NFC 기술 및 소개 | 강기천  SK플래닛 모바일 플랫폼 개발본부
3가지 모드…4가지 상태…업체 다각적 추진



3가지 동작 원리

NFC 서비스를 쉽게 설명하자면 기기 간 간단한 페어링을 말한다. 즉, 휴대전화 같은 모바일 기기가 또 다른 장치와 단거리 무선통신이 가능하도록 지원하는 기술이다. 이 기능을 사용하면 NFC 호환장치에서 특정 위치를 터치해 데이터 통신을 간단하게 실행할 수 있다. NFC의 기본 인프라는 ISO 14443와 ISO 15693으로 우리나라 서울을 비롯 전세계 주요 국가와 도시에서 사용되고 있다.
NFC(Near Field Communication)는 13.56MHz의 기준 표준을 포괄한다. 카드 에뮬레이션, 리더/라이터, 피어 투 피어 등 3가지 동작 모드와 카드, 읽기/쓰기, 개시, 타깃 등 4가지 상태로 구분된다. 관련 ISO IEC 표준의 경우 에어 인터페이스(Air interface)는 ISO IEC 18092, ID 카드가 ISO IEC 14443(근접 카드), 15693(지역 카드) 등이다.



NFC 포럼 표준은 TS RTDs(Record Type Definition, 레코드 유형 정의), TS NDEF(NFC Data Exchange Protocol, NFC 데이터 교환 프로토콜), LLCP(Logical Link Control Protocol, 논리적 링크 제어 프로토콜), NCI(NFC Controller Interface, NFC 컨트럴러 인터페이스) 등이 있다. 한편 ETSI SCP(Smart Card Platform, 스마트 카드 플랫폼)은 SWP 프로토콜로 SIM 카드와 NFC 칩 사이의 인터페이스를 규정한다.
13.56MHz RFID의 동작 원리는 다음과 같다. 리더에서 태그로 움직이는 데에는 ASK를 사용한다. 리더의 안테나 코일에서 강한 전자기파를 발생시켜 태그의 안테나 코일에서 이를 받아 전원으로 사용하며 자기 유도에 의해 태그는 에너지를 공급받는다. 리더와 태그의 안테나 코일과 커패시터는 공진 주파수가 일치하도록 설계된다.
태그에서 리더로 움직이는 동작 원리에는 부하 변조가 사용된다. 태그 안테나의 송출 전압을 부하 저항값의 조정을 통해 변경, 마치 진폭 변조 효과를 내는 방식을 사용한다. 일반 부하 변조 방식을 사용하면 태그의 미미한 전압의 변화를 감지하기 어려우므로, 부반송파 방식으로 이를 보완한다. 리더의 신호가 태그의 신호보다 워낙 크기 때문이다.
하드웨어 아키텍처에서 NFC는 호스트 CPU와 연결을 위한 인터페이스가 기본적으로 제공되어야 한다. 소프트웨어적으로는 현재 NFC 칩과 디바이스 호스트 사이의 연결을 위한 NFC NCI 표준화가 진행 중이다.
카드 에뮬레이션 모드는 외부 카드 리더 신호를 인식하고 응답하기 위한 모드이다. 카드 에뮬레이션 모드는 통합 결제, 신용 결제, 교통 결제 등 모바일 교통/신용 카드에 주로 사용된다. NFC 기기가 일종의 수동형 태그로서, 외부의 능동형 리더와 통신하는 형태로 휴대전화가 카드 역할을 하는 것이다.
리더 모드는 NFC 태그를 인식하고 태그 내 데이터를 읽거나 태그에 데이터를 쓰기 위한 모드이다. NFC 포럼에서는 타입1에서 타입4까지 4가지의 태그 타입을 정의했다. 타입1 태그의 경우 호환 제품은 이노비전(Innovision), 토파즈(Topaz)이며, 메모리 크기는 96바이트, 데이터 액세스는 읽기/쓰기 또는 읽기만 되는 형식이다. 유닛 가격은 저가.
타입2 태그의 호화 제품은 NXP Mifare 울트라라이트와 NXP Mifare 울트라라이트C이며, 메모리 사이즈는 48바이트와 144바이트이고, 데이터 액세스는 읽기/쓰기 또는 읽기만 된다. 유닛 가격은 저가이다.
타입3 태그의 경우 호환 제품은 소니의 Felica, 1, 4, 9KB의 메모리 사이즈이며, 데이터 액세스는 타입1/2와 같다. 가격은 고가. 타입4 태그는 NXP DESFire/NXP SmartMX-JCOP가 호환 제품이며, 메모리는 4KB, 32KB 등이다. 데이터 액세스는 다른 3개의 타입과 동일하며, 유닛 가격은 중간 수준 혹은 고가이다.
NFC 포럼에선 NFC 서비스를 위한 NDEF 메시지 구조, NDEF 레코드 단위 구조, TNF 필드값, URI 타입 사례 등 데이터 규격을 정의했다. 한편, 안드로이드 폰은 NFC 리더 모드를 지원한다.

