Índice. Tecnología NFC (comunicación de campo cercano) López Silva Francisco Javier

Transcripción

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2 2 Índice Resumen... 3 Reconocimiento... 3 PRIMERA PARTE... 4 Marco teórico Introducción Antecedentes a la tecnología NFC Tecnología Bluetooth Tecnología RFID Tecnología NFC (comunicaciones de campo cercano) Diferentes tecnologías de corto alcance Tipo de etiquetas para la tecnología NFC Funcionamiento y propiedades de la tecnología NFC Modos de funcionamiento Especificaciones técnicas Aplicación de la tecnología NFC Escenarios de aplicación Estacionamiento inteligente Transporte público inteligente Aplicación en el cine Conectividad SEGUNDA PARTE Aplicación de la tecnología NFC al diseño de un servicio en un museo Conclusiones Referencias... 28

3 3 Resumen Este proyecto tiene como metas principales describir los fundamentos de la tecnología NFC (comunicación de campo cercano) y sus aplicaciones más importantes, así como también la elaboración de un análisis de esta tecnología. La tecnología NFC aún se usa muy poco en la actualidad, en algunos lugares se usa para distribuir información mediante una etiqueta que se utiliza para el almacenamiento de datos. De esta forma ésta actúa como una fuente de información hacia un receptor que usualmente es un dispositivo móvil (teléfono inteligente). En este trabajo se describirán los diferentes tipos de protocolos que hay para este tipo de tecnología en donde se podrá analizar qué alcance o limitaciones tiene NFC en aplicaciones de la vida cotidiana. Ejemplos de éstos pueden ser el pago de bienes o servicios mediante tarjetas inteligentes, intercambio de información personal e incluso la gestión de la operación de un estacionamiento. En este reporte se estudiará un caso en el que NFC se aplica en la prestación de un servicio de autoguía en un museo. Se diseñará una propuesta para la consulta de información relacionada a las obras en exhibición. De esta manera, el usuario podrá ver información de cada una de las obras desplegando en su teléfono inteligente datos tales como el título de la obra, su autor, técnica utilizada y descripción de la misma. Con el sistema planteado el usuario tendrá información a la mano para el mejor aprovechamiento de una visita a un museo. El museo, por su parte, tendrá la responsabilidad de mantener una base de datos con la información requerida. Mediante la etiqueta que tenga asociada cada obra se podrá acceder a la información anteriormente descrita. En resumen, la finalidad de este proyecto es conocer más a fondo los fundamentos de la tecnología NFC, sus aplicaciones en diferentes escenarios y diseñar una posible aplicación. Reconocimiento Para la realización de este proyecto se contó con el apoyo del proyecto del PROMEP para el financiamiento de una beca y la adquisición de equipo de experimentación.

4 4 PRIMERA PARTE Marco teórico 1. Introducción Este proyecto se basa en el uso de la tecnología NFC para el desarrollo de una solución a un problema cotidiano. Las siglas NFC significan Near Field Communications la interpretación en español es Comunicación de campo cercano. La tecnología NFC permite la interconexión inalámbrica de corto alcance entre las aplicaciones de diversos dispositivos electrónicos, además de facilitar el intercambio de datos entre dos dispositivos situados a menos de 10 centímetros de distancia. Esta tecnología es aplicable a actividades como el pago desde el teléfono móvil o la identificación de un individuo. Por poner un ejemplo con el que siempre se relaciona esta tecnología, NFC permite a los usuarios realizar pagos con sólo acercar el teléfono a un lector compatible a modo de tarjeta de crédito. El modo de pago es sencillo, tan sólo basta acercar el teléfono al dispositivo de lectura. Inmediatamente después el dispositivo leerá los datos bancarios y comenzará la transacción de la compra con el banco. En este proyecto se propone un sistema, cuyo objetivo principal es proporcionar información acerca de obras de arte en exhibición, utilizando el teléfono como guía multimedia. Como se describirá en secciones posteriores, bastará con que el teléfono inteligente tenga la funcionalidad de un lector NFC, para poder utilizar el sistema. Este documento está compuesto de dos partes, en la primera parte se describe la tecnología NFC y en la segunda se describe cómo esta tecnología se puede utilizar para implementar el sistema descrito. También se hará referencia a las ventajas y desventajas de esta tecnología a través de una comparación con otras. Se incluye una sección de conclusiones en la parte final de este documento. 2. Antecedentes a la tecnología NFC En esta sección se describen brevemente dos tecnologías que presentan algunas características similares a la tecnología NFC. Se considera importante mencionarlas para fines de comparación.

