Co to jest technologia embedded sim (esim) i jak może pomóc w projektowaniu produktów IoT

Wybór odpowiedniego medium komunikacyjnego jest zwykle bardzo trudną częścią rozwoju każdego rozwiązania IoT. W sytuacjach, w których wymagany jest zasięg wykraczający poza zasięg Wi-Fi i Bluetooth, opcje znajdują się zwykle między technologiami LPWAN, takimi jak LoRa, Sigfox itp., Ale chociaż technologie te są wyposażone w funkcje Pro-IoT, takie jak niska moc i duży zasięg, są one obarczone z wyzwaniami w zakresie infrastruktury i zasięgu, które popychają programistów w kierunku komunikacji komórkowej (2G, 3G, 4G itp.), szczególnie w aplikacjach, w których moc nie stanowi większego problemu.

Jednak zgodnie z charakterem protokołów komunikacyjnych i IoT, podczas gdy komórkowy IoT ma sprawdzoną infrastrukturę i zasięg do obsługi globalnego wdrożenia, zarządzanie na dużą skalę jest niezwykle trudne ze względu na kilka czynników, w tym wymagania dotyczące karty SIM i wyzwania związane to.

Częściowo jako rozwiązanie tego i podobnych problemów ze smartfonami i innymi urządzeniami elektroniki użytkowej, GSMA (konsorcjum komunikacji komórkowej) w 2010 roku rozpoczęło badanie możliwości wykorzystania kart SIM opartych na oprogramowaniu. W 2016 roku konsorcjum ogłosiło specyfikację techniczną technologii o nazwie eSIM, która eliminuje potrzebę stosowania fizycznej karty SIM w urządzeniach konsumenckich, a od tego czasu popularność wzrosła wraz z kilkoma producentami, takimi jak ARM z nową wbudowaną kartą SIM o nazwie ARM eSIM i inni giganci urządzeń konsumenckich, tacy jak Apple, osadzają je w różnych produktach.

W dzisiejszym artykule przyjrzymy się tej technologii w odniesieniu do Internetu Rzeczy. Omówimy jego funkcje, aktualny stan i potencjalny wpływ na IoT.

Co to jest karta eSIM

Karty eSIM mają kilka nazw, w tym miękką kartę SIM, wirtualną kartę SIM, wbudowaną kartę SIM, elektroniczną kartę SIM lub zdalną kartę SIM, ale wszystkie odnoszą się do wbudowanej uniwersalnej karty z układem scalonym (eUICC), która może obsługiwać wirtualnie wbudowane profile wielu przewoźników sieciowych.

W przeciwieństwie do zwykłej karty SIM, karty eSIM można ponownie programować za pomocą oprogramowania. Oznacza to, że możesz zmienić całą zawartość karty SIM, w tym międzynarodową tożsamość abonenta mobilnego (IMSI) i profile operatorów sieci, za pośrednictwem oprogramowania bezprzewodowo, eliminując potrzebę wymiany kart SIM.

Powszechnym błędnym przekonaniem jest to, że eSIM odnosi się tylko do wbudowanego sprzętu SIM, takiego jak karta SIM MFF2 pokazana poniżej, ale odnosi się również do, choć mniej popularnych, wyjmowanych plastikowych kart SIM, takich jak karty SIM w formacie 4FF, na których można również zainstalować oprogramowanie wbudowanego UICC wdrożone.

Jak działa karta eSIM?

Podstawowe wyjaśnienie działania eSIM polega na tym, że karty SIM są wdrażane wraz z urządzeniem, a użytkownik / producent ma interfejs, za pomocą którego może zdalnie dodawać, aktualizować, rozszerzać lub usuwać wielu operatorów sieci

Jednak w przypadku opisu technicznego, zgodnie ze specyfikacjami eSIM przez GSMA, istnieją dwa główne składniki eSIM: wbudowany UICC (sprzęt), który jest wbudowany w urządzenie podczas produkcji, oraz platforma zarządzania subskrypcjami (SM). Platforma zarządzania subskrypcjami (SM) składa się z dwóch kluczowych elementów; SM-SR (bezpieczny routing zarządzania subskrypcją) i SM-DP (przygotowanie danych zarządzania subskrypcją).

Podczas procesu produkcji lub wdrażania producent lub sprzedawca (operator MNO, urządzenie M2M lub producent elektroniki użytkowej itp.) EUICC rejestruje karty SIM w SM-SR, który następnie utrzymuje bezpieczne połączenie z eUICC w celu zarządzania subskrypcjami. Poprzez SM-SR do eUICC można dotrzeć za pomocą poleceń od sprzedawcy lub SM-DP, który jest odpowiedzialny za formatowanie profili operatorów sieci ruchomej w format zgodny z eUICC.

