一文了解iSIM在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用前景

本文作者 | u-blox蜂窩通信部門(mén)，戰(zhàn)略合作關(guān)系高級(jí)負(fù)責(zé)人Simon Glassman；u-blox蜂窩通信產(chǎn)品中心，高級(jí)產(chǎn)品線經(jīng)理Samuele Falcomer

在偏遠(yuǎn)地點(diǎn)部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)，您很可能會(huì)利用蜂窩通信技術(shù)從每臺(tái)設(shè)備處收集數(shù)據(jù)，并向每臺(tái)設(shè)備發(fā)送指令。這就需要用到訂戶(hù)身份識(shí)別模塊——也就是我們耳熟能詳?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/SIM%E5%8D%A1/">SIM卡，在傳統(tǒng)GSM和UMTS網(wǎng)絡(luò)中，這種模塊叫作通用集成電路卡(UICC)。

SIM卡是一種集成電路(IC)，其中包含加密算法，能夠安全地識(shí)別用戶(hù)身份，并支持接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。眾所周知，如果沒(méi)有SIM卡，我們的手機(jī)就無(wú)法接入網(wǎng)絡(luò)，只能撥打緊急電話。

探討物聯(lián)網(wǎng)及其底層蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的文章為數(shù)眾多。但與其同步發(fā)展演進(jìn)的SIM技術(shù)發(fā)展并沒(méi)有引起太多關(guān)注。本文旨在介紹SIM的最新版本“iSIM”，分析該技術(shù)給蜂窩通信物聯(lián)網(wǎng)套件的設(shè)計(jì)者、構(gòu)建者和運(yùn)營(yíng)者帶來(lái)的好處。

但首先，我們需要簡(jiǎn)單回顧一下歷史，帶您了解與iSIM相關(guān)的背景，以及各種技術(shù)和英文縮略詞。

日益縮小的SIM卡

SIM卡是運(yùn)行SIM操作系統(tǒng)(OS)的集成電路，能夠安全地存儲(chǔ)國(guó)際移動(dòng)訂戶(hù)身份(IMSI)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商(MNO)配置文件，從而支持訂戶(hù)接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。MNO配置文件通過(guò)安全的方式編程到SIM卡中，包括特定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)接入應(yīng)用、密鑰和憑據(jù)。

最初的SIM卡大小與信用卡相仿，隨著迷你SIM卡、micro SIM卡和nano SIM卡的問(wèn)世，其尺寸不斷縮小。但有一點(diǎn)始終未變——必須有實(shí)體SIM卡才能接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

eSIM卡與eUICC的問(wèn)世

2010年代初，市面上出現(xiàn)了一種新的選擇：嵌入式SIM卡，簡(jiǎn)稱(chēng)eSIM卡。eSIM卡是一種包含MNO配置文件的SIM芯片，通常采用MFF2封裝（請(qǐng)參見(jiàn)下方圖1），焊接在設(shè)備的印刷電路板(PCB)上。

與傳統(tǒng)塑料材質(zhì)的SIM卡相比，eSIM卡要更小巧、堅(jiān)固、可靠，并且不易被盜。憑借這些特性，eSIM在汽車(chē)、計(jì)量和工業(yè)監(jiān)控市場(chǎng)上引起了廣泛的關(guān)注。

圖1：SIM卡與eSIM卡的封裝

有些eSIM卡必須預(yù)先加載一個(gè)MNO配置文件，但其他eSIM卡則支持使用安全的遠(yuǎn)程SIM調(diào)配(RSP)系統(tǒng)，通過(guò)OTA傳輸技術(shù)進(jìn)行配置。具有這種OTA功能的eSIM卡分類(lèi)為eUICC。

eUICC是能夠執(zhí)行OTA MNO配置文件更新的SIM卡，封裝形式不限。

eSIM和eUICC這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)經(jīng)常被用錯(cuò)，因此了解其區(qū)分原則非常重要。如果術(shù)語(yǔ)使用不當(dāng)，就可能給設(shè)備制造商和運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)麻煩，比如他們發(fā)現(xiàn)自己選擇的eSIM卡不具備eUICC功能或無(wú)法訪問(wèn)RSP系統(tǒng)，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)OTA更改現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備群上的MNO配置文件。

