(公诚管理咨询有限公司第三分公司 广东东莞 523000)
摘要：物联网行业的发展正如火如荼地展开,其中一个分支——eSIM成为产业界热议的对象。文章阐述了eSIM的发展历程以及eSIM卡芯片的结构，指出了eSIM的技术优势，并重点介绍了中国移动贯众互联平台的建设，最后针对eSIM技术存在的安全风险给出了发展建议。
关键词：物联网；eSIM技术；芯片结构；eSIM平台建设
物联刚发展呈现出超大规模、覆盖领域极其广泛、应用环境复杂多样等特点，对终端设备及SIM卡都提出了工业级、低功耗、体积小、成本低等要求。传统SIM卡应用于物联网领域，存在体积大、易氧化、易接触不良、成本高、无法远程配置管理等问题，亟需能满足物联网应用需求的新型SIM卡产品，在产品形态、功能、运营管理流程等方面都需要突破和创新。而eSIM卡具备更小的体积、更耐磨损的物理连接、更灵活的远程管理更新机制，能够满足终端设备小型化和轻薄化的需求，适应更加复杂苛刻的外部环境。
1. eSIM的发展历程
eSIM即Embedded-SIM，嵌入式SIM。是一种将传统SIM卡直接嵌入到设备芯片的技术。这个概念是GSMA（GlobalSystemforMobileCommunicationsAlliance全球移动通信系统联盟）在2010年提出来的。当时，GSMA旨在解决M2M终端的联网问题。由于物联网涵盖领域众多，GSMA希望eSIM具备终端预装、独立载体、自主激活、灵活切换运营商等能力，而传统的SIM卡对这些能力都不支持[1]。
2011年，苹果公司率先提出了虚拟SIM卡（SoftSIM）方案，并向美国专利和商标局申请专利。2014年，苹果公司在iPadAir2设备中提供了一个名为“AppleSIM”的功能，用户无需插入SIM卡就可以在设备内选择运营商。三星、小米、华为等终端厂商也相继推出了基于SoftSIM方案的产品，如华为在2015年推出的“天际通”业务。但受安全性、运营商利益等众多因素影响，SoftSIM方案没有得到良好的发展。
2015年，苹果、三星、华为等手机设备厂商与国际移动运营商进行磋商与合作，最终决定推出一种嵌入消费者设备的SIM卡（即eSIM卡），使得设备能够实现虚拟SIM卡的功能。三种SIM卡模式对比如下表1所示。
表1 三种SIM卡模式对比
2017年6月，中国移动在亚洲消费电子展会上举办了“小模大智，和你连接未来”发布会，推出一款目前全球尺寸最小的eSIMNB-IoT通信模组M5310。2017年9月，苹果公司推出了一款含有eSIM卡的设备iWatch3。随后三星手表也支持这一功能[2]。
2018年2月，中国联通独家获得“eSIM一号双终端”业务试点批复。3月，中国联通宣布率先在上海、天津、广州、深圳、郑州、长沙6大城市启动该项业务的办理。苹果iWatch3成为首款支持该业务的终端产品，可独立接入运营商移动蜂窝网络，支持电话、02 Jiangxi Communication Science& Technology 2018年2期江西通信科技接收信息等通信功能。4月，中国联通为华为eSIM手表Watch2Pro系列产品开通蜂窝移动通信业务。华为eSIM手表不仅支持联通eSIM一号双终端业务，还支持eSIM独立号码业务。eSIM技术的不断成熟，将催生出更多种类的智能终端产品及应用。
2. eSIM卡芯片结构
eSIM卡使用了新的集成电路标准，将传统SIM卡芯片（芯片设计如图1所示）进一步缩小，且以可编程电路的形式推出，并内置于设备主板中。在使用时直接选择不同的运营商环境，运营商即可通过运营商网络下发eSIM卡配置数据。通过对可编程芯片进行重新编程，将eSIM中可编程芯片信息写为用户身份识别信息。图2展示了eSIM芯片的设计图，并对各个针脚进行了功能标注。
图1 SIM卡芯片设计图
图2 eSIM卡芯片设计图
3. eSIM的技术优势
在便利性、低成本、灵活性、高可靠性等方面，eSIM技术相比传统SIM技术有着明显的优势。
（1）便利性：eSIM无需在终端设备上单独设立卡槽卡托，减小了在设备上的占用空间，使得设备空间得以更好地利用。同时对于多卡用户来说，可以通过eSIM直接进行切换，无需换卡或使用多部手机。
