NFC - 10Cm의 비즈니스(1) - 우리 곁에 성큼 다가온 NFC

NFC - 10Cm의 비즈니스

우리 곁에 성큼 다가온 NFC

 

우리는 자의든 타의든 이미 일상생활에서 근거리 통신 기술인 RFID를 지하철과 버스 요금 결제 등에서 사용하며 생활의 일부로 받아들이고 있다. 이러한 근거리 통신 기술이 전용 리더기와 IC 카드 형태의 고정형 서비스에서 탈피하며, 좀더 차별화되고 개선된 비접촉식 무선 통신 기술인 NFC(Near Field Communication)로 스마트폰에 탑재돼 우리 곁에 다가오고 있다. 각종 IT 매체가 미래 기술의 주제로 NFC를 자주 다루는 것은 최근 NFC가 탑재된 삼성전자의 갤럭시S2와 넥서스S 등의 출시를 필두로 많은 단말기에 NFC의 탑재가 본격화될 것으로 예상되기 때문이다. NFC는 향후 모바일 비즈니스에 커다란 영향을 끼치고 사람들의 일상생활에서도 많은 변화를 가져올 것으로 기대된다.

 

연재순서

1회 | 2011. 12 | 우리 곁에 성큼 다가온 NFC

2회 | 2012. 1 | NFC 기술 표준에 대한 고찰

3회 | 2012. 2 | NFC 기술 응용 분야와 모바일

 

김도균 www.dokyun.pe.kr(프리지아 랩) | 마이크로소프트 공인 강사(MCT)이자 MVP(Exchange)이며 IT 전문 번역가와 칼럼니스트로 활동하고 있다. 스마트 라이프를 추구하는 라이프 스타일 INNOVATOR이며 사소하고 일상적인 것에 새로운 가치를 부여하는 일을 즐긴다. 기술 전문가 집단 GoDev(www.godev.kr)의 기술 창의성 리더다. 최근에 “나홀로 개발자를 위한 안드로이드 프로그래밍의 모든 것”을 출간 했으며 20여권의 번역서를 낸바 있다.

 

NFC란

NFC는 NFC 칩이 탑재된 두 대의 단말기 간에 약 10cm 이내의 거리에서 13.56MHz 대역으로 데이터를 양방향 통신할 수 있는 비접촉 근거리 무선 통신 기술을 말한다. 근거리에서 무선 통신을 통해 정보를 교환할 수 있다면 접촉을 통한 공유와 발견, 지불, 티켓팅이 가능해지는 것을 의미한다. NFC의 주요 특징은 다음과 같다.

 

■ 기존 RFID의 기술을 확장한 개념이다.

- 13.56MHz 주파수 대역 사용: NFC가 탑재된 기기 간에 단거리 데이터 통신을 제공하는 고대역폭 통신

- ISO/IEC 14443 접근 카드 표준, 기존 펠리카(Felica), 마이페어(Mifare) 태그와 호환

■ 보다 다양한 기능을 지원한다.

- 기존의 RFID와 달리 읽기와 쓰기 모두를 지원

- 카드 에뮬레이션, 리더 모드, P2P 모드를 지원

■ 0.1초 내외의 단말기 인식 시간

■ 최대 424Kbps의 전송속도

■ 10cm 이내의 짧은 통신 거리로 인한 높은 보안성

■ 사용자 행동의 의도를 인식해 다양한 맞춤형 서비스와 연계 가능

 

이러한 차별화된 특징으로 인해 충분한 시장성을 갖고 있지만 NFC를 탑재한 단말기의 부족과 이해관계가 얽힌 각 단체의 이견 등의 여러 문제들로 인해 NFC 시장은 한 동안 정체돼 있었다. 그러나 최근 들어 NFC는 구글 지갑이나 프랑스의 CityZi 프로젝트, NFC 명동 시범 서비스 등을 통해 제2의 도약을 준비하고 있다.

 

- NFC의 역사

1999년 브루노 샤라(Bruno Charrat)가 세계 최초로 NFC 특허를 획득하며, NFC 기술이 세상에 알려졌다. 이후 2002년에 이르러 소니와 NXP에 의해 NFC 기술이 본격적으로 개발되기 시작했다. 2004년에 설립된 NFC 포럼은 NFC 기반의 서비스를 상용화하기 위해 노력하는 한편 'NFC 인터페이스 및 프로토콜 규격(NFCIP-1), NFC 확장 규격 및 구현 명세(NFCIP-2)', 'NFC 프로토콜 시험 방법' 등을 국제 표준으로 만들었다. NFC 기술이 걸어온 발자취에 관해서는 [표 1]에서 확인할 수 있다.

