CN103414497B - 为电子设备之间通信借助转发的控制方法和相应的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及为电子设备之间通信借助转发的控制方法和相应的设备。本发明提供一种用于在具有多个安全元件（40，42）的近场通信设备（25）中控制数据流的方法。该方法包括接收由外部设备（5）发送的第一通信，所述第一通信对于位于近场通信设备（25）的多个安全元件（40，42）之一内的应用程序是确定的；确定安全元件中的哪一个包含该应用程序；以及采取措施用以确保进一步的通信仅在外部设备(5)和包含定址的应用程序的安全元件之间进行。还提出用于NFC通信的相应的移动终端设备（100）。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备之间的通信方法。本发明尤其涉及对在近场通信情况下所使用的设备内、特别是在13.56MHz频带中的通信的控制，以及涉及具有相应地被控制的通信的设备。
背景技术
期待，移动电子设备在将来增强地将被装备额外的高频(HF)通信功能。这涉及，例如，移动电话，便携式媒体播放器，智能手机，个人数字助理(PDA)，手持式游戏机，平板电脑，膝上型计算机等等。除了其传统功能之外，这些设备借此将能够执行额外的通信功能。属于HF通信功能的应用范围的尤其有无接触式芯片卡功能，例如，记帐，支付，购买和更多类似的，但是还有简单的、由使用者发起的从设备到设备的通信，例如用于照片、MP3、歌曲或名片交换。这样的额外的HF通信功能越来越多地在使用所谓的近场通信技术情况下来实施(NFC/Near Field Communication(近场通信))。
NFC技术是无线短波波段连接性技术，其能够在电子设备之间实现简单且安全的双路交互。这允许消费者执行无接触式交易，存取数字内容和连接电子设备或装置。换句话说，NFC技术能够在设备之间实现无接触式双向通信。这些器件可以是装备有NFC的移动电话，计算机，电子消费品，卡，标签，标记，招贴画，洗衣机等。原则上，配备有NFC技术的设备可以以读/写模式，对等模式或卡仿真模式工作。
NFC技术作为13.56MHz频带中的无接触式技术被标准化。ISO-14443标准是大部分近场操作的基本模块。NFC技术通常至少与标准ISO 14443类型A和类型B兼容。NFC会议的组件包括发起器和目标。发起器是开始和管理通信及数据交换的器件。目标对发起器的请求进行应答。NFC技术的特征是，器件要么可以表现为发起器要么可以表现为目标。NFC技术要求，专用的HF芯片组和天线集成在移动器件内。
在已知的配置中，移动终端设备内的ISO 14443标准被映射到在例如NFC前端与安全元件之间的基于接触的、透明的接口上，其中，安全元件可以例如作为智能卡实现。如果在终端设备与无接触式外部终端之间建立空间接近，例如，用于执行电子支付，则通过RF(射频)通信在终端与移动终端设备之间建立通信。在此，按照ISO 14443标准，在无线终端和上面寄宿(hosten)用于办理支付交易的应用程序的安全元件之间的通信通常是透明的。这意味着，NFC前端作为中间连接的元件在安全元件(SE)与外部无线终端之间在两个通信方向上在一定程度上不变地递送数据流。在此，只要传输的信息没有被改变，单纯的解码就不被视作透明性的破坏。因此这种透明性尤其是有利的，因为由于在NFC前端中缺乏中间步骤，这种透明性提高通信速度以及整个过程的安全性。
要预期的是，在可预见的时间上越来越多地给商业上可获得的终端设备(例如，移动电话)分别装备多个安全元件或至少用于使用多个元件的选项。这尤其是由于迄今不存在国际上认可的工业标准，该工业标准在近场通信的范围中为不同的市场用户提供安全元件的统一格式。例如诸如移动电话和平板电脑等的移动终端设备的制造商，移动无线电供应商，支付系统的供应商等属于此。各个用户拥有不同的渠道和可能性来向客户带来其支付系统的硬件。在移动电话制造商情况下，这例如可以是装入包括NFC前端和固定安装的、就是说例如焊入的安全元件的完整近场通信系统。而移动无线电提供商通常根本不能或仅能非常有限地对终端设备的硬件予以影响，并且因此例如，以SIM卡的形式或作为与SIM卡的组合提供安全元件，所述SIM卡如从传统移动无线电技术已知的那样由最终用户插入其移动电话中，例如代替其传统的、没有安全元件的迄今为止的SIM卡。另一可能性是，例如，芯片卡(智能卡)或SD卡形式的安全元件，所述芯片卡或SD卡被插入终端设备、即例如移动电话、手提电脑或平板电脑的卡槽中。
