為什么蜂窩物聯網需要采用 eSIM 但可能無法實現

低功耗廣域網 (LPWAN) 正在推廣，例如，Bluetooth?Low Energy、Thread 或 Zigbee 短距離無線傳感器網絡連接到云端。LPWAN 通常使用低功耗、公里范圍的蜂窩物聯網、LoRA 或 Sigfox 無線電連接到回程基礎設施。

在這些相互競爭的技術中，蜂窩物聯網是唯一一種利用已安裝且經過驗證的全球電信基礎設施的技術。這是一個優勢，因為它使部署成本更低且速度更快，但由于蜂窩頻譜受到監管和許可，因此連接到網絡并不簡單。

受控訪問

蜂窩運營商謹慎地控制網絡訪問。驗證和授權由用戶識別模塊 (SIM) 卡建立，消費者熟悉它是一種通常插入智能手機側面端口的塑料芯片座。

SIM 卡的發展可以追溯到歐洲電信標準協會 (ETSI) 的一項旨在簡化 GSM 網絡訪問的計劃。根據其網站，德國紙幣和智能卡制造商Giesecke+Devrient 發明了“SIM 插件” ——后來成為 SIM 卡的全球標準）。1991 年，該公司向芬蘭無線網絡運營商 Radiolinjaj 出售了首批 SIM 卡，后者于當年 3 月開通了首個 GSM 電話。

SIM 存儲國際移動用戶身份 (IMSI) 號碼，這是在運營商網絡上識別卡的唯一 15 位代碼。當請求網絡訪問時，IMSI 和一次性使用的 128 位認證密鑰 (Ki) 被中繼到網絡以進行驗證和授權。

自 1991 年以來，SIM 卡變得越來越小。最初的外形尺寸是信用卡大小，隨后的迭代已經看到產品通過 Mini、Micro 和 Nano 版本縮小。當今流行的 Nano-SIM 取消了所有塑料包裝，尺寸僅為 12.3mm x 8.8mm x 0.67mm。

沒那么簡單

GSM 標準已成為蜂窩技術的主要形式，并構成了 LTE（“4G”和“ 5G ”）技術的基礎。這使得 SIM 卡無處不在。（根據國際卡制造商協會 (ICMA) 的數據，54 億美元SIM 卡于 2016 年制造。）這也意味著蜂窩物聯網的主要形式（LTE-M 和 NB-IoT）無縫地采用 SIM 技術。但是盡管有這種愉快的協同作用，數十億智能手機通用的 SIM 卡并不適合自主蜂窩物聯網傳感器。

這在一定程度上是因為——盡管 Nano-SIM 的尺寸很小——它仍然占用寶貴的空間，這在緊湊型蜂窩物聯網設備中非常寶貴（圖 1）。并且 SIM 需要一個端口（增加成本并提供防塵和防水通道）。更糟糕的是，如果需要升級 SIM 卡，則必須更換每張卡——這對于位于無法訪問的位置的數百萬蜂窩物聯網傳感器來說幾乎不切實際。

圖 1：智能手機 SIM 繼續縮小，但對于空間受限的蜂窩物聯網設備來說仍然過于龐大。（來源：Passatic/Shutterstock）

另一個挑戰出現了，因為雖然理論上漫游合同上的 SIM 可以通過訪問本地網絡提供全球覆蓋，但實際覆蓋范圍取決于歸屬運營商協商的漫游關系的數量。由于 SIM 僅存儲一組運營商憑證，因此它不太適合可能需要在全球數百個網絡中的任何一個網絡上“開箱即用”的蜂窩物聯網設備。

SIM 卡由一家運營商發行，該運營商負責接入并收取費用，即使訂戶在外出時需要使用另一家提供商的網絡也是如此。這對消費者來說是痛苦的，并且對于數據購買預算最少的蜂窩物聯網設備來說可能會讓人望而卻步。更糟糕的是，在一些關鍵地區，當地法規禁止使用非本地運營商進行永久漫游，這限制了蜂窩物聯網設備的靈活性。

嵌入式 SIM (eSIM) 消除了對單獨的、相對較大的外部插件的需求。顧名思義，eSIM 是蜂窩設備電子組件的組成部分。這意味著它們可以做得比 Nano-SIM 還要小，并且不再需要昂貴且易受攻擊的外部端口。（eSIM 仍然可以以傳統的 Micro-SIM 或 Nano-SIM 格式提供，允許在具有端口但沒有內置 eSIM 的舊設備中使用。）此外，eSIM 擁有多個網絡運營商憑證，并且可以“遠程provisioned”（通過蜂窩設備的無線鏈路快速重新配置）——實現網絡憑證的快速更新，以確保持續連接并降低數據費用。

那么，eSIM 似乎是蜂窩物聯網網絡連接需求的答案。問題解決了。好吧，不完全是；一個巨大的挑戰仍然存在，那就是缺乏廣泛采用。問題是，雖然 eSIM 非常適合蜂窩物聯網（它們主要是為蜂窩物聯網設計的），但它們不一定適合消費者……或許多網絡運營商。

據 Disruptive Analysis 分析師創始人 Dean Bubley 在接受The Register采訪時表示，在手機中添加 eSIM 將增加其成本。Bubley 指出，差異可能很小，比如說 10 美元——對于頂級的蘋果或三星手機來說沒什么大不了的，但對于面向發展中國家的廉價手機來說，差異就大得多了。此外，可以在網絡（和資費）之間無縫切換的 eSIM 可能會損害網絡運營商的商業模式，這些運營商習慣于無論客戶使用哪個網絡都能保持收入。這兩個因素都不太可能加速 eSIM 制造或網絡運營商或電話制造商的支持。反過來，這將對 B2B 蜂窩物聯網領域的 eSIM 供應產生連鎖反應。

結論

網絡運營商的蜂窩物聯網收入前景誘人。與智能手機一樣，蜂窩物聯網設備在授予網絡訪問權限之前需要驗證和授權。為此，智能手機使用 SIM 卡，但它們的外形尺寸不適合蜂窩物聯網操作的獨特需求。eSIMS 可以滿足蜂窩物聯網網絡連接的需求；然而，一個重大挑戰仍然存在：缺乏廣泛采用。因此，蜂窩物聯網可能會尋求另一種發展：集成 SIM (iSIM)。iSIM 更小，內置于蜂窩物聯網產品核心的片上系統 (SoC) 的硅片中。

審核編輯黃昊宇