Datenkommunikation Industrial Networking: Die eSIM verändert auch das IoT

Die Mobilfunkkarte eSIM ist auf dem Vormarsch. Das e steht für embedded und meint den fest verbauten SIM-Chip auf der Leiterplatte. Eine vorteilhafte Ablösung der konventionellen SIM-Karte.

Als Chip auf der Geräteplatine integriert schickt sich die elektronische SIM-Karte (eSIM) an, die althergebrachte SIM-Karte abzulösen. Vorteil: Kein umständliches Handhaben, besserer Schutz vor Schmutz und Feuchtigkeit und schneller Provider-Wechsel.

Die eSIM ist die globale Spezifikation der GSMA, um SIM-Module remote für jedes beliebige Mobilgerät bereitzustellen. Diese Spezifikation wird in verschiedenen Anwendungen der Unterhaltungselektronik, bei Heim-IoT-Anwendungen, industriellen IoT-Anwendungen (IIoT) wie Smart Metering oder in der Logistik angewandt. In der Automotive-Elektronik sorgt sie beispielsweise für die Sicherheit von vernetzten Services. Die eSIMs ist also ein bereits in das Endgerät eingebetteter SIM-Chip.

Die erste Version der eSIM-Architektur-Spezifikation wurde Ende 2015 veröffentlicht. Das erste Gerät, das durch eSIM-Standard mit einer Teilnehmerkennung ausgestattet wurde, war die Smartwatch Gear S2 von Samsung. Google und Apple folgten 2018.

Der eSIM-Einzug in die Industrie-Anwendung

Die eSIM ist mehr als nur eine Miniatur-Ausgabe der klassischen SIM-Karte: Mit der eUICC-Technologie ist es erstmals möglich, Netzanbieter und Tarife auf Mausklick zu wechseln. Eine nähere Betrachtung zeigt die Möglichkeiten und den Nutzen für Konsumenten und Unternehmen.

Die SIM-Karte als Chip erscheint aufgrund der immer kleineren und dünneren Endgeräte als konsequente Fortführung der bereits bestehenden SIM-Karten-Formate. Tatsächlich ist die eSIM durch den Wegfall von Wechselschublade und Öffnungsmechanik kaum noch relevant für das Geräte-Design. Der Chip ist 6 mm x 5 mm klein und nur noch ein Viertel so lang wie eine Mini-SIM-Karte. Diese Schrumpfkur schafft bei gleicher Gehäusegröße mehr Platz für Akkus, Schnittstellen oder Gerätekühlung. Darüber hinaus ermöglicht erst die eSIM völlig neue Geräteklassen. Dieser MMF2-Chip ist nämlich unempfindlich gegen Vibrationen und Bewegung und kann gegen Feuchtigkeit und Korrosion versiegelt werden. Damit ist die Technologie für Endgeräte in rauer Umgebung geeignet (etwa Automobil oder vernetzte Wearables).

Kleine, körpernah getragene Elektronik-Produkte können so ständig online sein, ohne dass sie mit einem mitgeführten Smartphone oder gar einem WLAN verbunden sein müssen. Dennoch sind auch Endgeräte mit bekanntem Formfaktor für Verbraucher mit einer fest verbauten SIM-Karte in Form eines MFF2-Chips auf dem Markt verfügbar. Derzeit werden 20 IoS-Modelle und fast 50 Android-Endgeräte mit integrierten eSIMs angeboten; die Industrievereinigung GSMA spricht von aktuell 110 Geräten.

Netzkompatibel erst mit eUICC

Trotz der offensichtlichen Vorteile einer eSIM als fest verlöteter Chip hatte das Konzept ursprünglich einen gravierenden Nachteil: Wenn es sich um eine herkömmliche SIM-Karte handelt, ist das genutzte Gerät für immer an einen bestimmten Mobilfunknetzbetreiber mitsamt dessen Tarifen gebunden. Bei einem notwendigen oder gewünschten Tarifwechsel wäre das Endgerät nicht nutzbar. Diese Gegebenheit ist weder im Sinne des Nutzers noch bei professionellen Anwendungen in IoT-Umgebungen akzeptabel. Nicht verwunderlich, dass Produkttester in den Medien vor fünf Jahren sogar vor Endgeräten mit eSIM gewarnt hatten.

Deswegen wurde eUICC als Technologiestandard entwickelt. Die Abkürzung eUICC steht für Embedded Universal Integrated Circuit Card. Einer der entscheidenden Vorteile dieser Komponente einer SIM-Karte ist, dass der ursprüngliche Mobilfunknetzbetreiber über eine Funkverbindung ohne Austausch von SIM-Karten oder der Hardware gewechselt werden kann.

