滿足工業/汽車M2M嚴苛環境要求    高規eSIM實現安全可靠聯網

可靠的機器對機器(M2M)通訊是物聯網(IoT)應用成功的先決條件。通訊是以安全地辨識傳送方與接收方為基礎，但對連線能力的要求則會視應用的安全與環境特性而有極大的不同。例如，蜂巢式M2M通訊非常適合偏遠及纜線難以布建的區域中的機器建立連線性。同時也用於各種傳送與接收資料的行動裝置，例如手機和聯網汽車。 

為了克服行動通訊中傳統可卸除式用戶識別模組(SIM)卡帶來的限制，嵌入式SIM(eSIM)提供許多優勢，有助於在物聯網裝置和相關服務中順利地建置行動連線能力。為加速eSIM的實作，業界目前正在制定國際適用的標準。不過，由於eSIM提供不同的品質等級和外型規格，必須根據特定應用來選擇適合的解決方案(表1)。 

智慧連線能力是物聯網的核心，例如讓智慧機器能夠在進行工業生產時交換資訊，或是聯網汽車可傳送或接收關於交通或天氣狀況的更新資訊。有線通訊需要龐大投資(例如安裝光纖)，如今隨著行動網路普及，為原本連線建置相當困難或成本昂貴的遠端生產據點提供另一種連線能力的選擇。 

由於新物聯網應用的激增，針對機器類型通訊來最佳化行動網路的計畫(如LTE-M等)也日益蓬勃發展。除了標準化外，許多的行動網路營運商(MNO)也正在強化其M2M通訊方案，提供更具吸引力的行動連線能力。 

為克服SIM卡在M2M市場中所創造的挑戰，全球行動通訊系統協會(GSMA)發表eSIM或稱eUICC(嵌入式通用積體電路卡)並制定規格(圖1)。GSMA的嵌入式SIM規格，為M2M連線的遠端配置與管理提供單一的產業標準機制，從訂閱業者方案到後續更改至不同業者方案，皆可以透過無線方式開通。 

圖1 GSMA嵌入式SIM(eSIM)技術是目前SIM技術的延伸，著重於M2M應用。使用相同的SIM硬體，可在整個生命週期內，從遠端下載eSIM訂閱的認證資料。

基本上，eSIM提供的功能與傳統SIM卡相同，不過eSIM可隨時從遠端變更業者設定檔，並提供微型化的可焊接外型規格。eSIM基本上並非新的概念，事實上，M2M應用已採用eSIM數年，許多eSIM廠商正提供解決方案，以無線的方式管理訂閱作業。 

eSIM的優點使其成為M2M應用的理想選擇，在出貨時已封裝，而且可以直接焊接在裝置的電路板上。這提高了可靠性，能夠減少因為振動、腐蝕和其他環境因素所造成的故障。此外，eSIM的使用生命週期通常為10年以上，比標準規格的SIM還長，這代表在裝置的使用生命週期內，通常不需要更換eSIM。 

eSIM的另一項重要優點是實體安全性。將SIM直接焊接在裝置的電路上，幾乎就無人能夠改造裝置，將SIM卡取出濫用。 

目前適用於M2M應用的eSIM，通常提供小型的表面黏著MFF2封裝(5.0毫米×6.0毫米×0.9毫米)。此種表面黏著的格式提供了與全尺寸、2FF及3FF SIM卡相同的電氣介面，但在製造過程中已焊接到電路板上。在無須更換SIM卡的M2M應用中，可省去接頭的需要，提升設計、可靠性與安全性。 

嵌入式SIM推動了M2M市場的成長 

現在大多數的嵌入式系統(物件)仍為離線式，但根據GSMA的估計，到2020年之前，將會有超過300億個項目上線，其中至少有120億個是透過行動網路連線，而主要的增長將來自互連的M2M裝置。人們正使用行動網路來連結所有類型的裝置，例如工廠自動化中的機器、自動化讀取公用事業儀表、汽車與商用車輛的智慧連線、交通燈號、居家防護和生活輔助等。 

對產業而言，eSIM促進了在工業裝置中建置行動連線能力，也有助於克服在現場管理這些裝置的挑戰：許多的M2M裝置位於偏遠地點，而且經常是完全密封，這些裝置在生產時無法得知售出後的使用地點，產品的生命週期也往往很長。 

除了工業自動化外，還有其他許多建置eSIM的有趣範例。其中一個就是「冷鏈」監控。在此應用中，eSIM用來在整個物流過程中監控對溫度敏感的產品。Maersk提供貨櫃讀取器的特殊解決方案，可透過衛星來控管全球二十八萬個冷凍貨櫃的位置和溫度。 

行動網路業者AT&T提供的產品，可檢測槽罐中的液位，並在液位降低到一定水平以下時通知供應商。電梯供應商Otis則透過即時資料交換，判斷適當的維護保養時機。 

此外，eSIM也非常適合內建於能源用途產品或智慧電表中。相關的系統可用來針對家庭用戶、工廠與發電廠，從遠端監控能源的消耗/產製。 

對工業裝置的製造商而言，eSIM的小型尺寸提高了設計的彈性。eSIM也可實現單一庫存管理單位並促進全球配送效率，簡化製造流程，從而簡化終端客戶(例如製造工廠)的產品推出作業；由於不須針對特定設備另外購買和配銷SIM卡，因此有助於降低營運成本。顧客也可以隨時更換服務供應商。不過，如果eSIM無法配合專屬應用充滿挑戰的各項要求，就可能無法在嚴苛的工業與自動化環境中實現前述所有優點(圖2)。 