5 5 2.1 Tecnología Bluetooth Bluetooth es una tecnología inalámbrica de corto alcance que forma parte de las redes de área personal o WPAN (Wireless Personal Area Network) cuyo estándar es IEEE y que permite el intercambio de información entre algunos dispositivos como computadoras, teléfonos móviles y dispositivos periféricos. A su vez permite una fácil sincronización entre ellos y hoy en día es ampliamente usado. El Bluetooth fue creado como una alternativa para la tecnología cableada como RS-232 con la intención de reducir costos y con la finalidad de que exista una conexión entre dispositivos de diferentes fabricantes Desde un inicio estuvo orientada a la comunicación entre terminales móviles y dispositivos periféricos. Bluetooth permite comunicar diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia de uso libre (banda ISM-2.4GHz). Esta tecnología puede establecer una comunicación a una distancia de hasta 10 metros aproximadamente. Figura 1: Transmisión de datos mediante dos dispositivos usando Bluetooth (Consumer Eroski, 2013) Para la tecnología Bluetooth se han definido dos tipos de enlaces para la transferencia de datos: Enlace sincrónico orientado a conexión (SCO). Enlace asincrónico no orientado a conexión (ACL). Ya que las comunicaciones inalámbricas están expuestas al ruido externo, que puede ocasionar interferencias y pérdida de información, Bluetooth fue diseñado con la finalidad de que pueda operar en ambientes con ruido y para ello realiza una rápida sincronización y utiliza saltos de frecuencia en la transmisión para garantizar una conexión robusta. El estándar Bluetooth, del mismo modo que WiFi, utiliza la técnica FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum, en español espectro disperso por saltos de frecuencia), que consiste en dividir la banda de frecuencia de GHz en 79 canales (denominados saltos) de 1 MHz de ancho de banda cada uno y, después, transmitir la señal utilizando una secuencia de canales que sea conocida tanto por la estación emisora como por la receptora. Por lo tanto, al cambiar de canales con una frecuencia de 1600 veces por segundo, el estándar Bluetooth puede reducir la interferencia con otras señales de radio.

6 6 Especificaciones generales: Bluetooth es un estándar que fue diseñado para un consumo bajo de potencia pues desde un principio la idea era proporcionar a sus usuarios movilidad y facilidad para comunicar sus dispositivos e intercambiar información, y esto apuntaba hacia personas que continuamente viajaban por lo que debía funcionar en todo el mundo. A continuación se presentan las generalidades de esta tecnología: Una red de dispositivos Bluetooth tiene el nombre de Piconet y el número máximo de dispositivos interconectados es ocho, un dispositivo maestro que inicia y controla la comunicación y los siete restantes toman el nombre de esclavos. La frecuencia de operación está dentro de la banda de los 2.4GHz. A su vez a un conjunto de Piconetsse le conoce con el nombre de Scatternet. Utiliza 79 canales cada uno con un ancho de banda de 1MHz. Su modulación es FSK Gaussiana (GFSK). Existen tres clases de trasmisores Bluetooth y se detallan en la tabla 1. Trasmisor Potencia Máxima de Potencia Máxima de Alcance Transmisión (mw) Transmisión (dbm) Clase 1 100mW 20dBm 100m Clase 2 2.5mW 4dBm 10m Clase 3 1mW 0dBm 10cm Tabla 1: Clases de transmisores Bluetooth [1] Ventajas y desventajas de la tecnología Bluetooth Ventajas: Facilita las comunicaciones entre equipos móviles. Elimina los cables y conectores entre éstos. Ofrece la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales. Desventajas: Velocidad de trasmisión de datos de hasta un megabit por segundo. Alcance entre equipos móviles de 100 metros. Consumo de batería en equipos móviles.

7 7 2.2 Tecnología RFID La tecnología RFID (siglas de Radio Frequency IDentification, en español identificación por radiofrecuencia) es un sistema de almacenamiento y recuperación de datos que usa dispositivos denominados etiquetas, o tags. La tecnología RFDI se basa en un concepto similar al del sistema de código de barras. La principal diferencia entre ellos es que el segundo utiliza medios ópticos para trasmitir los datos entre la etiqueta y el lector, y RFDI, en cambio, emplea señales de radiofrecuencia (en diferentes bandas dependiendo de tipo de sistema, típicamente 125kHz, 13.56MHz y 2.45GHz). A pesar de que no se sabe cuándo empezó el desarrollo de RFID, hay antecedentes que apuntan a que se inició en el trascurso de la Segunda Guerra Mundial para la identificación a distancia de aviones amigos y enemigos. La implementación de sistemas RFDI recién ha empezado a desarrollarse y a conocerse debido a su reciente masificación y abaratamiento de costos. Especificaciones generales: Básicamente RFDI es una tecnología de almacenamiento y recuperación de datos remotos que usan dispositivos denominados etiquetas que poseen un chip con información almacenada y una antena trasmisora. Su principal inconveniente es el alto costo, las etiquetas sirven para establecer comunicación a distancia entre 2 y100 metros aproximadamente. Éstas se clasifican en las siguientes dos categorías: RFID Activas: emiten constantemente y necesitan alimentación. RFID Pasivas: Sólo se activan ante la presencia de un lector. Las etiquetas RFID son unos dispositivos pequeños, similares a una calcomanía, que pueden ser adheridas a un producto con el principal propósito de poder identificarlos. Estas etiquetas contienen antenas que les permiten recibir y responder a peticiones por radiofrecuencia desde un emisor-receptor RFID. Las etiquetas pasivas no utilizan alimentación eléctrica interna, mientras que las activas sí lo requieren. Figura 2: Etiqueta RFID Activa (Consumer Eroski, 2013)

8 8 Figura 3: Etiqueta RFID pasiva (Consumer Eroski, 2013) Entre las características que presenta RFID se puede mencionar: Opera en diferentes bandas de frecuencia que van desde bandas de baja frecuencia (khz) hasta bandas de alta frecuencia (GHz). Existen tres tipos de tags (etiquetas): activas, pasivas y semipasivas. Para los tags activos, su alimentación de energía es mediante baterías de larga duración, generalmente de Litio o Dióxido de Manganeso. La duración de éstas depende del modelo de tag y de la actividad que tenga, pero suele ser de varios años. Además, generalmente los tags activos envían la información del estado de las baterías para que pueda haber control sobre éstas. La memoria interna generalmente es de 4kbytes y 32kbytes. Ventajas y desventajas de la tecnología RFDI: Ventajas: Operación segura en condiciones severas (p. ej. lugares húmedos, sucios, alta y baja temperatura y vibración). La identificación se efectúa mediante radiofrecuencia. Elimina la necesidad de colocar códigos de barras para un lector laser a fin de revelar información. Desventajas: La etiqueta puede ser leída a cierta distancia sin conocimiento por parte del individuo. La presencia de obstáculos puede dificultar la lectura. En algunos casos puede dificultarse la selección de tarjetas a leer, esto es: algunos lectores pueden captar datos de tags relativamente lejanos, que no se desean registrar.