Heute besitzt die eSIM mit eUICC eine virtuelle SIM-Karten-Schublade. Diese SIM mit eUICC ist zunächst mit einer vordefinierter internationaler Mobilfunk-Teilnehmerkennung (IMSI) ausgestattet. Es ist ein so genanntes Bootstrap-Profil, das ohne physischen Austausch geändert werden kann. Darüber können Mobilfunkanbieter und Tarif elektronisch gewechselt werden.

Einsatz der eSIM in vernetzen Unternehmen

Für Endverbraucher ist dies bei einem Anbieterwechsel aus naheliegenden Gründen komfortabel. Für vernetzte Unternehmen ist der Einsatz von eSIMs wohl schon aufgrund der ökonomischen Skalierbarkeit in Zukunft unerlässlich. Diese Technologie verändert das mobile Internet der Dinge, da sie die globale Bereitstellung und mobile Machine-to-Machine-Anwendungen vereinfacht. Das Management von SIM-Kartenbestände entfällt.

Entscheidet man sich also für die Erstausstattung einer IoT-Umgebung für einen bestimmten Anbieter, kann dieser Mobilfunkbetreiber bei einer internationalen Expansion tarifliche Nachteile in einigen Territorien haben oder schlimmstenfalls dort kein Mobilfunknetz betreiben. Über eine eUICC-Funktionalität ist es aber möglich, den Anbieter mit minimalen Umstellungskosten entweder komplett oder nur pro Territorium zu wechseln. Die eUICC kann außerdem auf einem einzigen Chip mehrere Benutzerkennungen verwalten. Ähnlich wie bei einer Dual- oder Multi-SIM-Lösung können so Backup-Funktionen genutzt und hohe Roaming-Kosten vermieden werden.

Lokales Anpassen der Konnektivität

In der industriellen Produktion haben eSIMs mit eUICC dramatische Produktionskostenvorteile; in der Automobilproduktion etwa könnten vernetzte Fahrzeuge mit lediglich einem einzigen Chip kompatibel zu weltweiten Mobilfunknetzen hergestellt werden. Ein Anpassen der lokalen Konnektivität wird dann in den Märkten vor Ort durchgeführt. Wireless Logic mdex (kurz mdex) ist IKT-Dienstleister für verschlüsselte Datenkommunikation.

Die eUICC ist unabhängig vom Format

Obwohl die eSIM-Technologie bereits Jahre alt ist, haben viele Unternehmen noch hohe Bestände an herkömmlichen SIM-Karten. Der Ökoenergie-Anbieter BBOXX beispielsweise betreibt Solarenergie-Anlagen und hat allein in Afrika fast 150.000 SIM-Karten aktiviert. Hier ist es möglich, eUICC mit einem einmaligen Austausch älterer SIM-Kartenbestände gegen eUICC-Karten im gleichen Formfaktor zu nutzen. Während nicht jede eSIM automatisch über eUICC-Funktion verfügen muss, kann jede Plastik-SIM-Karte eine eUICC sein. Es gibt also eUICC-taugliche SIM-Karten sowohl als eSIM im Form des auf der Platine verlöteten MFF2-Chips als auch als klassische SIM-Karte in den Größen 2FF (Mini), 3FF (Micro) oder 4FF (Nano). Interessanterweise verwendet selbst die GSMA nur den Begriff eSIM, meint aber meist die eUICC-Technologie unabhängig vom Formfaktor.

Wireless Logic mdex schlichtet Interessenkonflikte

Das Management von Tarifen und Anbietern bei eUICC-fähigen SIM-Karten oder eSIMs ist jedoch bei Verbrauchern mit Endgeräten und Unternehmen mit vernetzten IoT-Anlagen unterschiedlich: Privatpersonen fragen neue Tarife aktiv nach, ausgelöst etwa aufgrund von Werbekampagnen oder neuen Preisstrukturen. Sie wechseln und bestellen je nach Bedarf Tarife und Verbindungen.

Im IoT-/M2M-Bereich dagegen verwalten Firmenkunden die oft unternehmens- und konzernweit komplexen Tarifstrukturen nicht aktiv selbst. Den Management-Bedarf für die Mobilfunkverbindungen eines IoT-Unternehmens bedienen meist Drittanbieter.

IoT durch virtuelle Netzbetreiber einfach gemacht

Die Netzbetreiber selbst haben nämlich kein Eigeninteresse, eSIMs mit eUICC-Technologie zu forcieren. Warum sollte ein Mobilfunkanbieter in eine eSIM-Architektur investieren, wenn Tarife und Anbieter einfach gewechselt werden können? Netzbetreiber sehen in der eSIM vor allem die Gefahr, Kunden per Mausklick zu verlieren und eine höhere Abwanderungsrate zu riskieren.