圖2 M2M市場區隔為截然不同的品質等級與安全需求，必須在設計階段的早期就納入考量，以選擇適合的eSIM解決方案。

品質與可靠性是關鍵 

過去SIM卡大多用於消費性裝置，這表示在許多情況下，SIM卡並未最佳化，不適合在嚴苛的工業環境中運作。如果SIM這類必要的小型元件無法因應工業環境的品質挑戰，則使用物聯網技術實現自動化及最佳化工業製程的承諾將無法兌現。 

廠商提供不同品質等級及外型規格的eSIM。做出設計決策之前，工業裝置製造商務必要和eSIM供應商攜手合作，探討影響eSIM可靠性的三大層面：技術、應用及環境條件。 

對於類似的作業條件，矽(Si)技術可能會有不同反應。舉例來說，不同技術在較高溫或較低溫的環境下，都可能增加故障率。為了了解技術的效果，裝置製造商必須與eSIM供應商合作，確保選擇適當產品。 

製造商必須確認供應商採取適當措施，保證提供合乎承諾的品質水準，例如進階測試、嚴謹的製程控制和品質門檻，並採取各種進階機制以保護記憶體免於壓力過高。稱為任務剖面(Mission Profile)的這項應用，將定義eSIM的使用方式，並對eSIM的整體故障率產生重大影響。任務剖面包括掌握有效運作時間、更新頻率以及使用的記憶體大小。 

環境條件一般由各項變數判定，例如濕氣、濕度、腐蝕和機械及電磁衝擊。不過，最具影響力的變數是作業溫度。傳統SIM卡的溫度範圍介於-25至85℃，不太可能勝任工作。因此，需要溫度範圍介於-40℃至105℃的eSIM解決方案。 

適合M2M應用的安全晶片 

現已有業界廠商例如英飛凌開發出豐富的工業級安全晶片系列產品，適合在嚴苛的環境和使用條件下運作，為工業M2M應用提供安全可靠的行動連線能力。 

例如其SLM系列包括適合工業M2M應用的16位元和32位元安全晶片。16位元的SLM 76晶片經過最佳化，可滿足大量M2M應用的需求，並提供微型的標準MFF2封裝或專用M2M晶片卡模組。SLM 97(圖3)則是高效能32位元產品，適合工業M2M應用，完全符合歐洲電信標準協會(ETSI)與GSMA指定的eUICC規格。 

圖3 SLM 97適合M2M工業應用，提供裸晶、M2M4.7、ETSI MFF2(也稱為DFN8/SON8/VQFN-8)或VQFN32封裝。

為進一步提高互連工業裝置的安全性，eSIM可結合OPTIGA Trust認證晶片。例如，OPTIGA Trust E具備I2C介面與擴大的溫度範圍(-40至+85℃)，專門設計來保護高價值的投資商品。 

汽車產業正引領發展 

M2M為汽車產業提供了龐大的商機。「聯網汽車」一詞涵蓋了多樣化的應用，例如引擎管理、遠端車輛監控、駕駛人失去意識時取得控制，以及在發生車禍時自動啟動緊急呼叫。 

在車內建置eSIM的驅動因素，包括緊急呼叫系統和聯網汽車服務。舉例而言，歐盟委員會就選擇eUICC作為其車用緊急呼叫服務(eCall)的規格，歐盟自2018年起出廠的新車，將強制要求建置此服務。若發生車禍，而駕駛人失去意識，車輛會自行啟動緊急呼叫。 

不過，內建的行動連線能力，也可實現高階的聯網汽車服務，例如即時交通資訊、網際網路連線和遠端協助，例如寶馬(BMW) Connected Drive、奧迪(Audi) Connect、Mercedes Me Connect。 

聯網汽車的各種商機也為汽車產業帶來特定的挑戰。電腦與行動裝置的目標是增加多幾年的使用壽命，以及新的功能可以在下一代的產品中實現；但汽車製造商必須思考得較為長遠，預設高達15年的產品生命週期。 

在聯網汽車中，eSIM是汽車與電信世界之間的連結元件。汽車製造商極力追求最高的品質水準，行動網路業者則著重於保護安全認證資料不受竊取和複製。此外，eSIM的遠端管理功能，可讓汽車製造商減少後勤支援的複雜度，並在車輛的使用壽命期間，透過無線軟體(SOTA)更新等功能，輕鬆地為客戶部署新的服務。 

對此，SLI系列提供最佳化的16位元(SLI 76)與32位元(SLI 97)安全晶片(圖4)，適合汽車M2M應用，符合最高的汽車標準。 

圖4 16位元(SLI 76)和32位元(SLI 97)的SLI安全晶片提供與SLM系列類似的功能，但針對汽車M2M應用最佳化，應用包含緊急呼叫(eCall)、聯網汽車和車對車通訊等。

總歸來說，物聯網及相關的大量新裝置和解決方案，需要彈性可靠的M2M通訊解決方案。行動通訊解決方案在有線應用之外，提供安全且具成本效益的替代選項，尤其適用於與偏遠地區機器的通訊，以及聯網汽車等行動應用。 

(本文作者為英飛凌M2M產品行銷經理)