CC BY
72
УДК 004.4'22, 681.327.8
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА ДЛЯ СОЗДАНИЯ МАССОВЫХ МОБИЛЬНЫХ ОНЛАЙН-СЕРВИСОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ. ЧАСТЬ II: ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Е.А. Гринина, О.А. Золотарев, И.А. Пименов, Д.А. Насонов, А.В. Бухановский
Рассмотрены вопросы применения технологий локального взаимодействия в мобильных онлайн-сервисах нового поколения. Обсуждаются особенности перспективной технологии NFC и аспекты ее использования в составе мобильного сервиса электронной продажи билетов, реализуемого посредством технологической инструментальной среды.
Ключевые слова: мобильный сервис, технология NFC, локальное взаимодействие.
Введение
Современный мобильный телефон представляет собой многоцелевой инструмент, обеспечивающий своему владельцу широкие возможности взаимодействия с реальным миром посредством разнообразных интерфейсов. Наравне с традиционными средствами взаимодействия, такими, как голосовая связь и Интернет, в настоящее время значительную роль начинают играть технологии локального взаимодействия [1]. Они обеспечивают адекватное отображение реальных объектов в виртуальное окружение, которым пользователь может управлять over-the-air [2]. В настоящее время существуют различные беспроводные технологии установления локальных соединений [3]: IrDa, Bluetooth, Wi-Fi, NFC и др. Они различаются по принципу функционирования, имеют различный радиус действия и подходят для решения совершенно разных задач взаимодействия мобильных устройств. Наиболее прогрессивной на настоящий момент считается технология NFC, основанная на принципе взаимной магнитной индукции [4]. Технология NFC подразумевает малый (до 10 см) радиус действия, что обеспечивает локальное взаимодействие двух устройств, в котором перехват сигнала третьей стороной максимально затруднен, но сеанс связи при этом конфигурируется просто и быстро. Эти качества нашли свое применение в задачах создания персональных систем мониторинга состояния здоровья [5] и продвижения технологий мобильной коммерции [6]. В данной статье рассматриваются вопросы использования технологии NFC в мобильных онлайн-сервисах нового поколения на примере сервиса электронной продажи билетов, который реализуется посредством технологической инструментальной среды [7].
Характеристики технологии NFC
NFC (Near Field Communication) - технология беспроводной связи на ультракоротких (до 10 см) расстояниях на основе эффекта взаимной магнитной индукции. Технология работает в нерегулируемом диапазоне 13,56 МГц, обеспечивает двунаправленное взаимодействие двух устройств, оснащенных интерфейсом NFC, и поддерживает скорости передачи данных 106, 212 и 424 кбит/с [8]. В основу NFC положены существующие технологии бесконтактных смарт-карт Mifare и Felica, разработанные NXP Semiconductors и Sony. Технология NFC является открытой платформой, регламентирована стандартами ISO 18092(NFCIP-1), ISO 21481(NFCIP-2) и совместима с ISO 14443, ISO 15693. Это позволяет NFC-устройству эмулировать бесконтактные карты, функционировать как ридер/райтер (reader/writer) бесконтактных карт упомянутых стандартов, RF- или NFC-меток, а также взаимодействовать с другим NFC-устройством в пиринговом режиме.
Технология NFC отличается простотой использования - два NFC-устройства инициируют сеанс связи автоматически при сближении на заданное расстояние; при этом время инициализации не превышает 0,1 с. Преимуществами NFC по сравнению, например, с Bluetooth и IrDa, являются меньшие энергоемкость и стоимость внедрения устройства в мобильный телефон. В табл. 1 приведен сравнительный анализ технологий NFC, Bluetooth и IrDa по набору технологических и потребительских критериев.
Таблица 1. Сравнительный анализ технологий локального взаимодействия
Характеристика Bluetooth IrDa NFC
Сеанс связи в пиринговом режиме - + +
Автоматическая инициализация сеанса связи - - +
Высокая скорость инициализации сеанса связи - + +
Конфиденциальность сеанса связи - - +
Возможность быстрой транзакции - + +
Высокая скорость передачи данных + - +
Безопасность на аппаратном уровне - - +
Безопасность на программном уровне + - +
Эмуляция бесконтактных смарт-карт - - +
Низкая стоимость внедрения в телефон - + +
Наличие стандартных интерфейсов ПК + + -
Из табл. 1 следует, что технология NFC с точки зрения задач мобильной коммерции является наиболее перспективной по совокупности факторов. Отсутствие на настоящий день стандартных (встроенных) интерфейсов NFC в персональных компьютерах обусловлено низкой распространенностью технологии; на данный момент эта проблема может быть решена применением интерфейсов-конверторов NFC-Bluetooth [9].
