SIM卡池（SIMPOOL）应用随身WiFi解决方案
1、全球/4G高速上网；
3、全球免漫游收发短信；
1、无需插卡：采用先进云SIM卡技术，无需插卡、无需借助其它任何设备，开机即可提供优质WiFi上网服务；
2、全球通用：支持全球3G/4G主流频段，云端SIM服务器根据用户位置信息自动分配当地流量卡，一台设备全球通用，去多个国家也无需更换WiFi设备；
3、SIM卡集中管理、灵活调度：通过云端SIM服务器对所有流量卡进行集中管理，并可根据每台WiFi设备使用情况灵活调度分配流量卡，有效避免流量资源闲置和浪费，从而极大程度上降低管理和运营成本；
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本方案适用于出国随身WiFi设备、国内随身WiFi设备、智能手机全球漫游服务及等领域。
SIM卡与ME的协议交互过程
1前言
ACCAccessControlClass接入控制类别
ADAdministrativeData管理数据
APDUApplicationProtocolDataUnit应用协议数据单元
ATRAnswertoReset复位应答
BCCHBroadcastControlChannel广播控制信道
CBMIDCellBroadcastMessageIdentifierforDataDownload用于下载的小区广播信息标识
CHVCardHolderVerificationinformation卡支持器检验信息
DFDedicatedFile专用文件
EFElementaryFile基本文件
FPLMNForbiddenPLMN禁止登陆的PLMN
GSMGlobalSystemforMobileCommunications全球移动通信系统
HPLMNHomePLMN归属PLMN
ICCIDIntegratedCircuitsCardIdentifier智能卡标识
IMSIInternationalMobileSubscriberIdentity国际移动用户识别码
KcCipheringkey密码本
Ki用户鉴权码
LOCILocationInformation位置信息
LPLanguagePreference语言选择
MEMobileEquipment移动设备，包括各种的GSM模块
MFMasterFile主文件
PTSProtocolTypeSelection协议类型选择
SIMSubscriberIdentityModule用户识别模块
SSTSIMServiceTableSIM卡服务表
SRESSignedRESponse符号响应，鉴权的计算结果
‘XX’用单引号表示十六进制数，如’90’表示十六进制数Ox90
VOH最大输出电压，其他类似符号可类推
SIM卡是智能卡的一种，除非在GSM应用中有特殊规定，否则应该符合智能卡的一般规范，即ISO7816-1,2,3。本节介绍了SIM卡的规格以及SIM卡上触点的功能分配和电气特性。
早期使用的SIM属于ID-1型号，如卡片般大小。近期使用的SIM一般属于Plug-in型号，尺寸是25mm×15mm。Plug-in型号的SIM可以由ID-1SIM切去多余的塑料片后得到。
各触点在SIM上的位置可以参考ISO7816-2，下表是各个触点的编号以及功能分配。
触点编号
分配
C1
电源电压Vcc
C5
接地GND
C2
复位RST
C6
编程电压Vpp
C3
时钟CLK
C7
输入/输出I/O
C4
保留
C8
表3.2.1SIM卡的触点分配
据GSM11.11规定，SIM卡应该工作在如下表所示的电压范围内。
符号
最小值
最大值
单位
Vcc
4,5
5,5
V
Icc
10
mA
表3.3.1.1+5V供电下Vcc的电气特性
另外，据GSM11.12补充规定，GSMPhase2的SIM卡应该同时支持+5V和+3V供电电压。在+3V供电时SIM卡的工作范围如下：
2.7
3.3
6
表3.3.1.2+3V供电下Vcc的电气特性
下面各个触点的电气参数均是在+3V供电时给出的，+5V供电的情况请参考GSM11.11。
