引言

記得1997年我剛參加工作得到第一部摩托羅拉手機的時候，第一件事情就是到移動營業廳去開一張SIM卡，有了這張卡才可以打電話、發短信。一張SIM卡可以使用好多好多年，感覺只要不丟就可以用到天荒地老；換手機的時候只需要把SIM卡拔出來放入新手機，就可以繼續使用原來的電話號碼。還能通過SIM卡存儲或轉存通信錄，最初的時候為了方便查找聯系人，中文姓名前還會加上首字母，盡管已過去了20多年，一些老朋友在我的手機通信錄里至今還是以這樣的形式出現。

我曾經在一個運營信息交換電子商務平臺的公司工作，為券商提供證券交易的綜合服務平臺，其中有個功能就是支持手機炒股，我們使用了STK技術。手機只要換上STK SIM卡，就可以使用手機菜單進行股票的查詢、買、賣、撤單等各種操作。現在看來就是最原始的移動互聯網應用之一。

今天，手機SIM卡作為開啟每個人移動通信服務以及連接互聯網大門的鑰匙，其重要性、安全性、便利性一直備受關注。

SIM卡從1991年在芬蘭移動網絡運營商率先商用以來，到現在已經有將近三十年的歷史。對于普通用戶來說，最直觀的感覺就是SIM卡越做越小——蘋果公司一直在積極地推動SIM卡的小型化，2010年在iPhone 4上首次使用微型SIM卡，2012年在iPhone 5上開始使用納米SIM卡。

其實，無論是全尺寸（Full-size，1FF，85.6x53.98）、迷你卡（Mini SIM，2FF, 25x15）、微型卡（Micro-SIM，3FF, 15x12）還是納米卡（Nano-SIM，4FF, 12.3x8.8），SIM卡的物理結構都基本相同，只是封裝方式上的區別。

隨著蘋果公司在iPad Air 2上使用Apple SIM，軟卡和eSIM這些名稱也陸續進入大眾的視野，然而這些 SIM卡已經是只聞其名不見其形了。

未來，SIM卡將以怎樣的形態出現在我們的生活中呢？本文就試著從SIM的起源開始，簡單探討一下SIM技術的演進發展歷程和SIM卡虛擬化及云服務的未來。

實體SIM卡

SIM卡的名稱來源于英文Subscriber Identity Module或Subscriber Identification Module的縮寫，是為了安全地存儲國際移動用戶身份（IMSI，International Mobile Subscriber Identity）、用戶號碼及其關聯密鑰以及其他移動網絡連接信息的一種集成電路，用于在移動通信設備（包括：移動電話、平板電腦、移動電腦等）連接移動通信網絡時識別用戶身份及鑒權。

SIM卡標準最初由歐洲電信標準協會在規范中制定，編號為TS 11.11。本規范描述了SIM卡的物理和邏輯行為；隨著UMTS的發展，規范工作被部分轉移到3GPP。3GPP現在負責諸如SIM（TS 51.011 [4]）和USIM（TS 31.102 [5]）和ETSI等應用程序的進一步開發，以便物理卡UICC進一步發展。

SIM卡的物理接口使用智能卡標準接口ISO/IEC 7816，并一直沿用至今。核心是一個集成電路芯片，使用不同大小的封裝方式，形態基本保持相同（見圖 2）。

GSM時代，SIM卡是軟硬件一體的。隨著第三代移動通信UMTS的出現，SIM卡的軟硬件則逐步分離。目前，SIM的實際意義就是應用軟件，而硬件部分是UICC，也就是芯片的物理本體，集成電路芯片。軟件部分對于UMTS來說就是引入的USIM（通用訂戶身份模塊）；SIM卡中的軟件包括底層操作系統和上層各種軟件，包括操作系統、Java虛擬機、Toolkit、OTA等。3GPP的TS11.14規范了SIM應用工具包（STK）技術，允許在SIM卡中加載應用。這樣在SIM卡上進行開發和配置就更加簡單方便。本文引言中提到的2000年左右開發的手機炒股，還有當時招商銀行與中國移動合作開發的手機銀行，以及影響了一代人、救活了一個偉大互聯網公司的手機QQ，都是使用了STK這個技術。

