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摘要：SIM卡在经过standard SIM、mini SIM、micro SIM、nano SIM四代后，现在已经发展到eSIM阶段。eSIM技术具有物理卡片体积小、号码资源远程管理等诸多好处，这些特性都十分契合电力系统场景的应用。本文通主要分析了eSIM技术特点，结合电力系统公网无线通信面临的问题，找到eSIM与电力公网通信的契合点，指出了eSIM技术在电力系统的应用方向。
关键词：eSIM;SIM;电力系统;公网通信
文章编号：1005-7277（2019）05-0076-05
Abstract：Since the invention of SIM card ， it has been evolved five generations from standard SIM、mini SIM、micro SIM、nano SIM to eSIM. The eSIM technology features kinds of advantages such as small physical size、supporting remote configuration which quite satisfy the typical application scenarios in power system. This paper mainly analyses the characteristics of eSIM technology， combines the problems faced by the power system ， finds the conjunction point between eSIM、public network communication and the power system， and points out the application direction of eSIM technology in power system..
Key words：eSIM;SIM;power system;public network communication
1 引言
SIM（subscriber identity module）的全称为用户身份模块，在移动通信中起到识别用户身份的作用，以确保用户能够安全的通话或者联网。自上世纪80年代末SIM卡被发明以来，已经经历了standard SIM、mini SIM、micro SIM、nano SIM四代，现在已经发展到eSIM阶段。
eSIM本意指嵌入式SIM卡（Embedded SIM），即嵌入式SIM，指形态上一改传统的SIM卡片样式，以更为微小的芯片的形式内嵌到蜂窝网无线通信终端里面，但是事实硬件形态上的改变只是eSIM其中一个特征，其对SIM中用户身份认证数据的管理也是革命性，因此GSMA（全球运营商联盟）将其延伸为SIM卡数据远程配置及管理的技术规范或体系。运营商（MNO）通过建设SM-DP（或SM-DP+）系统，实现对用户身份认证数据的远程发行，远程切换，远程回收、远程删除等功能。
电力系统存在大量采用蜂窝网进行无线通信的通信终端，比如配网自动化系统通过公网无线网络将配电网的开关、变压器设备实现实时监测及控制，远程抄表系统实现无人抄表，其回传多数使用公网无线通信终端，这些公网无线通信终端目前多采用25mm*15mm的mini SIM，在传统SIM卡向eSIM发展的大背景下，电力公网无线通信终端可以充分利用eSIM技术带来的价值，实现行业无线通信管理水平的提升。
2 eSIM技术特点
eSIM不仅仅是SIM的硬件形态发生了变化，更重要的是它是一套蜂窝无线通信终端用户身份认证数据的全新管理体系，通过SIM卡物理载体和用户身份认证数据的分离，实现一系列革新功能。
2.1 eSIM技术体系架构
根据GSMA RSP标准的定义，eSIM系统架构主要包括Profile（用户身份认证数据）、eUICC（卡硬件，Profile的载体）、终端、eSIM平台（SM-DP+）以及CI、发现服务器（DS）等配套设施。其体系架构如图1 。
（1）Profile是用户的身份认证数据文件，包含完整的SIM文件结构以及用户个人化数据，一个用户身份认证数据就对应一个确定用户。
（2）eUICC（embeded universal integrated circuit card，嵌入式通用集成电路卡）是用户身份认证数据的硬件载体，也可把它叫做eSIM芯片，用于在终端侧存放Profile，一个eUICC中可同时存储多个Profile，但只有一Profile卡处于激活状态。激活了Profile的eUICC其功能等同传统实体SIM卡。
（3）终端是eUICC的载体和使用者，其形态包括手机、电话手表、通信模块、工业路由器等多种形态，eUICC在终端出厂前预置到终端中。同时，终端中带有LPA软件，该软件起到桥梁的作用，完成eUICC與eSIM平台通信，下载用户身份认证数据并安装到eUICC。