Aby aktywować MNO w eUICC, MNO wysyła polecenie zainicjowane w jeden sposób (zazwyczaj poprzez skanowanie kodów kreskowych) lub w inny sposób do SM-DP, który przetwarza polecenie i pobiera profil MNO do eUICC, zapewniając jednocześnie interfejs, który umożliwia operatorowi MNO włączanie / wyłączanie profilu.

Na początku debaty na temat zastosowań eSIM toczyły się organizacje takie jak Motorola, które uważały, że są one dostosowane do zastosowań przemysłowych M2M, podczas gdy organizacje takie jak Apple uważały, że nie ma powodu, dla którego nie miałoby to być obecne w produktach konsumenckich. Prawdopodobnie w wyniku tego, aby stworzyć coś, co pasuje do obu aplikacji, konsorcjum (GSMA) zatwierdziło dwie architektury dla eSIM;

Architektura M2M eSIM
Architektura eSIM dla elektroniki użytkowej

Podczas gdy obie architektury obsługują programowalne funkcje eSIM, podejście do ich realizacji (między innymi) jest różne w obu stosach. W architekturze elektroniki użytkowej zaimplementowano model kontrolowany przez klienta, dzięki czemu użytkownik końcowy urządzenia ma kontrolę nad zdalnym udostępnianiem sieci i zarządzaniem profilami operatorów. Jednak w przypadku architektury M2M zaimplementowano model kontrolowany przez serwer, który umożliwia zdalne udostępnianie i zarządzanie operatorami sieci komórkowych z infrastruktury zaplecza / serwera centralnego. Ma to sens, ponieważ interakcja człowieka na poziomie M2M jest ograniczona, a zdalne aktualizacje i zmiany są kluczowymi funkcjami, które pasują do przypadków użycia IoT.

Kluczowe cechy kart eSIM

Większość ludzi z pewnością zgodzi się, że najbardziej atrakcyjną cechą eSIM jest elastyczność, z jaką umożliwia użytkownikom przełączanie się między operatorami sieci ruchomej bez konieczności zmiany fizycznego sprzętu, dzięki możliwości bezprzewodowego przeprogramowywania i nawigacji po wielu profilach. od różnych operatorów na tym samym urządzeniu. Przekłada się to jednak na kilka innych cech, które wpływają (moim zdaniem pozytywnie) na urządzenie na kilka sposobów. Niektóre z tych funkcji obejmują;

1. Redukcja kosztów

Od kosztu sprzętu, takiego jak taca SIM i jej obwodów pomocniczych, po koszt samych kart SIM, między innymi, klasyczne karty SIM przedstawiają całkowity koszt posiadania, który jest znacznie większy niż eSIM.

2. Interoperacyjność

Oczekuje się, że wszyscy akredytowani partnerzy w ekosystemie GSMA będą przestrzegać opublikowanych standardów i architektury, zapewniając tym samym interoperacyjność.

3. Obudowa typu Small Form Factor

Kształt, rozmiar i potrzeba otwierania to wymagania klasycznych kart SIM, które mają wpływ na wielkość urządzenia, w którym są używane. Dzięki chipowej naturze eSIM, około połowie rozmiaru nano SIM i nie wymagającej gniazda, projektanci będą mieli większą elastyczność w zakresie rozmiaru i formy urządzeń.

4. Efektywność energetyczna

Mimo że wdrażają komunikację komórkową, która nie jest zbyt przyjazna dla zasilania, eSiM działają na mniejszym zużyciu energii w porównaniu do klasycznych kart SIM.

5. Bezpieczeństwo

Inną oczywistą cechą eSIM jest ich fizyczne bezpieczeństwo. Wbudowanie chipa w urządzenie sprawia, że manipulowanie nim lub usuwanie go w celu niewłaściwego użycia jest prawie niemożliwe. Poza tym kompleksowy system akredytacji bezpieczeństwa (SAS) jest dostarczany wraz z ramą eSIM.

Potencjalny wpływ eSIM na IoT

Chociaż eSIM zrewolucjonizuje wszystko, co dotyczy branży telekomunikacyjnej, od operacji po świadczenie usług, będzie miało również znaczący wpływ na IoT.

Istnieją trzy główne obszary komórkowego IoT, na które potencjalnie mogą mieć wpływ eSIM;

1. Elastyczność

To jest prawdopodobnie największy problem z komórkowym IoT za pośrednictwem klasycznych kart SIM. Chociaż zasięg za pośrednictwem łączności komórkowej jest na ogół ogromny, jakość zasięgu każdego operatora sieci ruchomej różni się w zależności od lokalizacji. Z tego powodu, aby w pełni wykorzystać funkcje łączności w komunikacji komórkowej, użytkownicy muszą przejść przez trudne i wymagające dużo pracy zadania przełączania się między kartami SIM, co ogranicza rozwiązania IoT. Jednak dzięki eSIM dostawcy rozwiązań IoT mogą szybko i bezpiecznie przełączać profile urządzeń bezprzewodowo, a nawet zautomatyzować proces, dzięki czemu zmiany łączności można wdrażać w oparciu o kryteria, takie jak siła sygnału, taryfy itp.