隨著物聯網的發展，越來越多的非通信設備也需要接入移動網絡，因此對嵌入式SIM卡（eSIM）的需求不斷增加，GSMA（全球移動通信聯盟）推出了RSP（遠程SIM卡配置）規范，各種設備都可以預先嵌入式安裝eSIM卡，當用戶啟動設備時，再按需開通和下載不同運營商的SIM卡用戶參數和相關密鑰，實現在線開通SIM卡。蘋果公司在iPad、iPhone以及Apple Watch所使用的AppleSIM，就是使用eSIM技術。

虛擬SIM卡

SIM卡技術的引入，將通信設備的認證鑒權集中到了一個小小的SIM卡。不僅方便了移動設備的獨立發展，也方便了SIM技術自身的不斷發展。但是，隨著人們在現實生活中對移動通信技術的越來越廣泛應用，特別是移動互聯網技術的發展，最終用戶在各個方面的使用越來越多，SIM卡在使用過程中的一些限制也越來越突出：

l 機卡綁定，即移動通信設備與指定的SIM卡綁定，如需更換運營商，則需要連同手機一起更換。

l 通常情況下，一張SIM卡只能對應一個運營商的網絡，用戶如需轉網，原有SIM卡無法重用，必須重新開卡。

l 跨國旅行時如需使用當地SIM卡，用戶必須將原來的SIM卡移除，無法同時使用。即使存在多卡多待的手機，可以容納的SIM卡數量也很有限，絕大多數手機僅支持雙卡。

為了解決這些問題，特別是為了解決漫游地上網問題，各種突破SIM卡限制的技術應運而生。其中最常使用的技術就是SIM卡虛擬化技術；其可行性來源于以下幾種技術基礎：

1）卡規范上通過USIM技術，將軟件部分和硬件本體分離，為SIM卡虛擬化提供了最基本的條件。

2）SAP協議：SIM卡訪問協議（SIM Access Profile），支持遠程對SIM卡進行操作。SAP協議最早應用在車載藍牙電話模塊。車載模塊可以通過藍牙使用用戶手機中的SIM使用電話功能。這樣可以實現一個通信設備使用不在設備內的SIM卡。

3）虛擬機技術：SIM的軟件部分原本就是操作系統和其中的軟件及相關模塊，使用虛擬機技術，非常容易在虛擬機管理系統中虛擬出一個SIM卡的軟件系統來。

4）RSP規范：RSP是eSIM的供卡規范，支持M2M方式和Consumer方式。其中Consumer方式，是通過一般網絡連接，通過安全通信協議，將SIM訂戶信息及相關安全認證信息下載到eSIM中，實現SIM卡的下載。

下面簡單介紹一下幾種常見的SIM卡虛擬化技術：

1. 接口延伸法

將SIM卡的接口通過物理電路延伸到另外一個模塊。在新的模塊中，承接原有的SIM卡，同時支持插入其他SIM卡，或者通過軟件模塊，獲得從其他地方下載的SIM卡。擴展出來的模塊可以自主開發，進一步擴展其他功能。

2. 貼片擴展法

在SIM卡上，重新貼上一個很薄的芯片，實現原來SIM卡的二次擴展。由于通過另外的電路嵌入到已有的SIM卡系統中，所以，可以在貼片上額外增加其他功能，比如電子錢包。

3. 近距離無線延展法

通過藍牙本地連接，利用SAP協議，或其他特有協議，通信設備可以非常方便地使用擴展設備所提供的SIM卡。SAP協議（SIM Access Profile）由國際藍牙組織（Bluetooth.org）2000年開始制定，2005年出1.0正式版本，2008年出1.1正式版本，這個協議是移動設備與SIM卡分離的關鍵。因為，既然可以本地無線，也就可以通過移動網和互聯網無限延伸了。而且，這個通過藍牙供卡的設備，還可以通過其他通信手段從網絡上獲得其他的SIM卡。

4. 網絡遠程延展法

通過互聯網，連接部署在遠程的SIM卡，非常方便地使用位于全球網絡可以觸達的任何地方的SIM卡。這個技術來源于遠程SIM技術，在2000年代中期，大量應用在移動通信公司的漫游SIM的遠程撥測設備（RTU）（參考2007年11月期《廣東科技》的“SIM卡池及異地調度技術的實現與應用”）。但這種技術在普通用戶的移動設備上應用則是2011年以后，優克聯、斯凱榮、iQsim、Aicent都利用這個技術來解決用戶移動漫游問題，將SIM卡異地調度技術應用到普通的終端設備上，通過遠程連接來使用云端卡池中的SIM卡。