（4）SM-DP+是eSIM管理平台，负责生成、储存Profile，并提供Profile的下载服务。
（5）eSIM的安全机制建立在PKI体系的基础之上。CI负责为eSIM平台和eUICC签发同根的数字证书，eSIM平台和eUICC之间可以建立信任关系和安全通道。
（6）DS是发现服务器，用于辅助终端寻址eSIM管理平台SM-DP+。
（7）CA为体系内的各方提供颁发数字证书。
通过这个体系结构，实现SIM卡的硬件（eUICC）的生产与运营商为用户提供的身份认证数据（Profile）的分离。eUICC硬件预先与终端一起生产，其中并不包含特定的Profile，开始使用及使用过程中通过远程写入、激活、去激活、删除等操作实现Profile的各种灵活应用及管理功能。 2.2 eUICC形态的多样性
eUICC可以有多种形态，甚至可以和传统的mini SIM卡、micro SIM卡、nano SIM卡完全一致的外观，但是其内在的功能和工作机制完全符合eSIM体系架构。
更为典型的eUICC的形态为比nano SIM卡还要小的多芯片形态，可以直接通过贴片工艺直接焊接在电路板上，与其他电子元器件一样利用焊锡进行固定，这样至少可以带来两个好处，一是可以确保SIM卡与电路板可靠连同，避免接触不良故障，一是终端由于不用预留SIM卡槽而具有更高的密封性，这对于电话手表等通信终端尤为重要。
基于eSIM技术的eUICC载体相对于传统实体SIM卡能够减少90%的空间，在通信终端体检变小、形态多样的趋势性这个特性显得尤为重要，通信终端不用浪费大量的面积去安装SIM卡，使得产品可以更加灵活多样。
2.3 Profile的远程配置管理
eSIM技术可以支持Profile的远程下载、激活、去激活、删除等操作，这带来极大的便利，比如更换运营商只需要从运营商服务器重新下载Profile，完成远程切换运营商，而不需要更换物理SIM卡，从而减少了多运营商之间的切换所消耗的人力资源，提高了管理效率。
为了实现远程对芯片上的文件、参数进行配置管理，需要设置一套eSIM远程管理系统（remote SIM provisioning，RSP）管理系统。该系统在一套安全的机制下实现对eSIM芯片的生命周期管理，包括下载、安装、激活、去激活、删除。
一个eSIM管理平台系统架构如图3所示，其中eSIM远程配置平台是整个系统的核心网元。eSIM芯片用户签约数据须经远程配置平台生成完整的协议数据文件名，通过空中写卡下载到eUICC芯片中，eUICC芯片的整个生命周期管理都是由远程配置平台实现。eSIM远程配置平台包括签约数据准备和签约数据分组管理两个主要功能模块。
eSIM芯片远程配置管理系统各个网元之间的接口必须是执行设备双向认证的安全接口，远程配置平台、运营商eSIM管理平台接口功能如下所示：
（1）eSIM卡注册接口
eSIM芯片制造商将新生产的eSIM芯片信息、芯片管理的信任状态、安全传递至远程配置平台。
（2）订购接口
运营商eSIM管理平台向远程配置管理平台发起预定请求，远程配置管理平台按照运营商eSIM管理平台提供的输入生成个性化数据分组。为有效用户生成一组新人状态的信息请求、数据应用和策略规则。
（3）管理接口
远程配置管理平台接收运营商eSIM管理平台发送的信息是管理命令、指令、策略控制和执行的命令、指令。经过远程配置管理平台向目标eSIM芯片进行策略控制、执行命令、指令
（4）配置接口
负责对eSIM卡上的下载、安装、激活、去激活、删除等操作
3 eSIM技术在电力系统的应用前景
电力系统大量采用公网通信终端，eSIM技术各项优点必然为电力系统的应用提供帮助。SIM卡（eUICC）形态的变化、Profile文件的远程管理等主要特性能够为电力系统提升通信可靠性和管理水平。
3.1 电力无线公网通信面临的问题
（1）SIM卡接触不良导致通信中断
配电网络设备主要存放在贴近电力用户的低压配电房内，配电房内运行环境较为恶劣，高温、高湿、空气颗粒密度大（粉尘大），使用传统SIM卡的无线公网终端，由于需要预留SIM卡槽，所以在密封方面效果不佳，SIM卡槽内器件的接触面积均很少，而且接触压力不能太大，加上恶劣环境中长期运行容易出现SIM卡芯片与卡槽触点接触不良，导致终端掉线，设备脱管。
（2）多卡终端体积大不能电力应用场景
电力系统使用的公网无线通信终端的SIM卡普遍都是mini SIM卡，其体积较大，对于一些对通信可靠性要求较高的场合，往往需要双卡单待或者双卡双待，这样在一个通信终端里安放两个mini SIM卡的卡槽，其终端的体积就很难缩小，对于配网自动化的柱上开关、电力交易用户的计量终端等场景下，既需要双卡空间又十分有限，采用传统mini SIM卡已经难以胜任。
（3）SIM卡及号码资源缺乏有效管理手段
