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)。
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。
GSMA 开发的通用物联网 RSP 标准将带来新的发展，u-blox 将积极予以采纳。对于使用传统封装的广泛 u-blox 蜂窝通信物联网模块产品组合，包括近期面向北美市场推出的带 eSIM 卡 (SARA-R500E) 的模块，u-blox 也会继续进行维护和开发。
来源：互联网
