eUICC Support für NetModule Router

Motivation für Consumer eSIM in Industrial Routern

Anwendung

Mit dem Beginn des GSM Zeitalters hat man sich daran gewöhnt, ein Endgerät mit oder ohne SIM zu kaufen und als erstes diese SIM in das Gerät zu installieren. Der grosse Fortschritt bestand darin, das Mobilfunkabonnement vom Gerät zu trennen. Bei den analogen Systemen hat man das Abonnement mit dem Gerät gekauft und beim Anbieterwechsel musste man auch das Gerät wechseln.

Die Anzahl der Kunden, der Umsatz pro Kunde (ARPU), als auch die Wechselquote (churn) sind wichtige finanzielle Kenngrössen für die Bewertung von Mobilfunkbetreibern. Es kostet relativ viel Geld, einen Neukunden zu gewinnen und das begründet die Motivation seine Kunden zu halten. Ein grosser, aber nicht ausschliesslicher, Anteil an den Kunden-Acquisitions-Kosten hatte die Subventionierung der Endgeräte. Die SIM ist das physikalische Symbol der Kundenbindung.

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IOT) ist zwar ein neues Geschäftsfeld für Mobilfunkbetreiber gleichzeitig aber ein Paradigmen-Wechsel für sie, da nicht mehr der Mensch im Mittelpunkt steht, sondern die Maschine (M2M, machine to machine). Eine Annahme der Veränderung ist gewesen, dass es sehr viele, sehr kleine Geräte mit Mobilfunk-Anschluss geben wird. Diese müssen einerseits relativ günstig sein andererseits aber relativ wenig Datenvolumen pro Gerät generieren. Dennoch werden sie wegen ihrer Mannigfaltigkeit grosse Volumina und grosse Umsätze generieren.

Eine Plastik-SIM, die vor dem Betrieb installiert werden muss, ist für diese Art von Geräten nicht mehr praktikabel. Eine eingelötete SIM, die man über SMS neu programmieren kann, ist die Lösung dieser Anforderung. Der aktive Netzbetreiber wird dann die Übertragung und Aktivierung des neuen Abonnements anstossen. Dieser Prozess wurde unter SGP.02 als industrial eUICC standardisiert.

Es waren dann auch die Anforderungen aus immer kompakteren und komplexeren Endgeräten, insbesondere den Smart-Watches, welche den Bedarf nach immer kleineren SIM-Karten, bis hin zu lötbaren Chips, vorantrieben. Letztendlich war es die Marktmacht von Apple und Samsung, welche die Mobilfunk-Betreiber, gegen deren Willen, dazu bewegte, einer Standardisierung des eUICC (embedded Universal Integrated Circuit Card; aka embedded SIM) unter Führung der GSMA einzuwilligen. Das war die Geburtsstunde der sogenannten Consumer eSIM (SGP.21, ff).

NetModule eSIM – Automotive NG800

Mit dem neuen NG800 Automotive Gateway unterstützt NetModule den voranschreitenden Einzug der Telematik in Fahrzeugen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen. Das Gateway bietet die notwendige robuste Kommunikation zwischen On-Board Elektronik und Cloud-Anwendungen wie z.B. zur Überwachung der E-Mobilität, zur Unterstützung des Flottenmanagements und zur Durchführung von Diagnoseaufgaben.

Ein Automotive IoT Gateway muss vor allem den Umwelteinflüssen trotzen. Die Gerätekategorie IP69K fordert einen Schutz gegen Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahlreinigung und gilt spezifisch für Straßenfahrzeuge. Das ist mit einem wechselbaren SIM-Karte nur schwer erfüllbar. Die eUICC dagegen erlaubt einerseits eine Verklebung des Gehäuses und andererseits weiterhin die Möglichkeit, das Mobilfunk-Abonnement zu ändern. Zusätzlich kann eine eUICC mehrere Profile, also Abonnements, enthalten. Damit können Roaming-Kosten vermieden werden.

