當(dāng)前位置:首頁 > 物聯(lián)網(wǎng) > 《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》雜志
[導(dǎo)讀]摘要:闡述了無線通信模塊中SIM卡在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中容易出現(xiàn)的問題,介紹了嵌入式SIM卡通信模組的市場需求、發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),探討了中國移動在物聯(lián)網(wǎng)嵌入式SIM卡通信模組方面的研究進展及應(yīng)用現(xiàn)狀,最后分析了嵌入式SIM卡通信模組在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展中的意義。

引言

物聯(lián)網(wǎng)(TheInternet of Things)把新一代IT技術(shù)充分運用在各個行業(yè)中(如能源、交通、家庭、市政系統(tǒng)等),然后與現(xiàn)有通信網(wǎng)結(jié)合,實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合。人類可以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活,達到“智慧”狀態(tài),提高資源利用率和生產(chǎn)力水平,改善人與自然間的關(guān)系。物聯(lián)網(wǎng)是“M2M”(機器對機器)應(yīng)用的歸納化表述,其在電力、車載、工控、市政等方面早已有大量成熟應(yīng)用。專家預(yù)測,未來10年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模普及,至到2020年,世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比,將達到30比1,物聯(lián)網(wǎng)被稱為是下一個萬億級的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

1嵌入式SIM卡模組發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)

1.1物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中存在的問題

無線模塊可提供無線通信能力,是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心部分。通過在機器上安裝插有SIM卡的無線模塊,可使機器終端無線接入移動網(wǎng)絡(luò),從而接入互聯(lián)網(wǎng),最終實現(xiàn)機器的聯(lián)網(wǎng)。目前,物聯(lián)網(wǎng)市場廣泛應(yīng)用的無線模塊一般由三部分組成:通信模塊、SIM卡插槽和普通SIM卡。類似于手機,SIM卡通過SIM卡插槽與通信模塊連接,進行通信。隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展,普通SIM卡及SIM卡與通信模塊分離的結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足物聯(lián)網(wǎng)細分市場的需求,在此方面主要存在以下兩方面問題:

一是SIM卡本身無法滿足工業(yè)級要求,損壞率高。SIM卡暴露在惡劣工作環(huán)境(如強電磁干擾、輻射、腐蝕等環(huán)境)會造成SIM卡氧化、腐蝕失效,而且卡磨損率高;另外,用戶對SIM卡的讀寫頻率較高。因此,普通SIM卡使用壽命短。

二是SIM卡和通信模塊分離所帶來的問題。如機卡分離,SIM卡接觸不良,車輛震動環(huán)境,同時也有盜用和數(shù)據(jù)安全性問題。

1.2嵌入式SIM卡通信模組的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中,市場對SIM卡及模組的應(yīng)用提出了新的需求。這主要包括:電力行業(yè)需要SIM卡要能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境、抗電磁干擾,具有較寬的溫度適應(yīng)范圍;交通行業(yè)需要SIM卡能夠抗震動、耐高溫等;金融、稅務(wù)行業(yè)需要SIM卡能夠防盜用、防拆卡等。據(jù)SierraWireless預(yù)測,電力、交通、金融、稅務(wù)行業(yè)在電力抄表、車載前裝、車輛監(jiān)控、無線POS機、稅控機領(lǐng)域?qū)S肧IM卡及模組的需求量巨大。面對龐大的客戶需求,業(yè)界也逐步推出了一些SIM卡標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品。圖1所示是目前物聯(lián)網(wǎng)市場使用比較多的三種類型的SIM卡。

嵌入式SIM卡通信模組在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究

其中,工業(yè)級SIM卡采用通用SIM封裝,外形與普通SIM卡相同,但材質(zhì)和工藝與塑料SIM卡不同,具備更高的溫度適應(yīng)能力,更強的抗電磁干擾能力,而且讀寫次數(shù)更多,抗靜電能力更強。這種SIM卡與塑料SIM卡使用方式相同,也需要SIM卡插槽,主要用來替換傳統(tǒng)的SIM卡,適用于戶外及對溫度有特殊要求的M2M設(shè)備,如車載前裝、中央空調(diào)監(jiān)控等。M2M專用SIM卡在一定程度上解決了重要問題,但仍然不能解決SIM卡和通信模塊分離而帶來的其他問題。