Классификация NFC-приложений для мобильного телефона
Реализация возможностей локального взаимодействия порождает новые классы программного обеспечения для мобильных телефонов, различающиеся по способам применения технологии NFC, рассмотренным в предыдущем разделе.
- Приложения, эмулирующие бесконтактную смарт-карту, например, транспортные, платежные, идентификационные сервисы, а также сервисы, связанные с картами лояльности и организацией доступа. Они реализуют бизнес-процессы, связанные с необходимостью предъявления электронных билетов. Большая часть таких сервисов характеризуется повышенными требованиями к безопасности коммуникаций.
- Приложения, поддерживающие режим ридер/райтер. К ним относятся, прежде всего, информационные сервисы, позволяющие получать данные с RF- или NFC-меток и смарт-постеров, а также загружать в мобильный телефон электронные билеты и купоны для последующего предъявления. Режим ридер/райтер может рассматриваться как вспомогательный для различных классов сервисов. Например, при покупке транспортного билета по технологии NFC можно дополнительно загрузить схему проезда или расписание работы транспорта.
- Приложения, требующие пирингового режима работы NFC-устройства. К ним относятся сервисы, связанные с необходимостью обмена данными с другим телефоном, компьютером или предметом бытовой электроники. Пиринговый режим открывает возможности для создания совершенно новых классов мобильных сервисов, так как предоставляет широчайшие возможности для осуществления бесконтактного взаимодействия двух электронных устройств [1].
Реализация NFC в мобильном телефоне - элемент безопасности
NFC-приложения реализуются в мобильном телефоне посредством элемента безопасности. Элемент безопасности представляет собой динамическую среду, в которой производится загрузка, удаление, персонализация и управление NFC-приложениями. Различные NFC-приложения в одном телефоне функционируют и управляются независимо друг от друга. Реализация мобильных сервисов на базе технологии NFC подразумевает повышенные требования к информационной безопасности в соответствии с ISO 14980. Элемент безопасности обеспечивает безопасное хранение данных, криптографическое шифрование, а также формирует защищенную среду для исполнения программного кода.
Программные средства, обеспечивающие работу с NFC в мобильном телефоне
В мобильном телефоне приложения с использованием NFC в силу необходимости унификации распределенного взаимодействия управляются runtime-системой. Наиболее часто в качестве runtime-системы применяется Java Virtual Machine, реализуемая посредством Java ME (MicroEdition), разработанной компанией Sun. Производители мобильных телефонов, устанавливающие как стандартные операционные системы, так и «черные ящики», разрабатывают платформенно-ориентированные версии JVM и JavaME. В настоящее время существует стандартизованный Java-интерфейс для реализации бесконтактных приложений в мобильных NFC устройствах, использующих специфику элемента безопасности. Это Security and Trust Services API для J2ME (JSR177). Он состоит из четырех пакетов, которые позволяют осуществлять взаимодействие с элементом безопасности посредством APDU (Application Program Data Units), предоставляют инструментарий JCRMI (Java Card Remote Methode Invokation), позволяющий J2ME приложениям использовать методику обращения к удаленному объекту Java Card, обеспечивают API для работы с инфраструктурой открытых ключей и содержат набор криптографических функций. Если для взаимодействия с элементом безопасности используется SATSA-APDU пакет, то не имеет значения, как именно архитектурно элемент безопасности реализован в мобильном устройстве. JCRMI может использоваться только в том случае, если элемент безопасности находится под управлением Java Card ОС. Отличия этих интерфейсов невелики, но разработчикам Java-приложений, по-видимому, более комфортно использовать RMI интерфейс для взаимодействия с Java Card апплетом. Еще одним важным API, необходимым для реализации NFC-приложений в мобильном телефоне, является JSR257 (Contactless Communication API). Данный программный интерфейс обеспечивает контроль работы NFC-модуля в мобильном устройстве. Он также позволяет использовать APDU. Отличие между APDU и JSR257 состоит в том, что JSR 257 может отсылать APDU-команды на внешнюю смарт-карту, на которой доступ к резидентному чипу осуществляется только посредством JSR177. Описанные выше API предоставляют разработчику полный доступ к NFC-функциональности мобильного устройства и элементу безопасности в наиболее распространенных моделях мобильных телефонов, поддерживающих NFC (например, Nokia 6131).
