1. Introdução

À medida que as instalações 5G são lançadas, seu foco principal está nas taxas de dados empolgantes que esse padrão mundial oferece aos usuários de smartphones. No entanto, essa não é a capacidade principal pela qual todos estão esperando.

A Internet das Coisas, ou IoT, e as soluções M2M (machine-to-machine) buscam os outros benefícios que o 5G lhes proporcionará em comparação às gerações anteriores de tecnologia celular. Enquanto recursos como LTE-M (Long-Term Evolution Machine Type Communication) e NB-IoT (Narrowband IoT) foram suportados desde o 3GPP Release 13(1), eles não estavam prontos para a densidade de nódulos (2) que o setor está esperando.

Com aplicações de IoT variando desde medidores de eletricidade inteligentes a automóveis, de vigilância à automação de edifícios, o número de nódulos foi estimado em 5,8 bilhões de terminais em 2020, centenas de milhões dos quais utilizam tecnologias de rede celular (Figura 1).

As projeções para 2025 mostram que cerca de 41,6 bilhões de dispositivos IoT estejam em uso.

Figura 1: Crescimento esperado nos próximos 5 anos para M2M e IoT, especialmente no setor automotivo, gerenciamento de energia e rastramento de ativos.

Para os dispositivos IoT que usam redes celulares sem fio, uma das maiores dores de cabeça em potencial é a distribuição e manutenção dos SIMs (módulo de identidade do assinante).

Esses cartões do tamanho de uma unha, com seu padrão de contatos banhado a ouro, são o que permite que equipamentos de usuário (UE), tais como smartphones, se autentiquem com o serviço de uma operadora de rede móvel (MNO). Mas com cada um dos desenvolvedores de produto implantando milhares, senão milhões, de dispositivos em campo, a ideia de inserir cartões SIM em cada um deles não é bem-vinda. É aí que entra o eSIM.

2. A mudança do SIM para o eSIM

Será muito mais simples para os consumidores simplesmente clicar aceitando as alterações numa tela, do que se atrapalhar com um minúsculo cartão. Além disso, muitos dispositivos vindos por aí, como wearables, têm pouco espaço para acomodar um cartão SIM.

Se é uma confusão para os consumidores, fica claro que esse é um desafio extraordinário para os provedores de soluções de IoT e M2M. A grande quantidade de SIMs necessária, juntamente com os desafios de automatizar sua inserção durante a fabricação, é apenas o começo. Enquanto quase todos os outros componentes do sistema estão firmemente soldados à uma placa de circuito impresso, o SIM permaneceu teimosamente pressionado contra os contatos de um conector.

Embora se prometa confiabilidade sob condições extremas de vibrações e batidas, a realidade é que uma desconexão momentânea ainda pode ocorrer. Além disso, esta abordagem requer um recorte na “caixa” para que o SIM permaneça acessível para instalação e possível substituição. Isso se torna um desafio para os dispositivos de IoT que procuram limitar a entrada de umidade e partículas nos ambientes remotos e extremos onde podem ser implantados.

Felizmente, a tecnologia mudou, eliminando a necessidade de se trocar fisicamente o SIM para se conectar a uma nova operadora (MNO).
 

Isso é tratado por um processo conhecido como Remote SIM Provisioning (RSP) implementado por uma atualização segura over-the-air (OTA). Isso permite que um SIM embutido, ou eSIM, seja soldado diretamente à placa de circuito de um aplicativo, encerrando assim qualquer intervenção manual em relação a essa interface de conectividade celular.

Embora inicialmente concebido precisamente para aplicativos M2M, esse recurso da GSM Association foi rapidamente adotado por outros produtos que enfrentam desafios semelhantes, como os wearables(3) 

3. O mundo IoT em expansão

 Cada aplicação de IoT tem seu próprio conjunto de necessidades específicas, mas todas se beneficiaram dos mesmos avanços tecnológicos (Figura 2). Eles variam de baterias de alta densidade, semicondutores com eficiência de energia e imensas melhorias no poder de processamento.

Como resultado, veículos autônomos (AGV), drones e sensores remotos podem operar por longos períodos, serem leves e compactos e implementar localmente algoritmos complexos de computação.

