移動網絡充電樁物聯網技術研究

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【摘要】近些年我國的移動網絡技術有了較大的提升，這也促使了很多的新興模式和新興產業的發展。充電樁是隨著新能源汽車的興起而發展的主要配套設施，以移動網絡作為基礎的充電樁物聯網建設成為了目前人們關注的話題之一，通過大數據的有效分析能夠實現以充電樁連網的全新物聯網應用，這樣就形成了充電樁物聯網發展的全新模式。本文主要闡述移動網絡為基礎的充電樁物聯網技術應用方面的內容，希望能夠對相關人士有所幫助。

【關鍵詞】移動網絡；充電樁物聯網；技術應用

近些年來我國的新能源汽車行業得到了快速的發展，也符合國家發展新能源產品的策略。隨著新能源汽車的發展，與之配套的充電樁建設也得到了政府層面和社會各方面的鼓勵和推廣，各地的充電樁建設正在積極地開展。但是目前我國新能源汽車行業還處在初期發展階段，充電樁的發展同樣面臨著一定問題，例如規模較大、布置區域分散、投資建設以及運營主體較多而造成充電樁的監管和維護困難等等。除此之外，有關充電樁的管理還面臨著其他方面的要求，包括充電費用結算方面、充電時間控制方面、不同投資主體之間協調問題等等。面對著這些問題，需要建立起以移動網絡作為基礎的充電樁物聯網來對其進行監控、管理以及運營，從而提升充電樁管理能力以及使用的效率，在此基礎上形成不同類型的應用服務，進一步提升物聯網技術的發展。

1充電樁物聯網系統總體設計

（1）所謂的物聯網主要就是利用信息感知設備（目前主要的信息感知設備包括傳感器、電子標簽、條形碼等等）根據約定的相應協議來進行物品、系統以及信息資源方面的連接，從而實現各種信息的處理以及交換。物聯網所具有的特征包括：全方位感知、可靠傳輸、智能處理等等。物品、系統以及信息資源主要是利用通信網絡進行連接以及傳輸。隨著現代云計算、模糊識別等智能計算技術的發展，在物聯網中應用這些技術可以使得信息的處理更加的智能化以及更加靈活。（2）本文所制定的充電樁物聯網結構如圖1所示。從圖1中能夠得知，充電樁物聯網主要包括三個層級，從下到上分別為：終端感知層、網絡連接層、應用服務層。不同層級所負責的內容有所不同，通過三層結構的綜合應用能夠實現充電樁的有效連接，實現通信網絡信息的傳輸和共享。

2終端感知層分析

（1）終端感知層屬于充電樁物聯網的基礎層級，主要作用在于進行信息的感知、識別以及采集等等。對于充電樁物聯網來說，充電樁主要包括供電系統、輸入系統、顯示系統、刷卡系統、智能控制系統等等，可以感知到充電時間、充電電壓以及電流，充電量、電池消耗量等內容，同時能夠按照用戶賬戶余額情況控制充電情況。（2）在充電樁物聯網中需要配備相應的通信模塊，以便對于充電樁實施智能化的管理以及控制。不同類型的充電樁需要不同的通信模塊，大型充電樁因為具有較大的數據量以及較高的安全性要求，較為適合的方式是采用物聯網網關；中小型充電樁所傳輸的數據量相對較小，采用小型的數據傳輸模塊即可。只要將小型數據傳輸模塊嵌入到充電樁內就能夠對充電樁進行監控以及維護。（3）為了更好地實施充電樁物聯網建設，需要將WiFi技術和充電樁進行充分融合。要將WiFi模塊嵌入到充電樁內部即可以進行網絡接入和數據傳輸，也可以對充電樁周邊實施WiFi覆蓋。

