Embedded SIM - Wachstumstreiber für M2M Robuste eSIM-Controller

Für die M2M-Kommunikation per Mobilfunk eignen sich eingebettete SIMs.

Eine einfache und robuste Integration von Mobilfunkmodems ist dank Embedded SIM möglich. Sie ermöglicht, hochwertige und langlebige Geräte und Systeme mit M2M-Kommunikation auszustatten.

Herkömmliche SIM-Karten (Subscriber Identity Module) haben ganz wesentlich zum Erfolg der Mobiltelefone beigetragen. Allerdings weisen sie für den Einsatz im diversifizierten M2M-Markt doch Einschränkungen im Hinblick auf Robustheit, Flexibilität und Zuverlässigkeit auf. Um die Beschränkungen traditioneller, herausnehmbarer SIM-Karten, wie sie aus der Mobilfunkkommunikation bekannt sind, zu überwinden, bieten eingebettete SIM-Karten (eSIM) eine Reihe von Vorteilen. Derzeit legt die Mobilfunkbranche international gültige Standards hierfür fest. So wurde eSIM als allgemeine technische Spezifikation von der GSMA (GSM Association) spezifiziert. Da eSIMs in verschiedenen Qualitätsstufen und Formfaktoren angeboten werden, ist es jedoch wichtig, die zur jeweiligen Anwendung passende Bauart zu wählen. Angesichts der Flut neuer IoT-Anwendungen kommen Initiativen in Gang, die sich mit der Optimierung des Mobilfunknetzes für die Kommunikation zwischen Maschinen beschäftigen, z.B. LTE Cat M1.

Die Spezifikation der GSMA für eSIMs liefert nun einen De-facto-Standardmechanismus für die Bereitstellung und Verwaltung von M2M-Verbindungen aus der Ferne, direkt über das Mobilfunknetz („over the air“ ,OTA), incl. einer erstmaligen Nutzungsvereinbarung mit einem Mobilfunkbetreiber sowie dem späteren Wechsel zu einem anderen Betreiber (Bild 1 und Kasten).

Im Wesentlichen bietet eSIM die gleichen Funktionen wie herkömmliche SIM-Karten, erlaubt aber im Gegensatz zu diesen jederzeit das Ändern von Betreiberprofilen aus der Ferne. Außerdem befindet es sich in einem lötbaren Gehäuse mit sehr kleinen Abmessungen. Das eSIM-Konzept ist prinzipiell nicht neu. Tatsächlich werden eSIMs bereits seit mehreren Jahren für M2M-Anwendungen benutzt.

Die Vorteile von eSIMs machen sie zur idealen Wahl für M2M-Anwendungen, da sie versiegelt geliefert und direkt auf die Platine eines Geräts gelötet werden können. Dadurch erhöht sich die Zuverlässigkeit in Bezug auf die Reduzierung von Fehlfunktionen aufgrund von Stößen, Vibration, Korrosion und anderen Umwelteinflüssen. Darüber hinaus ist die Lebensdauer eines eSIM mit mindestens zehn Jahren höher als die eines herkömmlichen SIM. Das heißt, dass eSIMs während der Lebensdauer des Geräts üblicherweise nicht ersetzt werden müssen.

 

Eine eSIM für den Wechsel des Mobilfunkbetreibers
Die Technik des eingebetteten SIM (eSIM – embedded Subscriber Identity Module) gemäß GSMA ist eine Weiterentwicklung der herkömmlichen SIM-Technik und konzentriert sich auf M2M-Anwendungen. Das Prinzip: Ein Unternehmen, das Mobilfunkmodems in seine Produkte integriert, kauft das eSIM vom Mobilfunknetzbetreiber A und schließt einen Subskriptionsvertrag mit ihm. Der Mobilfunknetzbetreiber A erzeugt ein Profil (SM-DP – Subscription Data Preparation; SM-SR – Subscription Secure Routing) und lädt dieses auf das eSIM. Im Anschluss kann das damit bestückte Mobilfunkmodem zur Datenübertragung per Mobilfunk im vertraglich vereinbarten Rahmen genutzt werden. Nach Abflauf des Vertrages mit Mobilfunknetzbetreiber A kann der Hersteller zum Mobilfunknetzbetreiber B wechseln. Dann wird dessen Profil in einem genau definierten Verfahren auf das eSIM geladen. Die unterbrochenen Linien zeigen die Software-Transaktionen.
(Quelle: GSMA/Beecham Research)

 

Ein weiterer wichtiger Vorteil von eSIMs ist ihre mechanische Sicherheit. Da das SIM direkt auf die Platine des Gerätes gelötet wird, ist es nahezu unmöglich, das Gerät so zu manipulieren, dass das SIM zu Missbrauchszwecken entnommen werden kann.

Heutige eSIMs für M2M-Anwendungen befinden sich üblicherweise in einem kleinen Gehäuse des Typs MFF2 mit Abmessungen von 5,0 mm × 6,0 mm × 0,9 mm. Das SMT-Format verfügt über die gleiche elektrische Schnittstelle wie Full-Size-, 2FF- und 3FF-SIM-Karten (Tabelle), wird aber im Rahmen des Fertigungsprozesses auf die Platine gelötet. Dadurch wird bei M2M-Anwendungen, wo ein Austausch der SIM-Karte nicht erforderlich ist, kein Anschluss mit trennbaren Kontakten benötigt, was die Konstruktion, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit verbessert.

SIM-KarteEinführungStandardLänge (mm)Breite (mm)Dicke (mm)
Full-Size (1FF)1991ISO/IEC 7810:2003, ID-185,653,980,76
Mini-SIM (2FF)1996ISO/IEC 7810:2003, ID-00025150,76
Micro-SIM (3FF)2003ETSI TS 102 221 V9.0.0, Mini-UICC15120,76
Nano-SIM (4FF)2012ETSI TS 102 221 V11.0.012,38,80,67
Eingebettete SIM (eSIM)2014JEDEC Design Guide 4.8, SON-8; ETSI TS 103 383 V12.0.0; GSMA SGP.22 V1.0650,9

 

Tabelle. Seit dem GSM-Start haben sich die SIM-Karten stetig verkleinert. Mit eSIMs ist eine Montage direkt auf der Leiterplatte per Lötprozess möglich – was einen Austausch des eSIM durch den Anwender ausschließt. (Quelle: Infineon Technologies)