嵌入式SIM卡通信模组在物联网中的应用研究

引言

物联网（TheInternet of Things）把新一代IT技术充分运用在各个行业中（如能源、交通、家庭、市政系统等）,然后与现有通信网结合，实现人类社会与物理系统的整合。人类可以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态,提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。物联网是“M2M”（机器对机器）应用的归纳化表述，其在电力、车载、工控、市政等方面早已有大量成熟应用。专家预测，未来10年内物联网就可能大规模普及，至到2020年，世界上物物互联的业务跟人与人通信的业务相比，将达到30比1，物联网被称为是下一个万亿级的信息技术产业。

1嵌入式SIM卡模组发展现状及关键技术

1.1物联网应用中存在的问题

无线模块可提供无线通信能力，是实现物联网的基础和核心部分。通过在机器上安装插有SIM卡的无线模块，可使机器终端无线接入移动网络，从而接入互联网，最终实现机器的联网。目前，物联网市场广泛应用的无线模块一般由三部分组成：通信模块、SIM卡插槽和普通SIM卡。类似于手机，SIM卡通过SIM卡插槽与通信模块连接，进行通信。随着物联网业务的蓬勃发展，普通SIM卡及SIM卡与通信模块分离的结构已经无法满足物联网细分市场的需求，在此方面主要存在以下两方面问题：

一是SIM卡本身无法满足工业级要求，损坏率高。SIM卡暴露在恶劣工作环境（如强电磁干扰、辐射、腐蚀等环境）会造成SIM卡氧化、腐蚀失效，而且卡磨损率高；另外，用户对SIM卡的读写频率较高。因此，普通SIM卡使用寿命短。

二是SIM卡和通信模块分离所带来的问题。如机卡分离,SIM卡接触不良，车辆震动环境，同时也有盗用和数据安全性问题。

1.2嵌入式SIM卡通信模组的发展现状及关键技术

在物联网环境中，市场对SIM卡及模组的应用提出了新的需求。这主要包括：电力行业需要SIM卡要能够适应恶劣的工作环境、抗电磁干扰，具有较宽的温度适应范围；交通行业需要SIM卡能够抗震动、耐高温等；金融、税务行业需要SIM卡能够防盗用、防拆卡等。据SierraWireless预测，电力、交通、金融、税务行业在电力抄表、车载前装、车辆监控、无线POS机、税控机领域对专用SIM卡及模组的需求量巨大。面对庞大的客户需求，业界也逐步推出了一些SIM卡标准和产品。图1所示是目前物联网市场使用比较多的三种类型的SIM卡。

其中，工业级SIM卡采用通用SIM封装，外形与普通SIM卡相同,但材质和工艺与塑料SIM卡不同，具备更高的温度适应能力，更强的抗电磁干扰能力，而且读写次数更多,抗静电能力更强。这种SIM卡与塑料SIM卡使用方式相同，也需要SIM卡插槽，主要用来替换传统的SIM卡，适用于户外及对温度有特殊要求的M2M设备，如车载前装、中央空调监控等。M2M专用SIM卡在一定程度上解决了重要问题，但仍然不能解决SIM卡和通信模块分离而带来的其他问题。

工业级SIM卡的特点主要有：兼容普通SIM卡Plug-In外观，完全具备传统SIM卡的全部功能，采用特殊材料与定制芯片，工作温度范围大大延长，芯片擦写次数可增强至普通卡的5倍以上，但在一些恶劣环境下，其防震动和抗氧化性能有限。

另外就是嵌入式SIM卡，这其中之一就是一种SierraWirelessinSIM一体化通信模块技术。该技术摒弃了SIM卡上的塑料部分，而将SIM卡芯片嵌入通信模块上的无线CPU内封装成一体化的硅片。这种嵌入式SIM卡可提供更宽的温度范围，具有抗湿、防振、防盗等能力，能有效地防止使用SIM卡插槽带来的问题（如摩擦、尘、断脚、氧化等），同时能加强SIM卡的固定性，防止SIM卡被取出，而且封装尺寸也比普通SIM卡更小。表1所列是SierraWirelessinSIM卡的部分性能指标。

此外，业界还推出了另外两种嵌入式SIM卡标准，也就是SON-8或VQFN-8（贴片式）标准。2009年，ETSI发布了新的M2M嵌入式SIM卡标准SON-8（8pins，5mmX6mm），也叫做VQFN-8。这是工业化标准封装，可直接焊接在M2M设备上，具备普通形态卡的所有能力，同时可防盗用，可有效避免SIM卡从卡基脱落，具备强抗振动、抗腐蚀性能，可使用于环境相对恶劣的M2M设备，如放射源、下水道监控设备、靠近发动机装置的设备等。

