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) 1

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. 2

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. 3

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. 4

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. 5

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. 6

Usos Conectar Aparatos Electrónicos Acceder a Contenidos Digitales Realizar Transacciones Sin Contacto Casos Prácticos de Uso 7

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 8

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/ 9

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 10

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 11

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 12

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 target DiscoveryManager dm = DiscoveryManager.getInstance(); try { dm.addtargetlistener(listener,targettype.ndef_ TAG); } catch (ContactlessException ce) { // handle exception } 13

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 } 14

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) 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 15

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 16

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 Technology http://www.smartlab.deusto.es Dr. Diego López de Ipiña, Raúl de Benito y Rubén Abuín Ciudad Real, SPAIN, 21-23 November 2007 17

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-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 18

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) 19

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 20

SmartLab (2) Proofs of Concept in SmartLab 21

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) 22

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 Internet-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 23

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-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 24

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 25

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 26

Touch2Print Architecture if Devices were NFC-aware Touch2Print Current Feasible Implementation (3) NFC device reads RFID tag contents & sends BT MAC to laptop (1) Mobile to laptop binding 27

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) 28

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!!! 29