安全元件与NFC前端之间的通信是根据ISO标准14443定义的。用于在移动的、具有近场通信能力的终端设备(例如移动电话)提供例如多个支付系统的可能性是，在相同的安全元件上提供相应的属于不同支付系统的应用程序(多应用程序安全元件(Multi-Application Secure Element))。但是，由于例如支付系统的供应商必要时必须首先与监督相关终端设备的安全元件的访问(Zugang)的该市场用户取得一致，在SIM卡情况下例如与移动无线电供应商取得一致，因此这只提供低的灵活性。根据市场结构和竞争形势，这可能表明，对于支付系统的供应商来说是不经济的，复杂的或最终是不可行的。相关应用程序与特定类型的安全元件在技术上的不兼容性可能是另一技术上和经济上的障碍。
发明内容
以此为背景，存在对方法和装置的需求，所述方法和装置允许在终端设备内实施用于近场通信的不同的应用程序，而不指定对特定安全元件的访问。
因此以此为背景，提出了根据权利要求1的用于控制数据流的方法、根据权利要求12的近场通信设备、以及根据权利要求15的用于控制数据流的方法。本发明的其他优选方面由从属权利要求、图和说明书得出。
本发明的第一实施例涉及一种用于在近场通信设备中控制数据流的方法，该近场通信设备具有中间连接的元件和多个与其以透明方式连接的安全元件。该方法包括通过近场通信设备接收由外部设备发送的第一通信；确定安全元件中的哪一个包含适应于第一通信的应用程序；并且由中间连接的元件将第一通信转发到包含该应用程序的安全元件；其中在该方法期间，中间连接的元件暂时地从透明连接模式变换为与至少一个所述安全元件的缓冲连接模式。
另一个实施例涉及一种近场通信设备，其具有中间连接的元件和至少两个安全元件。近场通信设备被设置为接收由外部设备发送的第一通信，该第一通信对于位于近场通信设备的至少两个安全元件之一中的应用程序是确定的；确定哪一个安全元件包含该应用程序；和由中间连接的元件将第一通信转发到包含定址的应用程序的安全元件；其中中间连接的元件被设计用于暂时地从透明连接模式变换为与至少一个所述安全元件的缓冲连接模式。
另一个实施例涉及一种用于在近场通信设备中控制数据流的方法，该近场通信设备具有中间连接的元件和多个与其以透明方式连接的安全元件。该方法包括通过中间连接的元件接收由外部设备发送的数据；透明地将数据从中间连接的元件传输至第一安全元件，和同时通过中间连接的元件对数据进行解码；通过中间连接的元件扫描解码的数据，用于探测应用程序选择信息；根据所探测的应用程序选择信息，确定安全元件中的哪一个包含适合的应用程序；通过将数据中间存储在中间连接的元件中暂时去活中间连接的元件的透明性；和根据应用程序选择信息，将数据转发至具有适合的应用程序的安全元件。
附图说明
下面应该借助图中所示的实施例对本发明进行解释，从中得出其他优点和变化。
图1示出根据本发明的实施例的在终端设备中所装入的近场通信设备的示意图，与外部读取设备一起被示出；
图2示意性地示出根据本发明的实施例的一种方法；
图3示意性地示出根据本发明的实施例的一种方法；
图4示意性地示出按照实施例的终端设备，与外部读取设备一起被示出。
具体实施方式
下面描述本发明的不同的实施方式，其中一些实施方式也在图中示例性地示出。在图的以下描述中，相同的附图标记涉及相同或相似的组件。通常仅描述不同的实施方式之间的区别。在此情况下，作为实施方式的一部分来描述的特征也可以毫无问题地与其他实施方式相关联地组合，以便还产生其他的实施方式。
在这里所使用的概念“透明性(Transparenz)”或“透明的连接”如下定义。按照实施例，中间连接的元件，其在实现中例如是NFC前端，是在外部的NFC终端和装入在按照本发明的NFC设备内的安全元件也或者主机组件之间的桥。透明性可以如此理解，即NFC前端只是把RF信息(即，例如在13.56MHz频带中)转换成数字信息。在此，在RF通信内编码(例如，按照ISO 14443标准)的数据流或NFC前端的编码位序只是由RF信号转换而来，即通过模拟数字转换。于是，得出的位序可以没有进一步变化地或显著延迟地被转发给透明地连接的安全元件，见下面。这在本文的意义上可理解“透明性”或“中间连接的元件和安全元件的透明连接”。
