关于SIM和eSIM,看这一篇就够啦!

2019-06-21 19:10:07 33点赞 72收藏 16评论

大家好,我是小枣君。

今天要聊的话题,是关于「SIM卡」的。

嗯,没错,就是这个东东——

关于SIM和eSIM,看这一篇就够啦!

现在是移动互联时代,几乎人手一部手机。

关于SIM和eSIM,看这一篇就够啦!

但是,大家都知道,手机再牛逼,如果没有SIM卡,也是废柴一个——既不能打电话,也不能发短信,更不能移动上网。

为什么呢?因为SIM卡代表了手机的“合法身份”,相当于是手机的“身份证”。

在营业厅办理的SIM卡在营业厅办理的SIM卡

有了这个“身份证”,手机才能使用运营商的通讯网络,享受通信服务。

SIM卡槽SIM卡槽

那么,用于“身份识别”的SIM卡,就只是一个存储了“手机号”的小金属片吗?还存了别的信息吗?它到底是一个什么样的工作原理呢?

小枣君今天会逐一给大家揭秘!

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SIM卡的构造


SIM卡,通常简称SIM,全名是Subscriber Identity Module(用户识别模块),因为它一直以卡片形式存在,所以我们都习惯叫它SIM卡。

实际上,SIM卡是一个装有微处理器的芯片卡。

嗯,没错,SIM卡里竟然有个CPU!

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除了CPU之外,SIM卡上面还有程序存储器ROM、工作存储器RAM、数据存储器EEPROM,以及串行通信单元。

是不是觉得很耳熟?对,一台计算机就有CPU、ROM、RAM、I/O设备。所以说,一个SIM卡,基本上就是一个微型计算机了。

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我们使用手机和SIM卡时,实际上是手机向SIM卡发出了命令,SIM卡根据标准规范来执行并反馈结果,不是想象中只做单纯的信息存储器那么简单。

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如果各位仔细观察SIM卡,会发现这个小金属片上面会被划分成不同的区域,有点像“图腾”。

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这些不同的区域,实际上是SIM卡和手机连接时,不同的触点连接。

SIM卡槽和触点SIM卡槽和触点

不同的触点,有着不同的用处。有的是给SIM卡供电,有的是为了手机和SIM卡交换数据。

电源(Vcc) 、复位(RESET) 、时钟(CLK) 、接地端(GND)、编程电压(VPP)、数据I/O口(Data) 电源(Vcc) 、复位(RESET) 、时钟(CLK) 、接地端(GND)、编程电压(VPP)、数据I/O口(Data) 


前面小枣君说了,在SIM卡上,存储了我们手机用户的信息。那么,究竟是哪些信息呢?如下:

1、由SIM卡生产厂商存入的系统原始数据。

2、由移动运营商在将卡发放给用户时注入的网络参数和用户数据。包括鉴权和加密信息、算法、参数。

3、由用户自己存入的数据。比如,短消息、通讯录、话费记数等。

4、用户在用卡过程中自动存入和更新的网络接续和用户信息类数据。包括最近一次位置登记时的位置信息,临时移动用户号(TMSI)等。

这些数据信息中,第1类是写死无法修改的,第2类是只有专业部门才能查阅和更新的,第3、4类才是手机可以读写更新的。

所以说,SIM卡里,大有乾坤。

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SIM卡的演进历史


说完SIM卡的构造,我们再来看看它的历史。

SIM卡作为通信史上的一个伟大发明,其实已经诞生快30年了。

上世纪90年代,2G通信标准GSM在欧洲诞生,并在全球迅速普及。

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1991年,德国捷德公司开发了世界上第一张SIM卡,随后卖了300张给芬兰运营商Radiolinja。


沃达丰的Orbitel 901沃达丰的Orbitel 901

发出了第一条短信的GSM移动电话,也是第一部插入了SIM卡的移动电话

大家知道为什么现在新办的SIM卡,都会嵌入在一张名片大小的卡片上吗?