Por fim, as melhorias na tecnologia de semicondutores também permitiram redes sem fio de longa distância e de baixa potência (LPWAN) que conectam todas essas ideias, compartilham dados e permitem controle remoto, das quais o 5G faz parte.

Figura 2: Cada aplicativo IoT tem requisitos únicos que podem ser suportados por uma mudança para eSIMs
 

4. Os segredos dentro do eSIM

O atrativo do 5G é sua disponibilidade e padronização mundial. Os produtos podem ser desenvolvidos em um único local, mas implantados em qualquer lugar e ainda operar sem a necessidade de implementar nenhuma alteração de localização.

A seleção de um eSIM ajuda os dispositivos IoT a serem agnósticos (independentes de rede) e atualizáveis ​​durante toda a sua vida útil.

Então, o que precisa ser considerado ao selecionar uma solução eSIM?
 

O SIM, possui uma enorme variedade de complexidades e funcionalidades. As implementações modernas usam um poderoso núcleo de processamento seguro de 32 bits junto com a memória necessária para a operação. Além disso, eles integram uma ampla gama de recursos de segurança que permitem o armazenamento seguro de chaves de criptografia.

Finalmente, para melhorar a capacidade de resposta e reduzir o consumo de energia, normalmente são implementados aceleradores de criptografia de hardware.
 

Os requisitos da GSMA para eSIM também vão além daqueles para SIMs removíveis, abrangendo testes e certificação de produtos, bem como auditorias das cadeias de suprimentos e processos de fabricação por laboratórios certificados independentes.

Comparado a um SIM removível, ou mesmo um SIM baseado em software puro executado em um processador de aplicativos, o eSIM é a opção mais segura para novos projetos de IoT e M2M. Isso é essencial para ganhar a confiança das operadoras (MNOs), que anteriormente programavam fisicamente suas chaves secretas nos cartões SIM removíveis.

5. Selecionando um eSIM para aplicações IoT

Encontrar a solução eSIM ideal começa como qualquer seleção de componente semicondutor usado em um dispositivo IoT ou aplicativo M2M; definindo a faixa de tensão, operação na temperatura necessária e atendimento aos requisitos específicos do mercado.

No entanto, os engenheiros de projeto descobrirão rapidamente que, além desses requisitos técnicos puros, há uma série de itens adicionais a serem considerados.
 

Um aspecto importante é se o eSIM é reconhecido para uso com as operadoras (MNOs) das regiões onde o fornecedor do dispositivo planeja implantar seu produto.

Outro aspecto é o fornecedor de eSIM. Aqui é prudente procurar um fornecedor que tenha histórico em tecnologia móvel celular e relacionamento estabelecido com players no mercado de celulares e operadoras (MNOs).

Os critérios finais são considerações mais brandas, que incluem confiabilidade, processos ISO e capacidade de entrega no prazo e nas quantidades necessárias, o que está vinculado à implementação de sua cadeia de suprimentos. A abordagem mais fácil é selecionar uma solução eSIM pronta para uso (Figura 3)

Figura 3: Implementações de IoT e M2M acessíveis, econômicas e escaláveis são simplificadas pelo eSIM

A Infineon está respondendo a essa necessidade de confiança, oferecendo a mais ampla gama de soluções eSIM de alta qualidade prontas para 5G, que vão desde hardware eSIM até pacotes avançados e prontos para conexão, como o OPTIGATM Connect.

Figura 4: O OPTIGA™ Connect Iot associa o controlador de segurança com um sistema operacional compatível GSMA e certificados para uma implantação mundial.

Este eSIM turnkey econômico é certificado pelo Common Criteria EAL5+, excedendo os padrões de segurança normalmente exigidos pela indústria hoje.

6. Aumentando o desempenho, economizando energia e reduzindo espaço.

A execução rápida de operações criptográficas é suportada por blocos de hardware simétricos e assimétricos com suporte para AES de até 256 bits, DES e 3DES, bem como ECC de até 512 bits e RSA de até 4096 bits. Tudo isso ajuda a fornecer um consumo de energia em operação bem abaixo do limite de definido pelo ETSI.

Figura 5: O SLC17 oferece mais economia de energia, tornando-o a base ideal para eSIMs direcionados a aplicativos de IoT alimentados por bateria

Além de permitir o projeto de produtos com maior nível de proteção contra umidade e poeira, os eSIMs também contribuem para uma enorme economia na área da placa. Na Figura 6 comparamos o menor formato SIM, o nano SIM, à gama de formatos oferecidos pela Infineon.