（2）低成本：eSIM技术节约了卡槽卡托、SIM卡等设备零件的生产成本。与传统插拔卡和贴片卡相比，成本大约降低50%-90%。
（3）灵活配置：eSIM芯片可编程的特点，使得eSIM芯片中的用户身份认证信息可擦写。而且eSIM空中写卡方式进行远程换号，消除了写卡器对营业厅网络传输条件的依赖，改写了用户“办业务到营业厅”的市场现状。这一特性在国际漫游时显得尤为重要。当用户出国旅行时，可以轻松切换到当地运营商的网络，降低网络流量资费[3]。
（4）高可靠性：eSIM不仅能够防尘防水，而且具有与终端设备同样的环境适应能力。能够在高温、高湿、强震动等不良条件下保持高可靠性，避免了传统SIM因接触不良、卡片损坏导致网络中断等问题。
4.物联网eSIM平台建设情况
eSIM技术在物联网领域有着良好的发展前景。当前，国内三家运营商着眼未来，纷纷加大对物联网eSIM平台的部署与建设。中国移动、中国联通已经完成物联网eSIM平台的招标工作，中国电信正在进行POC建设。具体部署情况如下表2所示：
表2 三家运营商物联网eSIM平台部署情况
以中国移动的物联网eSIM平台—“贯众互联平台”为例，该平台支持多种物联网连接技术，包括WiFi、蓝牙、Zigbee等多种连接协议和基于eSIM（2G/4G）的蜂窝网络服务，帮助企业实现传统硬件向智能硬件的快速转型，解决设备与云端、设备之间、人与设备的连接问题。
“贯众互联平台”的终端侧将SIM卡功能集成到通信芯片、模组中，零体积、低成本、高可靠性，并可远程写卡换号。平台侧实现eSIM的管理和远程写卡换号，满足物联网业务需求，并为企业用户提供设备管理解决方案。但是，目前中国移动的eSIM不具备运营商切换功能。图3展示了中国移动物联网eSIM平台架构。
图3 中国移动物联网eSIM平台架构
中国移动物联网eSIM平台主要包括设备与用户身份认证、号码变更、机器卡管理、设备管理等功能，各功能详细描述如下表3所示。
表3 中国移动物联网eSIM平台功能
5.eSIM安全风险及发展建议
eSIM技术是通过公众网络以空中传输的方式将eSIM数据文件写入终端设备，并利用eSIM管理平台对终端设备中的eSIM卡进行远程管理[4]。作为在公网上提供服务的eSIM管理平台，必然面临着传统网络服务的共性风险，例如遭受DDoS攻击、应用层协议逻辑攻击等各类网络攻击威胁。此外，eSIM数据文件在生产、存储、传输到使用的各个环节，存在非授权访问、信息截取、伪造、泄露或篡改等信息安全风险。
6.结束语
总之，传统SIM卡由于物理工艺、管理方法等方面的原因，已不适合于消费物联网终端入网的需要。在这样的背景环境之下，更为灵活便利、稳定可靠的eSIM是必然的发展趋势。为更好地发挥eSIM的技术优势，构建物联网产业链安全生态，一方面，相关标准制定方要针对eSIM的技术特点，加快研究制定eSIM安全技术系列标准。明确eSIM数据文件、远程管理平台、空中传输等方面的技术要求，做好顶层设计。另一方面，相关监管部门要联合检测机构开展对使用eSIM技术设备的安全检查与技术检测工作。指导设备厂商严格落实eSIM安全技术系列标准，提升设备安全防护能力，最大限度降低网络信息安全风险。
参考文献：
[1]程琳琳. eSIM:物联网行业的下一个“蓝海”[J]. 通信世界, 2017(19):33-34.
[2]方刚, 杨茂林, 张琳,等. eSIM技术发展以及对运营商的机遇和挑战[J]. 邮电设计技术, 2016(8):78-82.
[3]卢丹, 吴宏建. eSIM卡空中写号技术发展与安全问题分析[J]. 电信网技术, 2016(2):1-6.
[4]周晓宇, 侯晓军, 王跃强,等. eSIM技术的应用对终端销售入网的影响[J]. 信息通信技术, 2017, 11(5):8-13.
论文作者:李利民
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/19
标签：三星论文; 设备论文; 运营商论文; 技术论文; 芯片论文; 平台论文; 终端论文; 《电力设备》2018年第16期论文;