5. 虛擬機擴展法

前面幾種方法都是將SIM卡在物理空間上的延伸，使用遠程或另外的SIM卡來替換通信設備中的SIM卡。但實際的使用過程中從實用性考慮，還是需要在本地有一個SIM卡比較好。

而本方法在通信終端中不需要SIM卡的物理本體，直接將SIM軟件使用虛擬機進行仿真模擬，具備SIM所有的接口功能，通過軟件接口（比如SAP協議）提供物理卡的所有功能。只有在需要使用到只有物理卡中才有的信息（比如密鑰）時，才調用遠程SIM卡。這是一種更加高效實用的方法。

我們知道，SIM卡識別身份最重要的就是SIM卡硬件中的密鑰。盡管密鑰是一串數字，但SIM卡在制作的時候，將這個密鑰和軟件捆綁在一起，確保更高的安全級別。其實，軟件運行在SIM卡上和運行在任何計算機模擬的計算空間都是一樣的，關鍵還是在密鑰。

按照密鑰所存放位置的不同，又衍生出來以下三種技術：

1) eSIM技術：GSMA推薦技術，基本維持了物理實體SIM卡所具備的安全級別，通過RSP協議，將所有SIM信息安全地從遠端下載存儲到eSIM這個物理設備中。也就是將以前在SIM卡工廠寫卡的一些動作，推遲到用戶按需訂購后再寫卡。

2) 軟卡技術：這個技術就是將SIM卡中所有的配置以及密鑰，都以軟件的形式在設備的操作系統中模擬出一個虛擬的SIM卡。

3) 遠程虛擬卡技術：這個技術是將卡在用戶設備端使用虛擬機的方式進行模式，當需要使用SIM卡的時候，需要使用SAP或其他相似技術，遠程訪問部署在遠端的物理SIM來完成鑒權。這個技術與軟卡的不同點在驗證密鑰還在物理卡中。

基于虛擬SIM卡技術衍生的漫游解決方案

大部分技術的發展都是為了解決實際應用場景中的問題而產生的，前面所描述的SIM技術的不斷突破，很多都是受用戶漫游問題所驅動的。

為了解決漫游地高額話費以及漫游地通信不方便的問題，移動電話用戶一直在期望有更好的辦法解決移動漫游問題，方便出行時連接互聯網。特別是2005年以來移動互聯網的發展，更加促進了異地使用非漫游的本地卡上網的需要。

實際生活中，用戶解決漫游問題常常使用以下幾種方法：

l 購買目的地SIM卡使用：到達目的地后購買并更換SIM卡使用，或者插入到雙卡手機，總之需要占用一個卡槽；

l 插卡MiFi（隨身無線路由器）：使用可以插卡的上網設備（俗稱插卡貓），購買目的地的SIM卡，并插入到設備中使用。設備提供Wifi熱點信號，供移動設備連接使用。設備連接的網絡和具備的連接能力，依賴于所購買的SIM卡。

l 免插卡MiFi：無需插卡，只要購買所需的流量包，就可以使用上網功能。流量包可能是全球多個國家通用的，使用方便，且價格上普遍比插卡MiFi更便宜。

l eSIM技術：通過其他網絡（如WiFi）在線購買目的地運營商提供的eSIM卡進行上網。但目前該技術并不受大多數運營商歡迎，因此在市場上普遍供應不足。從蘋果公司的Apple SIM推進情況就可以得到印證。Apple Watch開通上網卡在中國一波三折，更別說其他品牌的移動電話了。所以說，eSIM技術的推廣運營商的供應是關鍵。

l 軟卡技術：這也是目前市面上比較常用的技術，如華為天際通、紅茶移動都是使用這一技術。

l 手機內嵌全球上網技術：使用云端卡池，用戶根據自身需要選擇購買對應流量套餐并激活使用。優克聯在2018年巴塞羅那移動大會上推出世界手機S1就是使用了這個技術，通過GlocalMe Inside方案將遠程虛擬卡技術整合到手機的基帶中。目前小米部分型號手機支持該功能，估計未來還會有更多品牌和型號的手機陸續支持。