Figura 6: além do formato MFF2 padrão ESTI, pacotes menores podem ser até 30 vezes menores do que um nano SIM

No entanto, outras economias de espaço podem ser obtidas com outras opções de embalagem. O OPTIGATM Connect Consumer é oferecido em um formato que mede apenas 1,29 × 1,27 × 0,4 mm de espaço (Figura 7).

Figura 7: Com apenas 1,29X1,27X0,4 mm, o XFWLPB-6 oferece economia de espaço para produtos IoT densamente miniaturizados e embalados.
 

Estão também disponíveis soluções eSIM que permitem uma implementação de software personalizada. Eles são ideais para quem procura proteger ainda mais sua cadeia de suprimentos, operando uma estratégia de segunda fonte.

A ampla gama de dispositivos, juntamente com opções de embalagem em miniatura, oferece a flexibilidade de escolha que esses clientes exigem.

7. Reforçando a continuidade dos seus negócios e serviços

Desastres naturais e volatilidade do mercado podem interromper rapidamente as cadeias de suprimentos. Além disso, o foco do fornecedor pode ser inconstante, com fabricantes entrando e saindo dos mercados a curto prazo.

O eSIM e a segurança a ele associada demandam investimentos significativos, não apenas em soluções inovadoras, mas também em processos de fabricação e equipamentos em conjunto com a infraestrutura de suporte que o envolve.

A Infineon não é apenas um player de longo prazo em segurança avançada e tecnologia de celular móvel, mas também está comprometida com seu avanço. Isso é demonstrado por sua participação nas organizações, como ETSI, GSMA, Global Platform e 3GPP, que estão trabalhando para definir o futuro da comunicação celular móvel.

8. Boas parcerias contribuem para um ótimo IoT 5G

Os aplicativos IoT e M2M são, por sua própria natureza, projetos complexos e multidisciplinares. Mas enquanto a maior parte da conectividade pode ser implementada por bibliotecas de software e APIs (interface de programação de aplicativos), a tecnologia celular requer uma quantidade significativa de planejamento adicional. A experiência como consumidor pode fazer o SIM parecer um dos elementos mais simples do projeto.

Mas a realidade é que é muito mais complexo e complicado do que parece.

Soluções de eSIM prontas para uso, como OPTIGATM Connect IoT e OPTIGATM Connect Consumer resolvem grande parte do desafio, mas a seleção de eSIM é muito mais do que o próprio dispositivo de hardware.

Devido à multiplicidade de operadoras de rede celular e aos requisitos de segurança, é essencial o envolvimento de um parceiro experiente no início de tais projetos.

A Infineon, com sua experiência e relacionamentos com as operadoras (MNOs), juntamente com fabricação e cadeias de suprimentos e logística de classe mundial além do amplo portfólio de tecnologia segura eSIM, está bem posicionada para cumprir esse papel.

Sobre a Infineon:

A Infineon Technologies projeta, desenvolve, fabrica e comercializa uma ampla gama de semicondutores e soluções de sistemas.

O foco de suas atividades é a eletrônica automotiva e industrial, tecnologias de comunicação e informação, IoT, tecnologia de sensores e segurança.

A gama de produtos compreende componentes standard, software, soluções específicas para dispositivos e sistemas, assim como componentes específicos para aplicações digitais, analógicas e mixed-signal.

Cerca de 55% de sua receita é gerada por semicondutores de potência, cerca de 28% por soluções de controle e conectividade embarcadas (microcontroladores para aplicações automotivas, industriais e de segurança, Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE) e combos), cerca de 12% por componentes e sensores de radiofreqüência e cerca de 5% por ICs de memória para aplicações específicas. No ano fiscal de 2021, a Infineon gerou 25% de sua receita na Europa, 64% na Ásia e 11% nas Américas.

Referências:

(1) https://www.3gpp.org/release-13

(2) Nódulos: refere-se a um processo específico de fabricação de semicondutores e suas regras de projeto. Diferentes nódulos implicam diferentes gerações e arquiteturas de circuitos.

(3) wearable: um item que possa ser usado, vestido (smartwatch, pulseiras, chaveiros, óculos)

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