eSIM技术在物联网中的应用及发展建议

疏斌 江西省通信管理局 南昌市 330038

0 引言

随着物联网、5G通信等新技术、新业务的不断快速发展，传统的蓝牙、Wi-Fi等网络接入方式暴露出依赖终端设备、传输距离有限、配置复杂等弊端。传统SIM经历了ID1、全尺寸SIM、Mini-SIM、Micro-SIM到Nano-SIM的发展过程，卡身逐步轻薄、尺寸逐步缩小。但机卡分离、使用卡槽卡托的方式已经逐渐无法适应日益丰富的物联网应用场景，因此更为灵活便利、稳定可靠的eSIM技术方案应运而生。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。

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（Global System for Mobile Communications Alliance 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。

2011年，苹果公司率先提出了虚拟S I M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iPad Air 2设备中提供了一个名为“Apple SIM”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

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eSIM NB-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iWatch 3。随后三星手表也支持这一功能。

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[1]。苹果iWatch 3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、接收信息等通信功能。4月，中国联通为华为eSIM手表Watch 2 Pro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[2]。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。

（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[3]。

“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。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[4]。 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。

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。

[1]连欣. 联通启动eSIM一号双终端业务[N]. 北京: 人民邮电报，2018-03

[2]仇剑书，刘湘华等. 基于eSIM的消费物联网终端入网方案研究[J]. 信息通信技术，2017(5): 43-45

[3]周炎，王林. 物联网行业报告卷三:万物互联之载体，eSIM的明牌与暗牌[R]. 广东: 招商证券，2016-09

[4]翟世俊. eSIM: 要方便也要安全[N]. 北京: 人民邮电报，2017-08