9 9 3. Tecnología NFC (comunicaciones de campo cercano) La tecnología NFC ofrece nuevas funcionalidades respecto a la tecnología RFID, gracias a la combinación de etiqueta y lector RFDI en un mismo dispositivo. Este hecho facilita la comunicación bidireccional entre dos dispositivos pudiendo actuar ambos como emisor y receptor. La tecnología NFC rompe por mucho con la separación funcional descrita en apartados anteriores entre lectores y etiquetas RFDI. Figura 4: Telefonía móvil dotado con tecnología NFC (Consumer Eroski, 2013) La tecnología NFC resulta especialmente útil aplicada a los dispositivos móviles (teléfonos), de modo que el usuario lleva en su terminal móvil, además de una etiqueta RFDI con sus datos (o la información necesaria para cada aplicación), un lector para poder leer información de otras etiquetas. De este modo se complementa la comunicación a corta, mediana y larga distancia provista por los dispositivos móviles (por ejemplo Bluetooth, WiFi y GPRS) con la comunicación a muy corto alcance (centímetros) provista por NFC. 4. Diferentes tecnologías de corto alcance Las diferentes tecnologías inalámbricas de corto alcance ofrecen la oportunidad de ayudar no sólo en cuanto se refiere a la comunicación entre personas, sino también de facilitar los procesos mediante su aplicación dentro de muchos escenarios. A continuación se presenta la tabla 2 en donde se comparan las distintas características que las tecnologías antes tratadas nos ofrecen:

10 10 Establecimiento de la comunicación Velocidad de transmisión NFC BLUETOOTH RFID Menor 6 segundos Menor a a 0.1 segundos 0.1 segundos 424 kbps 2.1 Mbps, la versión 424 kbps 848 kbps 3.0 soportará 24 Mbps Más de 3m versión) Alcance 10 cm 10m (depende de la Consumo de batería Bajo Alto Bajo Costo de equipos Mediano Relativamente Bajo Mediano Seguridad Alta Alta con cifrado Vulnerable Dificultad de uso Requiere mínima intervención Necesita Configuración Sin Configuración Tabla 2: Propiedades de las principales tecnologías de corto alcance [1] En este trabajo, se desea mostrar las ventajas que tiene NFC respecto a otras tecnologías ya existentes. Por ejemplo con respecto a las velocidades de transmisión, si bien NFC no es tan rápida como Bluetooth, ni similar a las tasas que maneja RFID, se puede compensar con el mayor margen de seguridad que trae un alcance de cobertura pequeño, y un menor tiempo de establecimiento de la comunicación lo que le da ventajas sobre Bluetooth. Lo que sí se puede asegurar es que cada una de estas tecnologías fue creada con el propósito de cubrir las deficiencias de las otras. Si bien es cierto que se pueden comparar cuantitativamente algunas de sus características, debemos principalmente tomar en cuenta las necesidades que tengamos y elegir cuál de estas se ajusta mejor a nuestras necesidades. La tecnología NFC sin lugar a dudas tendrá un crecimiento rápido por las características que posee y porque no ha dejado de lado el tema de la compatibilidad, lo que le permitirá una fácil integración a los sistemas existentes. 5. Tipo de etiquetas para la tecnología NFC Las etiquetas NFC tienen un chip de memoria y una antena RF que permite compartir información con otros dispositivos NFC como, por ejemplo, un teléfono móvil. La capacidad de memoria de una etiqueta NFC normalmente oscila alrededor de 64 kbytes. La velocidad de transferencia con una etiqueta NFC es aproximadamente de unos 424 kbits por segundo. Tipos de etiquetas Con el fin de lograr una mayor penetración de NFC, Sony y Philips decidieron, en 2002 a través de ECMA internacional crear un estándar abierto 340 NFC interface and protocol, el cual fue

11 11 adoptado en el 2003 por ISO/IEC con el número Para lograr una mayor promoción de NFC. Posteriormente, Nokia, Philips y Sony fundaron en 2004 el foro NFC (NFC Forum). EL NCF Fórum ha desarrollado cuatro tipos diferentes de etiquetas que todo dispositivo NFC debe soportar: Tipo1: basado en ISO A. Fue desarrollado por Innovisión Research & Technology. Posee una capacidad de 1 kbyte y velocidades de transmisión de 106 kbps. Son etiquetas de bajo costo. Tipo 2: basado en ISO A. Proporcionado por NXP semiconductor11 (MIFARE Ultralight) 12. Posee una capacidad de 0.5 kbyte y velocidades de transmisión similares a las de tipo 1. También son de bajo costo. Tipo 3: basado en FeliCa (que deriva de ISO 18092). Proporcionado por Sony, con capacidades de hasta 2 kbytes y velocidades de 212 kbps, el costo es mayor aunque útil para las aplicaciones complejas. Todas estas etiquetas están diseñadas para interactuar con dispositivos electrónicos a una distancia de 10 cm o menos. Finalmente se puede mencionar que la limitada cobertura de esta tecnología es una gran ventaja porque: Resulta eficiente para los servicios que se requieren la privacidad del usuario. Se evitan errores de comunicación, mediante la cercanía de los dispositivos y por consecuencia se asegura una mayor eficacia en la transmisión de información. 6. Funcionamiento y propiedades de la tecnología NFC Principios de comunicación Cuando dos dispositivos electrónicos con tecnología NFC se encuentran cercanos entre sí, lo suficiente para que sus campos magnéticos entren en contacto, se produce un acoplamiento por inducción magnética para trasferir energía y datos. Este acoplamiento electromagnético es la gran diferencia entre NFC y otros dispositivos como Bluetooth y WiFi.