從以上分析可以看出：

l eSIM技術是官方推出的技術，但運營商不熱心，叫好不叫座也沒有辦法。

l 軟卡技術，由于存在安全風險，GSMA不建議使用，運營商及相關廠商投鼠忌器，不敢大規模推廣。

l 免插卡MiFi是相對性能優異且安全的技術，但需要攜帶額外的設備，造成了一定負擔。一些免插卡MiFi兼顧充電寶功能，用戶接受度更高。

l 直接將免插卡MiFi的技術植入手機，是更符合用戶期望的方式，不影響用戶原有SIM卡的使用，性能和安全性也最有保障。

SIM卡云服務解決方案

移動通信的特點使得不同運營商提供的服務必然是存在差異的，以中國為例，三大運營商的覆蓋就各有特點，例如：中國移動基站數量最多，大部分區域的信號覆蓋就最好；但是中國移動的用戶數量也最多，在高峰期網絡擁塞的情況也最嚴重，用戶即使處于良好的覆蓋條件下也難以獲得滿意的網速，聯通和電信在這時候卻有更好的體驗；另外，價格也是用戶考慮的一個重要指標，特別是在出國漫游使用時。因此，如果用戶只能使用手機中原有的一張SIM卡，那么就很可能遭遇到：有時候覆蓋信號差；有時候網絡擁塞上網速度慢；有時候需要支付高額的漫游費用；有時候套餐流量用盡只能到處蹭免費Wi-Fi......

應對這些問題，最根本的解決方案是：允許用戶更方便的更換SIM卡，從而令用戶可以根據自己的需求，隨時隨地自由選擇提供服務的運營商，以及所需的網絡服務套餐。

而實現這一解決方案，上述軟卡、eSIM、遠程SIM卡等技術都是可行的，但是考慮到提供全球范圍上百個國家的網絡服務，SIM卡供應的問題也必須通盤考慮。

針對SIM卡的供應來源，我們針對上述虛擬SIM卡技術展開逐一分析。

l 軟卡：由于密鑰可以隨著軟件拷貝，在安全上存在著使用方面的風險，完全依賴于對卡的使用方的信任。

l eSIM卡：可以解決軟卡的安全上的擔憂，但是，由于運營商在商業上希望對用戶鎖定來進行自我保護，不想把用戶選擇的權利下放到手機，目前eSIM的供應量有限，因此，目前eSIM的應用主要集中在物聯網領域。

l 遠程SIM卡：由于使用普通的物理卡，SIM卡來源不存在特殊性，因此可以在全球范圍內獲得充足的供卡。

從安全性和SIM卡供應兩方面來看，遠程SIM卡技術是比較好的，另外，對便利性、實施成本、流量成本等其他方面一并考慮后，下表是對這三種技術的對比分析。

從以上分析來看，目前遠程SIM卡還是最合適的供卡方式，其次是軟卡，最后是eSIM卡。隨著物聯網的普及，在物聯網領域eSIM會有比較好的期望，但還是需要觀望。

顯然，普通用戶并不會關心使用具體什么技術，用戶所需要的只是一個自己滿意的漫游及本地上網解決方案——無論何時何地，購買了設備及服務套餐就可以上網。而作為對應的服務提供商，則要求解決方案具備以下特點：

l 具有連接全球移動網絡所覆蓋的所有區域的SIM卡卡池（覆蓋能力）

l 具有動態感知移動終端所在區域的網絡并動態換卡的能力（聯網能力）

l 具有為用戶提供連接服務的按需服務的能力（可自由選擇）

l 具有根據用戶使用需求動態擴充性能的能力（容量擴充能力）

l 具有靈活的計費能力，支撐用戶的購買需求和透明消費的需求（可計費）

l 具有優質的網絡連接服務質量（最佳連接）

這些特點正好反映了云計算的彈性服務、資源池化、按需服務、服務可計費、泛在接入的五大特點，因此我們將滿足以上特點的解決方案稱為SIM卡云服務解決方案，簡稱云卡。通過將各種SIM卡資源池化，然后將連接資源的能力虛擬化之后，實現用戶根據需要彈性購買。隨著5G技術的發展，連接能力的虛擬化會更加多維度，給用戶更多的選擇空間。云卡正好借鑒現代云計算技術來實現SIM卡所提供的連接服務的云化。