3網絡連接層分析

網絡連接層的作用在于將終端感知層所得數據實施傳輸，實現接入以及傳輸功能。對于充電樁來說，主要是將通信模塊接入到移動通信網絡中實施數據傳輸。隨著窄帶物聯網NB-IoT逐漸興起，其已經成為充電樁接入網絡的發展趨勢。3.1接入已有移動網絡分析。對于充電樁來說，其具有位置較為分散、數量較大、分布廣泛等方面的特點，同時移動網絡也具有覆蓋面廣、網絡類型較多、穩定性較高等特點，所以通過移動網絡實施充電樁網絡連接是比較好的匹配。不同類型的充電樁可以采取不同的移動網絡進行連接，例如大型的充電樁的充電頻率較高、數據量較大，同時具有較高的安全性以及數據傳輸方面的要求，所以可以采用無線路由器的方式。若是在充電樁中增設WiFi設備以及視頻一體化設備，那么對于性能方面以及數據傳輸速率方面具有更高的要求，這時就可以采用LTE技術介入到移動網絡中。為了確保對于充電樁的監控具有普適性以及穩定性，要保證無線路由器能夠支持TD-LTE或者FDD-LTE，并且向下兼容CD-MAlx、EDGE以及GPRS，支持一機多模的全網模式。不管采取何種方式，充電樁的并網最主要的是要進行數據傳輸，并沒有涉及到語音通信方面。所以在聯網過程中充電樁數據傳輸對于時延性并不敏感。3.2采用NB-IoT技術分析。由于物聯網終端的數量在不斷增加，若是完全接入現有移動網絡有可能造成其過載，從而影響到現有通信業務。為了能夠有效推動物聯網發展，對于已有移動網絡實施優化而產生了窄帶物聯網（NB-IoT）技術，專門用于物聯網無線接入網絡。通過NB-IoT技術可以在180kHz帶寬情況下覆蓋增強至少提升20dB，這樣就可以滿足超低功耗、大量終端接入的非時延敏感的低速業務需要。相對于已有移動網絡來說，NB-IoT技術增加了業務能力開放單元SCEF，此單元能夠有效支持小數據以及非IP數據傳輸。另外，NB-IoT技術屬于窄帶物聯網，其傳輸帶寬為180kHz，能夠有效減少上下行物理信道類型。同時有效優化了信令流程、隨機接入過程以及數據傳輸機制等內容，從而有效地降低了終端的功耗以及復雜程度。除此之外，NB-IoT技術也對核心網現有的接口進行了優化，引入了一定的新特性（例如對于SCEF單元增加了接口）。有效增加了對于非IP數據的支持，從而增強了網絡的適應性。

4應用服務層

應用服務層主要包括不同類型服務器、相應軟件、輔助設施等部分，其主要作用在于對大數據實施處理，并且提供更加多樣的增值業務。總體上可以分為兩個子層，分別為“業務支撐子層”以及“應用子層”。（1）業務支撐子層。此子層的功能主要是通過通信運營商提供，用于對物聯網業務提供統一運營支撐，主要包括策略控制以及業務能力接入等方面。除此之外，此子層也具有業務管控功能，并且能夠對數據進行統計以及分析。對于充電樁來說，為了進一步確保其有效管理需要對其實施標識，每一個充電樁需要增設SIM卡，對其號碼實施統一的分配以及管理。業務支撐子層主要是利用對SIM卡的管理來監控充電樁的運行，主要功能包括：SIM卡生命周期的管理、計費以及賬單管理、數據流量管理、充電樁設備狀態監控以及故障監管等等。業務支撐子層可以通過APP實現基礎的數據應用，并且具有外部的API接口，這樣充電樁廠家或者其他軟件企業可以根據情況進行不同應用的開發，具有較好的開源特性。（2）應用子層。此子層的作用在于對充電樁全網實施監控以及管理，同時可以進一步開發相應的增值業務。為了更好地進行充電樁網絡的監管，要建立起相應的軟硬件設施，例如計費工作站、充，配電監控器、數據庫服務器、軟件操作系統、數據庫軟件、通信協議等等。在此子層可以開發不同類型的應用APP，能夠對充電樁運行過程中產生的大量數據實施系統的統計分析，從而為市容管理、消費服務優化、提升汽車廠商服務等提供必要的支持。

5結束語

隨著政策的導向性以及技術的不斷升級，新能源汽車產業有了較大提升，與之配套的充電樁業務也有了較大提升。本文主要闡述了移動網絡基礎上的充電樁物聯網技術內容，能夠對發展中的充電樁業務提供一定的參考。

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作者:史進 單位:湖南省交通科學研究院有限公司