工業(yè)級SIM卡的特點主要有:兼容普通SIM卡Plug-In外觀,完全具備傳統(tǒng)SIM卡的全部功能,采用特殊材料與定制芯片,工作溫度范圍大大延長,芯片擦寫次數(shù)可增強至普通卡的5倍以上,但在一些惡劣環(huán)境下,其防震動和抗氧化性能有限。

另外就是嵌入式SIM卡,這其中之一就是一種SierraWirelessinSIM一體化通信模塊技術(shù)。該技術(shù)摒棄了SIM卡上的塑料部分,而將SIM卡芯片嵌入通信模塊上的無線CPU內(nèi)封裝成一體化的硅片。這種嵌入式SIM卡可提供更寬的溫度范圍,具有抗?jié)?、防振、防盜等能力,能有效地防止使用SIM卡插槽帶來的問題(如摩擦、塵、斷腳、氧化等),同時能加強SIM卡的固定性,防止SIM卡被取出,而且封裝尺寸也比普通SIM卡更小。表1所列是SierraWirelessinSIM卡的部分性能指標(biāo)。

嵌入式SIM卡通信模組在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究

此外,業(yè)界還推出了另外兩種嵌入式SIM卡標(biāo)準(zhǔn),也就是SON-8或VQFN-8(貼片式)標(biāo)準(zhǔn)。2009年,ETSI發(fā)布了新的M2M嵌入式SIM卡標(biāo)準(zhǔn)SON-8(8pins,5mmX6mm),也叫做VQFN-8。這是工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)封裝,可直接焊接在M2M設(shè)備上,具備普通形態(tài)卡的所有能力,同時可防盜用,可有效避免SIM卡從卡基脫落,具備強抗振動、抗腐蝕性能,可使用于環(huán)境相對惡劣的M2M設(shè)備,如放射源、下水道監(jiān)控設(shè)備、靠近發(fā)動機裝置的設(shè)備等。

嵌入式SIM卡的突出特點除了具備工業(yè)級SIM卡的特點外,其制作和封裝工藝都發(fā)生了改變,inSim方式或焊接方式基本解決了震動和氧化對于卡片性能的影響。表2所列是捷德VQFN-8SIM的部分性能指標(biāo)。

表2捷德VQFN-8SIM部分性能指標(biāo)

參數(shù)
性能
工作溫度范圍
—40?+105C
可擦寫次數(shù)
在25C條件下大于50萬次
數(shù)據(jù)保存時間
在85C條件下可保持10年
防震動
符合JESD22—B103最高標(biāo)準(zhǔn)
防濕性
符合JESD22—A101

2物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嵌入式SIM卡模組的應(yīng)用研究

2.1中國移動在嵌入式SIM卡通信模組方面的進展

inSIM和VQFN-8的封裝形式不同,但都稱為嵌入式SIM卡方案。SIM卡和模組正向集成化、一體化的方向演進。SierraWireless嵌入式inSIM模組解決方案已成功應(yīng)用于南非的交通行業(yè)。歐洲和南美的一些汽車企業(yè)已經(jīng)在使用VQFN-8形式的嵌入式SIM卡模組。

國內(nèi),中國移動在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域起步較早,并進行了大量的探索和項目實踐。從最初向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供普通SIM卡,到針對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)需求推出M2M工業(yè)級SIM卡,再到探索嘗試SIM卡與通信模組一體化的解決方案,恰好順應(yīng)了國際上物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域SIM卡和通信模組的演進趨勢。中國移動在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也大致經(jīng)歷了兩個階段:第一個階段主要提供普通SIM卡及工業(yè)級SIM卡,第二階段則主要是向通信模組延伸。