SIM卡片SIM卡片

除了方便携带之外,最主要的原因,就是——最开始的SIM卡,就是名片那么大的。使用时,必须整张卡,塞进手机里面。

标准卡(原卡) VS 银行卡标准卡(原卡) VS 银行卡

上面这个才是真正的「标准SIM卡」,也叫“原卡”。

我们国家移动通信起步晚,基本上错过了“原卡”的时代。大部分人最早接触的SIM卡,是这样的——

Mini SIM卡(红框内)Mini SIM卡(红框内)

上图这种卡,叫「Mini SIM卡」,是手机小型化之后,在原卡基础上发展出来的。

2010年,欧洲电信标准协会(ETSI)再从Mini SIM发展出「Micro SIM卡」。

Micro SIM卡首次使用在苹果公司所推出的iPad及iPhone 4,后续iPhone 4S、iPad 2等众多智能手机都有采用。


Micro SIM 和 iphone4 Micro SIM 和 iphone4 

2011年,又是苹果公司,提出「Nano SIM卡」标准,经过2012年的一番竞争(战胜了诺基亚、RIM、摩托罗拉联合提交的方案),该标准被ETSI采纳为4FF标准。

Mini SIM、Micro SIM、Nano SIM(从左到右)Mini SIM、Micro SIM、Nano SIM(从左到右)

所以,独立实体形态的SIM卡,一共有四个标准。

减肥效果显著!减肥效果显著!

关于SIM卡的变化,大家其实都看得出来了,并不是什么技术演进,说白了,就是剪塑料(剪卡)。

剪卡剪卡

剪卡如今也是一件很常见的事情,淘宝买个剪卡器,自己就能剪。


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小卡也可以通过卡托,变成大卡。

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总之,可大可小,非常灵活。

SIM卡和UIM卡

其实,关于SIM卡,大家还有一个误解。

一直以来,我们把手机卡都叫做SIM卡,这并不严谨。

SIM卡是属于GSM技术的,对于GSM的死敌——CDMA来说,它的手机卡,并不叫SIM。

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那早期的CDMA手机,用的是什么卡?

答案是——没有卡。

嗯,你没听错,早期的CDMA手机是不插卡的。而且,目前国际上的CDMA运营商(为数不多了),它们的手机,基本上都是不插卡的。

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那CDMA手机靠什么来拥有手机号码等信息呢?

有的是运营商直接在手机中写入号码,然后一起卖给用户;有的是通过OTA,也就是Over The Air,空中放号。

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例如,买了全新的CDMA手机之后,第一次开机,按指定格式发一些消息,即可实现手机号码信息的写入,变成一部正常的手机,这就是一次OTA空中放号的过程。

如果大家有点印象,iPhone刚火起来的时候,很多人去买国外的水货iPhone 4S,就会买到美国CDMA运营商Verizon的iPhone 4S,当时被称为“V版”iPhone,都是不能插手机卡的。如果你要在中国用它,必须“找关系”,对手机进行“烧号”,才能使用。其实,就是把你的电信号码“烧进”手机里面,实现机卡一体。

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话说,当年中国加入WTO时,和美国谈判,作为条件之一,美国“要求”我们必须建一张CDMA网络,我们才有了联通的那张C网(后来卖给中国电信)。而我们也对这张C网做了一点“小改动”,就是必须有“卡槽”。

于是,中国这张CDMA网络,成了世界上唯一一张要插手机卡的CDMA网络。

CDMA制式的手机卡,叫UIM卡,全名是User Identify Module,很巧,中文名也叫用户识别模块。

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Subscriber和User,都有“用户”的意思。

通信行业里,通常用subscriber指代手机用户。

现在,UIM是由中国电信倡导,CDMA的大旗,也是中国电信在扛。不过,应该也扛不了多久了。

UIM和SIM除了技术制式上的区别之外,在外型尺寸、作用功能方面几乎没有什么不同,所以大家通常也把UIM称为SIM。

eSIM卡的诞生背景

前面讲到剪卡。那么,问题来了。

既然SIM卡已经被剪成只剩金属部分,那还能不能再剪了呢?