ME会用如下参数范围内的RST信号去复位SIM卡。
条件
VOH
IOHmax=+20μA
0.8xVcc
VOL
IOLmax=-200μA
0
0.2xVcc
tRtF
Cin=Cout=30pF
400
μs
表3.3.2.1RST的电气特性
SIM卡详细的复位和复位应答过程（ATR）见4.2.3节
SIM卡不使用Vpp。
SIM卡应该使用在CLK上提供的1到5MHz的外部时钟，不应使用自己的内部时钟。CLK信号的电气特性如下。
0.7xVcc
IOLmax=-20μA
50
ns
表3.3.4.1CLK的电气特性
这个触点是SIM卡与ME之间通信的唯一通道。它支持半双工串行通信，有发送和接收两种状态，并且应该在不传输数据时置为接收状态。它的电气特性如下。
VIH
IIHmax=±20μA
Vcc+0.3
VIL
IILmax=+1mA
-0.3
IOLmax=-1mA
0.4
1
表3.3.5.1I/O的电气特性
ME和SIM卡之间的对话应按如下顺序操作：
sSIM卡的连接和激活
sSIM卡的复位
sSIM卡与ME之间命令-响应过程
sSIM卡的释放
正确连接ME和SIM卡后（请参阅ME的说明），ME按如下顺序激活SIM卡：
s置RST为低电平
s给Vcc供电
sME和SIM卡的I/O口均置为接收状态
sCLK上有稳定的时钟信号
在激活SIM卡后，ME会冷复位或热复位SIM卡。随后，SIM卡应该复位内部数据并且发起ATR过程。而ME根据ATR的信息，有可能发起PTS过程来进一步商议通信协议和波特率。这些过程正常结束后，ME和SIM卡就可以开始各种命令-响应过程。
正确连接和激活SIM卡后，ME就会立刻对SIM卡进行冷复位，复位信号的时序如下图示：
注：SIM卡应当在RST被拉高后400到40000个时钟周期内（t1）发起ATR过程。
T0与T1之间间隔40000个时钟周期。
图4.2.1.1SIM卡的冷复位
图4.2.2.1SIM卡的热复位
SIM卡与ME之间使用I/O进行半双工串行通信（一般是异步的）。I/O口上的信息被打包为字符帧来传输，这种字符帧是SIM卡与ME之间通信的基础，在随后的ATR过程，PTS过程和命令-响应过程中同样要使用。
4.2.3.1字符帧的结构
字符帧一共有10位，它的结构如下图示：
注:S是开始位，低电平。
Bi是第i字节的8位有效数据。到底是字节中的低位还是高位先传输见4.2.4.1。
C是偶奇偶校验位，它可以通过将Bi的每一逻辑位进行异或求得。
图4.2.3.1.1字符帧的结构
4.2.3.2字符帧的时序
1etu=F/(D*f)秒
P=2+Netu
参数F，D和N可以在ATR和PTS过程中由SIM和ME商议确定。在没有商定前，使用如下默认值：
F=372；D=1；N=0
4.2.3.3字符帧的差错控制
ISO7816-3规定了字符帧差错控制的机制，主要是错误检测和字符重发。需要时请参阅。
ATR是英文AnswertoReset的缩写，即复位应答。
ATR过程使用默认参数F=372；D=1；N=0，etu=372/f秒。例如若CLK上是3.579MHz的时钟，那么etu=372/3.579MHz，此时波特率=1/etu=9600bps。
ATR过程包含如下信息：传输协议的类型，控制参数和识别信息。ATR过程由一系列字符组成，应该遵循如下所示的格式：
_________________________________________________________
||||||||||||||||
|TS|T0|TA1|TB1|TC1|TD1|TA2|TB2|TC2|TD2|.........|T1|...|TK|TCK|
|___|____|____|____|____|____|____|____|____|____|__|___|__|___|___|
注：
TS：初始字符（必须传输）
TO：格式字符[含参数Y1和K]（必须传输）
TAi：接口字符[含参数FI,DI]（可选传输）
TBi：接口字符[含参数I1,PI1]（可选传输）
TCi：接口字符[含参数N]（可选传输）