透明性的破坏(Bruch der Transparenz)的示例是，例如，解码的位流在中间连接的元件内被中间存储或缓冲所定义的、显著的时间间隔，即，基本上不实时地被转发。在此中间连接的元件与安全元件之间的连接是否被视作透明的条件之一在这里应如下定义：如果在通过中间连接的元件接收以RF调制的第一位与继续发送该位之间的延迟的时间间隔大于按照输入位速率在计算上用于传输字节所需的时间间隔，则该连接按定义不可再被看作是透明的。换句话说，透明性情况下，位在中间连接的元件内的停留时间应小于或最大等于按照输入数据速率与字节传输等价的时间间隔。位序的显著变化(例如由于通过解码和随后的重新编码的编码方法的变化引起)，在该意义上也被视作透明性破坏。相反，例如通过数字路径中的中间连接的移位寄存器引起的小的、系统时间延迟则不应被视作透明性破坏。原则上，所有超出上述范围的对解码的数据流的面向位的操作都代表透明性破坏。
实施例涉及一种用于在NFC终端中控制通信的方法，该NFC终端包括NFC前端和至少两个安全元件。在此确保从外部设备例如无接触式终端到达的通信尽可能无时间偏移地或以小的时间偏移地恰好由多个存在的安全元件中的、具有适合于或者属于到达的通信的应用程序的该安全元件进行应答。因此应用程序可以被定址在多个安全元件之一中，而与是否以透明方式连接一个或多个安全元件无关。
在此，典型地，外部设备(即，例如无接触式NFC终端)通过NFC前端与安全元件之间的通信的附合标准的透明性可以至少短时间地中断，在所述的短时间期间决定或切换，到达的通信的数据流必须被对准哪个安全元件，和/或哪个安全元件包含适合于到达的通信的应用程序，并且由此可被确定为通信的正确端点。同时，利用在实施例中所述的方法和设备通常可以确保，在此外部设备的透明性的破坏在RF范围中是不可确定的，通信流程对外也即看起来好像是完整地和连贯地透明的。
实施例基于：NFC前端(也为：无接触式前端(Contactless Frontend)，CLF)在其作为中间连接的元件(作为桥或集线器)的功能方面有时(zeitweise)在符合标准的透明模式和缓冲模式之间转换。在此，NFC前端内的编码/解码单元在所谓的“Card Emulation Mode”或者卡仿真模式(也称为被动模式)中开始，并且于是经历按照ISO 14443标准的协议激活层(Protocol activation layer)的步骤，所述标准完整地通过引用结合于此。协议选择的顺序在ISO 14443-3中被调节。一旦识别出安全元件之一中的适合的应用程序，例如通过应用程序标识符，NFC前端从被动模式切换为主动模式(aktiven Modus)，用于将到达的通信(第一通信)的数据引导到所识别的应用程序所寄宿(hosten)的该安全元件。
上述方法还可与继续在下面描述的用于功率管理的方法组合。在此NFC前端典型地控制所连接的安全元件的运行状态，使得典型地通过时隙方法方式只接通以下安全元件，利用所述安全元件，通信发生或即将发生。
图1示出按照实施例的装置。有NFC能力的终端设备100包括NFC设备(近场通信设备)25，所述NFC设备具有NFC前端10(也为：无接触式前端(Contactless Frontend)CLF或NFC调制解调器)。它在外部NFC终端/读取设备5和多个安全元件40，42之间的通信中是作为桥或集线器的中间连接的元件，其中所述安全元件中的至少一个具有或寄宿有应用程序。安全元件中的每一个均具有编码器/解码器单元41，43和通过有线的接口50，52与NFC前端连接。
在按照实施例的装置中，NFC前端(也为：无接触式前端，CLF或者NFC调制解调器)在其作为中间连接的元件10、也即作为桥或集线器的功能方面，被设置用于有时在符合标准的透明模式和缓冲模式之间转换。图1还示出了实施例的其他这里所述的变型。在此，在第一示例中，ISO 14443层3可以由NFC前端10操纵。这两个(在该非限制性示例中)安全元件40，42在此被设置为应用程序层(Applikationsschicht)的模式。这可以或者通过在开始与外部终端5的RF通信之前由NFC前端发送层3指令进行，或者通过以以下方式对安全元件的基本配置：即它们自动地在应用层(Anwendungsschicht)的层面上启动。选择AID(Select AID)(选择应用程序ID或者应用程序选择信息)指令于是由NFC前端发送到安全元件40，42。之后借助于接口线50，52将通信再次切换到透明模式，并且进一步的通信透明地进行。