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很多人会问,难道Nano-SIM还不够小吗?还不能满足要求吗?

众所周知,随着科技的不断发展,我们的手机已经变得非常轻薄。

即便如此,手机厂商们在手机尺寸和空间利用上依然是殚精竭虑,丧心病狂。

Nano-SIM虽然看上去已经很小了,但是对于手机厂商来说,还是无法忍受。

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除了SIM卡本身之外,卡槽结构以及对应的接口走线,也要占用空间。

除了手机之外,最要命的是可穿戴智能设备智能手表、运动手环、智能眼镜)。对它们来说,即使是Nano-SIM,也还是太大了。

带通讯功能的手表,空间非常有限带通讯功能的手表,空间非常有限

此外,有卡就有卡槽,有卡槽就有缝隙。

手机卡槽手机卡槽

SIM卡槽的缝隙,严重影响设备的防水,进而限制了设备的使用场景。

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所以说,厂商们迫切希望能够干掉手机上所有的“孔”和“缝”。

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第三点,SIM卡是插在卡槽里的,通过金属触片连接,但是这种非焊接的接触,就会存在接触不良的问题。

尤其是可穿戴设备,经常会有磕碰,时间长了,容易导致松动或脱落,影响使用。

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最后一点,也是最重要的一点,就是换号困难。

SIM卡代表了用户和单一运营商的契约关系。你办理了SIM卡,就是和运营商签订了合同,凭卡享受服务。

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SIM卡就好像一把钥匙。一把钥匙只能开一个门,如果你想开别的门,就必须再买别的钥匙。

换钥匙就是换卡,对于手机用户来说,换卡是一件挺麻烦的事。

卡针,要用的时候却永远找不到卡针,要用的时候却永远找不到

所以,手机厂商们一直在考虑,如何才能彻底解决SIM卡的这些问题。

这一次,苹果公司最先想到了办法。

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2011年,苹果公司向美国专利和商标局申请了一项虚拟SIM卡专利。

2014年,苹果发布了自己的SIM卡——Apple SIM,嵌入美国和英国发售的iPad Air 2和iPad Mini 3平板电脑中,允许用户设备动态选择运营商网络。

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2015年7月,苹果公司和三星计划联手推出eSIM卡。

2016年6月,GSMA(GSM协会)发布智能手机eSIM规范。这一规范获得全球超过30家运营商、芯片商及苹果、三星、谷歌等智能手机厂家的支持。

那么,到底什么是eSIM呢?

看到eSIM这个词,你可能会以为“e”代表“电子(electronic)”,是电子SIM卡,其实并非如此。

eSIM是指Embedded-SIM(嵌入式SIM卡),本质上还是一张SIM卡,只不过它变成了一颗SON-8的封装IC,直接嵌入到电路板上。

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这样一来,不仅解决了连接可靠性的问题,也节约了高达90%的空间。

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而且,eSIM是可编程的,支持通过OTA(空中写卡)对SIM卡进行远程配置,实现运营商配置文件的下载、安装、激活、去激活及删除。

OTA过程OTA过程

说白了,你不用去营业厅,就可以灵活选择多家运营商的网络,像选Wi-Fi一样方便。

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这不是要了运营商的老命?!

长期饭票变成临时饭票,用户和运营商之间的契约关系说完蛋就完蛋,用户粘性大幅下降,说翻脸就翻脸,运营商一点办法都没有!

