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如何快速实施2.4GHz移动支付受理环境的改造

来源:《卡技术与安全》杂志      作者:国民技术股份有限公司      2012/3/20 10:41:28

    摘要:2.4GHz移动支付技术自2009年开始商用,以其只需换卡即可实现移动支付、刷卡距离一致性好、用户使用可靠性高等特点得到了快速推广。为配合读取2.4GHz卡片,受理终端需要集成2.4GHz读写器。目前已有数十家POS机厂商具备2.4GHz读写器改造能力,合计2.4GHz及双频POS发行数量超过十万台。公交一卡通系统和正在进行的PBOC 2.0迁移采用的受理终端均是基于13.56MHz频段的技术,如何快速和低成本的实现上述终端受理2.4GHz卡片成为各方较为关注的问题。本文介绍了双频POS实现的几种方式以及该模式下的推广和改造瓶颈,提出并介绍了一种快速、低成本的对存量13.56MHz受理终端进行改造以支持2.4GHz卡片的方案和技术原理,最后分析了该方案对移动支付相关参与方可以带来的商业价值。

    一、 双频POS的传统实现方式

    双频POS主要指可同时受理通过13.56MHz和2.4GHz两个频段进行通讯的卡片。公交、门禁、小额支付、qPBOC等应用领域的POS机外观形态各异,但改造方式可划分为两大类:一是组合方式,二是集成方式。

    方式一、组合方式

    组合方式是将两个能够独立工作的13.56MHz读写器以及2.4GHz读写器组合在一起实现双频功能的方式,这种方式仅仅通过简单物理上的叠放就实现了双频功能。两种近场支付功能均在同一交易区域完成,互不影响。

    组合方式特别适合对存量的13.56MHz读写器进行双频改造,如图1所示。在现有的13.56MHz读写器线路板的下面放置2.4GHz读写器线路板,并把2.4GHz读写器与POS主机连接;POS主机同时对两种读写器进行控制实现双频功能,用户可以分别使用NFC手机、非接触IC卡或2.4GHz移动支付终端在同一物理区域刷卡。此时,也可在13.56MHz读写器和2.4GHz读写器之间放置吸波材料,可确保互不影响。

组合方式实现双频读写器
 

图 1组合方式实现双频读写器

    方式二、集成方式

    集成方式是在读写器设计之初就将13.56MHz及2.4GHz通信功能设计在一张电路板上,所有13.56MHz和2.4GHz芯片及元器件均集成在此电路板上,直接实现读写器的双频功能,在成本上较组合方式更低。

    集成方式特别适合还没有完成向非接触式IC卡迁移的受理终端,如图2所示,集成方式在实现时只需要使13.56MHz天线与2.4GHz磁发送线圈保持一定的安全间距即可实现双频功能。

集成方式实现双频读写器 

图 2集成方式实现双频读写器

    例如:在13.56MHz天线形成的8cm×6cm面积情况下,安全间距大于5mm即可。

    存在的瓶颈

    组合方式和集成方式的实施可以分别通过2.4GHz单频读写器、双频读写器的产品实现。由于城市一卡通以及正在实施的金融终端PBOC迁移均使用13.56MHz频段作为POS机具的通讯频段,因此可受理非接触式IC卡的终端越来越多,组合方案是采用较多的一种方式,但也存在一些瓶颈。

    产品硬件方面,2.4GHz单频读写器采用的是天线与控制电路集成设计的方式,外形尺寸固定,不利于兼容各种尺寸的非接触式IC卡受理终端。

    产品软件方面,上述两类读写器均需通过串口与受理终端主控电路进行通讯,2.4GHz空中接口协议被封装成连接卡片、发送/接收数据、断开卡片等串口操作指令,供受理终端厂商快速集成。虽然这些指令非常简单,但是仍然需要受理终端厂商进行一定工作量的软件编写,并对存量的受理终端进行软件更新,难度较大,在没有实时联网的非接触式IC卡受理终端的改造上表现得非常明显。

    二、 快速低成本的改造方案

    针对通过组合方式实现双频POS在实施时间和成本上存在的瓶颈,充分利用存量非接触式IC卡受理终端已具备13.56MHz频段通讯的特性,可以实现一种灵活多样的快速低成本改造模式。该模式采用2.4GHz转接读写器,其设计原则主要有以下2点:

    1、天线与控制电路分离,便于适应各种尺寸的终端;

    2、无需厂商修改软件,免除软件升级步骤,便于工程快速实施。

    具体改造时,公交POS与金融POS不尽相同,但均可归纳为固定和供电两个步骤。

通过转接读写器实现双频POS的主要改造点

图 3 通过转接读写器实现双频POS的主要改造点

2.4GHz转接读写器实物图

图 4 2.4GHz转接读写器实物图

    地铁公交POS改造工程实施方案

    地铁公交POS均为一体机,即POS主机和读写器均封闭在一个机箱内。由于2.4GHz转接读写器实现了天线与控制电路分离,因此天线可以单独、灵活设计,满足各种POS外型尺寸的要求。具体实施时,将2.4GHz转接读写器天线部分固定(如粘贴)至原受理终端13.56MHz读写区域,同时对2.4GHz转接读写器主控部分进行固定和供电即完成双频读写器的改造。

