作者：
u-blox蜂窩通信部門，戰(zhàn)略合作關(guān)系高級負(fù)責(zé)人Simon Glassman
u-blox蜂窩通信產(chǎn)品中心，高級產(chǎn)品線經(jīng)理Samuele Falcomer
在偏遠(yuǎn)地點部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時，您很可能會利用蜂窩通信技術(shù)從每臺設(shè)備處收集數(shù)據(jù)，并向每臺設(shè)備發(fā)送指令。這就需要用到訂戶身份識別模塊——也就是我們耳熟能詳?shù)腟IM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，能夠安全地識別用戶身份，并支持接入移動網(wǎng)絡(luò)。眾所周知，如果沒有SIM卡，我們的手機(jī)就無法接入網(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)計者、構(gòu)建者和運(yùn)營者帶來的好處。但首先，我們需要簡單回顧一下歷史，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，能夠安全地存儲國際移動訂戶身份(IMSI)和移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商(MNO)配置文件，從而支持訂戶接入移動網(wǎng)絡(luò)。MNO配置文件通過安全的方式編程到SIM卡中，包括特定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的網(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卡的問世，其尺寸不斷縮小。但有一點始終未變——必須有實體SIM卡才能接入移動網(wǎng)絡(luò)。
eSIM卡與eUICC的問世
2010年代初，市面上出現(xiàn)了一種新的選擇：嵌入式SIM卡，簡稱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(請參見下方圖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、堅固、可靠，并且不易被盜。憑借這些特性，eSIM在汽車、計量和工業(yè)監(jiān)控市場上引起了廣泛的關(guān)注。
SIM卡與eSIM卡的封裝
有些eSIM卡必須預(yù)先加載一個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OTA傳輸技術(shù)進(jìn)行配置。具有這種OTA功能的eSIM卡分類為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這兩個術(shù)語經(jīng)常被用錯，因此了解其區(qū)分原則非常重要。如果術(shù)語使用不當(dāng)，就可能給設(shè)備制造商和運(yùn)營商帶來麻煩，比如他們發(fā)現(xiàn)自己選擇的eSIM卡不具備eUICC功能或無法訪問RSP系統(tǒng)，導(dǎo)致無法通過OTA更改現(xiàn)場設(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)采用定制實現(xiàn)方式，其他則采用GSMA標(biāo)準(zhǔn)。稍后我們會講到RSP系統(tǒng)。
淘汰實體SIM卡的嘗試失敗
在SIM卡尺寸成功縮小之后，業(yè)界曾嘗試過徹底淘汰實體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“可信任專區(qū)”，物聯(lián)網(wǎng)模塊的安全程度也達(dá)不到存儲SIM操作系統(tǒng)的要求。
因此，大多數(shù)移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商拒絕為軟件SIM卡提供支持，僅有少數(shù)與特定MNO或移動虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商(MVNO)合作打造的定制SIM卡成功得以實現(xiàn)。這些均屬于封閉生態(tài)系統(tǒng)，也就是說，該解決方案并未在市場上取得廣泛成功。
下一輪迭代：iSIM
iSIM是SIM卡的下一輪演進(jìn)，實現(xiàn)了軟件SIM卡意圖實現(xiàn)的“淘汰實體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別與傳統(tǒng)SIM卡或eSIM處于同等水平。對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計者、構(gòu)建者和運(yùn)營者而言，iSIM能帶來諸多優(yōu)勢。
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因振動和溫度周期變化發(fā)生故障的幾率更低。此外，這類卡還能簡化設(shè)備制造商的生產(chǎn)制造、采購和調(diào)配流程。這是因為制造商不需要事先進(jìn)行設(shè)備SIM卡的商務(wù)談判和采購，不需要管理SIM卡庫存，也不需要在調(diào)配期間將實物SIM卡插入設(shè)備。您的庫存中存放的將是成品物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，無需為不同的機(jī)載SIM卡設(shè)置不同的庫存單位(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。如果設(shè)備采用eUICC iSIM并可訪問RSP系統(tǒng)(具體介紹請見下文)，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率時靈活更換MNO。
在不支持永久漫游的國家/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體SIM卡——對于密封的設(shè)備而言，更換實體SIM卡根本無從實現(xiàn)，即便在其他設(shè)備中，除非部署規(guī)模極小，否則換卡必定會帶來極高的成本和極其復(fù)雜的操作。
所有這些優(yōu)勢相結(jié)合，有助于降低成本、簡化工作，并在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的整個生命周期內(nèi)實現(xiàn)真正的靈活性。
相較于eSIM卡的好處
相較于eSIM卡，iSIM的優(yōu)勢體現(xiàn)在更細(xì)節(jié)的方面，但依然意義非凡。我們來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卡是一種獨立于蜂窩通信模塊的硬件元器件，需要另行購買、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。這對采購和生產(chǎn)制造成本的影響不容忽視。此外，eSIM卡通常有最低訂購量門檻，而一些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)商最初可能無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。消費者不需要插入實體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位置。
既然如此便利，遠(yuǎn)程SIM卡調(diào)配為什么沒有在蜂窩通信物聯(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，其中一種專門用于機(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，這限制了其靈活性。為應(yīng)對此問題，GSMA正在制定一項專門用于物聯(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。
激動人心的時刻：蜂窩通信物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商與運(yùn)營商即將迎來轉(zhuǎn)機(jī)
毋庸置疑，這項新標(biāo)準(zhǔn)將給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商與運(yùn)營商帶來新的機(jī)遇，這讓我們倍感激動。“改變游戲規(guī)則”這個詞或許在當(dāng)今有些使用過度，但我們認(rèn)為，這個詞恰到好處地形容了新標(biāo)準(zhǔn)帶來的期許。
這其中包括諸多機(jī)會：降低制造和運(yùn)營成本，帶來非凡的靈活性，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證未來——見證我們的蜂窩通信模塊客戶能夠在該模塊的助力下推出哪些新產(chǎn)品和服務(wù)。
GSMA開發(fā)的通用物聯(lián)網(wǎng)RSP標(biāo)準(zhǔn)將帶來新的發(fā)展，u-blox將積極予以采納。對于使用傳統(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推出的帶eSIM卡(SARA-R500E)的模塊，u-blox也會繼續(xù)進(jìn)行維護(hù)和開發(fā)。
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