TDi：接口字符[含参数Yi+1,T]（可选传输）
T1,...,TK：历史字符(K小于等于15)（可选传输）
TCK：奇偶校验字符（是否传输视情况而定）
图4.2.4.1ATR过程的格式
4.2.4.1初始字符TS
TS后的字符要传输的8位有效数据Bi（见4.2.3.1），先作如下约定：
数据是|b7|b6|b5|b4|b3|b2|b1|b0|，那么b7是高位，b0是低位。b7-b4是高半字节，b3-b0是低半字节。
如何将这一个字节的数据装入字符帧呢？这就要看TS规定了哪一种协议。
初始字符TS定义了其后字符编码的两种协议：正向协议（DirectConvention）和反向协议（InverseConvention）。
s正向协议。在I/O线上，高电平代表逻辑1（正逻辑），并且低位b0首先被传输。这时TS字符帧设为：L-HHLHHHLL-H。在正向协议下TS的编码为’3B’。
s反向协议。在I/O线上，低电平代表逻辑1（负逻辑），并且高位b7首先被传输。这时TS字符帧设为：L-HHLLLLLL-H。在反向协议下TS的编码为’3F’。
ME能支持上面的任何一种协议。
4.2.4.2格式字符T0
T0的8位有效数据被分成两部分。
高半字节代表参数Y1，它用每一位的逻辑1来表示其后TA1，TB1，TC1和TD1是否被传输，对应关系如下：
b4àTA1；b5àTB1；b6àTC1；b7àTD1
低半字节代表参数K,它是一个4位二进制数，取值从0到15。它代表了将要传输的历史字符T1，T2，…TK的数目。
4.2.4.2接口字符TA1
它的高半字节代表参数FI，低半字节代表参数DI。它们是用来表示SIM卡能支持的时钟转换因子F和比特调整因子D，还表示了SIM卡能支持的最高时钟频率f。它们的对应关系如下：
图4.2.4.2.1接口字符TA1的意义
GSMPhase2的SIM卡和ME除了支持F=372，D=1外还应该支持F=512，D=8。
GSM11.11规定，如果TA1不等于’11’,那么ME就会启动PTS过程。
4.2.4.3接口字符TB1，TB2
TB1，TB2。这两个字符主要是对编程电压Vpp和编程电流Ipp的要求进行编码。因为SIM卡不应该需要使用编程电压Vpp，GSM11.11规定：TB1=’00’；TB2不予传输。如果TB1不等于’00’，那么ME设备会拒绝SIM卡。
4.2.4.4接口字符TC1
如果SIM卡没有发送TA1，TB1，TC1那么ME就会使用默认值：
4.2.4.5接口字符TD1
这个字符的高半字节表示Y2，它的含义与T0字符中的Y1类似，表示其后TA2，TB2，TC2和TD2是否被传输。
低半字节表示协议类型T，它是一个四位二进制数，取值从0到15。最常用的传输协议如下：
sT=0表示异步半双工字符传输协议
sT=1表示异步半双工块传输协议
ME与SIM卡的通信，一般使用T=0协议，其字符帧结构和时序和4.2.3节描述的一样。
如果TD1没有被传输，那么默认使用T=0协议。
如果SIM卡除了支持T=0协议，还支持其他协议，那么在TD1字符，也应该优先表明
支持T=0协议，再在后面TD2，TD3表示支持其他协议。TD1表示的协议会作为默认的协议使用。
4.2.4.6接口字符TA2
这个字符主要用来指明是否使用专用模式，详见ISO7816-3。
SIM卡与ME通信一般使用协商模式，不需要传输这个字符。
4.2.4.7接口字符TC2
W=960xDxWI（etu）
如果不传输TC2，而使用WI的默认值10。
4.2.4.8其他接口字符
余下的一些接口字符一般在T=1协议下使用，在此不再详述。
4.2.4.9历史字符T1-TK
这些字符主要用于表示SIM卡的标识等文本信息，在此不再详述。
4.2.4.10校验字符TCK
TCK的值等于从字符T0到TK的作异或运算后的值。
如果SIM卡在ATR过程中表示只支持T=0协议，则不需要传输TCK。
名称值意义
TS3B正逻辑；低位b0先传输
T0F0接下来传输TA1，TB1，TC1，TD1；无历史字符
TA194F=512，D=8，1etu=64个时钟周期，最大时钟频率5MHz
