Telematics M2MPlug 車載資通訊 PCB設計 SIM卡 M2M MIM PIN

開拓訂製化服務無限商機 車載系統內嵌MIM勢在必行

2011-09-05
目前含有內嵌行動電話通訊模組的車載資通訊系統(Telematics)及車上內建裝置,已經是商用車所不可或缺的配置。實例的範圍從電子道路收費的單一用途車上機到多用途車隊管理,以及卡車、拖車、運貨卡車的資產追蹤解決方案,或是由車輛製造商在組裝線上所設計及配備,更精密的智慧車輛車載資通訊解決方案。
雖然各種內嵌行動電話通訊模組的車載資通訊系統各自相異,但因為業界標準和嚴苛的操作環境,對品質及耐用性的基本需求則大致相同。擴大所有元件的溫度範圍,對於即便在極寒冷的冬天或酷熱的沙漠天候中,依然能確保可靠的通訊是極為關鍵的先決條件。

商用車必須旅行數10萬公里,而且幾乎須要每日運轉,無法休息。崎嶇的路況所造成的大量震動和撞擊,外加高濕度會對裝置造成壓力,而這些裝置必須要極為堅固耐用才能在這些嚴苛的條件下存活。

車載資通訊系統則是設計用來滿足特定的汽車標準,以抵抗所有各種可能情況下極端惡劣的條件。許多廠商甚至堅持車載資通訊售後市場裝置必須符合高品質需求,以確保競爭優勢和客戶信心。所有汽車車載資通訊解決方案的元件,都必須經過專門挑選,以保證該裝置能搭配車輛本身的使用壽命。

車載資通訊系統戮力革新

直到最近,汽車級車載資通訊系統一直都是配備與一般人口袋中行動電話相同的塑膠用戶識別模組(SIM)卡。為了克服消費性SIM卡的耐久性限制,機器對機器(M2M)業界開發出專用的機器辨識模組(MIM)。

MIM和傳統的電話SIM卡具有相同的基本性能--皆支援用戶資訊個人化、可在空中遠端更新,能確保安全性及在行動網路上驗證,並可提供應用程式的執行環境。

不過,MIM還提供許多M2M專屬的功能,因此即使在嚴苛的環境條件下,也能確保延長的使用壽命。MIM不僅能提供作為具有增加穩定性和可靠性的插入式板型,也能當作內嵌在車載資通訊系統中的固定可焊接元件。而因為焊接的MIM無法移除或更換,所以現在已對裝置製造商提供新的供應服務,例如最後階段個人化(LSP)。

當行動網路營運商(MNO)的訂閱資訊,在製造程序的最後階段安全地傳輸至裝置內的MIM時就會發生最後階段個人化。最後階段個人化能為客戶提供選擇載體的完整彈性,因為即使在已將MIM整合至裝置的情況下,裝置亦非行動網路營運商專屬。車載資通訊系統製造商可以藉由MIM供應服務,為每個專案或為每筆客戶訂單個別控制裝置的自訂程序。

機器辨識模組更具耐用性

圖1 各種不同的機器辨識模組
因為車載資通訊系統具有各種不同的廣泛垂直市場需求和價值鏈特性,因此不可能打造出一體適用的MIM供應方案。相反地,若為不同類別的使用包裝個別MIM的功能和優點,不但能增加自訂化與彈性,同時也最能滿足客戶的需求(圖1)。

MIM提供兩種不同的板型家族,即插入式和可焊接的四方封裝。兩種板型家族皆經過標準化,並符合歐洲電信標準協會(ETSI)2FF或ETSI MFF規格。M2MPlug MIM與傳統行動電話SIM卡具有相同的尺寸,但卻有提供額外的M2M專屬功能。

M2MPlug版本是以一個專門設計及高耐用的M2M安全控制晶片為基礎,能抵抗極端的溫度、高濕度和震動等環境因素。M2M晶片能以增加的寫入循環數及對於非揮發性記憶體改善的耐用性,提供長效的使用壽命。

除了M2M晶片外,可處理和控制所有MIM工作的專用Java Card作業系統,能夠提供高度精密的軟體功能,延長MIM的壽命及所儲存的資料,例如驗證金鑰的長時間可用性。藉由選擇M2MPlug,即可輕易使用MIM的M2M優點,而不須要變更車載資通訊系統的整體設計。只要在車載資通訊裝置中放置M2MPlug MIM,取代標準SIM即可。

M2MPlug 105產品是專為在極端溫度條件中使用的裝置所開發,例如在極高溫和高濕度的中非洲所使用的建築設備與卡車;或是用於加拿大和俄羅斯北方,無論在日夜的任何時間皆遠低於攝氏零度地區所使用的車輛。

在車載資通訊系統須多年暴露在嚴重撞擊和振動,但非極端溫度的情況下,則適用另一種具有較小溫度範圍的M2MPlug變體,即M2MPlug 85。此兩種M2MPlug MIM皆採用耐用的M2M晶片和eXtended Life作業系統(XL OS),不過M2MPlug 105還在卡身上採用強化塑膠,以抵抗極端溫度。