Сервис электронной продажи билетов с использованием технологии NFC
В качестве иллюстрации возможностей технологии NFC рассмотрим мобильный онлайн-сервис нового поколения, реализующий процесс продажи и использования электронных билетов (например, на развлекательные мероприятия). Архитектура сервиса и схема выполнения мобильного платежа подробно рассмотрены в [7]. В общем виде мобильный сервис реализует следующий бизнес-процесс.
- Пользователь (как клиент сервиса) на визуальном уровне получает информацию о предстоящем развлекательном мероприятии, например, в форме афиши. Афиша может быть снабжена специальной NFC-меткой, поднеся телефон к которой, пользователь может узнать дополнительную информацию о мероприятии и адрес в сети Интернет, с которого можно загрузить электронный билет.
- Осуществляется обращение к серверу провайдера (продавца билетов) через предустановленное клиентское приложение (автоматически или по запросу). Пользователю предоставляется интерактивная карта свободных мест (например, в зале), которую он может просмотреть на экране своего мобильного телефона и осуществить свой выбор, информируя провайдера о готовности оплатить билет.
- На счету пользователя в платежной системе резервируется сумма, эквивалентная стоимости билетов. В том случае, если пользователь захочет впоследствии отказаться от билетов (посредством того же сервиса), эта сумма остается на его счету, за исключением комиссии за бронирование.
- Пользователь, придя на мероприятие, должен осуществить аутентификацию с билетным турникетом посредством своего мобильного терминала (NFC). При успешной аутентификации (совпадении информации, хранящейся на терминальном аппарате пользователя, с базой данных билетов) пользователь допускается на мероприятие, а с его счета в платежной системе списывается соответствующая сумма.
- В том случае, если пользователь, купивший билет, не посетил мероприятие, соответствующая сумма на его счете деблокируется; при этом снимается комиссия за неиспользование билета.
Для использования сервиса пользователь должен иметь мобильный телефон, поддерживающий технологию NFC, и открытый счет в системе электронных платежей, поддерживающей работу с предоплаченным финансовым продуктом [7]. На телефон должно быть установлено клиентское приложение, которое можно скачать с сайта провайдера. Провайдер, помимо сайта, должен иметь выделенный сервер, подключенный в Интернет и осуществляющий управление базой данных билетов, NFC-турникет и соответствующий счет в системе электронных платежей. На рис. 1 приведена структурная схема мобильного сервиса.
Сервис представляет собой трехкомпонентное распределенное приложение, включающее в себя собственно сервисную часть (приложение провайдера), мобильный терминал и точку контроля. Сервис провайдера включает в себя модуль обработки клиентских запросов, компонент взаимодействия с платежной системой, который отвечает за выполняемые транзакции, и базу данных о текущих местах, проданных билетах, сеансах в целом. Сервис провайдера поддерживает минимальный графический интерфейс, необходимый для его настройки и мониторинга администратором. Мобильный терминал реализуется как Java MIDlet. Его основной функционал заключается в обеспечении интерфейса пользователя в целях выбора и покупки билета, а также получения информации о развлекательном мероприятии. Мобильный терминал включает в себя модуль визуализации, поддерживающий интерактивную карту мест, NFC-модуль для технического обеспечения процесса аутентификации, и модуль сетевого взаимодействия для связи с сервисом провайдера. Точка контроля реализована в виде stand-alone-приложения с графическим интерфейсом настройки и отслеживания статуса билетов с использованием интерфейса NFC. Она включает в себя пользовательский интерфейс (в форме индикатора аутентификации), модуль сетевого взаимодействия с серверной частью и NFC-модуль, необходимый для валидации билета.
Связи между функциональными частями сервиса осуществляются по протоколу HTTP поверх протокола TCP/IP. В отличие от устоявшейся процедуры покупки электронных билетов через Интернет, этот сервис сочетает в себе высокий уровень интерактивности с возможностями современных телекоммуникационных технологий.