12 12 Figura 5: NFC (Comunicación de campo cercano) Un dispositivo NFC puede comunicarse con cualquier tarjeta inteligente y lector, compatibles con el estándar ISO/IEC También con otros dispositivos que tengan la tecnología NFC. Dependiendo de la función que realice: enviar o recibir datos, el dispositivo NFC toma una de las siguientes funciones. Iniciador (initiator): Es aquel que inicia y controla el intercambio de información (el equivalente al lector en los sistemas RFID). Objetivo (target): Es el dispositivo que responde a los requerimientos del indicador. Cualquier dispositivo electrónico con tecnología NFC (excepto una etiqueta NFC) puede operar de las dos formas: como Iniciador o como Objetivo. La comunicación NFC consta de cinco fases cada una, con una función específica y siempre están presentes, estas etapas son: Descubrimiento: En esta etapa los dispositivos inician una fase de rastreo y posteriormente de reconocimiento. Autentificación: En esta etapa los dispositivos verifican si el otro dispositivo está autorizado o se debe establecer algún tipo de cifrado en la comunicación. Negociación: En esta etapa, los dispositivos definen parámetros como la velocidad de transmisión, la identificación del dispositivo, el tipo de aplicación, y si es el caso también define la acción solicitada. Trasferencia: Una vez negociados los parámetros para la comunicación se puede decir que ya está establecido exitosamente el enlace de comunicación y ya se puede realizar el intercambio de datos. Confirmación: El dispositivo receptor confirma el establecimiento de la comunicación y la trasferencia de datos.

13 13 Cabe señalar que la tecnología NFC no está destinada para una trasferencia excesiva de datos, pero se puede utilizar para la configuración de otras tecnologías inalámbricas de mayor ancho de banda como Bluetooth y Wi-Fi, con la ventaja de que si se utiliza tecnología NFC, el tiempo de establecimiento de la comunicación es muy inferior que si se utilizan sólo estas tecnologías para efectuar el enlace. Los dispositivos con tecnología NFC son únicos, en el sentido de que pueden funcionar en tres configuraciones distintas: Modo lector/grabador con capacidad de lectura y escritura de etiquetas. En esta configuración el dispositivo NFC es capaz de leer los cuatro tipos de etiquetas especificados por el NFC Forum. Asimismo, el nivel de acceso físico RF es compatible con el estándar ISO y FeliCa. En esta configuración, cuando el usuario aproxima su dispositivo con tecnología NFC a una etiqueta, se transfiere una pequeña cantidad de información. Esta información puede ser texto, una dirección de una página web o un número de teléfono. Un ejemplo de uso de esta configuración es el denominado póster inteligente donde el usuario aproxima su móvil NFC a la etiqueta incorporada en el póster. Esta acción transmite al teléfono una dirección de una página web abriendo automáticamente el navegador web del teléfono con la página solicitada. Modo Peer to Peer para el intercambio de datos o establecimiento de las comunicaciones entre dispositivos con tecnología NFC. Cuando la cantidad de datos intercambiada es relativamente pequeña (hasta unos pocos kilobytes) se usa el mismo protocolo NFC. Para la transmisión de mayores cantidades de datos, NFC se usa para establecer los parámetros de una conexión inalámbrica más avanzada como pueden ser Bluetooth o Wi-Fi. Esto permite, por ejemplo, establecer automáticamente los parámetros de configuración de una conexión Wi-Fi en un dispositivo móvil. Modo emulación de tarjeta inteligente. En este modo el dispositivo NFC se comporta como una etiqueta NFC o una tarjeta inteligente, apareciendo ante un lector externo como si se tratase de una tarjeta de proximidad. En esta configuración es posible utilizar las características de seguridad avanzadas para realizar pagos y para el almacenamiento y gestión de todo tipo de entradas y recibos. Un teléfono móvil con capacidad NFC es mucho más barato y fácil de usar que cualquiera de los medios tradicionales de pago. Inicialmente, los teléfonos móviles se usarán en esta configuración para ser usados con máquinas expendedoras, estacionamientos y otros servicios que requieran de una gestión rápida de los pagos. 7. Modos de funcionamiento Los sistemas NFC pueden operar en dos modos: Pasivo y Activo, los cuales se describen a continuación. Modo operación pasivo: El dispositivo iniciador genera el campo electromagnético y el dispositivo destino se comunica con éste modulando la señal recibida. En este modo, el dispositivo destino obtiene la energía necesaria para funcionar del campo electromagnético generado por el Iniciador.

