Von Simon Glassman, Senior Principal, Strategic Partnerships – Cellular, u-blox, und Samuele Falcomer, Senior Product Line Manager, Product Center Cellular, u-blox
Beim Einsatz von IoT-Geräten an abgelegenen Standorten wird höchstwahrscheinlich die Mobilfunkkommunikation genutzt, um Daten zu sammeln und Anweisungen an jedes Gerät zu senden. Das bedeutet, dass Sie ein Teilnehmeridentitätsmodul benötigen, besser bekannt als SIM oder, wie es in älteren GSM- und UMTS-Netzen bekannt war, eine Universal Integrated Circuit Card (UICC).
Die SIM-Karte ist ein integrierter Schaltkreis (IC), der den Benutzer sicher identifiziert, die Verschlüsselungsalgorithmen enthält und den Zugriff auf das Mobilfunknetz ermöglicht. Wie wir alle von unseren Mobiltelefonen wissen: Ohne SIM gibt es keinen Zugang zum Netz (außer Notrufe).
Es wurde viel über die rasanten Fortschritte des IoT und der zugrunde liegenden Mobilfunknetze geschrieben. Was nicht so viel Aufmerksamkeit erregt hat, ist die gleichzeitige Weiterentwicklung der SIM-Technologie. Ziel dieses Artikels ist es, Licht auf die neueste Version der SIM-Karte – das iSIM – zu werfen und zu erklären, warum es eine gute Nachricht für diejenigen ist, die Mobilfunk-IoT-Kits entwerfen, bauen und damit arbeiten.
Doch bevor wir uns mit dem Thema befassen, ist es notwendig, ein wenig in die Geschichte einzutauchen, den Grundstein zu legen und die verschiedenen Technologien und Akronyme im Zusammenhang mit iSIM zu verstehen.
Die schrumpfende SIM-Karte
SIMs sind integrierte Schaltkreise, die ein SIM-Betriebssystem (OS) ausführen und eine internationale Mobilfunkteilnehmeridentität (IMSI) und ein Mobilfunknetzbetreiberprofil (MNO) sicher speichern, das dem Teilnehmer den Zugriff auf das Mobilfunknetz ermöglicht. Das MNO-Profil ist sicher in die SIM-Karte programmiert und umfasst Netzwerkzugriffsanwendungen, Schlüssel und Anmeldeinformationen für einen bestimmten Netzwerkbetreiber.
Angefangen bei der Größe einer Kreditkarte wurden SIMs nach und nach auf die Formate Mini, Micro und Nano verkleinert. Eine ständige Reduzierung, aber immer verbunden mit einem physischen Element für den Zugriff auf das Mobilfunknetz.
Das Erscheinen von eSIM und eUICC
Anfang der 2010er Jahre erschien eine neue Alternative: die eingebettete SIM oder eSIM. Typischerweise im MFF2-Formfaktor (siehe Abbildung 1) ist die eSIM ein SIM-Chip, der das Profil des Mobilfunkbetreibers enthält und auf die Leiterplatte (PCB) eines Geräts gelötet ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Plastik-SIM-Karten ist eine eSIM kleiner, robuster, zuverlässiger und weniger diebstahlgefährdet. Diese Funktionen haben dazu geführt, dass eSIMs in den Automobil-, Mess- und Industriesteuerungsmärkten an Bedeutung gewonnen haben.
Einige eSIMs müssen mit einem einzelnen Mobilfunkanbieterprofil vorinstalliert werden, während andere über ein sicheres RSP-System (Remote SIM Provisioning) drahtlos (OTA) bereitgestellt werden können. Eine eSIM mit dieser OTA-Fähigkeit wird als eUICC klassifiziert. Eine eUICC ist eine SIM-Karte in einem beliebigen Format, mit der das Mobilfunkbetreiberprofil über OTA aktualisiert werden kann.
Diese Unterscheidung zwischen eSIMs und eUICCs ist wichtig: Die Begriffe werden oft fälschlicherweise synonym verwendet. Dies kann zu Problemen für Gerätehersteller und -betreiber führen, wenn sie feststellen, dass sie keine OTA-Änderung des MNO-Profils für eine bereits im Feld befindliche Geräteflotte durchführen können, weil die von ihnen ausgewählte eSIM nicht über eUICC-Fähigkeit verfügt oder Zugriff auf ein RSP-System hat .
