蜂窝物联网 eSIM 的采用

为什么蜂窝物联网需要采用 eSIM 但可能无法实现

低功耗广域网 (LPWAN) 正在推广，例如，Bluetooth®Low Energy、Thread 或 Zigbee 短距离无线传感器网络连接到云端。LPWAN 通常使用低功耗、公里范围的蜂窝物联网、LoRA 或 Sigfox 无线电连接到回程基础设施。

在这些相互竞争的技术中，蜂窝物联网是唯一一种利用已安装且经过验证的全球电信基础设施的技术。这是一个优势，因为它使部署成本更低且速度更快，但由于蜂窝频谱受到监管和许可，因此连接到网络并不简单。

受控访问

蜂窝运营商谨慎地控制网络访问。验证和授权由用户识别模块 (SIM) 卡建立，消费者熟悉它是一种通常插入智能手机侧面端口的塑料芯片座。

SIM 卡的发展可以追溯到欧洲电信标准协会 (ETSI) 的一项旨在简化 GSM 网络访问的计划。根据其网站，德国纸币和智能卡制造商Giesecke+Devrient 发明了“SIM 插件” ——后来成为 SIM 卡的全球标准）。1991 年，该公司向芬兰无线网络运营商 Radiolinjaj 出售了首批 SIM 卡，后者于当年 3 月开通了首个 GSM 电话。

SIM 存储国际移动用户身份 (IMSI) 号码，这是在运营商网络上识别卡的唯一 15 位代码。当请求网络访问时，IMSI 和一次性使用的 128 位认证密钥 (Ki) 被中继到网络以进行验证和授权。

自 1991 年以来，SIM 卡变得越来越小。最初的外形尺寸是信用卡大小，随后的迭代已经看到产品通过 Mini、Micro 和 Nano 版本缩小。当今流行的 Nano-SIM 取消了所有塑料包装，尺寸仅为 12.3mm x 8.8mm x 0.67mm。

没那么简单

GSM 标准已成为蜂窝技术的主要形式，并构成了 LTE（“4G”和“ 5G ”）技术的基础。这使得 SIM 卡无处不在。（根据国际卡制造商协会 (ICMA) 的数据，54 亿美元SIM 卡于 2016 年制造。）这也意味着蜂窝物联网的主要形式（LTE-M 和 NB-IoT）无缝地采用 SIM 技术。但是尽管有这种愉快的协同作用，数十亿智能手机通用的 SIM 卡并不适合自主蜂窝物联网传感器。

这在一定程度上是因为——尽管 Nano-SIM 的尺寸很小——它仍然占用宝贵的空间，这在紧凑型蜂窝物联网设备中非常宝贵（图 1）。并且 SIM 需要一个端口（增加成本并提供防尘和防水通道）。更糟糕的是，如果需要升级 SIM 卡，则必须更换每张卡——这对于位于无法访问的位置的数百万蜂窝物联网传感器来说几乎不切实际。

图 1：智能手机 SIM 继续缩小，但对于空间受限的蜂窝物联网设备来说仍然过于庞大。（来源：Passatic/Shutterstock）

另一个挑战出现了，因为虽然理论上漫游合同上的 SIM 可以通过访问本地网络提供全球覆盖，但实际覆盖范围取决于归属运营商协商的漫游关系的数量。由于 SIM 仅存储一组运营商凭证，因此它不太适合可能需要在全球数百个网络中的任何一个网络上“开箱即用”的蜂窝物联网设备。

SIM 卡由一家运营商发行，该运营商负责接入并收取费用，即使订户在外出时需要使用另一家提供商的网络也是如此。这对消费者来说是痛苦的，并且对于数据购买预算最少的蜂窝物联网设备来说可能会让人望而却步。更糟糕的是，在一些关键地区，当地法规禁止使用非本地运营商进行永久漫游，这限制了蜂窝物联网设备的灵活性。

嵌入式 SIM (eSIM) 消除了对单独的、相对较大的外部插件的需求。顾名思义，eSIM 是蜂窝设备电子组件的组成部分。这意味着它们可以做得比 Nano-SIM 还要小，并且不再需要昂贵且易受攻击的外部端口。（eSIM 仍然可以以传统的 Micro-SIM 或 Nano-SIM 格式提供，允许在具有端口但没有内置 eSIM 的旧设备中使用。）此外，eSIM 拥有多个网络运营商凭证，并且可以“远程provisioned”（通过蜂窝设备的无线链路快速重新配置）——实现网络凭证的快速更新，以确保持续连接并降低数据费用。

那么，eSIM 似乎是蜂窝物联网网络连接需求的答案。问题解决了。好吧，不完全是；一个巨大的挑战仍然存在，那就是缺乏广泛采用。问题是，虽然 eSIM 非常适合蜂窝物联网（它们主要是为蜂窝物联网设计的），但它们不一定适合消费者……或许多网络运营商。

据 Disruptive Analysis 分析师创始人 Dean Bubley 在接受The Register采访时表示，在手机中添加 eSIM 将增加其成本。Bubley 指出，差异可能很小，比如说 10 美元——对于顶级的苹果或三星手机来说没什么大不了的，但对于面向发展中国家的廉价手机来说，差异就大得多了。此外，可以在网络（和资费）之间无缝切换的 eSIM 可能会损害网络运营商的商业模式，这些运营商习惯于无论客户使用哪个网络都能保持收入。这两个因素都不太可能加速 eSIM 制造或网络运营商或电话制造商的支持。反过来，这将对 B2B 蜂窝物联网领域的 eSIM 供应产生连锁反应。

结论

网络运营商的蜂窝物联网收入前景诱人。与智能手机一样，蜂窝物联网设备在授予网络访问权限之前需要验证和授权。为此，智能手机使用 SIM 卡，但它们的外形尺寸不适合蜂窝物联网操作的独特需求。eSIMS 可以满足蜂窝物联网网络连接的需求；然而，一个重大挑战仍然存在：缺乏广泛采用。因此，蜂窝物联网可能会寻求另一种发展：集成 SIM (iSIM)。iSIM 更小，内置于蜂窝物联网产品核心的片上系统 (SoC) 的硅片中。

审核编辑黄昊宇