Предложенная архитектура мобильного сервиса является двухзвенной: услуга предоставляется непосредственно пользователю, оператор сотовой связи играет роль исключительно посредника при предоставлении услуги. Это обеспечивает независимость от конкретных технологических платформ операторов связи.
web-сервер приложений
СЕРВИС ПРОВАЙДЕРА
Ethernet
Модуль Взаимодействия с Платежной Системой
_______-—
^ ; ПЛАТЕЖНАЯ СИСТЕМА
Модуль Обработки Клиентских Запросов
Пользовательский Интерфейс
Компонент » База
Управления Данных
GPRS
gsg МОБИЛЬНЫЙ ТЕРМИНАЛ JAVAMIDlel
Компонент Визуализации
Компонент Уп рзвлен ия
-. X
Модуль Сетевого Общения
Пользовательский Интерфейс
Модуль Сетевого Взаимодействия
ИРС Модуль
Компонент Управления
NРС Компонент
МЕС [1еа(1ег
Рис. 1. Структурная схема мобильного сервиса
Для повышения удобства разработки компонентов сервиса допустимо применять инструментальную технологическую среду создания массовых мобильных онлайн-сервисов нового поколения. При помощи разработанной среды разработчик имеет возможность проектировать распределенное приложение путем описания в терминах бизнес-процессов предметной области и на его основе осуществлять автоматическую генерацию кодов, включающих типовые реализации компонент, отраженных на рис. 1. Подробнее вопросы использования инструментальной технологической среды рассмотрены в [7].
Заключение
Мобильные сервисы на основе технологий локального взаимодействия являются нововведением для отечественной отрасли мобильных услуг. Технологическая новизна рассмотренного сервиса продажи билетов определяется двухзвенной организационной схемой и применением прогрессивной технологии локального взаимодействия для предъявления электронного билета в точке контроля. При этом часть функционала сервиса требует удаленного взаимодействия с сервером провайдера услуги, в то время как другие операции могут выполняться без использования каналов сотовой связи (например, аутентификация с билетным турникетом). Массовость применения такого сервиса обеспечивается не только обширной целевой аудиторией пользователей, но и большим
количеством потенциальных провайдеров, заинтересованных в предоставлении данной услуги. Работа выполнена в рамках проекта 2008-4-1.4-18-01-022 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».
Литература
1. Ailisto H., et al. Bridging the physical and virtual worlds by local connectivity-based physical selection // Personal and Ubiquitous Computing - 2006. - Vol. 10. - № 6. -P. 333-344.
2. Anokwa Y., et al. A User Interaction Model for NFC Enabled Applications // Proceedings of Fifth IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PerComW'07). - 2007. - P. 357-361.
3. Kostakos V., et al. Building Common Ground for Face to Face Interactions by Sharing Mobile Device Context // Lecture Notes in Computer Science. - 2006. - Vol. 3987. -P. 222-238.
4. NFC Forum. - Режим доступа: www.NFC-forum.org, свободный
5. Morak J., et al. Feasibility and Usability of a Home Monitoring Concept based on Mobile Phones and Near Field Communication (NFC) Technology // Medinfo 2007: Proceedings of the 12th World Congress on Health (Medical) Informatics; Building Sustainable Health Systems. - 2007. - P. 112-116.
6. Choi Y.B., et al. The state-of-the-art of mobile payment architecture and emerging issues // International Journal of Electronic Finance. - 2006. - Vol. 1. - № 1. - P. 94-103.
7. Золотарев О.А., Гринина Е.А., Бухановский А.В. Инструментальная технологическая среда для создания массовых мобильных онлайн-сервисов нового поколения. Часть I: Принцип действия и программная архитектура // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2008. - Вып. 54. - С. 80-85.
8. ETSI EN 302 190. V.1.1.1 (2005-06), Near Field Communications; Interface and Protocol (NFCIP - 1) / Техническая спецификация ETSI.
9. Leong, C.Y., et al. Near Field Communication and Bluetooth Bridge System for Mobile Commerce // Industrial Informatics. 2006 IEEE International Conference. Singapoure, 16-18 Aug. 2006. - P. 50-55.
Гринина Екатерина Александровна Золотарев Олег Анатольевич Пименов Илья Андреевич
Насонов Денис Александрович
Бухановский Александр Валерьевич
ООО «Технологии процессинга», руководитель научного отдела, к.ф.-м.н., [email protected] ООО «Технологии процессинга», генеральный директор, [email protected]
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, студент, [email protected]
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, студент, [email protected]
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, д.т.н., профессор, [email protected]