在该方法的一种变型中，ISO 14443层3不由图1的NFC前端10操纵，而是由安全元件40，42之一操纵。为此需要在开始与外部设备/终端5的通信之前，一个安全元件40，42从所有存在的安全元件(在本示例中仅从另一个)收集关于层3层面的所有信息。在“选择AID”指令之前，NFC前端10去活至安全元件的接口50，52，以缓冲或者中间存储该指令。如果“选择AID”指令在安全元件40，42之一中定址应用程序，则NFC前端重新激活接口50，52，并将指令转发到相关的安全元件40，42。原则上可以利用几乎任意数量的安全元件来运行这里所述的方法，例如3、5或者10个安全元件。
按照实施例，具有其模拟RF接口15和编码器/解码器单元20的中间连接的元件(NFC前端)10和安全元件40，42一起作为近场通信设备25连同主机组件30是有NFC能力的终端设备100的组成部分(在图1中仅示意性示出，参看图4)。安全元件40，42分别包括编码器/解码器单元41，43。终端设备100可以对应于多个移动的或静止的终端设备，如开头所列举的。例如移动电话，便携式媒体播放器，智能手机，个人数字助理(PDA)，手持式游戏机，平板电脑，膝上型计算机，电子消费品，卡，标签，标记，招贴画或家用电器属于此。主机组件30在此代理地和简化地代表除与NFC相关的部件25之外在终端设备100内所包含的所有控制硬件和软件。在图1中还示出了外部终端5或者无接触式读取设备，其与根据实施方式的设备接触。
图2示意性地示出了按照按照实施例在图1的设备中运行的方法180的流程。在初始方框200中，RF接口15(参看图1)根据标准透明地工作。方框220，为了选择安全元件之一中的应用程序，外部设备5的请求(选择AID)在中间连接的元件10、也即典型地NFC前端中至少部分地被解码并且被缓冲或中间存储，并且从而透明性被中断。方框240，如果“选择AID”指令属于一个安全元件40，42，则NFC前端将该指令转发到那里，并且外部设备5和安全元件40，42之间的进一步通信再次透明地进行。为此中间连接的元件典型地包含关于在近场通信设备(100)的安全元件40，42内存在的应用程序的信息。
用于按照实施例在具有中间连接的元件10以及多个与其连接的安全元件40，42的近场通信设备25中控制数据流的方法300在图3中示出并且包括：在方框310中，通过近场通信设备接收由外部设备发送的第一通信；在方框320中确定安全元件中的哪一个包含适合于第一通信的应用程序；和在方框330中通过中间连接的元件10将第一通信路由或转发到包含该应用程序的安全元件40，42。在此第一通信的至少一部分可以在中间连接的元件10中被中间存储。在此，在该方法期间，中间连接的元件10暂时地从透明连接模式变换为与至少一个所述安全元件40，42的缓冲连接模式。
在实施例中，上述方法和设备还可以与用于功率管理的方法组合。这意味着，设备(在此情况下典型地是NFC前端)连接到其他的设备，通过有针对性的接通和关断可以控制，是否可以在特定的时间点与所述设备通信。因此这提供灵巧的解决方案：通过借助于NFC前端控制安全元件同时控制通信并且降低能量消耗。通过以时隙方法接通，从而可以确保：总是仅所述一个或多个安全元件被接通和消耗电流，其恰好被需要或实际上通信，因为它们包括由从外部终端到达的通信定址的应用程序。典型地在中间连接的元件10中实施相应的硬件和/或软件装置用于功率管理。
因为所感应的电流是有限的，因此应力求：只有绝对必要数量的元件是激活的。与对于不同指令可能不同的超时(Timeout)时间无关地，可以使相对应的安全元件改变其能量消耗。在此，在另一安全元件被激活之前，NFC前端10必须考虑超时时间。也可以在特定的超时之后关掉用于特定的安全元件的电流供应，如果不再需要该安全元件的话。
图4示出了移动终端设备100，这里是具有主机组件30的智能手机，该移动终端设备包括如在图1中所示的按照实施例的根据ISO 14443的近区通信系统，其这里仅示意性地示出具有NFC前端10和与其连接的安全元件40，42。在实施方式中，移动终端设备100尤其可以是便携式媒体播放器，智能手机，个人数字助理(PDA)，手持式游戏机，平板电脑，智能卡或个人计算机，尤其是膝上型电脑，或其它在本文中所述的终端设备。如在图1中所示，终端设备100与外部读取设备5通信地示出。