    金融POS改造工程实施方案

    金融POS主要分为受理磁条卡和非接触式IC卡两大类。对于磁条卡受理终端的升级改造,可以采用集成方式在设计之初进行考虑,将13.56MHz和2.4GHz通信功能均集成在同一电路板上。对于非接触式IC卡受理终端的升级改造,可以采用组合方式进行,此类终端改造的具体操作又可分为以下两类:

    1、内置式:直接在原有13.56MHz天线面板上固定并向2.4GHz转接读写器供电,步骤与地铁公交POS改造工程实施方案一致。

    2、外置式:若非接触式IC卡受理终端读写器部分空间尺寸限制较严,也可将2.4GHz读写器天线部分固定(如粘贴)至原受理终端刷卡面外侧,通过单独的外接电源向2.4GHz转接读写器供电(如更换外置电源接口为一拖二式)。

    三、 新改造方案的技术原理

 2.4GHz转接读写器技术原理

图 5 2.4GHz转接读写器技术原理

    2.4GHz转接读写器的技术核心在于模拟了一张标准的13.56MHz制式的卡片,将2.4GHz移动支付空中接口协议按照标准13.56MHz空中接口协议进行相互转换,充分利用非接触式IC卡受理终端已有的13.56MHz通讯能力,实现13.56MHz制式的POS终端与2.4GHz制式卡片之间的通讯。

    数据传递过程

    当2.4GHz移动支付卡片靠近2.4GHz转接读写器时,转接读写器通过磁感应及2.4GHz射频天线获取卡片数据;转接读写器主控电路将获取的卡片数据通过负载波调制的方式传递给原POS终端的13.56MHz读写器进行解调。

    POS终端按照交易规范产生操作卡片的指令,通过13.56MHz载波调制信号向外发出;2.4GHz转接读写器通过线圈感应到调制信号,解调后通过2.4GHz射频天线传递给2.4GHz卡片。

    两种通讯制式的转换全部由2.4GHz转接读写器自动完成,因此该产品集成至原有13.56MHz受理终端时,无需修改软件。

    13.56MHz卡片仍然采用原有方式与受理终端13.56MHz读写器直接通讯,交易距离与交易速度均不受影响。

    交易速度与安全性

    2.4GHz卡片的数据传递至受理终端需要经历两种制式空中接口协议的相互转换。一方面,对比采用2.4GHz读写器直接读取2.4GHz卡片的集成式方案,每次交互仅增加数个毫秒;另一方面,2.4GHz传输速率高达1Mbps,是13.56MHz传输速率的近十倍。经测试,一次典型电子钱包交易仍然较13.56MHz方案快速。因此,新方案可满足电子钱包、qPBOC等规范对交易时间的要求。

    近场移动支付方案的安全性应从芯片设计、通讯原理、应用协议、密钥管理等方面进行分层次的系统评估。2.4GHz转接读写器作为一个传输通道,承载了原系统在芯片、应用协议和密钥管理的设计,密钥保存和计算过程仍然在芯片和终端完成,仅在通讯原理上做了改进,是13.56MHz和2.4GHz技术的组合应用。两个频段在安全性方面均通过了理论、实验室、检测机构和大规模商用的检验。

    四、 新改造方案的商业价值

    采用传统的方案将非接触式IC卡受理终端升级成双频POS,无论是组合式还是集成式,都需要做好硬件、软件、施工等三个环节的工作,对应的也就形成了改造实施的三项成本。由于硬件设计、软件开发等工作必须由终端厂商承担,因此改造费用在很大程度上取决于终端厂商的整机价格。

    采用2.4GHz转接读写器方案,硬件和软件均作了创新式改进。硬件方面,天线与控制电路分离,天线可以定制,控制电路尺寸极大缩小,给电即可工作,降低了终端厂商集成难度;软件方面,协议转换由转接读写器自动完成,终端厂商无需修改代码,省去了软件开发、调试和测试的工作量。

    新的改造方案对于移动支付应用的各个相关方都有积极影响,可加快实现各方对移动支付产业的预期收益。对于设备厂商,新的方案降低了设计门槛,缩短了开发周期,在原有商业模式不变的情况下可以有更多的利润空间。对于发卡方,新的方案缩短了工程实施周期,系统加快上线有利于提早产生发卡效益。对于收单方或改造出资方,新方案将受理终端全面设计和更换的可能性大为降低,受理终端增加2.4GHz读写功能产生的开发费用更为透明,甚至可以引入设备商之外的单位承担此项工作。

    五、 总结

    2.4GHz及13.56MHz频率相差甚远,读写器仅通过简单组合或集成即可实现双频功能,且能实现用户在同一物理区域刷卡交易。对于仍不具备13.56MHz受理能力的终端,或者因设备使用年限到期需要重新更换的终端设备,可以采用集成式改造方式。对于已经具备13.56MHz卡片受理能力的终端,可以利用2.4GHz转接读写器快速完成双频读写器的改造升级,转接读写器的天线可依据原有机具尺寸进行定制,且原有机具的软件无需升级。该方案可快速实施2.4GHz移动支付受理环境的改造,对移动支付产业相关方均有积极的推动意义。

分享到新浪微博         责任编辑:苏洁   投稿邮箱:editor@yktworld.com
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