedlich. Diese Unterschiede wirken sich auf den Einsatzbereich und dessen Nutzung aus.

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Damit die Nahfeldkommunikation (NFC) ordnungsgemäß funktioniert, sind Tags erforderlich. Dies gilt insbesondere im Zusammenhang mit Anwendungsfällen für Geräte im Internet der Dinge (IoT). Bei diesen Tags handelt es sich um passive Geräte, die die Kommunikation mit aktiven Geräten ermöglichen. Sie werden nach Format und Kapazität kategorisiert. Als Grundlage für die NFC-Tag-Typformate dienen der ISO 14443 Typ A und B sowie der Sony FeliCa-Standard. Diese Formate sind ähnlich, unterscheiden sich jedoch in der Art und Weise, wie sie kommunizieren.

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Den Einsatzmöglichkeiten von NFC sind grundsätzlich keine Grenzen gesetzt. Hier sind 10 Anwendungsbeispiele, die das Potenzial der Nahfeldkommunikation veranschaulichen:

Die Organisation von Konzerten ist für Veranstalter ein mühsamer Prozess. Der mühsame Prozess beginnt mit dem Ausdrucken der Tickets und der anschließenden Gegenkontrolle. Es erfordert auch Personal, was enorme Kosten verursacht. Verbraucher berichten auch von schlechten Erfahrungen, wenn der Anmeldevorgang länger dauert als die eigentliche Leistung.

Veranstalter können NFC-Technologien nutzen, um die Verschwendung von Papierressourcen zu minimieren und die Zeit zu verkürzen, die Verbraucher benötigen, um Zutritt zu erhalten. Dadurch sind NFC-Technologien umweltfreundlich und verbessern zudem das Verbrauchererlebnis. Folglich können sie zu enormen Kosteneinsparungen führen. In ähnlicher Weise können Flughäfen, Busunternehmen und Bahnhöfe NFC nutzen, um die Boarding-Zeit zu verkürzen, indem sie die Geschwindigkeit und Leichtigkeit der Ticketkontrolle erhöhen und so das Kundenerlebnis verbessern.

Smartphones mit NFC-Kompatibilität können Geldbörsen, Bankkarten und Kartenzahlungen ersetzen. Kontaktlose Zahlungen verbessern Smartcard-Zahlungssysteme, indem sie Benutzerfreundlichkeit, Komfort und eine sicherere Zahlungsart bieten. Sie leiden auch nicht unter den Verschleißproblemen, die mit kontaktbehafteten Smartcards einhergehen. Im Allgemeinen erfordern Mobiltelefone, dass Benutzer über eine SIM-Karte (Subscriber Identification Module) verfügen, mit der sie sich bei einem Mobilfunknetz authentifizieren können.

Die SIM-Karte enthält einen sicheren Speicherbereich, der die Datenverschlüsselung und -entschlüsselung durchführt und Sicherheitsbedingungen bereitstellt, z. B. die Aufforderung an Benutzer, persönliche Identifikationsnummern (PINs) anzugeben, bevor Transaktionen autorisiert werden. Dies fördert den sicheren Zahlungsverkehr. Der SIM-Kartenbereich wird von Mobilfunknetzbetreibern (MNOs) und Netzbetreibern wie Banken genutzt, um Verbrauchern mobile Finanzdienstleistungen anzubieten.

Die SIM-Karte fungiert als kontaktlose Smartcard, während das Mobiltelefon als Wallet-App fungiert, wenn Mobiltelefone zum Bezahlen verwendet werden. Beispiele für kontaktloses Bezahlen mit dem Smartphone sind Android Pay, Apple Pay und Samsung Pay.

Die Datenübertragung zwischen Peers mithilfe von Technologien wie Bluetooth erfordert eine manuelle Kopplung der Kommunikationsverbindung zwischen den Geräten, was ein zeitaufwändiger Prozess ist. NFC-Technologien können zum Bootstrapping und zur Verbesserung der Konnektivität zwischen den beiden Geräten verwendet werden. Dateien können zwischen NFC-kompatiblen Geräten übertragen werden, indem einfach beide Geräte berührt werden. Dies führt folglich zu einem verbesserten Kundenerlebnis und einer geringeren Zeitverschwendung.

Die elektronische Stimmabgabe stellt ein sicheres, bequemes und einfaches Mittel dar, mit dem eine Bevölkerung ihrer bürgerlichen Pflicht nachkommen kann, nämlich die Wahl von Staatsoberhäuptern. Es kann auf allen Ebenen eingesetzt werden, z. B. auf Hochschul-, Landes- oder sogar nationaler Wahlebene. Mit der elektronischen Stimmabgabe können mehr Menschen ihre Stimme abgeben, ohne sich auf das zeitaufwändige stundenlange Anstehen einlassen zu müssen, was die Produktivität steigert. Bei der elektronischen Abstimmung wird dem Benutzer ein NFC-Tag zugewiesen, wenn er seine Daten in einer sicheren Anwendung registriert. Mit diesem Tag können sie von jedem Ort aus für ihren Wunschkandidaten stimmen. Die Informationen des Kandidaten werden auch auf einem NFC-Tag gespeichert.