TB100不需使用编程电压Vpp
在协商模式下，ATR过程默认使用的参数F=372，D=1和TD1所表明的协议将会一直使用下去，直到一个成功的PTS过程完成。GSM11.11规定，如果TA1不等于’11’，那么ME就会发起PTS过程。
PTS过程包括ME的PTS请求和SIM卡的PTS应答。在GSM应用中，它们一般都由以下4个字符组成。如下图示：
PTSS初始字符总为’FF’
|
PTS0格式字符高4位分别表示后面字符的存在，低半字节表示协议类型T
PTS1参数字符高半字节代表FI，低半字节代表DI（应与TA1匹配）
PCK校验字符PTSS，PTS0和PTS1作异或运算
图4.2.6.1PTS过程
如果SIM卡一直不响应PTS请求,则ME就会一直使用默认值F=372,D=1,N=0和协议T=0。
╔══╗复位╔═══╗
║ME║──────────────────────────-──────────────>║SIM║
╚══╝╚═══╝
ATR
┌─────┬────┐
└─────┴────┘
图4.2.3.5.1提速到F=512，D=8的PTS过程
SIM卡在复位，ATR过程，PTS过程正常结束后就可以正式接受ME的各种命令，并对其作出响应。命令和响应都是用应用协议数据单元（APDU）来承载的。
APDU应该使用Ｔ=0协议来传输，它分为命令APDU和响应APDU。
命令APDU从ME发出，由5个字符的报头组成，有时还带有数据，格式如下：
|CLA|INS|P1|P2|P3|DATA1|
注：CLA是命令类别，在GSM应用中固定使用’A0’
INS是命令代码,视不同的命令而定
Ｐ１，Ｐ２是命令参数，视不同的命令而定
Ｐ３是数据长度表示命令期间传输数据字符的数目（可以是ME向SIM输入数据的长度DATA1，也可以是SIM向ME返回的数据的长度DATA2）。当数据从SIM卡发出时，Ｐ３=’00’代表数据长度为２５６个字符。当数据从ME发出时，Ｐ３=’00’代表无数据传输。
图4.3.1.命令APDU的格式
响应APDU从SIM卡发出，包含两个字符的报尾，有时之前还带有数据，格式如下：
|DATA2|SW1|SW2|
注：SW1，SW2是状态字，表示命令是否成功执行
SW1，SW2=’90’，’00’表示命令正常结束
SW1，SW2=’91’，’XX’表示SIM卡要传送命令给ME
SW1，SW2=’9F’，’XX’表示有XX长度的响应数据
SW1，SW2=’94’，’04’表示找不到文件，或参数错误
SW1，SW2=’6D’，’00’表示不明指令
其它一些编码请参阅GSM11.11的第9章
图4.3.2响应APDU的格式
为了更好的控制APDU的时序，ISO7816-3规定APDU是“分节”传输的。ME首先发送5个字节的命令头（CLA，INS，P1，P2，P3），然后等待SIM回应一个字节的响应（通常就是APDU中的INS字节）。SIM卡回应的这个字节的意义如下表：
定义
值
ME的动作
ACK
INS
ME将发送所有剩余的数据或者ME将准备接收SIM卡发送的所有数据。
INS取反
ME将发送下一个字节的数据或者ME将准备接收SIM卡发送的下一个字节的数据。
NULL
0x60
SW1
0x6x或0x9x
ME接收下一个状态字SW2
表4.3.1SIM卡的响应字节
综上，下图列举了ME和SIM命令响应过程的4种情况：
情况1：命令+命令数据
_______________________________________________________________________________
|CLA|INS|P1|P2|P3|INS|DATA|SW1|SW2|
情况2：只有命令
|CLA|INS|P1|P2|00|SW1|SW2|
情况3：命令+响应数据(ME已知其长度)
情况4：命令+命令数据+响应数据
|CLA|INS|P1|P2|P3|INS|DATA|INS|L|DATA|SW1|SW2|
注：1.红色表示由ME发出，蓝色表示由SIM卡发出。
2.情况4中“L”是SIM发出的响应数据的长度。
