眉山未来趋势 浅析物理SIM卡向虚拟eSIM卡的转变
- 作者:佚名
- 发表时间:2022年10月21日下午3:00
- 来源:未知
最近小米和联想都推出了4G版的笔记本,通过集成的eSIM晶片获得了对4G网络的支持。在此之前,三星Gear S2也集成了eSIM卡,在智能手表领域掀起了不小的波澜。问题来了,eSIM是个什么东东?和现在手机里的SIM卡相比有啥区别?
在介绍eSIM之前,我们还是有必要简单回顾一下SIM卡的发展史。
没有最小只有更小的SIM卡
SIM卡(Subscriber Identification Module,客户识别模块)是一种集成度较高的芯片,它是由微处理器CPU、程序存储器ROM、工作存储器RAM、数据存储器EEPROM和串行通信单元5个模块组成。运营商在各个时期发行SIM卡的主要区别在于EEPROM的容量,比如8K、16K、32K、64K、512k等,它的大小将决定SIM卡中可以保存多少联系人等信息。
SIM卡原本应该是默默隐藏在手机里的一件存在感很低的东西,然而在智能手机的发展历程中,它却至少给我们找了2次麻烦。没错,就是由标准卡、中卡和小卡所引发的兼容性问题(图11)。
各种转换卡托曾绕晕了不少用户
如今SIM卡拥有3种规格:标准SIM卡尺寸为25mm×15mm×0.8mm;Micro SIM卡尺寸为12mm×15mm×0.8mm;Nano SIM卡尺寸为12.3mm×8.8mm×0.7mm,体积越来越小(图2)。
SIM卡的形态变化从侧面也印证了智能手机的发展趋势:更轻更薄,甚至连塞进标准SIM卡的空间都收到了影响(图3),所以今天的智能手机大都已经过渡到双Nano SIM卡,或是Nano SIM卡+Micro SIM卡(图4)。至于标准SIM卡,只能在老年机市场刷“存在感”了。
如今手机体内的SIM卡插槽也是越来越小
部分Android手机还可选装存储卡
如果你一直以为SIM卡历年来的革新只是表现在体积越来越小之上,那你就太小看它了。实际上,从3G时代开始,SIM卡也引入了不少容易被我们忽视的黑科技。
迎接4G SIM向USIM转型
2014年算是国内4G网络的普及元年,但不知道大家是否还记得,当我们购买全新的4G手机后,还需要去中国移动营业厅开通4G业务,并将老SIM卡更换成一种名为“USIM”的全新卡片才能享受4G网络的高速冲浪?
那么,为何4G时代需要USIM卡的支持?USIM和原来的SIM卡差别又体现在了哪里?
简单来说,USIM卡同样拥有Micro和Nano两种标准,和传统SIM卡的差别除了表面印有USIM的标识外,表面芯片部分有所变化(图5),并在安全、速度、容量和功能层面都进行了升级。
在安全方面,SIM卡使用的是单向鉴权机制:在接入网络时只对SIM卡做身份认证,曾有黑客表示可以在短时间内远程控制任何一个SIM卡号码,甚至复制。而USIM卡使用的则是双向鉴权机制:通过AUTN(认证令牌)实现用户和网络的鉴权,接入网络时不仅对USIM卡进行身份认证,USIM卡同时也要对网络进行身份认证,因此可大幅提升破解难度,还能有效地识别或屏蔽伪基站,提升网络通讯的安全。
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如今的智能手机已经能从基带芯片(硬件)或系统层面(软件),实现对伪基站和垃圾短信的屏蔽,和USIM卡的伪基站识别可以实现互补。USIM卡在3G/4G网络下可以有效避免伪基站的问题,但如果运行在2G网络下(信号不好时),它还是等同于标准SIM卡,对伪基站也就无能为力了。此外,USIM卡依旧属于实体卡,金属表面的氧化、磨损会导致信号不稳定等情况,经常换手机的用户有类似的问题可以考虑更换新卡。
在速度方面,传统SIM卡只支持2G和3G网络,而USIM卡则是UMTS 3G网络的一个构件,可支持更高的数据速率。换句话说,USIM卡是识别和运行在4G网络上的必要条件,同时还能向下兼容3G和2G。
在容量方面,USIM卡最多可存储1000个号码,是传统SIM卡的2倍~4倍,并能针对每个联系人选择录入电子邮件、职位等其他信息,而且对于卡内信息的读取速度也较SIM卡提升了数倍。不过,如今更多用户习惯将联系人、通话记录和短信保存在手机本地或上传到云端,USIM的容量优势并没有太多的实际意义。