在传统SIM卡的物理SIM卡管理过程中需要经过：SIM卡申请->SIM卡制作->SIM卡发放->SIM卡回收等多个环节，管理过程面临SIM卡运输、丢失、损坏、回收困难等问题。同时SIM卡批量管理困难，需要逐张SIM卡进行配置。
与物理SIM卡管理困难对应的是，号码资源难以管理，由于所有发出去的SIM卡都和号码对应，一旦发出去将认为该卡在使用，而往往很多SIM卡实际处于休眠状态，即使这样，由于号码资源固化在SIM中，即使SIM卡不用，也很难将号码资源收回，同时带来资费的浪费。
3.2 eSIM技术在电力系统的应用价值
（1）采用贴片eUICC提高SIM卡可靠性
采用贴片式eUICC，使SIM卡芯片直接焊接在通信终端的电路板上，即使在电力系统的高温、高湿及震动环境使用也能确保SIM和通信终端可靠连接，不会出现传统SIM因为各种原因SIM接触不良带来的通信中断问题。
（2）方便运营商切换，提高通信可靠性
电力系统使用无线公网进行数据回传的地方，很多是运营商信号覆盖差异比较大的地方，比如地下室的配电房，这种地方往往不是每个运营商信号都覆盖得很好，或者某个时间段这个运营商的信号好些，而其它时间别的运营商信号好些，在这种情况下，往往需要不同运营商的SIM卡同时存在，通信终端根据信号情况切换运营商。采用eSIM技术后，可以在一个通信终端内置或者远程下载多个运营商的Profile，比如下载三大运营商的Profile，由通信终端根据信号情况选择激活哪个运营商的Profile，在大大提高通信可靠性的同时，并不会增大通信终端的体积。
（3）号码资源的统一高效管理
电力系统使用公网无线终端的数量巨大，一个地级市的SIM卡发放数量往往达到几万甚至十几万，对这一海量的SIM卡管理具有很大的挑战性，号码资源浪费往往比较严重。
但通过eSIM技术的应用，电力系统可以自建eSIM管理平台，实现对全部号码资源（Profile）的管理，对于不用的号码及时进行回收。
使用者也不在需要进行物理SIM的申请、领用的繁杂的手续及操作，SIM的物理载体已经被直接集成到了通信终端中，号码资源又直接通过通信系统远程下载，大大提升效率。
（4）提高电力系统的通信安全性
采用传统SIM卡时，号码资源的载体是可以自由流动的SIM卡，不管是设备中的或者散落的SIM被插到通信终端中，很容易就进入電力系统的无线通信网络（比如电力专用的APN网络），采用eSIM技术后，号码数据（Profile）只在设备内部的eUICC和eSIM管理平台间流动，而且是经过认证的情况下进行，安全性相当高，没有散落的号码资源（Profile）可被随意插到通信终端上使用的可能，大大提高电力系统的通信安全性。
4 结束语
SIM卡在经过standatd SIM、mini SIM、micro SIM、nano SIM四代后，现在已经发展到eSIM阶段。eSIM技术具有物理卡片体积小、号码资源远程管理等诸多好处，这些特性都十分契合电力系统场景的应用，因此，eSIM技术在电力系统具有很好的应用前景。
参考文献：
仇剑书，康建雄，严斌峰 eSIM安全性分析及实现方案研究互联网天地 2016，11期
黄海昆 eSIM及其远程配置技术与应用 电信科学 2016，4期
仇剑书，刘湘华，董双赫 基于eSIM的消费物联网终端入网方案研究 系统与方案
作者简介：
王维，1983年5月，男，工程师，广州供电局有限公司电力调度控制中心通信运行方式专责，主要从事电力通信运行管理相关工作。
关键词：eSIM;SIM;电力系统;公网通信
文章编号：1005-7277（2019）05-0076-05
Abstract：Since the invention of SIM card ， it has been evolved five generations from standard SIM、mini SIM、micro SIM、nano SIM to eSIM. The eSIM technology features kinds of advantages such as small physical size、supporting remote configuration which quite satisfy the typical application scenarios in power system. This paper mainly analyses the characteristics of eSIM technology， combines the problems faced by the power system ， finds the conjunction point between eSIM、public network communication and the power system， and points out the application direction of eSIM technology in power system..