Diesen Interessenskonflikt lösen spezialisierte Service Provider für M2M-Mobilfunkverbindungen. Wireless Logic als Anbieter betreiberunabhängiger IoT-Konnektivität agiert als virtueller Netzbetreiber zwischen Firmenkunden und den Telekommunikationsunternehmen. Wir sind Partner von allen relevanten Anbietern und ermöglichen unseren Kunden Zugang zu mehr als 750 Mobilfunknetzen weltweit.

Dadurch könnten IoT-Unternehmen aus einer Vielzahl von Anbietern und Tarifen ohne komplizierte Einzelverträge wählen. Für vernetzte Unternehmen bedeute das außerdem, dass sie nur einen einzigen Ansprechpartner für sämtliche Territorien und Geschäftsbereiche haben. Auch bei Supportfragen wie Störungen oder dem Ausfall eines bestimmten Netzes gibt es wiederum nur eine einzige Kontaktperson.

Vernetzte Unternehmen erhalten vom Datentarif über professionelle Industrie-Router-Hardware bis hin zur dezidierten SIM-Management-Plattform ein Full-Service-Paket für M2M- und IoT-Konnektivität. Für Telekommunikationsunternehmen erschließen wir als virtueller Netzbetreiber ähnlich wie ein Handelskanal neue Kundengruppen, die wesentlich bedarfsgerechter bedient werden können. Sowohl für unsere Kunden als auch für die Mobilfunkunternehmen ist dies eine klassische Win-Win-Situation.

Nach der eSIM kommt die iSIM

Grenzenlose Konnektivität und zunehmende Miniaturisierung der Konnektivität beflügelt jetzt schon die Fantasie der Hardware-Hersteller. Die störungsfreie und sichere Übertragung von Sensordaten wird eine Vielzahl neuer Endgeräte und Anlagen ermöglichen, etwa im medizinischen Bereich (z. B. Implantate, Seh- und Hörgeräte), im Bergbau (z. B. smarte Bohrköpfe) oder im Sicherheitsbereich (z. B. Standort- oder Herkunftslokalisierung). Die iSIM ist die nächste kleinere, aber noch leistungsfähigere Version der eSIM. Dabei handelt es sich nicht wie bei der eSIM um einen auf der Platine eingebetteten Chip mit eigenem Prozessor. Vielmehr ist die iSIM ohne eigenen Prozessor direkt im Geräteprozessor integriert. Diese 1,5 mm x 1,5 mm kleine iSIM spart nochmals Platz und Energie, kann aber ebenso wie die eSIM aktualisiert werden.

• Wichtige Abkürzungen erklärt:

• MNO: Mobile Network Operator / Mobilfunknetzbetreiber

• IMSI: International Mobile Subscriber Identity / Internationale Mobilfunk-Teilnehmerkennung; dient in Mobilfunknetzen für die eindeutige Identifizierung der Netzteilnehmer. Die Daten werden auf der Chipkarte gespeichert.

• eUICC: embedded Universal Integrated Circuit Card / Komponente einer SIM-Karte, (Subscriber Identity Module), mit der der Mobilfunknetzbetreiber über Funkverbindung gewechselt werden kann. Diese Technologie ist für das mobile Internet der Dinge (IoT) von entscheidender Bedeutung für die globale Bereitstellung von Mobilfunkverbindungen.

• GSM: Global System for Mobile Communications / Ein 1990 eingeführter Mobilfunkstandard für volldigitale Mobilfunknetze.

• GSMA: Global System for Mobile Communications Association / Eine weltweite Industrievereinigung der GSM-Mobilfunkanbieter und entscheidend für die Festlegung von Mobilfunkstandards. Mitglieder sind mehr als 800 Mobilfunkanbieter sowie mehr als 200 Anbieter von Netzwerkinfrastruktur und Mobiltelefon-Hersteller.

• SIM: Subscriber Identity Module / Teilnehmer-Identitätsmodul; eine Chipkarte, die in ein Geräteingesteckt wird und zur Identifikation des Nutzers im Netz dient.

• SKU: Die Stock Keeping Unit ist eine Lagerhaltungseinheit mit individueller Registriernummer, die einem spezifischen Produkt zugewiesen wird. Dieses kann so im Shop und später im Lager identifiziert und weiterverfolgt werden.

• eSIM: embedded SIM / eingebettete SIM; ein fest auf der Platine verlöteter Chip in Endgeräten mit eigenem Prozessor, der die klassische SIM-Karte ersetzt und nicht gewechselt werden kann.

• iSIM: integrated SIM / integrierte SIM; ein im Hauptprozessor integrierter SIM-Chip, der besonders platz- und energiesparend ist, Schwerpunkt LTE-M und NB-IoT.

* * Dennis Paul ... ist Bereichsleiter IoT-Projekte bei Wireless Logic mdex.

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