技术人员容易理解的是，这里所述的按照实施方式的方法不仅可以以详细化地描述的变型来实施，而且原则上可以应用于多种应用情况。尤其适用于根据标准所实施的电子设备，其中应该加速在设备或器件之间的符合标准的数据通信。
Claims (16)
1.用于在近场通信设备(25)中控制数据流的方法(300)，该近场通信设备具有中间连接的元件(10)和多个与其以透明方式连接的安全元件(40，42)，该方法包括：
-通过近场通信设备(25)接收(310)由外部设备(5)发送的第一通信；
-确定(320)安全元件(40，42)中的哪一个包含适合于第一通信的应用程序；
-通过中间连接的元件(10)将第一通信转发(330)至包含该应用程序的安全元件(40，42)；
其中在该方法期间，中间连接的元件(10)从透明连接模式暂时地变换为与至少一个所述安全元件(40，42)的缓冲连接模式。
2.如权利要求1的方法，还包括：
-在中间连接的元件(10)中缓冲第一通信的至少一部分。
3.如权利要求1或2的方法，其中中间连接的元件(10)至少部分地解码第一通信。
4.如权利要求1或2的方法，其中中间连接的元件(10)包括关于在近场通信设备(25)的安全元件(40，42)中存在的应用程序的信息。
5.如权利要求1或2的方法，其中至少一个安全元件(40，42)规定关于在近场通信设备(25)的安全元件中存在的应用程序的信息。
6.如权利要求1或2的方法，其中在第一通信被路由之后，在外部设备(5)和安全元件(40，42)之间的进一步通信透明地进行。
7.如权利要求1或2的方法，其中外部设备(5)是无接触式NFC终端，并且近场通信设备(25)包括在具有NFC功能的移动终端设备(100)中。
8.如权利要求1或2的方法，其中中间连接的元件(10)是NFC前端。
9.如权利要求1或2的方法，其中在中间连接的元件(10)中还包括用于通过有针对性的功率管理防止多个激活的安全元件(40，42)之间的数据冲突的装置。
10.如权利要求9的方法，其中所述装置能够实现有时关断安全元件(40，42)或将其置为静止状态。
11.如权利要求1或2的方法，其中外部设备(5)和近场通信设备(25)之间的通信根据ISO 14443进行。
12.近场通信设备(25)，具有中间连接的元件(10)和至少两个安全元件(40，42)，其被设置为：
-接收由外部设备(5)发送的第一通信，该第一通信对于位于近场通信设备(25)的至少两个安全元件(40，42)之一中的应用程序是确定的；
-确定哪一个安全元件(40，42)包含该应用程序；
-通过中间连接的元件(10)将第一通信转发至包含定址的应用程序的安全元件(40，42)；
其中中间连接的元件(10)被设计用于从透明连接模式暂时地变换为与至少一个所述安全元件(40，42)的缓冲连接模式。
13.移动终端设备(100)，具有如权利要求12的近场通信设备(25)，并且其中该近场通信设备(25)被设计为执行根据权利要求1至11之一的方法。
14.如权利要求13的移动终端设备(100)，其中该终端设备是移动电话、便携式媒体播放器、智能手机、个人数字助理(PDA)、手持式游戏机、平板电脑、智能卡或者个人计算机。
15.如权利要求14的移动终端设备(100)，其中该终端设备是膝上型电脑。
16.用于在近场通信设备(25)中控制数据流的方法，该近场通信设备具有中间连接的元件(10)和多个与其以透明方式连接的安全元件(40，42)，该方法包括：
-通过中间连接的元件(10)接收由外部设备(5)发送的数据；
-透明地将数据从中间连接的元件(10)传输至第一安全元件(40，42)；并且同时通过中间连接的元件对数据进行解码；
-通过中间连接的元件扫描解码的数据，用于探测应用程序选择信息；
-根据所探测的应用程序选择信息确定安全元件中的哪一个包含适合的应用程序；
-通过将数据中间存储在中间连接的元件中暂时地去活中间连接的元件的透明性；
-根据应用程序选择信息，将数据转发至具有适合的应用程序的安全元件。
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