Key words：eSIM;SIM;power system;public network communication
1 引言
SIM（subscriber identity module）的全称为用户身份模块，在移动通信中起到识别用户身份的作用，以确保用户能够安全的通话或者联网。自上世纪80年代末SIM卡被发明以来，已经经历了standard SIM、mini SIM、micro SIM、nano SIM四代，现在已经发展到eSIM阶段。
eSIM本意指嵌入式SIM卡（Embedded SIM），即嵌入式SIM，指形态上一改传统的SIM卡片样式，以更为微小的芯片的形式内嵌到蜂窝网无线通信终端里面，但是事实硬件形态上的改变只是eSIM其中一个特征，其对SIM中用户身份认证数据的管理也是革命性，因此GSMA（全球运营商联盟）将其延伸为SIM卡数据远程配置及管理的技术规范或体系。运营商（MNO）通过建设SM-DP（或SM-DP+）系统，实现对用户身份认证数据的远程发行，远程切换，远程回收、远程删除等功能。
电力系统存在大量采用蜂窝网进行无线通信的通信终端，比如配网自动化系统通过公网无线网络将配电网的开关、变压器设备实现实时监测及控制，远程抄表系统实现无人抄表，其回传多数使用公网无线通信终端，这些公网无线通信终端目前多采用25mm*15mm的mini SIM，在传统SIM卡向eSIM发展的大背景下，电力公网无线通信终端可以充分利用eSIM技术带来的价值，实现行业无线通信管理水平的提升。
2 eSIM技术特点
eSIM不仅仅是SIM的硬件形态发生了变化，更重要的是它是一套蜂窝无线通信终端用户身份认证数据的全新管理体系，通过SIM卡物理载体和用户身份认证数据的分离，实现一系列革新功能。
2.1 eSIM技术体系架构
根据GSMA RSP标准的定义，eSIM系统架构主要包括Profile（用户身份认证数据）、eUICC（卡硬件，Profile的载体）、终端、eSIM平台（SM-DP+）以及CI、发现服务器（DS）等配套设施。其体系架构如图1 。
（1）Profile是用户的身份认证数据文件，包含完整的SIM文件结构以及用户个人化数据，一个用户身份认证数据就对应一个确定用户。
（2）eUICC（embeded universal integrated circuit card，嵌入式通用集成电路卡）是用户身份认证数据的硬件载体，也可把它叫做eSIM芯片，用于在终端侧存放Profile，一个eUICC中可同时存储多个Profile，但只有一Profile卡处于激活状态。激活了Profile的eUICC其功能等同传统实体SIM卡。
（3）终端是eUICC的载体和使用者，其形态包括手机、电话手表、通信模块、工业路由器等多种形态，eUICC在终端出厂前预置到终端中。同时，终端中带有LPA软件，该软件起到桥梁的作用，完成eUICC與eSIM平台通信，下载用户身份认证数据并安装到eUICC。
（4）SM-DP+是eSIM管理平台，负责生成、储存Profile，并提供Profile的下载服务。
（5）eSIM的安全机制建立在PKI体系的基础之上。CI负责为eSIM平台和eUICC签发同根的数字证书，eSIM平台和eUICC之间可以建立信任关系和安全通道。
（6）DS是发现服务器，用于辅助终端寻址eSIM管理平台SM-DP+。
（7）CA为体系内的各方提供颁发数字证书。
通过这个体系结构，实现SIM卡的硬件（eUICC）的生产与运营商为用户提供的身份认证数据（Profile）的分离。eUICC硬件预先与终端一起生产，其中并不包含特定的Profile，开始使用及使用过程中通过远程写入、激活、去激活、删除等操作实现Profile的各种灵活应用及管理功能。 2.2 eUICC形态的多样性
