基于NFC的P2P文件傳輸系統(tǒng)研究

岳佳欣，王 忠

（1.四川電影電視學院，成都 610036；2.四川大學 電氣信息學院，成都 610065）

基于NFC的P2P文件傳輸系統(tǒng)將NFC、藍牙技術結(jié)合，可實現(xiàn)2臺智能移動終端之間文件的快速互傳，優(yōu)化2臺NFC設備之間的P2P通信方案。NFC P2P通信是Android Beam技術的應用，APP采用基于市場占有率最高的Android系統(tǒng)進行開發(fā)［1］。NFC論壇定義的P2P通信模式可支持2臺NFC設備之間的雙向交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息點到點傳輸［2-3］。傳輸?shù)奈募▓D片、視頻、音頻、程序、APK等［4］。在P2P通信模式下，參與通信的2臺NFC設備分別稱為發(fā)起設備（initiator）和目標設備（target）。initiator和target之間可以相互轉(zhuǎn)換，NFC P2P傳輸速率有106、212、424 kbit／s［5］。由于傳輸速率的限制，P2P通信適合小文件的傳輸，在傳輸過程中，2臺NFC設備必須保持在通信距離范圍（＜4 cm）內(nèi)，否則通信鏈路中斷，文件傳輸失敗。為了提高文件傳輸速率，增大通信距離，NFC P2P文件傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)2臺NFC設備之間快速配對，然后使用藍牙技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸［6］。

1 系統(tǒng)概述

P2P通信模式是NFC技術三大工作模式之一。在該模式下，2臺NFC設備之間可以進行點對點數(shù)據(jù)通信。NFC P2P通信也被稱為Android Beam技術。本系統(tǒng)采用Android Beam實現(xiàn)2臺智能移動終端之間通信鏈路的建立，采用藍牙技術實現(xiàn)文件之間的互傳。

NFC技術是近距離高頻無線電通信技術，其基于無線電射頻識別技術［7-8］。NFC技術允許2臺設備之間、設備和NFC標簽之間在小于4 cm的通信距離內(nèi)進行數(shù)據(jù)傳輸，工作頻率為13.56 MHz，工作原理采用電磁感應耦合技術［9］。NFC電磁感應耦合系統(tǒng)及等效電路如圖1所示。

在NFC系統(tǒng)中，若設備依靠自身RF場提供的能量激活通信，則稱為主設備（active device）；若設備依靠其他設備的RF場提供能量并響應，則稱為從設備（passive device）。發(fā)射器（initiator）和應答器（transponder）之間進行數(shù)據(jù)交互時，要求至少有一方為主設備［10］。

圖1 NFC電磁感應耦合系統(tǒng)及等效電路

2 系統(tǒng)具體設計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

P2P文件傳輸系統(tǒng)的設計包括initiator與target兩部分。首先要為2臺NFC智能移動終端選定Initiator和Target的角色。當2臺NFC手機觸碰時，鏈接開始建立，選定的文件通過藍牙技術從Initiator傳向Target。當2臺NFC智能移動終端互換角色時，文件可反方向從新的Initiator傳向新的Target。P2P文件傳輸系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 P2P文件傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 P2P通信協(xié)議

NFC P2P協(xié)議棧的最高層是邏輯鏈路控制（LLC）層，該層使用的協(xié)議是LLCP。簡單NDEF交換協(xié)議（simple NDEF exchange protocol，SNEP）緊接LLC層，它支持2個NFC設備之間直接交換NDEF消息。protocol binding使得NFC可以支持其他高層次且用途廣泛的協(xié)議。othere protocols中常用的是conection handover protocol（CHP）［11］。P2P文件傳輸系統(tǒng)基于SNEP開發(fā)，NFC P2P協(xié)議棧如圖3所示。

圖3 NFC P2P協(xié)議棧

LLCP基于IEEE 802.2的規(guī)范定義了OSI第二層協(xié)議。LLCP可以更好地支持小應用的有限數(shù)據(jù)傳輸，例如交換名片或相互識別磁條卡號碼等。SNEP專為P2P模式設計，其目的是在通信過程中使用NDEF消息交換信息。SNEP是一種面向鏈接的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它的服務端口號為0x04，服務名為“urn：nfc：snep”。SNEP的工作方式是Request／Response。首先，SNEP客戶端向SNEP服務器端發(fā)送SNEP Request消息，請求服務器端處理；然后，SNEP服務器端向SNEP客戶端回復SNEP Response，告知客戶端處理結(jié)果。

2.3 P2P通信交互過程

當2臺NFC設備都開啟NFC功能并進入有效通信距離時，它們的LLC模塊將進入鏈路激活階段（link activition）。在此階段中，2臺NFC設備分別扮演initiator和target的角色。首先，initiator向target發(fā)送prameter exchang（PAX）數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包用于交換2臺NFC設備LLC層的配置信息。target收到PAX包后進行相應的處理，處理完成后將自己的LLC層配置信息發(fā)送給initiator。當initiator檢測到target的LLC層參數(shù)配置正常時，雙方邏輯鏈路建立成功，可正常工作。當2臺NFC設備超過有限通信距離范圍時，link deactivition觸發(fā)，鏈路斷開［12］。link activition工作流程如圖4所示。