Mit zunehmender Beliebtheit von eUICCs entstanden RSP-Systeme zu deren Verwaltung. Bei einigen handelte es sich um benutzerdefinierte Implementierungen, während andere GSMA-Standards verwendeten. Wir werden in Kürze auf RSP-Systeme zurückkommen.
Fehlgeschlagene Versuche, die physische SIM-Karte zu entfernen
Nachdem die SIM-Karte reduziert wurde, gab es Versuche, sie zu entmaterialisieren und in die Software des Mobilfunkmoduls zu integrieren. Diese „Soft-SIM“-Ansätze scheiterten aus Sicherheits- und Integritätsgründen. Ein IoT-Modul ist selbst mit einer „Vertrauenszone“ innerhalb des Mobilfunk-ICs nicht sicher genug, um ein SIM-Betriebssystem zu speichern.
Infolgedessen haben sich die meisten Mobilfunknetzbetreiber geweigert, Soft-SIMs zu unterstützen, und die wenigen Implementierungen, die vorgenommen wurden, sind benutzerdefinierte SIMs, die in Zusammenarbeit mit einem mobilen virtuellen Netzwerkbetreiber (MVNO) oder einem bestimmten MNO erstellt wurden. Es handelt sich um geschlossene Ökosysteme, und diese Lösung hat auf dem Markt keinen großen Erfolg erzielt.
Die nächste Iteration: das iSIM
Die iSIM ist die nächste Weiterentwicklung der SIM und erreicht die Dematerialisierung, die Soft-SIMs suchten. Das iSIM ist eine System-on-Chip (SoC)-Lösung, die ein integriertes Silizium-Sicherheitselement (iSE) in den integrierten Mobilfunkschaltkreis integriert. Das iSE unterscheidet sich vom Mobilfunk-IC und enthält das SIM-Betriebssystem und das Mobilfunkbetreiberprofil. Es bietet das gleiche Maß an Sicherheit und Manipulationssicherheit wie eine klassische SIM-Karte oder eSIM.
iSIMs bieten eine Reihe von Vorteilen für diejenigen, die IoT-Geräte entwerfen, bauen und damit arbeiten.
Besser als Plastik-SIM-Karten
Im Vergleich zu herkömmlichen SIM-Karten aus Kunststoff benötigen iSIMs weniger Platz auf der Leiterplatte, da der SIM-Halter und die damit verbundenen umgebenden Komponenten entfallen. iSIMs sind außerdem weniger anfällig für Ausfälle aufgrund von Vibrationen und Temperaturwechseln.
Darüber hinaus vereinfachen sie Logistik, Einkauf und Beschaffung für Gerätehersteller. Dies liegt daran, dass keine Notwendigkeit besteht, SIM-Karten für Geräte im Voraus auszuhandeln und zu kaufen, den SIM-Bestand im Lager zu verwalten oder SIM-Karten während der Bereitstellung physisch in Geräte einzulegen. Sie können auch fertige IoT-Geräte auf Lager halten, ohne unterschiedliche Lagereinheiten (SKUs) für verschiedene eingebettete SIM-Karten haben zu müssen. Stattdessen können Sie eine einzelne SKU haben und später ein Netzwerkprofil auf das iSIM anwenden.
iSIMs bieten auch Vorteile für diejenigen, die IoT-Geräte bereitstellen und betreiben. Ein Gerät mit einer eUICC-iSIM und Zugang zu einem RSP-System (mehr dazu weiter unten) kann während seiner gesamten Lebensdauer verschiedene Mobilfunknetzbetreiber nutzen, möglicherweise um von attraktiveren Tarifen zu profitieren, sobald diese verfügbar sind. In Ländern, in denen dauerhaftes Roaming nicht möglich ist, können Geräte problemlos eine Verbindung zu einem lokalen Netzwerk herstellen. Und all dies kann ohne den physischen Austausch von SIM-Karten erfolgen, was bei versiegelten Geräten unmöglich, unerschwinglich teuer und bei sehr kleinen Einsätzen äußerst betrieblich komplex wäre.
All dies trägt dazu bei, Kosten zu senken, Abläufe zu vereinfachen und echte Flexibilität über den gesamten Lebenszyklus von IoT-Geräten zu bieten.