eUICC可以有多种形态，甚至可以和传统的mini SIM卡、micro SIM卡、nano SIM卡完全一致的外观，但是其内在的功能和工作机制完全符合eSIM体系架构。
更为典型的eUICC的形态为比nano SIM卡还要小的多芯片形态，可以直接通过贴片工艺直接焊接在电路板上，与其他电子元器件一样利用焊锡进行固定，这样至少可以带来两个好处，一是可以确保SIM卡与电路板可靠连同，避免接触不良故障，一是终端由于不用预留SIM卡槽而具有更高的密封性，这对于电话手表等通信终端尤为重要。
基于eSIM技术的eUICC载体相对于传统实体SIM卡能够减少90%的空间，在通信终端体检变小、形态多样的趋势性这个特性显得尤为重要，通信终端不用浪费大量的面积去安装SIM卡，使得产品可以更加灵活多样。
2.3 Profile的远程配置管理
eSIM技术可以支持Profile的远程下载、激活、去激活、删除等操作，这带来极大的便利，比如更换运营商只需要从运营商服务器重新下载Profile，完成远程切换运营商，而不需要更换物理SIM卡，从而减少了多运营商之间的切换所消耗的人力资源，提高了管理效率。
为了实现远程对芯片上的文件、参数进行配置管理，需要设置一套eSIM远程管理系统（remote SIM provisioning，RSP）管理系统。该系统在一套安全的机制下实现对eSIM芯片的生命周期管理，包括下载、安装、激活、去激活、删除。
一个eSIM管理平台系统架构如图3所示，其中eSIM远程配置平台是整个系统的核心网元。eSIM芯片用户签约数据须经远程配置平台生成完整的协议数据文件名，通过空中写卡下载到eUICC芯片中，eUICC芯片的整个生命周期管理都是由远程配置平台实现。eSIM远程配置平台包括签约数据准备和签约数据分组管理两个主要功能模块。
eSIM芯片远程配置管理系统各个网元之间的接口必须是执行设备双向认证的安全接口，远程配置平台、运营商eSIM管理平台接口功能如下所示：
（1）eSIM卡注册接口
eSIM芯片制造商将新生产的eSIM芯片信息、芯片管理的信任状态、安全传递至远程配置平台。
（2）订购接口
运营商eSIM管理平台向远程配置管理平台发起预定请求，远程配置管理平台按照运营商eSIM管理平台提供的输入生成个性化数据分组。为有效用户生成一组新人状态的信息请求、数据应用和策略规则。
（3）管理接口
远程配置管理平台接收运营商eSIM管理平台发送的信息是管理命令、指令、策略控制和执行的命令、指令。经过远程配置管理平台向目标eSIM芯片进行策略控制、执行命令、指令
（4）配置接口
负责对eSIM卡上的下载、安装、激活、去激活、删除等操作
3 eSIM技术在电力系统的应用前景
电力系统大量采用公网通信终端，eSIM技术各项优点必然为电力系统的应用提供帮助。SIM卡（eUICC）形态的变化、Profile文件的远程管理等主要特性能够为电力系统提升通信可靠性和管理水平。
3.1 电力无线公网通信面临的问题
（1）SIM卡接触不良导致通信中断
配电网络设备主要存放在贴近电力用户的低压配电房内，配电房内运行环境较为恶劣，高温、高湿、空气颗粒密度大（粉尘大），使用传统SIM卡的无线公网终端，由于需要预留SIM卡槽，所以在密封方面效果不佳，SIM卡槽内器件的接触面积均很少，而且接触压力不能太大，加上恶劣环境中长期运行容易出现SIM卡芯片与卡槽触点接触不良，导致终端掉线，设备脱管。
（2）多卡终端体积大不能电力应用场景
