原创解读iSIM在物联网领域的应用前景

 2023-9-26 09:26  311 3 3 分类: 通信

作者：

u-blox蜂窝通信部门，战略合作关系高级负责人Simon Glassman

u-blox蜂窝通信产品中心，高级产品线经理Samuele Falcomer

在偏远地点部署物联网设备时，您很可能会利用蜂窝通信技术从每台设备处收集数据，并向每台设备发送指令。这就需要用到订户身份识别模块——也就是我们耳熟能详的SIM卡，在传统GSM和UMTS网络中，这种模块叫作通用集成电路卡(UICC)。

SIM卡是一种集成电路(IC)，其中包含加密算法，能够安全地识别用户身份，并支持接入移动网络。众所周知，如果没有SIM卡，我们的手机就无法接入网络，只能拨打紧急电话。

探讨物联网及其底层蜂窝通信网络迅猛发展的文章为数众多。但与其同步发展演进的SIM技术发展并没有引起太多关注。本文旨在介绍SIM的最新版本“iSIM”，分析该技术给蜂窝通信物联网套件的设计者、构建者和运营者带来的好处。但首先，我们需要简单回顾一下历史，带您了解与iSIM相关的背景，以及各种技术和英文缩略词。

日益缩小的SIM卡

SIM卡是运行SIM操作系统(OS)的集成电路，能够安全地存储国际移动订户身份(IMSI)和移动网络运营商(MNO)配置文件，从而支持订户接入移动网络。MNO配置文件通过安全的方式编程到SIM卡中，包括特定网络运营商的网络接入应用、密钥和凭据。

最初的SIM卡大小与信用卡相仿，随着迷你SIM卡、micro SIM卡和nano SIM卡的问世，其尺寸不断缩小。但有一点始终未变——必须有实体SIM卡才能接入移动网络。

eSIM卡与eUICC的问世

2010年代初，市面上出现了一种新的选择：嵌入式SIM卡，简称eSIM卡。eSIM卡是一种包含MNO配置文件的SIM芯片，通常采用MFF2封装(请参见下方图1)，焊接在设备的印刷电路板(PCB)上。与传统塑料材质的SIM卡相比，eSIM卡要更小巧、坚固、可靠，并且不易被盗。凭借这些特性，eSIM在汽车、计量和工业监控市场上引起了广泛的关注。

SIM卡与eSIM卡的封装

有些eSIM卡必须预先加载一个MNO配置文件，但其他eSIM卡则支持使用安全的远程SIM调配(RSP)系统，通过OTA传输技术进行配置。具有这种OTA功能的eSIM卡分类为eUICC。eUICC是能够执行OTA MNO配置文件更新的SIM卡，封装形式不限。

eSIM和eUICC这两个术语经常被用错，因此了解其区分原则非常重要。如果术语使用不当，就可能给设备制造商和运营商带来麻烦，比如他们发现自己选择的eSIM卡不具备eUICC功能或无法访问RSP系统，导致无法通过OTA更改现场设备群上的MNO配置文件。

随着eUICC日渐盛行，其RSP管理系统也风生水起。有些RSP系统采用定制实现方式，其他则采用GSMA标准。稍后我们会讲到RSP系统。

淘汰实体SIM卡的尝试失败

在SIM卡尺寸成功缩小之后，业界曾尝试过彻底淘汰实体SIM卡，将其功能整合到蜂窝通信模块的软件之中。但出于安全性与完整性方面的原因，这些“软件SIM卡”方法均以失败告终。即便在蜂窝通信IC内划出“可信任专区”，物联网模块的安全程度也达不到存储SIM操作系统的要求。

因此，大多数移动网络运营商拒绝为软件SIM卡提供支持，仅有少数与特定MNO或移动虚拟网络运营商(MVNO)合作打造的定制SIM卡成功得以实现。这些均属于封闭生态系统，也就是说，该解决方案并未在市场上取得广泛成功。

下一轮迭代：iSIM

iSIM是SIM卡的下一轮演进，实现了软件SIM卡意图实现的“淘汰实体SIM卡”这一目标。iSIM是一种片上系统(SoC)解决方案，将芯片集成安全单元(iSE)嵌入到蜂窝通信IC之中。要点在于，iSE不同于蜂窝通信IC，并且包含SIM操作系统和MNO配置文件。iSE提供的安全性和防篡改级别与传统SIM卡或eSIM处于同等水平。对于物联网设备的设计者、构建者和运营者而言，iSIM能带来诸多优势。