14 14 Host Encendido para generar campo RF Indica dor NFC 1.- Indicador que empieza la comunicación En la velocidad de transferencia Figura 6: Modo operativo pasivo. Objet ivo NFC 2.- Respuesta de los objetivos usando datos modulados en la misma velocidad de transferencia Host Encendido para proceso digital Modo operación activo: tanto el dispositivo iniciador como el destino se comunican generando su propio campo electromagnético. En este modo, ambos dispositivos requieren de una fuente de alimentación para funcionar. Cuando el dispositivo funciona en modo pasivo, el receptor sólo se utiliza para establecer la comunicación y confirmar la recepción de los datos. Sin embargo, en modo activo, se requiere que ambos nodos negocien el intercambio de datos. Host Encendido para generar campo RF Host Encendido para proceso digital Indic ador NFC Indic ador NFC Comando inicial Figura 7: Modo operativo activo. Objet ivo NFC Host 1.- Indicador que empieza la comunicación en la velocidad de transferencia seleccionada Encendido para proceso digital Respuesta Host Objet ivo NFC 2.- Respuesta de los objetivos usando datos modulados en la misma velocidad de transferencia Encendido para proceso digital

15 15 8. Especificaciones técnicas NFC fue aprobado como un estándar ISO/IEC el 8 de diciembre del 2003 y posteriormente como un estándar ECMA. Al igual que la ISO/IEC 14443, se comunica vía inducción de campo magnético, donde las dos antenas se localizan dentro de cada campo magnético. Opera dentro de la banda ISM (Industrial, Scientific and Medical) de radio frecuencia de MHz disponible globalmente, con un ancho de banda de casi 2 MHz. NFC es una tecnología de plataforma abierta estandarizada en la ISO/IEC y la ECMA Estos estándares especifican los esquemas de modulación, codificación, velocidades de transferencia y formato de la trama de la interfaz RF de dispositivos NFC, así como los esquemas de inicialización y condiciones requeridas para el control de colisión de datos durante la inicialización para ambos modos de comunicación, activo y pasivo. También definen el protocolo de transporte, incluyendo los métodos de activación de protocolo y de intercambio de datos. La interfaz para NFC está estandarizada a bajo de normas: ISO/IEC / ECMA 340: Near Field Communication Interface and Protocol-1 (NFCIP-1) ISO/IEC / ECMA 352: Near Field Communication and Protocol-2 (NFCIP-2). NFC no se usa para acceder a todo tipo de redes o para la transmisión de grandes cantidades de datos, pero sí da soporte a un intercambio de información en tasas de datos moderados, como teléfonos móviles, asistentes digitales personales (PDA), computadores o lectores de etiquetas. Así, la interfaz de NFC y el Protocolo-2 (Near Field Communication Interface and Protocol {NFCIP-2}) especifican el mecanismo de selección de modo de comunicación (ECMA 352). Este protocolo distribuye la ubicación de todos los dispositivos NFCIP-1. ISO e ISO que operan a MHz, pero con diferentes protocolos. El protocolo NFCIP-2 está especificado para que los dispositivos puedan entrar en uno de los tres modos de comunicación y son diseñados para no perturbar otros campos de RF a MHz. NFC incorpora una variedad de estándares pre-existentes incluyendo ISO/IEC de ambos tipos, tipo A (normal) y tipo B (banking/short range), y FeliCa. Por lo tanto los teléfonos habilitados para NFC muestran interoperabilidad básica con módulos que ya existen como RFID. La distancia de trabajo con antenas compactas estándar es aproximadamente 20 cm, aunque generalmente, el alcance efectivo es cercano a los 10 cm. Las velocidades de transmisión que soporta esta tecnología son de 106, 212, 424 y 848 kbits/s. La comunicación NFC es bidireccional, por lo tanto los dispositivos NFC son capaces de transmitir y recibir datos al mismo tiempo. De esta manera, ellos pueden verificar el campo de radiofrecuencia y detectar una colisión si la señal recibida no coincide con la señal transmitida. Como se mencionó al inicio de esta sección, el NFC puede ser instalado en casi cualquier dispositivo electrónico, como pueden ser: cámaras de video, cámaras digitales, control remoto, receptores TV, reproductores y grabadores de video. En este trabajo, nuestro interés se centra, únicamente, en los teléfonos móviles con NFC.

16 16 9. Aplicación de la tecnología NFC Las capacidades de Near Field Communication (NFC) tienen un gran potencial para facilitar nuestras actividades cotidianas. La tecnología (NFC) trasformará el acceso a trasporte público y a instalaciones, pagos al por menor, trasferencia de datos, obtención información, y mucho más. Los teléfonos móviles se han hecho una necesidad para la gente a fin de establecer comunicaciones desde cualquier lugar: donde no se encuentran cables, no se requieren monedas, no se necesitan conexiones complicadas o tediosas que recordar. Pensando de esta manera sería muy conveniente que otros dispositivos electrónicos en la vida cotidiana trabajaran con la misma facilidad y se pudieran establecer conexiones con un simple toque o trasferir información de un dispositivo a otro con tan solo acercarlos entre sí. NFC se caracteriza por su interfaz intuitiva y su capacidad para permitir a las plataformas inalámbricas interactuar de manera fluida. Los primeros usos de la tecnología se espera que sean en teléfonos móviles, los cuales se pueden configurar fácilmente para convertirse en único dispositivo electrónico que una persona necesite portar. Se espera que todo el mundo será capaz de: Efectuar pagos con un toque en cualquier lugar donde se hayan desplegado lectores de tarjetas sin contacto. Obtener información y "recoger" ofertas especiales y descuentos de carteles o vallas publicitarias inteligentes. Controlar el acceso a estacionamiento. Almacenar información personal que permita el acceso seguro al edificio. Tomar una imagen y transferirla a otra persona o imprimirla en impresora o mostrarla en un monitor. Intercambiar tarjetas de negocios con otros teléfonos NFC. Los productos de demostración de esta tecnología han ilustrado cómo la gente que lleva teléfonos móviles con una funcionalidad NFC puede hacer compras, obtener accesos, obtener direcciones, intercambiar información, y pagar el transporte simplemente aproximando sus dispositivos con capacidad de NFC a kioscos de información, terminales de puntos de venta, lectores en puerta, carteles de publicidad, máquinas expendedoras, y miles de otros dispositivos, sistemas y señalización. Sin embargo, NFC tiene muchas otras aplicaciones que pueden simplificar la interacción con una variedad de dispositivos electrónicos de consumo, como cámaras, televisores, componentes de PC. Los usos de la NFC son extensos, y muchas ideas interesantes se encuentran en desarrollo actualmente.