車載資通訊系統原始設備製造商(OEM)的另一個考量,則是使用M2M級的可焊接MIM。與M2MPlug家族產品相同,FullM2M Quad MIM具有相同的強化M2M晶片、XL OS,以及從-40~+105℃的擴大溫度範圍,以確保最高的可靠性。

FullM2M Quad中的差別是標準化的ETSI MFF2板型(VQFN-8晶片封裝),加上與2FF插入式卡片的15毫米(mm)×25毫米相比,僅5毫米×6毫米的更小尺寸。因為採用可焊接MIM,車載資通訊裝置印刷電路板(PCB)可以更小,也可以免除插入式SIM卡架,以降低硬體成本。

此外,印刷電路板設計已經過最佳化,因為MFF2的四方封裝能藉由機具進行自動化組裝,而免除SIM卡架的人為取用。車載資通訊裝置不再須要由現場專人開啟以插入SIM卡,也不必為了方便從外部存取,而為特定SIM刻槽預先規畫裝置設計。車載資通訊裝置可在工廠密封,並以完整單元出貨。這對於裝置的長效使用壽命和保固驗證皆具有極大的優點,因為再也不會受到開關裝置以插入SIM卡的影響。

在密封外殼中焊接MIM的另一項優點,是可以消除道路上的濕氣進入裝置的可能性,而它正是可能為敏感的電子元件帶來災難性損害的禍首。裝置的處理則以FullM2M Quad MIM更進一步簡化,因為除了能將可焊接MIM在使用壽命期限內保留在相同車載資通訊裝置中,還可免除保護插入式卡片免於遭到未授權使用所必須的個人識別碼(PIN)。避免在裝置部署時分配及手動輸入PIN的需要,可同時增加原始設備製造商和系統整合商等的使用方便性。因為有各種不同的MIM技術選項,原始設備製造商和廠商現在能夠選擇最適合的個別解決方案、價值鏈、產業及客戶需求的功能組。

最後階段個人化提供商機

在為特定車載資通訊系統整合可焊接MIM時,製造彈性和個別自訂化是相當重要的問題。傳統SIM卡是由SIM卡製造商代替行動電話營運商,為每位客戶進行個別個人化。SIM卡的特定資料如行動用戶端整體服務數位網路(MSISDN)和國際行動用戶識別(IMSI)碼,是由行動網路營運商對應個別客戶,以用來辨識及進行每月列帳。可焊接MIM也是以同樣方式運作,但將個人化的MIM內嵌在裝置上時,即會因為車載資通訊裝置變成行動網路營運商專屬和專案專屬而帶來挑戰。

對於由客戶事先選擇行動網路營運商,並大量製造車載資通訊裝置的專案,預先個人化的可焊接MIM具有強大的商務效益,因為它們具備高成本效益、可靠、牢固,並以合理方式管理。

但在客戶使用多種行動網路營運商或少量生產時,預先個人化的可焊接MIM反而會造成高處理成本和超過必要的零件存貨。為克服此一障礙及限制車載資通訊裝置變體的數目,SIM和MIM廠商金雅拓(Gemalto)已開發出新的供應服務,例如MIM的最後階段個人化。

最後階段個人化是一種透過在MIM廠商的個人化中心和車載資通訊系統生產線間,所建立的安全虛擬私人網路(VPN)連線,在車載資通訊系統製造時發生的程序。MIM廠商的後端系統和MIM的安全性控制器之間的加密頻道通訊,能為每一個別的MIM建立行動網路營運商專屬的訂閱資訊。

藉由車載資通訊系統原始設備製造商、行動網路營運商和金雅拓、訊亦(Cinterion)間的三向共同作業方式,在出貨前為特定客戶或專案將最後階段個人化處理程序整合至組裝線製程,或將現有的存貨個人化。新供應服務的彈性,能為車載資通訊系統原始設備製造商提供結合車載資通訊裝置的新產品供應方案和服務。而最後階段個人化只是一種最佳化及簡化專門的無線裝置設計和開發的全新附加供應服務類別的開始。

OTA/OTI帶來服務新面貌

代表行動電話營運商和全球更廣大行動電話生態系統中超過二百家公司的全球行動通訊系統協會(GSMA),以及如歐洲電信標準協會之類的標準組織,目前正在定義可透過空中(OTA)與網際網路上(OTI)遠端供應MIM的新服務。

在不久的未來,以OTA和OTI供應為基礎、更為簡化及最佳化的供應鏈,將可消除為大規模部署車載資通訊裝置手動處理SIM卡的限制。車載資通訊系統原始設備製造商及可焊接MIM的早期採用者,皆持續藉由採用這些新MIM的相關供應服務,尋找可節省成本和時間的優點,以及取得較市場中其他廠商更多的競爭優勢。

原始設備製造商對可焊接的MIM和新供應服務進行仔細地評估,對於將此一有前景的技術帶向新層次是非常重要的。具備悠久專業能力和受市場肯定知識的可信賴合作夥伴,對於判斷任何新技術或製程的利弊,以及開發成功的藍圖都是非常重要的。

(本文作者為訊亦商務開發主管)

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