在功能方面,USIM卡在继承SIM卡可与NFC功能联姻的同时,进一步优化和丰富了钱包功能,承载金融、公交等第三方应用,相关内容我们后文会有详细介绍。
需要注意的是,USIM卡并非4G时代的专利,早在2G向3G过渡时期,中国联通就率先要求转网用户将正在使用的传统SIM卡更换为USIM 3G卡(图6)。因此,联通用户在从3G升级到4G时只需登记而无需换卡。
USIM卡的“变种” NFC USIM卡
如今越来越多的手机都已经开始支持NFC功能。遗憾的是,绝大多数手机的NFC并非全功能型,缺少SE安全芯片,只能实现NFC读卡,无法进行NFC写卡。因此,截至目前能直接在NFC模块中写入公交卡或银行卡的手机可谓凤毛麟角。
为了满足消费者使用手机刷卡的梦想,由运营商发行的NFC USIM卡就此出炉(图7)。NFC USIM的原理是在USIM卡内集成独立的SE安全芯片和射频天线线圈。将其安装在支持NFC的手机中,通过“和包”(中国移动发行,不同运营商所需应用不同)等APP就能往NFC USIM卡的SE中烧写进公交一卡通的随机卡号,然后就能在和包里进行充值了。
需要注意的是,NFC USIM卡中的话费余额和交通卡余额是独立存在的,需要分别进行充值和管理。此外,NFC USIM卡不仅可以写入公交卡,理论上银行卡、会员卡、积分卡、企业门禁卡等也都能写入(视NFC USIM卡发行方是否提供支持)。
NFC USIM的最大优势是,无论手机处于关机、息屏待机、通话等状态时,都不会影响SIM卡中SE信息的读取,永远都能被公交车或地铁出入口的闸机读取,无视手机状态(图8)。但是,NFC USIM也存在每次刷卡时都无需指纹、密码、APP验证,如果手机或SIM卡丢失就是大麻烦(交通卡余额不能挂失和找回)。
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有关智能手机NFC功能的原理,分类和功能方面的解析,感兴趣的读者可以参考本刊2016年24期《安全支付之源 全面剖析手机的NFC功能》这篇文章,或是直接扫码查看。
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2NTM2OTc1Nw==&mid=2247484679&idx=1&sn=aaeaf4e5107d3f6226962d261f405680&chksm=ea9f24f5dde8ade36de4ace8fb75629e689cc089f1374f78a84da80835919aab043adc6b6e68#rd
eSIM 从实体到虚拟的进化
虽然Nano SIM卡已经非常迷你,但它(以及相应的卡槽)对智能手表等穿戴式设备而言还是太过“庞大”。在智能手机和笔记本领域,为了实现更轻更薄的梦想,物理形态的SIM卡永远都不嫌小。
因此,GSM协会于2016年初发布了对物联网、智能穿戴产品和平板电脑的可编程(擦写)SIM卡,也就说我们所说的“eSIM”,又称虚拟SIM卡(图9)。不同于传统的物理SIM卡,eSIM卡摒弃了传统的可拆卸式SIM卡的设计思路,而是让卡可以作为一颗零部件被直接嵌入到设备中,从而彻底消灭实体SIM卡。
eSIM卡到底长啥样
在三星Gear S2 Classic 3G和出门问问旗下的Ticwatch 2智能手表身上,eSIM卡是一颗直接集成在手表内部主板身上的一颗芯片。以Ticwatch 2为例,它内置的eSIM芯片尺寸只有5mm×6mm,面积仅有Nano SIM卡的1/4,从而在超迷你的身材里实现了通话联网等功能(图10)。
在4G版的联想小新Air13 Pro和小米笔记本Air身上,eSIM则是直接集成在无线网卡身上的一颗芯片,无线网卡就是eSIM卡(图11)。未来,如果eSIM可以顺利引入智能手机领域,那它既可以是像Ticwatch 2那样嵌入一颗比Nano SIM卡还小的eSIM芯片,还有可能将eSIM功能直接融入到SoC的基带芯片中,真正从物理形态上实现终结。
eSIM卡的特色功能
那么,eSIM卡除了可以帮设备进一步瘦身以外,还有那些特点?