2. Skalowalność

Wdrażanie Cellular IoT na wielu urządzeniach może być dość kłopotliwe, ponieważ zarządzanie simami może stać się naprawdę złożone dość szybko wraz ze wzrostem liczby urządzeń. Dzięki elastycznej interoperacyjności oferowanej przez eSIM można to lepiej zarządzać.

3. Niezawodność / trwałość

Używanie jednej karty SIM od dostawcy sieci o największym zasięgu lub fizyczna wymiana kart SIM w celu zwiększenia zasięgu stwarza wyzwania związane z niezawodnością. Dostawca o największym zasięgu może nie mieć zasięgu w Twojej lokalizacji wdrożenia, a karty SIM ulegną uszkodzeniu lub ulegną awarii podczas procesu wymiany. Dzięki eSIM i over-the-air „over-the-air swaps” system staje się bardziej niezawodny i trwały dzięki uproszczeniu mechanicznych aspektów konstrukcji urządzenia.

Aplikacje i przypadki użycia dla eSIM

Chociaż oczekuje się wpływu eSIM na każdy obszar zastosowań IoT, oczekuje się, że niektóre sektory odniosą ogromne korzyści. Niektóre z tych sektorów obejmują:

1. Przemysł samochodowy

Wraz z szybkim upowszechnianiem się modelu „Connected Car”, karty eSIM mogą zapewnić bezproblemową łączność w samochodzie potrzebną do umożliwienia użytkownikom korzystania ze wszystkich funkcji pojazdów. Oprócz łączności szybkie aktualizacje OTA mogą również potencjalnie zrewolucjonizować sposób wdrażania przeniesienia własności.

2. Rolnictwo

Podczas gdy większość aplikacji związanych z rolnictwem wykorzystuje protokoły LPWAN, takie jak LoRa, często wymagane jest połączenie typu backhaul, takie jak łączność komórkowa, w celu przesłania danych do chmury urządzenia. Ze względu na lokalizację większości farm, siła sygnału operatorów sieci ruchomej może się różnić. Dzięki eSIM rolnicy mogą bez problemu przełączać się między operatorami sieci ruchomej.

Czujniki śledzenia obiektów, które śledzą i monitorują stan różnych poruszających się obiektów, takich jak samochody, ciężarówki, przesyłki itp. Mogą być mniejsze, mają dłuższą żywotność baterii i nieograniczony obszar zasięgu (przełączanie między wieloma MNO) dzięki eSIM.

Technicznie rzecz biorąc, każda aplikacja IoT, która jest lepiej zaimplementowana w komórkowym IoT, doświadczy wzrostu wydajności dzięki eSIM.

iSIM

Jak każda nowa technologia, adaptacje technologii eSIM stopniowo ożywają, a najnowszą jest iSIM.

iSIM (czyli zintegrowana karta SIM) to technologia zbudowana na funkcjonalnościach eSIM. Podczas gdy eSIM to zwykle tylko dedykowany układ scalony, który nadal wymaga podłączenia do procesora urządzenia, iSIM łączy rdzeń procesora i funkcje eSIM w pojedynczą jednostkę system-on-chip (SoC).

Został opracowany w celu dalszego zmniejszenia zajmowanego miejsca przez karty SIM, ponieważ dzięki zintegrowaniu go z procesorem, urządzenie może stać się jeszcze mniejsze i tańsze dzięki redukcji BOM.

Mimo że technologia jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju, iSIM zdecydowanie wydaje się być przyszłością dla większości aplikacji, a kilku producentów chipów, w tym Qualcomm, już wskakuje na nią wraz z niedawnym wydaniem Qualcomm® Snapdragon ™ 855 SOC.

Wniosek

Chociaż nadal jest mnóstwo pracy do zrobienia, aby eSIM stały się głównym nurtem, ma potencjał zbudowania pomostu, który pozwoli rozwiązaniom IoT w pełni wykorzystać ogromny zasięg sieci komórkowych. Dzięki sieciom 5G w trakcie prac i powolnemu tempie, z jakim różni dostawcy mogą osiągnąć maksymalny zasięg w różnych miastach, eSIM z pewnością przydadzą się w zapewnieniu, że rozwiązania IoT bez zastrzeżeń wykorzystają prędkość, którą jest gotowy do wprowadzenia. Oprócz poprawy łączności eSIM wprowadzi również nowe modele biznesowe, które przyczynią się do podejścia do rozwoju rozwiązań IoT.