17 Escenarios de aplicación En las últimas décadas el buscar un lugar de estacionamiento libre se ha convertido en una de nuestras tareas más tediosas, gracias a la tecnología NFC y como veremos en breve podemos hacer esto mucho más simple. Muchos son los inconvenientes que se nos presentan a la hora de encontrar un lugar para estacionarse en la ciudad, así lo intentemos en un estacionamiento público (o privado). Estas incomodidades son semejantes y se agrupan bajo la misma temática, que consiste en que el ambiente donde se desarrollan estas actividades permanecen totalmente estáticos e inamovibles, no nos ofrecen información que nos ayude a la toma de decisiones. La tecnología NFC podría ayuda a resolver este tipo de problemas de falta de inteligencia ambiental de una manera totalmente intuitiva para el usuario final. A continuación se describe esta aplicación Estacionamiento inteligente A diario hacemos uso de estacionamientos públicos o privados, en oficinas, centros comerciales, cines, teatros, etc. Todos compartimos la misma problemática: dificultad a la hora de encontrar un lugar libre, guiarnos hasta un lugar vacío, de encontrar nuestro vehículo, del pago a la salida del mismo. Sin embargo todas ellas, son perfectamente automatizables mediante el uso de la tecnología NFC. Al llegar a un estacionamiento se desea acceder a los espacios disponibles, tener la información deseada accediendo a un software que muestre las instalaciones del mismo, y esto se puede realizar acercando el teléfono para conocer así si hay algún espacio disponible y de ser así poder entrar y tener su localización guiándonos incluso con ordenes cortas hasta llegar al espacio sin dificultad. (ver figura 8) Figura 8: Acceso al estacionamiento (Public Transport, 2011)

18 18 Después de estacionar su vehículo, el usuario podrá caminar tranquilamente, ya que la tecnología NFC, le ayudará a encontrar la vía más cercana a la salida y saber dónde se estacionó. (ver figura 9). Figura 9: Localización del vehiculo dentro del estacionamiento. (Public Transport, 2011) 10.2 Transporte público inteligente El sector del trasporte es uno de los primeros usos de esta tecnología. Los boletos de proximidad se están usando en las principales ciudades del mundo y han empezado a revolucionar la velocidad y facilidad con la que los pasajeros pueden usar el transporte público así como acceder a bases de acceso controlados como estacionamientos. A los clientes de este sistema se les ofrece la velocidad, seguridad y flexibilidad con la que se produce una transacción NFC. Con teléfonos equipados con la tecnología NFC es posible comprar boletos, recibirlos electrónicamente y empezar a usarlos mientras que en un sistema tradicional tendrían que esperar en la fila de los cajeros. Posteriormente, es posible comprobar los saldos y recargar los boletos de forma remota desde el mismo teléfono.

19 19 Figura 10: Terminal informativa de trasporte equipada con tecnología NFC (Consumer Eroski, 2013) El uso de boletos de proximidad como prueba de pago del costo del transporte los hace un medio ideal para combinar diferentes medios de transporte en un solo pago, ya sea autobús o metro. Adicionalmente se puede tener información de horarios y rutas. Es el sustituto ideal de la tarjeta sin contactos empleada actualmente en el transporte. La instalación de la tecnología NFC en los teléfonos móviles permite prescindir de las tarjetas de transporte actuales. A través del teléfono el viajero puede establecer comunicación y realizar operaciones en los puntos activos habilitados por la compañía de transportes, simplemente colocando el teléfono junto al poste informativo (no más de 10 cm) así los dispositivos entran en contacto. Esto evita que se produzcan conexiones no deseadas con otros dispositivos, una vez en comunicación, el usuario podrá acceder a diversas informaciones, como horarios, itinerarios o comunicaciones de la compañía. Enseguida el usuario puede hacer la adquisición del boletos de viaje, para ello se debe introducir un número secreto en el teléfono para validar la operación, tal y como se hace al pagar con las tarjetas de débito. El cargo se añadirá a la factura del teléfono, aunque también se puede asociar a una cuenta bancaria. Así, el teléfono se convertirá en nuestro único llavero que nos permitirá acceder al coche, estacionamiento e incluso a nuestra propia casa simplemente acercándolo a la cerradura y de forma totalmente segura.