NetModule eSIM – Öffentlicher Verkehr NB2800, NB3800

Für den öffentlichen Verkehr bietet NetModule die Modellserie NB2800 für Strassenfahrzeuge und NB3800 für Schienenfahrzeuge an. Beide Router können mit bis zu 4 SIM-Karten und bis zu 4 Mobil-Funk-Modulen ausgestattet werden.

Das Wechseln einer SIM-Karte, d.h. damit auch des Mobilfunk-Providers, bei Fahrzeugen im öffentlichen Verkehr kommt eher selten vor. Das liegt i.d.R. an der Beauftragung im Rahmen des Ausschreibungsverfahrens. Wird dennoch der Anbieter gewechselt, wird es aufwändig: Die Fahrzeuge müssen ins Depot und die SIM-Karten der Router, die oft hinter Verkleidungen verbaut sind, müssen getauscht werden. Dies kann durch eine eSIM-Karte vermieden werden. NetModule bietet für die existierenden Router eUICCs im Plastikformat an. Diese sehen genauso aus wie eine Standard SIM, haben jedoch die Funktion einer eUICC nach Standard SGP.21.

NetModule eSIM – Industrie und allgemeine Anwendungen NB800, NB1800

Die NB800 ist ein Router mit einem eingelöteten Mobilfunkmodem, während die NB1800 mit einem modularen Modem aufgebaut ist und mit bis zu zwei Modem und zwei SIM-Karten bestückt werden kann.

Die eUICCs existieren auch in den gängigen Formaten FF2 und FF3, damit kann das gesamte NetModule Portfolio mit eUICC aufgerüstet werden.

Standards und Normen

Während bei Mobilfunkendgeräten und deren Infrastruktur die Standards und Normen im Wesentlichen von 3GPP entwickelt und für Europa durch ETSI als Norm veröffentlich werden, ist die Situation bei der eSIM komplizierter. Dies führt oft zu Missverständnissen. Im Allgemeinen liegt einer herkömmlichen SIM die Smartcard-Technologie zu Grunde, welche auch bei Zahlungsmitteln benutzt wird und die entsprechenden Sicherungsmechanismen enthält.

Der Standard für die eUICC wird durch die GSMA, also der Vereinigung der Mobilfunkbetreiber, verwaltet. Der Standard für die SIM-Karte selbst liegt weiterhin bei 3GPP/ETSI. Was dazu führt, dass es nach 3GPP/ETSI keine SIM ohne Profil gibt. Sogenannte Dummy-Profile sind heute eine Lösung. Es wird erwartet, dass 3GPP in naher Zukunft auch die eUICC im SIM-Tool-Kit vollständig berücksichtigen wird.

SIM-Formate

Wir kennen SIM-Karten mit verschiedenen Formfaktoren. Über die Zeit sind die SIM-Karten vom Scheckkartenformat ausgehend immer kleiner geworden.

Die vorerst letzte Inkarnation ist die eSIM oder auch Chip-SIM. Es handelt sich dabei um einen lötbaren SIM-Chip und auch dort gibt es mittlerweile kleinere Formate wie z.B. XS-Quad. Aufgrund dieser Nomenklatur gibt es oft Verwechslungen mit der eUICC, also der SIM-Karte, auf die man verschiedene Profile, sogenannte Subskriptionen, herunterladen kann.
Andererseits gibt es auch eUICCs in den klassischen Formfaktoren, die NetModule bei Bedarf auf allen aktuellen Routern zusätzlich zum Nachrüsten anbietet.

Unterschied Consumer zu M2M eSIM

Machine-to-Machine eSIM

Das Laden und die Verwaltung von eUICC für Maschinen-Kommunikation wird vom Mobilfunkbetreiber gesteuert. Um ein weiteres Profil zu laden, ist eine Kommunikationsverbindung zwischen den Kunden-Management-Systemen beider Netzbetreiber notwendig. Dieser Prozess ist nicht standardisiert. Während die Kommunikation zum SM-DP und SM-DS jeweils von GSMA spezifiziert ist, wird das Profil dann vom SM-DP über das SMS-Center auf das Endgerät geladen und aktiviert.