中國移動將嵌入式SIM卡與通信模組結(jié)合起來,向用戶提供模組與SIM卡集成的物聯(lián)網(wǎng)解決方案,依托物聯(lián)網(wǎng)模組作為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的有效載體,在通信模組中嵌入WMMP協(xié)議,同時利用物聯(lián)網(wǎng)終端運營管理平臺向用戶提供物聯(lián)網(wǎng)終端管理、終端定位等物聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù),以此推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2.2嵌入式SIM卡通信模組應(yīng)用案例

嵌入式SIM卡通信模組現(xiàn)已成功應(yīng)用于重慶地稅局網(wǎng)絡(luò)稅控機項目,其中一期嵌入式SIM卡模組的裝機量已達到一萬臺。同時,重慶移動利用終端管理平臺向客戶提供了稅控機終端狀態(tài)監(jiān)控、位置查詢、故障告警等物聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù)。在使用嵌入式SIM卡通信模組后,可有效防止商戶拔掉SIM卡的偷稅漏稅行為,同時,嵌入式SIM卡也保證了對稅控機的定位更加準(zhǔn)確,方便了地稅局對固定資產(chǎn)的管理和追蹤,降低了客戶的經(jīng)濟損失,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效應(yīng),極大地提升

了客戶的管理水平,取得了良好的市場效果。

目前,中國移動正在進行嵌入式SIM卡通信模組的研究和項目探索,并已取得階段性的成果,同時還在為大規(guī)模推廣進行準(zhǔn)備工作。預(yù)計今后將在更多的項目中進行嵌入式SIM卡通信模組的推廣。圖2所示是將SierraWireless嵌入式SIM卡模組應(yīng)用于重慶地稅局稅控機項目的應(yīng)用示意圖。

嵌入式SIM卡通信模組在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究

圖2SierraWireless嵌入式SIM卡模組

應(yīng)用于重慶地稅局稅控機項目

3嵌入式SIM卡模組在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展中的意義

SIM卡和通信模組向集成一體化發(fā)展是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)價值鏈中模組廠家和運營商聯(lián)合進行產(chǎn)品創(chuàng)新的新嘗試,通信模組廠商尋找到了新的市場突破點,運營商則加大了對物聯(lián)網(wǎng)終端價值鏈的掌控力度,因此,通過嵌入式SIM卡通信模組可以實現(xiàn)各方的共贏。對模組廠家,嵌入式SIM卡通信模組可以滿足物聯(lián)網(wǎng)細分市場的需求,填補市場空白,使模組廠家找到新的盈利點,這也是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下模組產(chǎn)品的演進趨勢;對于終端廠家,嵌入式SIM卡模組具有更高的整體性能,極大地降低了模組和SIM卡因接觸性問題而導(dǎo)致的故障,提升了終端設(shè)備的性能及可靠性,使終端設(shè)備能更好地滿足市場需求,服務(wù)于客戶,間接提升了終端產(chǎn)品的競爭力;而對于行業(yè)客戶,嵌入式SIM卡模組很好地滿足了某些客戶對SIM卡和通信模組的高性能需求,降低了客戶業(yè)務(wù)的故障率,減小了業(yè)務(wù)損失;另外,對運營商來說,通過模組加載物聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù),可以提高ARPU值,從而增加收益,同時利用模組內(nèi)嵌SIM卡的方式,也可以提前鎖定客戶,占領(lǐng)預(yù)裝市場,提高用戶黏性。

4結(jié)語

嵌入式SIM卡通信模組雖然在交通、稅務(wù)、電力、金融領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,但目前仍然面臨一些挑戰(zhàn)。例如,需要模組廠商增加新型生產(chǎn)設(shè)備,改變現(xiàn)有生產(chǎn)、測試、發(fā)布流程;供貨周期長,后個人化方案相對復(fù)雜,投入大;運營商需要改變現(xiàn)有的開卡、碼號管理流程等。此外,市場對嵌入式SIM卡模組的感知和接受也需要一定時間。目前,在市場起步階段,需要運營商和模組廠商進行合作,創(chuàng)新商務(wù)模式,快速尋找市場突破口,共同開拓物聯(lián)網(wǎng)新興市場。

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