 

 

[표 1] NFC의 역사

 

- 다른 유사 통신 기술과의 관계

NFC는 비접촉식 카드 기술 표준(ISO/IEC 14443 A&B, JIS-X 6319-4)에 정의된 여러 핵심 요소를 활용함으로써 상용화된 다른 무선 기술의 한계를 보완했다. NFC는 기존 비접촉식 카드의 인프라와 호환되고 단 하나의 기기로 서로 다른 시스템을 활용할 수 있다. NFC는 다른 근거리 통신 기술과 비교했을 때 동작 거리와 데이터 전송율, 사용성 등에서 차별화된 특징을 갖고 있다. 자세한 분석은 [표 2]와 [그림 1]을 보기 바란다.

 

[표 2] 다른 근거리 무선 통신 방법 간의 비교

 

[그림 1] NFC와 비접촉 기술(출처: NFC 포럼)

 

- NFC는 어떻게 동작하는가?

NFC 통신은 상호 근접한 자기 필드에 있는 두 개의 루프 안테나 사이에서 발생된 전자기 유도 작용을 통해 동작한다. 사전 허가 없이 사용할 수 있는 공용 주파수 대역인 13.56MHz의 ISM 밴드에서 14kHz 대역폭 사용한다. 표준 안테나의 동작 거리는 20cm 안팎이며, 지원 가능한 데이터 대역폭은 106 또는 212, 424, 848kbit/s이다. 

NFC는 '능동 통신 모드'와 '수동 통신 모드'라는 두 가지 통신 모드를 지원하며 각각의 통신 모드의 동작 방법은 다음과 같다. ([그림 2]와 [그림 3] 참고).

 

■ 수동 통신 모드

- 시동 기기에서 캐리어 필드 제공

- 대상 기기는 제공된 필드를 변조하며 동작

- 대상 기기는 시동 장치가 제공하는 전자기 필드에서 전원을 공급받아 송수신기로 동작 가능

- 자체 전원공급 미지원

[그림 2] 수동 통신 모드의 동작 방법

 

■ 능동 통신 모드

- 시동 기기와 대상 기기 모두가 상호적으로 자체 전자기 필드를 생성해 통신

- 하나의 기기는 상대의 데이터가 들어올 때까지 자신의 RF 필드를 해제(반 이중 통신)

- 자체 전원공급 지원

[그림 3] 능동 통신 모드의 동작 방법

 

NFC 통신은 한쪽이 리더가 되고 다른 쪽은 태그로 동작하는 반 이중 방식으로 동작한다. [그림 4]에서 ① 리더 역할을 하는 NFC 기기는 주기적으로 RF(무선주파수)를 송출해 RF 필드를 검색하고, ② RF 필드가 검색되면 초기 명령을 통해 선택된 전송속도로 대상 기기와 통신해 대상기기는 수신된 데이터를 디지털로 처리한다. ③ 대상 기기는 동일한 전송속도로 리더 역할을 하는 NFC 기기에 응답하고 태그 역할을 하는 NFC 기기는 이를 디지털로 처리한다.

 

[그림 4] NFC 동작 프로세스 예시

 

NFC는 데이터 전송을 위한 데이터 코딩 방식으로 Modified Miller 코딩 방식과 Manchester 코딩 방식을 사용한다. Modified Miller 코딩 방식은 능동 기기 간에 106kbit/s로 데이터 전송 시 100% 변조 가능하며, Manchester 코딩 방식의 경우 10% 변조 비율을 사용한다. NFC 기기는 동시에 데이터 송수신이 가능하므로 RF 필드를 감시하고 수신한 신호와 전송한 신호가 일치하지 않는지 여부를 감지한다.

 

NFC 하드웨어

NFC 단말기의 하드웨어는 RF를 송수신하기 위한 안테나, 송수신한 데이터를 처리하는 NFC 칩, 보안을 담당하는 SE(Secure Element)로 구성돼 있다. [화면 1]과 [그림 5]에서 NFC 칩(①)은 NFC 기술의 핵심으로 NFC와 관련된 데이터 송수신, 다른 애플리케이션과 하드웨어의 컨트롤을 담당한다. NFC 안테나(②)는 13.56MHz의 RF를 송수신하는 역할을 하며, SE(③)는 보안을 담당하는 모듈로 결재, 고객정보관리를 위한 핵심 요소다.