Mit der Technologie können Menschen jetzt ganz einfach ihr Fitnessniveau über ihr Smartphone verfolgen. FITBIT, ein Fitnessunternehmen, nutzt beispielsweise die NFC-Technologie, um es Benutzern zu ermöglichen, Details wie die Anzahl der verbrannten Kalorien und die Anzahl der zurückgelegten Schritte von ihren Armbändern auf ihre Smartphones zu übertragen und diese dort zu überwachen. Ebenso nutzen Gesundheitsunternehmen, die den Schlaf überwachen, NFC-Technologien in Geräten wie Rhythm Track, um die Schlafzyklen und -dauer ihrer Patienten zu verfolgen.

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Seit dem Jahr 2006 haben die Organisatoren der Weltmeisterschaft RFID-Tags in ihre Eintrittskarten eingebettet. Obwohl es teurer ist, Tickets mit RFID einzubetten, überwiegen die Vorteile die Kosten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fußballtickets können diese nicht vervielfältigt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die FIFA den größtmöglichen Nutzen daraus zieht und gleichzeitig Probleme wie Doppelbuchungen von Sitzplätzen und unbefugter Zutritt ohne Bezahlung vermieden werden. Durch den Einsatz der NFC-Technologie kann die FIFA nützliche Daten über Zuschauer sammeln und analysieren, beispielsweise Alter und Geschlecht.

Menschen können NFC nutzen, um Informationen von Smart Postern zu scannen und zu lesen. Intelligente Poster speichern Informationen in einem scanbaren Tag. Interessenten müssen die Plakate lediglich mit NFC-fähigen Geräten scannen, um sie bequem von überall aus lesen zu können, und müssen beim Stehen vor den Plakaten keine unerwünschte Aufmerksamkeit erregen. Daraus ergeben sich Vorteile sowohl für die Werbetreibenden als auch für die Verbraucher. Mit NFC müssen Werbetreibende weder die Menge der bereitgestellten Informationen begrenzen noch sich Gedanken über die Größe ihrer Banner machen, wodurch sich die Qualität und Quantität der Informationen, die ausgetauscht werden können, erhöht.

NFC kann ein nützliches Werkzeug zum Aufbewahren von Aufzeichnungen sein. Sie sind weniger anfällig für menschliche Fehler, genauer, zuverlässiger und leicht zugänglich. Mehrere Sektoren wie Gesundheit, Versorgung und Logistik können NFC-Technologien nutzen, um aktuelle Aufzeichnungen zu führen. Im Gesundheitsbereich können NFC-Tags erstellt werden, um Informationen zur Krankengeschichte von Patienten aufzuzeichnen. In der Logistik- und Lieferbranche können NFC-Tags zur Bestandsverfolgung eingesetzt werden. Dadurch wird Zeit gespart und der Ressourcenaufwand für die Dokumentation dieser wichtigen Informationen reduziert.

Das Gastgewerbe kann NFC nutzen, um das Kundenerlebnis zu verbessern. Sie können ihren Kunden beispielsweise ermöglichen, ihr NFC-fähiges Smartphone als Zimmerschlüssel zu nutzen. Durch den Einsatz der NFC-Technologie können außerdem Wartezeiten und Warteschlangen beim Ein- und Auschecken vermieden werden. Organisationen können NFC auch nutzen, um ihren Mitarbeitern und Besuchern kontrollierten Zutritt zu bestimmten Etagen und Büros zu ermöglichen. Sie können auch Arbeitszeiten sowie Ein- und Ausstiegszeiten verfolgen, ohne aufdringlich zu sein. Auch Regierungen und private Straßenbesitzer können die NFC-Technologie nutzen, um den kontrollierten Straßenzugang an unbemannten Mautstationen zu ermöglichen.

Besitzer von Smart Homes können die NFC-Technologie nutzen, um neue Geräte einfach mit ihren bestehenden zu verbinden. Mit NFC können neue Geräte einfach so konfiguriert werden, dass sie mit bestehenden Heimeinstellungen koexistieren. Das erneute Abrufen von Passwörtern vor dem Zugriff auf gesperrte Geräte zu Hause kann mühsam sein und auch die Passwortsicherheit beeinträchtigen. Smart-Home-Besitzer können einfach und sicher darauf zugreifen, ohne sich alle Passwörter merken zu müssen. Ebenso können NFC-Tags so konfiguriert werden, dass Benutzer Alarme einstellen, bestimmte Kontakte anrufen oder sogar Türen und Fenster öffnen können.

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NFC oder Nahfeldkommunikation gibt es schon seit einiger Zeit, aber es hat gerade erst seine volle Wirkung entfaltet. Während der Pandemie ermöglichte NFC sicheres und kontaktloses Bezahlen, weshalb seine Nutzung weltweit stark zugenommen hat.

Laut einer Studie von ABI Research aus dem Jahr 2022 haben 85 % der Verbraucher in neun Ländern NFC verwendet. Dies ist besonders wichtig, wenn man den Aufstieg des Internets der Dinge bedenkt, das durch Smart Homes, 100 % automatisierte Geschäfte und intuitive Dienste gekennzeichnet ist. Daher sollten Organisationen die NFC-Implementierung vorbereiten, die mehrere Aufgaben innerhalb des lokalen Netzwerks vereinfachen und automatisieren könnte.

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Technischer Schreiber