圖4 Link Activition工作流程

鏈路被激活后，2臺NFC設備之間先建立面向鏈接的關系，然后再進行數(shù)據(jù)交互?？蛻舳送ㄟ^CONNECT包向服務器端發(fā)起鏈接請求。當服務器端對CONNECT包處理成功后，它向客戶端回復connection complete（CC）包，此時鏈接關系建立成功。此后，客戶端和服務器端可通過information包和receive ready（RR）包來傳遞數(shù)據(jù)。面向鏈接工作流程如圖5所示。

圖5 面向鏈接工作流程

當2臺NFC設備之間通信鏈路建立后，系統(tǒng)快速連接藍牙服務。由于Android平臺對藍牙通信協(xié)議提供了完整的封裝，本系統(tǒng)直接調(diào)用Android提供的接口實現(xiàn)藍牙傳輸?shù)姆铡?/p>

3 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

API 14中NFC P2P通信被稱為Android beam，它允許2個Android設備之間進行簡單的數(shù)據(jù)對等交互。當initiator和target兩臺設備在NFC通信范圍內(nèi)，用戶選定要傳輸?shù)男畔?，然后觸碰UI界面，信息從initiator傳到target。

通過調(diào)用setNdefPushMessage（）或setNdef-PushMessageCallback（）方法，APP啟用Android Beam。setNdefPushMessage（）方法把接收到的NdefMessage對象作為一個消息設置給Beam。當2臺設備在NFC通信距離范圍內(nèi)，消息會自動發(fā)。setNdefPushMessageCallback（）方法接收包含createNdefMessage（）方法的回調(diào)。當Android智能移動終端在發(fā)射數(shù)據(jù)的范圍以內(nèi)時，該回調(diào)方法會被調(diào)用。

1個Activity每次只能推送1條NDEF消息，若2種方法同時使用，setNdefPushMessageCallback（）方法的優(yōu)先級要高于setNdefPushMessage（）方法。

在啟用Android Beam時，首先需要創(chuàng)建一個包含NdefRecord的NdefMessage對象，該NdefMessage準備被推送到另1臺設備上，然后調(diào)用帶有NdefMessage類型參數(shù)的setNdefPushMessage（）方法，或者是在Activity的onCreate（）方法中調(diào)用setNdefPushMessageCallback方法，目的是用來傳遞實現(xiàn)NfcAdapter.CreateNdefMessageCallback接口的對象。

在本文中，使用Android Beam技術實現(xiàn)2臺NFC設備的快速配對，當通信鏈路建立后，系統(tǒng)連接藍牙服務。由于Android平臺提供了對藍牙通信協(xié)議完整的封裝，因此直接調(diào)用接口，定義類Bluetoothservice.java實現(xiàn)藍牙傳輸?shù)姆?。開啟同意接收線程AcceptThread（）后，建立一個已連接的單線程ConnectedThread（），通過read（）方法傳輸數(shù)據(jù)，通過cancel（）方法取消傳輸。

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

4.1 測試環(huán)境

在P2P文件傳輸系統(tǒng)測試中，通信是雙向的，因此選用NFC平板電腦和NFC手機用于P2P測試。P2P文件傳輸系統(tǒng)測試工具如表1所示。

表1 P2P通信模塊測試工具

4.2 測試結(jié)果與分析

在NFC手機和NFC平板電腦上分別安裝P2P文件傳輸APP，首先選擇手機作為Initiator，平板電腦作為Target。進入APP，NFC平板電腦上的APP不啟動，保證2臺設備都處于非鎖屏狀態(tài)。該系統(tǒng)APP主界面如圖6所示，界面4個按鈕分別用于獲取本機的視頻、音頻、圖片和文件列表。點擊按鈕選擇所要傳輸?shù)奈募ɡ邕M入音頻列表，選擇第1個音頻為待傳輸文件，本機音頻列表界面如圖7所示）。將NFC手機和NFC平板電腦的線圈感應區(qū)域靠近，用手觸發(fā)NFC手機屏幕，音頻文件便可從NFC手機傳向NFC平板電腦，P2P通信測試過程如圖8所示。

圖6 P2P通信APP測試界面

圖7 本機音頻列表界面

圖8 P2P通信測試過程圖

在文件傳輸過程中，由于采用的是藍牙技術，因此可將NFC手機與NFC平板電腦移開，不會影響文件傳輸過程。P2P通信文件傳輸過程截圖如圖9所示，可以看到NFC手機提示欄顯示“正在傳輸信息”，NFC平板電腦提示欄顯示“正在接收Beam內(nèi)容”。文件接收成功后，可在NFC平板上播放所傳的音頻文件。

圖9 P2P通信文件傳輸過程截圖

將上述操作反方向再進行一遍，NFC平板電腦上選取的文件成功傳至NFC手機。這說明2臺NFC設備之間已通過雙向P2P通信測試。使用NFC P2P文件傳輸系統(tǒng)時，只需將用于通信的2臺NFC設備觸碰便可實現(xiàn)通信鏈路的建立，免去藍牙復雜的連接匹配過程。而采用藍牙技術傳輸數(shù)據(jù)可提高傳輸速率，避免移開2臺NFC設備時造成的通信過程中斷的問題。

5 結(jié)束語

本文中，P2P文件傳輸系統(tǒng)采用NFC技術實現(xiàn)設備的匹配連接，利用藍牙技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳。該系統(tǒng)充分利用了NFC與藍牙技術各自的通信與傳輸優(yōu)勢，將NFC技術與藍牙技術有機結(jié)合，成功實現(xiàn)了P2P文件較遠距離的傳輸，為智能移動終端文件方便快捷地傳輸提供了高效的解決方案。