Vorteile gegenüber eSIMs
Die Vorteile einer iSIM gegenüber einer eSIM werden nuancierter, aber nicht weniger bedeutend sein. Erinnern wir uns an den Hauptunterschied zwischen den beiden: Das iSIM ist ein SIM-Betriebssystem, das auf einem sicheren Element läuft, das in den integrierten Schaltkreis des Mobilfunks integriert ist, während ein eSIM ein sicheres Element ist, das das SIM-Betriebssystem ausführt und auf die Leiterplatte gelötet ist.
Das eSIM ist eine diskrete Hardwarekomponente, die zusätzlich zum Mobilfunkkommunikationsmodul erworben, profiliert (sofern nicht eUICC-fähig und ein RSP-System verfügbar ist) und auf die Platine gelötet werden muss. Damit sind nicht unerhebliche Anschaffungs-, Herstellungs- und Logistikkosten verbunden. Darüber hinaus sind mit eSIMs häufig Mindestbestellmengen verbunden, die einige IoT-Geräteanbieter möglicherweise (zunächst) nicht einhalten können oder wollen.
Ein neuer RSP-Standard: Der Schlüssel zum Freischalten von iSIMs in IoT-Geräten
Damit iSIMs im IoT-Bereich einen großen Einfluss haben, benötigen sie sowohl eUICC-Fähigkeit als auch ein unterstützendes RSP-System, das sich an die Anforderungen von Geräten mit Netzwerk- und Benutzeroberflächenbeschränkungen anpasst.
Die Remote-SIM-Bereitstellung ist bei neuen Smartphones bereits üblich. Anstatt eine physische SIM-Karte einlegen zu müssen, scannen Verbraucher einen QR-Code mit der Kamera des Telefons. Dadurch wird das RSP-System aktiviert und der Download des entsprechenden MNO-Profils auf die eSIM des Geräts ausgelöst. Mit einer iSIM funktioniert der Vorgang genauso, der einzige Unterschied besteht im physischen Ort, an dem das Betreiberprofil gespeichert ist.
Warum hat sich die Remote-SIM-Bereitstellung angesichts ihrer Bequemlichkeit im Mobilfunk-IoT-Bereich nicht durchgesetzt?
Derzeit gibt es zwei GSMA-kompatible RSP-Lösungen, darunter eine speziell für Machine-to-Machine-Umgebungen (M2M) (GSMA SGP.01/.02). Allerdings sind beide relativ datenintensiv und eignen sich daher in der Regel nicht für Remote-IoT-Geräte mit begrenztem Strombudget, die den Datenverbrauch minimieren müssen.
Darüber hinaus erfordert der GSMA M2M RSP-Standard, dass der Mobilfunkbetreiber das Profil auf dem Gerät eingibt. Es ist nicht das IoT-Gerät oder sein Benutzer, der den RSP-Prozess initiiert und kontrolliert, was die Flexibilität einschränkt.
Um dieses Problem zu lösen, arbeitet die GSMA an einem neuen Standard, der speziell für IoT-Geräte entwickelt wurde: SGP.31/.32. Die Veröffentlichung ist für die erste Hälfte des Jahres 2024 geplant und wird der Schlüssel zur flächendeckenden Einführung von iSIMs im IoT-Bereich sein.
Aufregende Zeiten für Hersteller und Betreiber von Mobilfunk-IoT-Geräten
Selbstverständlich sind wir sehr gespannt auf die Möglichkeiten, die dieser neue Standard Herstellern und Betreibern von IoT-Geräten bietet. Der Ausdruck „Game-Changer“ wird überstrapaziert, aber in diesem Fall scheint er angemessen. Mit den Möglichkeiten zur Senkung der Herstellungs- und Betriebskosten sowie der Flexibilität, überall auf der Welt einfacher zu implementieren und bei Bedarf zwischen Mobilfunknetzbetreibern zu wechseln, können wir es kaum erwarten, zu sehen, welche neuen Produkte und Dienstleistungen unsere Mobilfunkmodulkunden entwickeln werden auf den Markt bringen.
u-blox begrüßt die Entwicklung des gemeinsamen IoT-RSP-Standards, der von der GSMA entwickelt wird. Und wir pflegen und entwickeln unser umfangreiches Portfolio an Mobilfunk-IoT-Modulen mit traditionellen Formfaktoren weiter, darunter ein Modul mit eSIM (SARA-R500E), das kürzlich für den nordamerikanischen Markt eingeführt wurde.