隨著eUICC日漸盛行，其RSP管理系統(tǒng)也風(fēng)生水起。有些RSP系統(tǒng)采用定制實(shí)現(xiàn)方式，其他則采用GSMA標(biāo)準(zhǔn)。稍后我們會(huì)講到RSP系統(tǒng)。

淘汰實(shí)體SIM卡的嘗試失敗

在SIM卡尺寸成功縮小之后，業(yè)界曾嘗試過(guò)徹底淘汰實(shí)體SIM卡，將其功能整合到蜂窩通信模塊的軟件之中。但出于安全性與完整性方面的原因，這些“軟件SIM卡”方法均以失敗告終。即便在蜂窩通信IC內(nèi)劃出“可信任專(zhuān)區(qū)”，物聯(lián)網(wǎng)模塊的安全程度也達(dá)不到存儲(chǔ)SIM操作系統(tǒng)的要求。

因此，大多數(shù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商拒絕為軟件SIM卡提供支持，僅有少數(shù)與特定MNO或移動(dòng)虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商(MVNO)合作打造的定制SIM卡成功得以實(shí)現(xiàn)。這些均屬于封閉生態(tài)系統(tǒng)，也就是說(shuō)，該解決方案并未在市場(chǎng)上取得廣泛成功。

下一輪迭代：iSIM

iSIM是SIM卡的下一輪演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了軟件SIM卡意圖實(shí)現(xiàn)的“淘汰實(shí)體SIM卡”這一目標(biāo)。iSIM是一種片上系統(tǒng)(SoC)解決方案，將芯片集成安全單元(iSE)嵌入到蜂窩通信IC之中。

要點(diǎn)在于，iSE不同于蜂窩通信IC，并且包含SIM操作系統(tǒng)和MNO配置文件。iSE提供的安全性和防篡改級(jí)別與傳統(tǒng)SIM卡或eSIM處于同等水平。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計(jì)者、構(gòu)建者和運(yùn)營(yíng)者而言，iSIM能帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)于塑料SIM卡

相較于傳統(tǒng)塑料SIM卡，iSIM不需要使用SIM卡托，因此也無(wú)需安裝相關(guān)的周邊元器件，在PCB上所占用的空間更小。iSIM因振動(dòng)和溫度周期變化發(fā)生故障的幾率更低。

此外，這類(lèi)卡還能簡(jiǎn)化設(shè)備制造商的生產(chǎn)制造、采購(gòu)和調(diào)配流程。這是因?yàn)橹圃焐滩恍枰孪冗M(jìn)行設(shè)備SIM卡的商務(wù)談判和采購(gòu)，不需要管理SIM卡庫(kù)存，也不需要在調(diào)配期間將實(shí)物SIM卡插入設(shè)備。

您的庫(kù)存中存放的將是成品物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，無(wú)需為不同的機(jī)載SIM卡設(shè)置不同的庫(kù)存單位(SKU)，您可以使用統(tǒng)一的SKU，并在稍后向iSIM應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)配置文件。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署人員和操作人員而言，iSIM也有自己的優(yōu)勢(shì)。如果設(shè)備采用eUICC iSIM并可訪問(wèn)RSP系統(tǒng)（具體介紹請(qǐng)見(jiàn)下文），便可在其生命周期內(nèi)使用不同的MNO，比如在有更加劃算的費(fèi)率時(shí)靈活更換MNO。

在不支持永久漫游的國(guó)家/地區(qū)，可以輕松地將設(shè)備改為使用當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)。而且所有這一切都不要求更換實(shí)體SIM卡——對(duì)于密封的設(shè)備而言，更換實(shí)體SIM卡根本無(wú)從實(shí)現(xiàn)，即便在其他設(shè)備中，除非部署規(guī)模極小，否則換卡必定會(huì)帶來(lái)極高的成本和極其復(fù)雜的操作。

所有這些優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，有助于降低成本、簡(jiǎn)化工作，并在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)真正的靈活性。