Die Kommunikation zwischen den Netzbetreibern ist Gegenstand multilateraler Vereinbarung und benötigt Interoperabilitäts-Tests. Das ursprüngliche Profil bleibt auf der SIM-Karte erhalten. Weitere Profile werden immer über den ursprünglichen SM-DP verwaltet. In diesem Fall erhält der Kunde von NetModule neben der Hardware und Software auch das Abonnement für das initiale Profil.

Consumer eSIM

Der typische Kunde eines iPhones oder Samsung Smartphones mit eUICC bekommt von seinem Netzbetreiber anstatt einer Plastik SIM ein Stück Papier mit QR-Code, um sein Telefon zu aktivieren. Nun hat der NetModule Router keine Kamera. Es wäre natürlich möglich den String abzutippen, doch gibt es eine elegantere Lösung.
Dazu liest die Applikation LPA der NetModule Router Software die eindeutige EID aus der eUICC und fragt bei der GSMA root SM-DS nach, wo ein zur EID passendes Profil liegt. Mit dieser Adresse werden dann auf dem dazugehörigen SM-DP+ Server die zur EID gehörenden Profil(e) heruntergeladen.

Der Nachteil dieser Methode ist, dass zum Zeitpunkt der Konfiguration eine Internetverbindung bestehen muss, bevor das Mobilfunk-Modem anschliessend die Datenkommunikation übernehmen kann. Der Endkunde ist dafür jedoch absolut frei in der Wahl seines Mobilfunk-Betreibers.

NetModule eUICC Lösung

Die eUICC, sei es die Consumer eSIM oder die M2M-eSIM, erlaubt es den Mobilfunkbetreiber zu wechseln ohne dass dazu die physikalische SIM-Karte gewechselt werden muss. Bei der M2M-eSIM muss man jedoch bei seinem (bisherigen) Mobilfunkbetreiber anfragen, damit dieser ein neues Profil über SMS herunterlädt und aktiviert. Im Gegensatz dazu wird bei der Consumer-eSIM das Laden und Aktivieren vom Benutzer ohne Mitwirkung eines vorherigen Mobilfunkbetreibers initiiert.

NetModule bietet für sein gesamtes Portfolio die eUICC Lösung nach GSMA Standard SGP.22 an. Diese Lösung wird auch als Consumer eSIM bezeichnet und funktioniert millionenfach in Smartphones. Im Gegensatz zu Smartphones muss jedoch kein QR Code eingelesen werden. Über eine Kommandozeile kann der LPA aufgerufen werden. Dieser liest die EID aus dem eUICC und - vorausgesetzt es besteht eine Internetverbindung - fragt beim GSMA SM-DP+ nach vorhandenen Profilen an. Diese werden geladen und können aktiviert und auch wieder gelöscht werden.

Zukünftig ist geplant diese Funktion in das graphische Webinterface zu integrieren.

Der Vorteil dieser Lösung ist, dass der Endkunde frei ist in der Wahl seines Mobilfunkbetreibers. Er erhält wie bisher die Hardware und Software von NetModule.
Auf Wunsch kann NetModule aber auch beim Endtest oder während der Konfiguration ein bestimmtes Profil aufspielen.

In Zukunft ist geplant, grössere Flotten von eUICC -basierten Geräten über NetModule’s Cloud-Lösung «Connectivity Suite» zu verwalten.

Fazit

Der grosse Vorteil der eUICC ist, dass der Mobilfunkbetreiber, ob bei der Consumer eSIM oder der M2M-eSIM, gewechselt werden kann, und zwar ohne, dass die physikalische SIM-Karte gewechselt werden muss.
Der Mehrwert unserer Lösung liegt darin, dass der Endkunde wie bisher die Hardware und Software von NetModule erhält und darüber hinaus seinen Mobilfunkbetreiber frei wählen kann.