시장 패권 놓고 기술 경쟁

피어 투 피어 모드는 NFC 디바이스 간 데이터 전송이 가능하다. 이 모드의 표준 프로토콜은 P2P 전송 시에 NFC 포럼에서 정의한 표준에 따라 전송하도록 하고 있다. 소프트웨어 상위 계층(Upper Layer)은 OBEX or SNEP(Simple NDEF Exchange Protocol), 소프트웨어 중간 계층에선 LLCP(Logical Layer Control Protocol), PHY는 ISO 18092를 따른다.
국내의 NFC 표준화는 SKT, KT, LG유플러스 단말에 내장된 유심 액세스 API 단일화 방안을 논의하고 있다. 또한 그린영수증 프로젝트로 NFC P2P 기능을 활용한 전자 영수증 규격이 TTA에 상정되어 있다.
국제 NFC 포럼에서는 아날로그 워킹그룹, 디지털 워킹그룹, 인터페이스 워킹그룹 등 3개의 새로운 워킹그룹이 만들어졌다. 아날로그 워킹그룹은 NFC 포럼의 아날로그 사양을 관장하며, 디지털 워킹그룹은 NFC 포럼의 디지털 및 활동 규격에 주력한다. 인터페이스 워킹그룹은 NFC 포럼의 NCI 사양을 담당한다. 새로운 분야에 대해선 헬스 케어 워킹그룹과 리테일 워킹 그룹 등이 활동하고 있다.
무선 충전의 경우, NFC 포럼은 무선 전력전송을 위한 제어 메시지를 교환하기 위해 현재 새로운 NFC 포럼 프로토콜을 정의하고 있다. 13.56MHz의 기본 주파수를 사용한다. 그 첫 번째 단계로 블루투스 헤드셋이나 MP3 플레이어 등 소형 장치를 대상으로 추진중이다. 한편, NFC 포럼에서는 타입5 태그의 ISO / IEC 15693 VCD 모드를 논의 중이다.



NFC는 리더/P2P 동작을 할 때, RF 생성을 위해 전류 소모가 크다. NFC 리더/P2P 모두 동작 시에 RF 생성을 위해 순간적으로 약 100mA 전류를 소모하는데 시간 당 약 4~5mA가 소모되는 꼴이며, 카드 에뮬레이션 모드 동작 시에는 60microA 전류가 소모된다.
NFC와 RFID는 여러가지 측면에서 다른다. 우선 NFC의 주파수 대역은 13.56MHz이고, 동작 모드는 리더/라이터, 카드, 피어 투 피어 모드를 채용한다. 지불, 티켓팅, 액세스 컨트롤, 정보 서비스, 데이터 교환/동기화 등이 주요 애플리케이션이며, 금융/결제 분야의 인프라 보급률이 높다. 태그 가격은 비싸고 이미 적용된 인프라가 많아 애플리케이션이 다양하며, 모바일 분야에 적합하다.
반면 RFID의 경우, 주파수 대역은 125KHz, 13.56MHz, 433MHz, 900MHz, 2.4GHz 등 다양하게 지원하며, 동작 모드는 리더 디바이스/태크 디바이스로 하나의 디바이스가 한 가지 역할만을 수행한다.
주요 애플리케이션은 정보 서비스에 국한되며, 인프라는 물류분야를 제외하면 부족한 상황이다. 태그 가격은 상대적으로 저렴하다. 물류/유통 분야에 적합하다. NFC는 또한 블루투스/ZigBee와도 전송 속도나 전송 거리에서 큰 차이를 보인다.



NFC를 활용한 단말/서비스 차별화는 업체별로 다양하게 추진되고 있다. 구글의 안드로이드 빔(Google Android Beam)의 경우, 안드로이드 OS에서는 NFC P2P 기능을 이용하는 데이터 공유(Data Sharing) 기능을 제공한다. 안드로이드 진저브레드에선 NFC 기능을 추가했으며, 안드로이드 아이스크림은 안드로이드 빔 기능을 추가했다. 안드로이드 젤리빈에선 NFC를 이용한 블루투스 심플 페어링(Bluetooth Simple Pairing) 기능을 제공한다.
삼성전자의 경우, 갤럭시S3 단말부터 NFC P2P 기능을 이용하는 S-빔(S-Beam) 기능을 제공했다. 이미지 및 동영상 공유를 위해 와이파이 다이렉트의 커넥션을 NFC로 제공하는 기능이다. NFC를 활용한 블루투스 심플 페어링(Bluetooth Simple Pairing) 기능을 활용한 오디오 기기에 터치만으로 연결할 수 있다. LG전자의 G Pro도 S-빔과 같이 NFC P2P 기능을 특화한 다이렉스 빔(Direct Beam)을 구현하고 있다.
LG전자는 스마트 홈 장비들을 통해 태그-온(Tag-on)이라는 브랜드의 NFC 태그를 제공하고 있다. 태깅 시 스마트폰의 스마트 컨트롤 앱에 등록돼 가전제품과 연결된다. 컨트롤 정보가 담겨 있는 태그에 태깅하면 가전제품에 특정한 동작을 수행하도록 하고 있다. 파나소닉도 유사한 서비스를 제공하고 있다.
SKP는 유심 기반 스마트 터치 플랫폼을 지난 2012년 10월 개발했다. 3PP(3rd Party Player)들이 NFC 서비스를 쉽게 사용할 수 있도록, 개발 환경과 단말/서버용 오픈 API, 정산/통계 기능 등을 포함했다.
SEM(Secure Element Manager)은 스마트 터치 플랫폼에서 제공하는 다양한 단말 API를 사용할 수 있도록 하는 USIM 프레임워크이며, SEMS(Secure Elements Management System)의 경우는 애플릿(Applet)의 등록, 관리, OTA 발급/삭제 등 오픈 API 기반으로 애플릿의 라이프사이클을 관리한다. NRMS(NOP Right Management System)는 스마트 터치 플랫폼이 제공하는 단말/서버 API에 대한 제휴사의 애플리케이션별 사용 권한을 관리한다.
Smart Touch Developer(Smart Touch Web Poc)는 스마트 터치 플랫폼을 이용하는 제휴사를 위한 웹 POC로 회원 가입, 애플릿 관리, 애플리케이션 정보관리, 정산관리 등 다양한 기능을 제공한다. IDE(Applet IDE, Application IDE)는 API를 이용하는 애플릿과 애플리케이션 개발을 지원하기 통합 개발 환경을 제공한다.