电力系统使用的公网无线通信终端的SIM卡普遍都是mini SIM卡，其体积较大，对于一些对通信可靠性要求较高的场合，往往需要双卡单待或者双卡双待，这样在一个通信终端里安放两个mini SIM卡的卡槽，其终端的体积就很难缩小，对于配网自动化的柱上开关、电力交易用户的计量终端等场景下，既需要双卡空间又十分有限，采用传统mini SIM卡已经难以胜任。
（3）SIM卡及号码资源缺乏有效管理手段
在传统SIM卡的物理SIM卡管理过程中需要经过：SIM卡申请->SIM卡制作->SIM卡发放->SIM卡回收等多个环节，管理过程面临SIM卡运输、丢失、损坏、回收困难等问题。同时SIM卡批量管理困难，需要逐张SIM卡进行配置。
与物理SIM卡管理困难对应的是，号码资源难以管理，由于所有发出去的SIM卡都和号码对应，一旦发出去将认为该卡在使用，而往往很多SIM卡实际处于休眠状态，即使这样，由于号码资源固化在SIM中，即使SIM卡不用，也很难将号码资源收回，同时带来资费的浪费。
3.2 eSIM技术在电力系统的应用价值
（1）采用贴片eUICC提高SIM卡可靠性
采用贴片式eUICC，使SIM卡芯片直接焊接在通信终端的电路板上，即使在电力系统的高温、高湿及震动环境使用也能确保SIM和通信终端可靠连接，不会出现传统SIM因为各种原因SIM接触不良带来的通信中断问题。
（2）方便运营商切换，提高通信可靠性
电力系统使用无线公网进行数据回传的地方，很多是运营商信号覆盖差异比较大的地方，比如地下室的配电房，这种地方往往不是每个运营商信号都覆盖得很好，或者某个时间段这个运营商的信号好些，而其它时间别的运营商信号好些，在这种情况下，往往需要不同运营商的SIM卡同时存在，通信终端根据信号情况切换运营商。采用eSIM技术后，可以在一个通信终端内置或者远程下载多个运营商的Profile，比如下载三大运营商的Profile，由通信终端根据信号情况选择激活哪个运营商的Profile，在大大提高通信可靠性的同时，并不会增大通信终端的体积。
（3）号码资源的统一高效管理
电力系统使用公网无线终端的数量巨大，一个地级市的SIM卡发放数量往往达到几万甚至十几万，对这一海量的SIM卡管理具有很大的挑战性，号码资源浪费往往比较严重。
但通过eSIM技术的应用，电力系统可以自建eSIM管理平台，实现对全部号码资源（Profile）的管理，对于不用的号码及时进行回收。
使用者也不在需要进行物理SIM的申请、领用的繁杂的手续及操作，SIM的物理载体已经被直接集成到了通信终端中，号码资源又直接通过通信系统远程下载，大大提升效率。
（4）提高电力系统的通信安全性
采用传统SIM卡时，号码资源的载体是可以自由流动的SIM卡，不管是设备中的或者散落的SIM被插到通信终端中，很容易就进入電力系统的无线通信网络（比如电力专用的APN网络），采用eSIM技术后，号码数据（Profile）只在设备内部的eUICC和eSIM管理平台间流动，而且是经过认证的情况下进行，安全性相当高，没有散落的号码资源（Profile）可被随意插到通信终端上使用的可能，大大提高电力系统的通信安全性。
4 结束语
SIM卡在经过standatd SIM、mini SIM、micro SIM、nano SIM四代后，现在已经发展到eSIM阶段。eSIM技术具有物理卡片体积小、号码资源远程管理等诸多好处，这些特性都十分契合电力系统场景的应用，因此，eSIM技术在电力系统具有很好的应用前景。
参考文献：
仇剑书，康建雄，严斌峰 eSIM安全性分析及实现方案研究互联网天地 2016，11期
黄海昆 eSIM及其远程配置技术与应用 电信科学 2016，4期
仇剑书，刘湘华，董双赫 基于eSIM的消费物联网终端入网方案研究 系统与方案
作者简介：
王维，1983年5月，男，工程师，广州供电局有限公司电力调度控制中心通信运行方式专责，主要从事电力通信运行管理相关工作。