图4.3.3ME和SIM的命令响应过程
请参考第6节内容。
下面以SELECT命令的执行为例（它的完整执行还需要另外一个辅助命令GETRESPONSE）。
ME先发出SELECT命令，选择专用文件DFGSM（文件标识’7F20’），然后等待SIM卡的第一次响应，得知SIM卡将有长度为23字节的数据（十六进制为’17’）要返回。ME再发出第二条命令GETRESPONSE（带数据长度参数’17’），SIM卡则在这时把SELECT命令应该返回的数据返回给ME，并表示命令正常结束。过程如下：
ME发送SELECT命令（属于命令+命令数据）：
|A0|A4|00|00|02|A4|7F|20|9F|17|
ME发送GETRESPONSE命令（属于命令+响应数据）：
|A0|C0|00|00|17|C0|DFGSM的信息（共23个字节）|90|00|
注：红色表示由ME发出，蓝色表示由SIM卡发出。
表4.4.1SELECT命令实例
当正常结束会话或遇到异常时（如SIM卡被抽出），ME会按以下顺序释放SIM卡：
sRST置低电平
sCLK置低电平
sI/O置低电平
sVcc置低电平
为了完成模拟SIM卡部分功能的任务，有必要先了解一下SIM卡的文件系统。
SIM卡中的文件分三种类型，它们是主文件MF（MasterFile），专用文件DF（DedicatedFile）和基本文件EF（ElementaryFile）。其中，MF的作用相当于根目录，只有一个；DF相当于子目录，可以有多个；真正储存有用信息的是EF。在SIM卡中，用’01’代表MF，用’02’代表DF，用‘04’代表EF。用它们的关系如下图所示：
图5.1.1SIM卡的文件系统
SIM卡中的文件用2个字节（4位16进制数）来标识，如’3F00’就是MF的标识。其中标识中的第一个字节有特别含义，它表示了文件的类型：
s‘3F’代表根目录MF
s‘7F’代表第一层子目录DF
s‘5F’代表第二层子目录DF
s‘2F’代表根目录下的基本文件EF
s‘6F’代表第一层子目录下的基本文件EF
s‘4F’代表第二层子目录下的基本文件EF
基本文件EF在SIM卡中针对要存储的不同信息，又分别有三种存储结构。它们是：
s通透的（Transparent）结构用’00’编码
s线性固定的（LinearFixed）结构用’01’编码
s循环的（Cyclic）结构用’03’编码
通透结构的EF由一个文件头和一个由字节序列组成的文件体构成。在读写和更新时，
SIM卡的一个主要作用是保证信息安全。SIM卡内的每一个文件对不同的命令（参见第6节的介绍）设置了不同的访问级别：
s第0级总是允许访问（ＡＬＷＡＹｓ）
s第1级需要CHV1认证
s第2级需要CHV2认证
s第3级保留以备将来使用
s第4到14级管理权限（ＡＤＭ）
s第15级禁止访问（ＮＥＶｅｒ）
当在某个基本文件EF上执行某命令时，它需要CHV1认证，那么必须满足如下条件
之一：
s1.输入了正确的CHV1认证码。
s2.CHV1认证功能被设定为“不执行”（disabled）。
s3.UNBLOCKＣＨＶ１命令（用于解锁已被锁死的ＳＩＭ卡）成功执行。
ＣＨＶ２认证类似。
ＡＤＭ的权限设定以及它们的访问条件一般由ＳＩＭ卡的发行者来负责。
sEFICCID‘2FE2’通透结构10字节SIM卡的唯一标识号码
sEFLP‘6F05’通透结构1到n字节SIM卡支持的语言
sEFIMSI‘6F07’通透结构9字节国际移动用户识别码（IMSI）
sEFKc‘6F20’通透结构9字节密钥Kc，经常更新
sEFHPLMN‘6F31’通透结构1字节归属PLMN搜寻间隔
sEFSST‘6F38’通透结构大于2字节SIM支持的服务种类
sEFBCCH‘6F74’通透结构16字节广播控制信道的信息，经常更新
sEFACC‘6F78’通透结构2字节接入控制类别的信息
sEFFPLMN‘6F7B’通透结构12字节禁止登陆的PLMN
sEFLOCI‘6F7E’通透结构11字节位置区域信息，经常更新
sEFAD‘6FAD’通透结构大于3字节SIM卡运作类型，如“测试卡”