优于塑料SIM卡

相较于传统塑料SIM卡，iSIM不需要使用SIM卡托，因此也无需安装相关的周边元器件，在PCB上所占用的空间更小。iSIM因振动和温度周期变化发生故障的几率更低。此外，这类卡还能简化设备制造商的生产制造、采购和调配流程。这是因为制造商不需要事先进行设备SIM卡的商务谈判和采购，不需要管理SIM卡库存，也不需要在调配期间将实物SIM卡插入设备。您的库存中存放的将是成品物联网设备，无需为不同的机载SIM卡设置不同的库存单位(SKU)，您可以使用统一的SKU，并在稍后向iSIM应用网络配置文件。

对于物联网设备部署人员和操作人员而言，iSIM也有自己的优势。如果设备采用eUICC iSIM并可访问RSP系统(具体介绍请见下文)，便可在其生命周期内使用不同的MNO，比如在有更加划算的费率时灵活更换MNO。

在不支持永久漫游的国家/地区，可以轻松地将设备改为使用当地网络。而且所有这一切都不要求更换实体SIM卡——对于密封的设备而言，更换实体SIM卡根本无从实现，即便在其他设备中，除非部署规模极小，否则换卡必定会带来极高的成本和极其复杂的操作。

所有这些优势相结合，有助于降低成本、简化工作，并在物联网设备的整个生命周期内实现真正的灵活性。

相较于eSIM卡的好处

相较于eSIM卡，iSIM的优势体现在更细节的方面，但依然意义非凡。我们来回顾一下两者之间的主要区别：iSIM是一种SIM操作系统，在蜂窝通信IC内嵌的安全单元上运行，而eSIM卡则是运行SIM操作系统的安全元件，焊接在PCB上。

eSIM卡是一种独立于蜂窝通信模块的硬件元器件，需要另行购买、配置(除非其具备eUICC功能并且您拥有RSP系统)并焊接到电路板上。这对采购和生产制造成本的影响不容忽视。此外，eSIM卡通常有最低订购量门槛，而一些物联网设备供应商最初可能无法满足或不愿满足这样的要求。

全新RSP标准：在物联网设备中支持iSIM的关键

iSIM若要在物联网领域产生重大影响，需要具备eUICC功能，还要支持根据网络和用户接口受限设备的需求量身定制的RSP支持系统。

新款智能手机普遍支持远程SIM卡调配。消费者不需要插入实体SIM卡，只要使用手机摄像头扫描二维码，就能激活RSP系统，并触发下载操作，将相关MNO配置文件下载到设备的eSIM卡上。这一过程的原理与iSIM相同，唯一的区别在于MNO配置文件的物理存储位置。

既然如此便利，远程SIM卡调配为什么没有在蜂窝通信物联网领域得到广泛采用?目前有两种符合GSMA标准的RSP解决方案，其中一种专门用于机器间(M2M)环境(GSMA SGP.01/.02)。但两者的数据传输量都相对较大，而远程物联设备的功率预算通常较为有限，需要尽可能减少数据使用量，因此这两种解决方案都不够理想。此外，M2M RSP GSMA标准要求MNO将配置文件推送到设备。发起和负责RSP流程控制的既不是物联网设备，也不是其用户，这限制了其灵活性。为应对此问题，GSMA正在制定一项专门用于物联网设备的新标准：SGP.31/.32。该版本定于2024年上半年发布，将成为iSIM在物联网领域得到广泛采用的关键。

激动人心的时刻：蜂窝通信物联网设备制造商与运营商即将迎来转机

毋庸置疑，这项新标准将给物联网设备制造商与运营商带来新的机遇，这让我们倍感激动。“改变游戏规则”这个词或许在当今有些使用过度，但我们认为，这个词恰到好处地形容了新标准带来的期许。

这其中包括诸多机会：降低制造和运营成本，带来非凡的灵活性，支持更轻松地部署到世界任何地方，以及按需切换MNO，我们迫不及待地想要见证未来——见证我们的蜂窝通信模块客户能够在该模块的助力下推出哪些新产品和服务。