20 20 Figura 11: Interface de comunicación NFC entre un celular y un puesto informativo. (Consumer Eroski, 2013). Figura 12: Acceso permitido a la transacción realizada. (Consumer Eroski, 2013) 10.3 Aplicación en el cine Otro de los escenarios propicios para la incorporación de la tecnología NFC en el centro comercial es el dedicado al entretenimiento y más concretamente aquél que se refiere a los cines. Si el usuario desea hacer uso de los servicios ofrecidos en este escenario, deberá acercarse con su teléfono móvil NFC a alguno de los distintos puntos de información distribuidos por el centro comercial. Previo a la obtención de dichos servicios por parte de un usuario del centro comercial, el

21 21 empleado del cine dotará a las etiquetas RFID correspondientes de la funcionalidad necesaria para satisfacer las necesidades propuestas. Un usuario del centro comercial o cliente habitual podrá acercarse a un punto de información simple (formado por diversas etiquetas RFID) o ampliado (con un mosaico de visualización) pudiendo obtener los siguientes servicios: Visualización de la cartelera. Si el usuario desea obtener información acerca de una de las películas en cartelera, bastará con aproximar su teléfono NFC a la etiqueta RFID correspondiente. La información mostrada puede incluir: título, breve sinopsis, sala de proyección y horas de funciones o promociones para dicha película. Reservación de entradas. Además de visualizar la información relativa a una película, si ésta es de nuestro interés, la propia aplicación ejecutada al aproximar el teléfono móvil a la etiqueta nos permitiría realizar una reservación para la película. Para ello, tras una mínima interacción con nuestro teléfono se formalizaría la reserva y se obtendría un boleto para la misma. La comunicación entre el teléfono móvil y el servidor encargado de gestionar las peticiones de reservación de entradas se realizaría por otros medios como WiFi. Visualización de cortos. Del mismo modo que un usuario puede visualizar la información de una película, también podrá ver un corto, spot o promocional de la misma en la pantalla de su dispositivo NFC, acercando éste a la etiqueta RFID correspondiente El entorno puede poner a disposición de los usuarios toda una infraestructura de opciones de visualización en varios puntos. Siguiendo con esta filosofía, un usuario que desee ver una película no necesitaría caminar hasta la zona de los cines para consultar la cartelera ni para obtener información de las propias películas en exhibición Conectividad Tanto si se quiere intercambiar fotos o contactos entre dos teléfonos como si se desea conectar dos computadoras para iniciar una conexión de alta velocidad, NFC puede ofrecer varias formas de acelerar y simplificar el intercambio de datos entre productos electrónicos de consumo. Conforme la tecnología NFC se vaya incorporando en la oficina, los ajustes de la red inalámbrica, impresora e incluso mapas del edificio pueden recogerse por los dispositivos habilitados para NFC, permitiendo a los trabajadores móviles acceder rápidamente para trabajar en cualquier ubicación de la oficina. Los miembros del personal pueden sincronizar calendarios, tarjetas de intercambio electrónico de negocios, y acceso a contenido digital en línea. En resumen, simplifica las conexiones. A continuación se describe WiFi now la cual es un ejemplo de una aplicación orientada a proporcionar conectividad a través del uso de NFC. Wi-Fi Now

22 22 Actualmente los dispositivos móviles, cuentan con la posibilidad de acceso a Internet, para lo cual necesariamente se requiere de una clave de acceso en cada sitio donde exista cobertura. Cabe mencionar que este tipo de acceso hasta cierto punto se vuelve molesto en el sentido de que en cada sitio se debe de tener la clave de acceso a la red local de ese lugar. Actualmente se están desarrollando aplicaciones que ayudan a tener acceso a la red local de algún sitio en específico sin la necesidad de que tengamos que introducir la clave de acceso. Un ejemplo es una aplicación llamada Wi-Fi Now, la cual permite tener acceso de manera automática a la red local. Algunos de los beneficios que se pueden lograr son: Conexión rápida Almacenamiento en bases de datos Utilización de la red en movimiento, uso de Wi-Fi en casa, oficina y otros lugares de acceso a Internet. Esta aplicación ayudará a tener un acceso más eficiente a aplicaciones tales como consultas a la base de datos de información mediante las etiquetas de tecnología NFC y el teléfono inteligente. Con esta misma tecnología podemos obtener información automatizando la conexión entre los dispositivos y la base de datos. En definitiva, NFC permite simplificar las conexiones. Para conectar un auricular o manos libres Bluetooth al teléfono, bastará con acercar los dos dispositivos y la tecnología NFC se encargará de conectarlos y configurarlos sin necesidad de intervención del usuario.

23 23 SEGUNDA PARTE 11. Aplicación de la tecnología NFC al diseño de un servicio en un museo En este proyecto se desea mostrar la viabilidad de utilizar la tecnología NFC para ofrecer a los visitantes de un museo o galería información sobre las obras exhibidas, mediante el uso de dispositivos móviles (p. ej. teléfonos inteligentes y tabletas). Para ello se requiere, en primera instancia, de un dispositivo móvil equipado con la tecnología NFC, al igual que disponer de las etiquetas que se usarán para la grabación de un código de cada una de las obras. Se necesitará una base de datos que tenga la asociación entre el código de la obra y la información correspondiente. Esto permitirá tener acceso a la información de manera rápida y sencilla. La base de datos se encontrará almacenada en el servidor del museo. Figura 13: NFC en Arte. Figura 14: Tecnología NFC ha sido implementada en otros países.