嵌入式SIM卡的突出特点除了具备工业级SIM卡的特点外，其制作和封装工艺都发生了改变，inSim方式或焊接方式基本解决了震动和氧化对于卡片性能的影响。表2所列是捷德VQFN-8SIM的部分性能指标。

表2捷德VQFN-8SIM部分性能指标

2物联网领域嵌入式SIM卡模组的应用研究

2.1中国移动在嵌入式SIM卡通信模组方面的进展

inSIM和VQFN-8的封装形式不同，但都称为嵌入式SIM卡方案。SIM卡和模组正向集成化、一体化的方向演进。SierraWireless嵌入式inSIM模组解决方案已成功应用于南非的交通行业。欧洲和南美的一些汽车企业已经在使用VQFN-8形式的嵌入式SIM卡模组。

国内，中国移动在物联网领域起步较早，并进行了大量的探索和项目实践。从最初向物联网应用提供普通SIM卡,到针对物联网行业需求推出M2M工业级SIM卡，再到探索尝试SIM卡与通信模组一体化的解决方案，恰好顺应了国际上物联网领域SIM卡和通信模组的演进趋势。中国移动在物联网产业发展中也大致经历了两个阶段：第一个阶段主要提供普通SIM卡及工业级SIM卡，第二阶段则主要是向通信模组延伸。

中国移动将嵌入式SIM卡与通信模组结合起来，向用户提供模组与SIM卡集成的物联网解决方案，依托物联网模组作为物联网业务的有效载体，在通信模组中嵌入WMMP协议，同时利用物联网终端运营管理平台向用户提供物联网终端管理、终端定位等物联网增值服务，以此推动物联网产业的发展。2.2嵌入式SIM卡通信模组应用案例

嵌入式SIM卡通信模组现已成功应用于重庆地税局网络税控机项目，其中一期嵌入式SIM卡模组的装机量已达到一万台。同时，重庆移动利用终端管理平台向客户提供了税控机终端状态监控、位置查询、故障告警等物联网增值服务。在使用嵌入式SIM卡通信模组后，可有效防止商户拔掉SIM卡的偷税漏税行为，同时，嵌入式SIM卡也保证了对税控机的定位更加准确，方便了地税局对固定资产的管理和追踪,降低了客户的经济损失，产生了良好的经济效应，极大地提升

了客户的管理水平，取得了良好的市场效果。

目前，中国移动正在进行嵌入式SIM卡通信模组的研究和项目探索，并已取得阶段性的成果，同时还在为大规模推广进行准备工作。预计今后将在更多的项目中进行嵌入式SIM卡通信模组的推广。图2所示是将SierraWireless嵌入式SIM卡模组应用于重庆地税局税控机项目的应用示意图。

图2SierraWireless嵌入式SIM卡模组

应用于重庆地税局税控机项目

3嵌入式SIM卡模组在物联网业务发展中的意义

SIM卡和通信模组向集成一体化发展是物联网产业价值链中模组厂家和运营商联合进行产品创新的新尝试，通信模组厂商寻找到了新的市场突破点，运营商则加大了对物联网终端价值链的掌控力度，因此，通过嵌入式SIM卡通信模组可以实现各方的共赢。对模组厂家，嵌入式SIM卡通信模组可以满足物联网细分市场的需求，填补市场空白，使模组厂家找到新的盈利点，这也是物联网环境下模组产品的演进趋势；对于终端厂家，嵌入式SIM卡模组具有更高的整体性能，极大地降低了模组和SIM卡因接触性问题而导致的故障，提升了终端设备的性能及可靠性，使终端设备能更好地满足市场需求，服务于客户，间接提升了终端产品的竞争力;而对于行业客户，嵌入式SIM卡模组很好地满足了某些客户对SIM卡和通信模组的高性能需求，降低了客户业务的故障率，减小了业务损失;另外，对运营商来说，通过模组加载物联网增值服务,可以提高ARPU值，从而增加收益，同时利用模组内嵌SIM卡的方式，也可以提前锁定客户，占领预装市场，提高用户黏性。

4结语

嵌入式SIM卡通信模组虽然在交通、税务、电力、金融领域有着广阔的应用前景，但目前仍然面临一些挑战。例如，需要模组厂商增加新型生产设备，改变现有生产、测试、发布流程；供货周期长，后个人化方案相对复杂，投入大；运营商需要改变现有的开卡、码号管理流程等。此外，市场对嵌入式SIM卡模组的感知和接受也需要一定时间。目前，在市场起步阶段，需要运营商和模组厂商进行合作，创新商务模式，快速寻找市场突破口，共同开拓物联网新兴市场。

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