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

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。

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)。

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)

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。

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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