 

[그림 5] NFC 기기의 하드웨어 구조

 

 

[화면 1] 갤럭시S2의 NFC(출처: 미디어잇)

 

NFC의 최대 이슈 중 하나는 바로 SE의 위치로 NFC 기기에서 SE를 구현 방법에는 3가지 가 있다. [그림 6]을 통해 하나씩 살펴보자. ①번은 단말기 내부에 탑재된 메모리 또는 NFC 칩에 SE가 탑재된 구조로 USIM이 필요 없지만 단말기 변경이 불편하다. ②번은 외장 메모리에 SE가 탑재된 구조로 통신사나 단말기 선택이 자유롭지만 별도의 슬롯을 통해 장착되는 만큼 분실 위험이 있다. 마지막으로 ③번은 USIM과 SE를 통합한 구조로 보안성은 확보되지만 통신사에 종속되는 문제가 있다.

 

[그림 6] SE 구현 방법의 종류

 

NFC를 구성하는 하드웨어 요소는 애플리케이션 프로세서(이하 AP), USIM 카드 등의 모바일 기기의 다른 하드웨어나 소프트웨어 등과 연계된다. [그림 7]에서 예로 든 노키아 NFC 아키텍처에서 AP를 구성하는 요소인 'JVM/런타임', 'JSR 257(노키아 주도의 비접촉식 통신 API 자바 스펙)', 'JSR 177(J2ME용 Security and Trust Services API)' 등과 NFC의 구성 요소가 SWP(Single Wire Protocol) 인터페이스를 통해 NFC 팁과 연계돼 있다. 이와 같이 각각의 모듈을 상호 연결하는 인터페이스와 관련된 NCI 스펙이 최근 활발하게 개발되고 있다.

 

[그림 7] 노키아의 모바일 NFC 아키텍처의 예

 

NFC의 구성에 필수적인 안테나는 케이스형과 배터리형으로 구분된다. [화면 3]는 NFC가 탑재돼 모바일 결제가 가능한 스마트폰의 사진으로 배터리 커버 안쪽에 통신용 안테나가 내장돼 있다. 반면 [화면 3]는 배터리 내부에 NFC 안테나가 내장된 사진으로 갤럭시SII에 적용된 구조다. NFC 안테나의 크기가 내장 배터리 크기와 거의 같은 것을 확인할 수 있다.

 

[화면 2] 케이스형 NFC 안테나(출처: GIBRALTAR)

[화면 3] 배터리형 NFC 안테나(출처: 미디어잇)

 

NFC 기술 표준화 현황

- 국제 표준화 단체 - NFC 포럼

현재 NFC 기술의 국제 표준화 단체는 2004년 필립스와 소니, 노키아를 중심으로 설립된 NFC 포럼(http://www.nfc-forum.org)이다. NFC 포럼은 현재 130여개 이상의 회사가 회원사로 참여하고 있으며, NFC 기술에 대한 업체 간 기술 교류와 표준화와 사업 활성화를 지원하고 있다. NFC 포럼의 미션은 "NFC 오픈 플랫폼 기술의 사용과 표준화 지원, 향후 개발의 방향성 설정을 촉진"하는 것이며, 다음과 같은 두 가지 목표를 가지고 있다.

 

■ NFC 포럼은 비영리 조직으로 산업계에서 NFC 기술의 사용을 지원

■ 관심 있는 기업들이 다른 장치, 스마트 카드, 서비스들과 장치 간에 상호 운용성을 확보할 수 있도록 플랫폼을 제공.

 

[화면 3] NFC 포럼

 

NFC 포럼은 국내에서는 삼성전자가 초기부터 제한적이나마 활동해 왔다. 또한 2005년 말부터 참여한 LG전자도 핵심 주도 회원사가 되었고 일부 이동통신사가 워킹그룹 활동에 참여하는 등 국내 기업들이 입지를 다져오고 있다.

 

- 국내 표준화 현황

2006년 12월 기술표준원에서 NFC 프로토콜 구현 명세와 시험에 대한 국제 표준인 ISO/IEC 21481과 ISO/IEC 23917을 국내 표준으로 도입했다. 국내에서는 2011년 6월에 NFC 관련 민간 전문가들이 모여 설립된 '코리아 NFC 표준화 포럼'을 중심으로 응용서비스와 보안 등에 대한 국내 표준을 만들고 있다.

 

이상으로 최근 부상하고 있는 NFC 기술의 전반적인 개요와 동작 방식, 하드웨어 구조 등을 종합적으로 살펴봤다. 다음 2회에서는 NFC 포럼의 기술 표준에 대해 깊이 있게 고찰해 보는 시간을 가져보자.

※ 본 기사는 2011년 12월 마이크로소프트웨어 [Focus On] 섹션에 기고된 글입니다.