24 24 Para poder tener acceso a la información que el visitante quiera obtener de cada una de las obras, se tiene que construir una base de datos tomando en cuenta el titulo de la obra, autor, año de realización, inclusive una breve descripción y colección a la que pertenezca cada una de ellas. Para esto es que se tomará como referencia el número de catálogo que se propone más adelante. A continuación se presenta un ejemplo de la base de datos de algunas obras reconocidas a nivel mundial, para ejemplificar la forma de cómo se puede catalogar cada una, y poder acceder a la información. Num. de Catalogo Autor Título Año Técnica Descripción Colección Leonardo Da Vinci Vincent Van Gogh Leonardo Da vinci Salvador Dali Bautismo Óleo sobre Pintado por de Cristo tabla Andrea del Verrocchio, pero el ángel del lado izquierdo está hecho por Leonardo La 1888 Óleo Se trata de Cosecha una obra pintada al aire libre. Forma parte de una serie de cuadros sobre los campos de trigo Gioconda Óleo sobre Aceptada sin tabla discusión. Naturaleza 1956 Acuarela/Papel El dibujo es muerta con la paisaje honestidad del arte - No hay posibilidad de engaño, o es bueno o es malo..." Tabla de base de datos de obras de arte Catálogo para la base de datos Para hacer uso de la tecnología NFC en el museo, se optará por clasificar cada una de las obras de arte exhibidas. Así, cuando el usuario utilice el teléfono inteligente, a través de una consulta a una base de datos se podrá recuperar la información correspondiente a una obra específica. Para ello se propone una forma de catalogar cada obra como se ejemplifica a continuación.

25 25 Ejemplo: Tipo de arte: Pintura Nombre de la Pintura o escultura: Gioconda Autor: Leonardo Da vinci Técnica: Oleo Para poder clasificar las obras se creará una clave tomando de cada uno de estos campos las primeras letras, formando así un identificador único para que en el momento en el que la terminal requiera la información, ésta se busque en la base de datos. En el ejemplo anterior se tendría entonces: PINTtura GIOCconda LEONardo Da vinci OLEO Usando la combinación ya mencionada resulta un código para el catalogo de la siguiente manera: PINT-GIOC-LEON-OLEO. Esta información se grabará en la etiqueta NFC correspondiente a la obra y en el momento en el que el usuario acerque su teléfono, el sistema hará una consulta por el número de catálogo, obteniendo y enviando la información al teléfono inteligente con los detalles de la obra correspondiente. Vale la pena mencionar que la información almacenada en la etiqueta es simplemente un índice con el cual se accede a la información correspondiente en la base de datos. De esta manera es fácil hacer cambios en la información de la base de datos y no es necesario volver a grabar información en las etiquetas. La solución debe contemplar la manera en cómo se presentará la información acerca de las obras que el visitante encuentre en el museo. Esta información deberá mostrarse en su teléfono inteligente, de manera casi inmediata y en forma sencilla, sin requerir conocimientos técnicos avanzados por parte de los usuarios. Los pasos anteriormente descritos se ilustran en las figuras 15 y 16.

26 26 Figura 15: El teléfono se acerca a la etiqueta NFC que contiene el número de catálogo de la obra. Figura16: Con el dato del número de catálogo se hace una consulta a una base de datos y la información correspondiente se muestra en la pantalla del teléfono.

27 Conclusiones Al finalizar el proyecto, se cumplieron los objetivos expuestos al inicio del mismo. Se obtuvo un conocimiento de la tecnología NFC, se conocieron sus características principales, así como sus ventajas y desventajas respecto a otras tecnologías. Se observó que la forma de comunicación que supone NFC cambia completamente la concepción sobre las instalaciones tradicionales de comunicaciones ya que, en este caso, es el lector el que tiene movilidad y las etiquetas pasan a estar fijas. Éstas contendrán ahora información contextual. Sin duda alguna el celular hoy en día se ha convertido en una herramienta quizá indispensable en la vida cotidiana de todas las personas. Así, al incorporarle funciones de NFC le dan a este dispositivo un gran potencial para su utilización en diversas aplicaciones. Estas ventajas se ejemplificaron a través de una aplicación que busca lograr una mejor experiencia de la visita a un museo.

28 Referencias 1. (Consumer Eroski, 2013): 2. (ECMA Internacional 2005) 3. (Zuning, M., 2004): September/ html. 4. (Near Field Communication, Vedat Coskun &Kerem Ok & Busra Ozdenizci): libro de texto 5. J2ME: Plataforma Java 2, Edición micro (J2ME), y el desarrollo de aplicaciones Java para la tecnología móvil. 6. (Public Transport, 2011) 7. ECMA International (2005). Near Field Communication. White paper. Ecma/TC32- TG19/2005/ (NFC, 2012) Tablas 1. La tecnología Inalámbrica NFC, Anexo: Normas ISO relativas a RFID ISO 14223/1 Identificación por radiofrecuencia de animales, transponedores avanzados e interfaz radio. ISO Estándar HF muy popular que se está utilizando como base para el desarrollo de pasaportes que incorporan RFID (ICAO 9303). ISO Estándar HF también muy popular, utilizado en tarjetas sin contacto de crédito y débito. ISO Estándar industrial para UHF, para todos los productos basados en RFID activa, promovido por el Departamento de Defensa de EE.UU., la OTAN y usuarios comerciales de RFID activa. ISO Estándar industrial para el seguimiento de contenedores a frecuencias de 433 MHz y 2,4 GHz.