云卡云服務系統包括以下基本要素：

1) 云卡終端：

l 同時支持各種虛擬卡技術，包括eSIM卡、遠程物理卡、軟卡，并具備良好的擴展能力，支持未來各種各樣的SIM卡；

l 具備根據網絡環境動態換卡的能力；

l 具有高度安全的SIM卡保護機制，確保云卡在網絡連接安全性、計費準確性；

l 具有良好的質量監控與保障機制；

2) 云卡平臺

l 具有容納全球各種各樣SIM卡的管理能力，為云卡終端按需分配SIM卡資源；

l 對云卡終端連接情況進行監控與分析，保證連接質量，可按用戶等級提供服務；

l 服務可量化，可計費。

l 不限于原始運營商提供的服務能力，為用戶提供更方便、靈活、個性化、場景化的貼心移動連接服務。

云卡云服務的現狀與展望

從前面分析來看，SIM卡云服務就是移動用戶最終所希望使用的技術。實際上，業界在該領域已經有很多廠商在辛勤耕耘，并正在為廣大用戶提供服務。

l 華為天際通：華為的多款手機已支持使用軟SIM技術的天際通功能，從其官網介紹來看，已支持全球80+國家的精品網絡覆蓋。然而，可惜的是中國卻不在覆蓋范圍內。從這點來看說，還不是的令人完全滿意的云卡平臺。

（來源：https://consumer.huawei.com/cn/mobileservices/skytone/）

l 環球漫游：16年出入境通信服務，全球出行移動連接服務提供商，網絡覆蓋超過210個國家，通過隨身WiFi提供服務，并為全球商戶提供廣告投放服務。

（來源：https://www.vipwifi.com/）

l 優克聯：覆蓋全球140+國家地區。提供漫游超人租賃服務（免插卡MiFi）和GlocalMe終端產品（免插卡MiFi和自帶流量世界手機）；并提供GlocalMe Inside手機嵌入方案，通過云服務平臺為合作伙伴提供PaaS和SaaS云卡方案。

（來源：https://www.ucloudlink.com/html/service-local-mobile-data/）

l 漫游寶（Skyroam）：提供無需插卡的隨身WiFi，覆蓋全球130+國家，并提供VPN服務，覆蓋16個國家。

（來源：https://www.skyroam.com/wifi-pricing）

l 小米全球上網：通過第三方提供全球上網服務，有的手機通過紅茶移動提供，有的通過優克聯的GlocalMe Inside技術提供，使用方式與華為天際通相同，網絡覆蓋與技術提供商有關。

l 紅茶移動：使用eSIM技術，提供CaaS服務平臺，采用eSIM技術，為主要手機品牌提供SIM卡服務，無自主終端，網絡覆蓋100+國家和地區。

（來源：https://www.redteamobile.com/）

目前看來，華為、小米等廠商主要業務在手機，上網也主要為手機服務，云卡服務平臺不是其主要業務方向。環球漫游、漫游寶通過自身MiFi產品提供上網服務，以自主運營、直銷服務的方式對外，無法形成服務全球的云卡服務平臺。紅茶移動基于eSIM技術，通過CaaS提供基礎卡服務，在eSIM還沒有供應量和承接終端的情況下，多數情況下采用軟卡技術提供，服務比較專注，對最終用戶的體驗和觸達還不夠。盡管通過手機廠商，網上公布有2.5億以上的裝機，但實際使用人數不多。優克聯提供的云卡平臺，廣泛支持遠程物理卡、eSIM卡和軟卡，自營的漫游超人Mifi租賃業務在國內占有率最大，以 PaaS服務和SaaS服務方式，面向最終用戶和合作伙伴，構建全生態鏈的云卡服務，是值得期待的為移動用戶提供貼心管家式云卡服務平臺的公司。

云卡云服務平臺的未來會怎么樣？互聯網的游戲規則就是用腳投票，最終用戶說了算，誰能將用戶服務好，誰就是贏到最后的玩家。但無論如何，云卡云服務平臺就是最終用戶最喜歡的平臺，有用戶需求在，云卡云服務平臺一起會發展起來的。（署名：龔智輝）