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对于苹果、华为这样的终端设备商来说,eSIM简直不要太爽——即节约了空间,方便了设计,也降低了难度和成本。

Apple Watch Series3Apple Watch Series3

仅比前代手表增加了0.2mm的厚度,就实现通讯功能。

最重要的是,有了eSIM,终端设备商就可以绕开运营商,直接和用户搭上线了。至于你运营商会怎么样,他们才不会在乎呢。

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这就是为什么,终端设备商愿意大力推广eSIM——

2015年8月,三星Gear S2成为首款支持eSIM的智能手表。

2017年9月,苹果发布的Apple Watch 3也采用了eSIM方案。

2017年10月,Google最新发布的两款手机Pixel 2与Pixel 2 XL成为首款兼容eSIM的智能手机。


……


一时间,狼烟四起,终端设备商们纷纷投入eSIM的怀抱。

话说回来,前面提到,是GSMA发布了eSIM的规范。而GSMA(GSM协会)是一个代表全球移动运营商利益的组织,按理来说应该抵制才对,为什么会推动eSIM呢?

关于SIM和eSIM,看这一篇就够啦!因为运营商们根本不是为了手机才推进eSIM的。他们关注的重点,是物联网。

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根据专业机构预测,到2025年,全球M2M(Machine to Machine)连接设备数量将达到300亿,这些设备都依赖e-SIM相关网络技术实现联网,对于网络运营商来说是一块超大的蛋糕。

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所以,即使是心里不情愿,很多运营商还是忍痛支持eSIM——包括AT&T、德国电信、沃达丰、西班牙电信以及Orange等各大运营商,都在推动eSIM的发展和普及。

国内的运营商当然也不会坐视不理。他们瞅准了eSIM在物联网上的巨大商机,频繁做出响应。

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2017年6月,上海CES Asia(亚洲消费电子展),中国移动推出一款全球尺寸最小的eSIM NB-IoT通信模组M5310,成为热点。

联通对eSIM的推广联通对eSIM的推广

除了eSIM之外,大家可能还听说过softSIM和vSIM。

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如果说eSIM至少还算是一个硬件,那么,softSIM和vSIM干脆一不做二不休,彻底消灭了硬件。

例如SoftSIM,依托操作系统软件实现SIM功能,没有实际的物理芯片存在,对基带进行修改后,基带重定向直接通过其它接口和操作系统层交互,而不再需要访问SIM硬件。(这应该是虚拟SIM的终极形态吧!)

华为的天际通,就是基于海思SoftSIM技术华为的天际通,就是基于海思SoftSIM技术

虚拟SIM技术的未来

eSIM、softSIM和vSIM,都是虚拟SIM技术。

虚拟SIM的发展之路注定是坎坷的。从诞生之日起,围绕这项技术的就是持续不断的纷争、博弈。

例如最开始的Apple SIM,刚发布后,美国几大运营商就很不情愿,各种推诿,各种附加条件,Verizon干脆直接拒绝。

还有后来的Apple WATCH,也是屡次发布,不发布,又发布,反反复复……

刚刚提到的天际通,也传言被有关部门约谈…

这些阻碍eSIM的神秘力量,都是有原因的——承载着用户数据的SIM卡,牵扯了太多的利益,是运营商的最重要资产之一,哪能拱手让人?

除了利益损害之外,安全因素也是一个大问题。

终端设备厂商鱼龙混杂,有大企业,也有小企业,用户在各个运营商的签约信息,是否可以放心交给他们?他们怎么才能保证不篡改、不泄露?

对于eSIM系统来说,谁控制配置eSIM的平台,谁就拥有主动权对于eSIM系统来说,谁控制配置eSIM的平台,谁就拥有主动权

尽管eSIM的前进道路充满阻碍,但谁都不能否认它的未来趋势。

据权威部门预测,至2020年,新增eSIM连接数将达到2亿个,全球将拥有3.46-8.64亿部内置eSIM卡的智能手机。德国电信甚至大胆预计,至2025年,eSIM将全面取代传统SIM。

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总而言之,在目前物联网技术井喷式发展的带动下,eSIM的普及势必提速。相信在不久的将来,我们会看到越来越多支持eSIM的产品出现,也许很快,我们就真的要和“SIM卡”说拜拜了哦。

好啦,今天的内容就到这里,感谢大家的耐心观看!

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