1.消费者可以摆脱SIM卡限制,可以根据网络信号好坏、资费高低差异等环境因素,随时切换不同的运营商(携号转网);
2.eSIM卡内所包含的安全信息,可用来帮助企业进行私有网络的身份验证,让手机数据的远程管理、找回与删除等安全防护更加容易;
3.在成本方面,通过SIM卡和卡槽的取消能够降低4元左右的成本,这在物联网领域是非常敏感的;
4.在开卡流程方面,运营商只需要在后台开通业务和计费系统就能开展业务,大幅压缩了制卡的流程。
其中,相信第2点是很多用户心中最美好的愿望:借助eSIM卡实现携号转网,再也不用担心运营商的各种不合理和霸王条款了!然而,支持携号转网只是eSIM的“理论”功能,现实中转网的需求几乎不可能达成。
eSIM卡的局限性
如今国内销售的智能手机除了iPhone以外,其它产品都将双卡双待作为了标准功能,而eSIM卡暂时还没有能力模拟双卡双待,所以在手机领域很难有所建树。
此外,现在国内销售的那些集成eSIM卡的设备,普遍是由运营商或指定网络服务方牵头的。比如,Ticwatch 2智能手表内置的eSIM芯片是由民生通讯提供,仅支持联通的WCDMA 3G网络。初次使用时要到微信公众号或民生通讯官网注册,大概流程是填写包装的上的ICCID(其实就是SIM卡的ID码)和个人信息、选号码和套餐、拍包装、身份证和自己的合照上传等待实名认证审核(图12)。
联想小新Air 4G版笔记本,其eSIM卡上网功能需要使用联想自家的“懂的通信”:运行联想懂的上网程序和联想ID激活,并仅支持联通的4G网络(图13)。小米笔记本 Air 4G版则是和中国移动合作,其集成的eSIM卡也仅支持移动一家的4G网络(图14)。想转网?最基本的网络制式就不支持!
eSIM卡的发展前景
抛开携号转网这个不切实际的梦以外,eSIM对移动设备、智能穿戴和物联网设备的促进作用很大。还是以我们最为熟悉的PC领域为例,平板二合一设备就是eSIM最大的潜在客户,它能帮助这些产品脱离路由器或手机生成的Wi-Fi信号,直接进行高速联网,可进一步提升办公和娱乐效率。
此外,微软在新版Windows 10系统中也对eSIM进行了支持和优化,在ARM架构处理器也能运行Windows 10系统和X86程序的将来,eSIM将为PC带来如下改变:
1,运行Windows 10电脑版系统和程序的电脑跑着手机处理器;
2,集成eSIM的Windows 10电脑可以随时联网,并获得通话短信功能。
未来,在eSIM的帮助下手机和电脑(主要是PC平板二合一设备)的区隔将被打破,手机即电脑,电脑即手机,差异只是大小和形态。当然,这些都是后话,微软和ARM(高通)的合作能否成功,骁龙芯片能否完美兼容X86程序也没有定论。
而eSIM在智能穿戴和物联网设备的前景更是值得期待,今后出门再也不怕忘带手机了,手机上的来电、聊天和各种提醒信息都会通过网络直接在智能手表、智能眼镜、车载屏幕上,无比方便。
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