相較于eSIM卡的好處

相較于eSIM卡，iSIM的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在更細(xì)節(jié)的方面，但依然意義非凡。我們來(lái)回顧一下兩者之間的主要區(qū)別：iSIM是一種SIM操作系統(tǒng)，在蜂窩通信IC內(nèi)嵌的安全單元上運(yùn)行，而eSIM卡則是運(yùn)行SIM操作系統(tǒng)的安全元件，焊接在PCB上。

eSIM卡是一種獨(dú)立于蜂窩通信模塊的硬件元器件，需要另行購(gòu)買(mǎi)、配置（除非其具備eUICC功能并且您擁有RSP系統(tǒng)）并焊接到電路板上。這對(duì)采購(gòu)和生產(chǎn)制造成本的影響不容忽視。

此外，eSIM卡通常有最低訂購(gòu)量門(mén)檻，而一些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)商最初可能無(wú)法滿足或不愿滿足這樣的要求。

全新RSP標(biāo)準(zhǔn)：在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中支持iSIM的關(guān)鍵

iSIM若要在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，需要具備eUICC功能，還要支持根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)接口受限設(shè)備的需求量身定制的RSP支持系統(tǒng)。

新款智能手機(jī)普遍支持遠(yuǎn)程SIM卡調(diào)配。消費(fèi)者不需要插入實(shí)體SIM卡，只要使用手機(jī)攝像頭掃描二維碼，就能激活RSP系統(tǒng)，并觸發(fā)下載操作，將相關(guān)MNO配置文件下載到設(shè)備的eSIM卡上。這一過(guò)程的原理與iSIM相同，唯一的區(qū)別在于MNO配置文件的物理存儲(chǔ)位置。

既然如此便利，遠(yuǎn)程SIM卡調(diào)配為什么沒(méi)有在蜂窩通信物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到廣泛采用？

目前有兩種符合GSMA標(biāo)準(zhǔn)的RSP解決方案，其中一種專(zhuān)門(mén)用于機(jī)器間(M2M)環(huán)境(GSMA SGP.01/.02)。但兩者的數(shù)據(jù)傳輸量都相對(duì)較大，而遠(yuǎn)程物聯(lián)設(shè)備的功率預(yù)算通常較為有限，需要盡可能減少數(shù)據(jù)使用量，因此這兩種解決方案都不夠理想。

此外，M2M RSP GSMA標(biāo)準(zhǔn)要求MNO將配置文件推送到設(shè)備。發(fā)起和負(fù)責(zé)RSP流程控制的既不是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，也不是其用戶(hù)，這限制了其靈活性。

為應(yīng)對(duì)此問(wèn)題，GSMA正在制定一項(xiàng)專(zhuān)門(mén)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的新標(biāo)準(zhǔn)：SGP.31/.32。該版本定于2024年上半年發(fā)布，將成為iSIM在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到廣泛采用的關(guān)鍵。

激動(dòng)人心的時(shí)刻：蜂窩通信物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商與運(yùn)營(yíng)商即將迎來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)

毋庸置疑，這項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)將給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商與運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)新的機(jī)遇，這讓我們倍感激動(dòng)?！案淖冇螒蛞?guī)則”這個(gè)詞或許在當(dāng)今有些使用過(guò)度，但我們認(rèn)為，這個(gè)詞恰到好處地形容了新標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)的期許。

這其中包括諸多機(jī)會(huì)：降低制造和運(yùn)營(yíng)成本，帶來(lái)非凡的靈活性，支持更輕松地部署到世界任何地方，以及按需切換MNO，我們迫不及待地想要見(jiàn)證未來(lái)——見(jiàn)證我們的蜂窩通信模塊客戶(hù)能夠在該模塊的助力下推出哪些新產(chǎn)品和服務(wù)。

GSMA開(kāi)發(fā)的通用物聯(lián)網(wǎng)RSP標(biāo)準(zhǔn)將帶來(lái)新的發(fā)展，u-blox將積極予以采納。對(duì)于使用傳統(tǒng)封裝的廣泛u-blox蜂窩通信物聯(lián)網(wǎng)模塊產(chǎn)品組合，包括近期面向北美市場(chǎng)推出的帶eSIM卡(SARA-R500E)的模塊，我們也會(huì)繼續(xù)進(jìn)行維護(hù)和開(kāi)發(fā)。