嵌入式SIM卡通信模組在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究
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引言
物聯(lián)網(wǎng)(TheInternet of Things)把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用在各個(gè)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(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合。人類可以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活,達(dá)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(jī)器對機(jī)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(dá)到30比1,物聯(lián)網(wǎng)被稱為是下一個(gè)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(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心部分。通過在機(jī)器上安裝插有SIM卡的無線模塊,可使機(jī)器終端無線接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),從而接入互聯(lián)網(wǎng),最終實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī),SIM卡通過SIM卡插槽與通信模塊連接,進(jìn)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(xì)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(qiáng)電磁干擾、輻射、腐蝕等環(huán)境)會(huì)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(jī)卡分離,SIM卡接觸不良,車輛震動(dòng)環(huán)境,同時(shí)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(dòng)、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(jī)、稅控機(jī)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(qiáng)的抗電磁干擾能力,而且讀寫次數(shù)更多,抗靜電能力更強(qiáng)。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(diǎn)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(qiáng)至普通卡的5倍以上,但在一些惡劣環(huán)境下,其防震動(dòng)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(shí)能加強(qiáng)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(shí)可防盜用,可有效避免SIM卡從卡基脫落,具備強(qiáng)抗振動(dòng)、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(dòng)機(jī)裝置的設(shè)備等。
嵌入式SIM卡的突出特點(diǎn)除了具備工業(yè)級SIM卡的特點(diǎn)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(dòng)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(shí)間 |
在85C條件下可保持10年 |
防震動(dòng) |
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(dòng)在嵌入式SIM卡通信模組方面的進(jìn)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(jìn)。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(dòng)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域起步較早,并進(jìn)行了大量的探索和項(xiàng)目實(shí)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(jìn)趨勢。中國移動(dòng)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也大致經(jīng)歷了兩個(gè)階段:第一個(gè)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(dòng)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(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)終端運(yùn)營管理平臺(tái)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(dòng)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(jī)項(xiàng)目,其中一期嵌入式SIM卡模組的裝機(jī)量已達(dá)到一萬臺(tái)。同時(shí),重慶移動(dòng)利用終端管理平臺(tái)向客戶提供了稅控機(jī)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(shí),嵌入式SIM卡也保證了對稅控機(jī)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(jì)損失,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)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(dòng)正在進(jìn)行嵌入式SIM卡通信模組的研究和項(xiàng)目探索,并已取得階段性的成果,同時(shí)還在為大規(guī)模推廣進(jìn)行準(zhǔn)備工作。預(yù)計(jì)今后將在更多的項(xiàng)目中進(jìn)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(jī)項(xiàng)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(jī)項(xiàng)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(jià)值鏈中模組廠家和運(yùn)營商聯(lián)合進(jìn)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(diǎn),運(yùn)營商則加大了對物聯(lián)網(wǎng)終端價(jià)值鏈的掌控力度,因此,通過嵌入式SIM卡通信模組可以實(shí)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(xì)分市場的需求,填補(bǔ)市場空白,使模組廠家找到新的盈利點(diǎn),這也是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下模組產(chǎn)品的演進(jìn)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(yùn)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(shí)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(gè)人化方案相對復(fù)雜,投入大;運(yùn)營商需要改變現(xiàn)有的開卡、碼號(hào)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(shí)間。目前,在市場起步階段,需要運(yùn)營商和模組廠商進(jìn)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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