移动网络充电桩物联网技术研究

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【摘要】近些年我国的移动网络技术有了较大的提升，这也促使了很多的新兴模式和新兴产业的发展。充电桩是随着新能源汽车的兴起而发展的主要配套设施，以移动网络作为基础的充电桩物联网建设成为了目前人们关注的话题之一，通过大数据的有效分析能够实现以充电桩连网的全新物联网应用，这样就形成了充电桩物联网发展的全新模式。本文主要阐述移动网络为基础的充电桩物联网技术应用方面的内容，希望能够对相关人士有所帮助。

【关键词】移动网络；充电桩物联网；技术应用

近些年来我国的新能源汽车行业得到了快速的发展，也符合国家发展新能源产品的策略。随着新能源汽车的发展，与之配套的充电桩建设也得到了政府层面和社会各方面的鼓励和推广，各地的充电桩建设正在积极地开展。但是目前我国新能源汽车行业还处在初期发展阶段，充电桩的发展同样面临着一定问题，例如规模较大、布置区域分散、投资建设以及运营主体较多而造成充电桩的监管和维护困难等等。除此之外，有关充电桩的管理还面临着其他方面的要求，包括充电费用结算方面、充电时间控制方面、不同投资主体之间协调问题等等。面对着这些问题，需要建立起以移动网络作为基础的充电桩物联网来对其进行监控、管理以及运营，从而提升充电桩管理能力以及使用的效率，在此基础上形成不同类型的应用服务，进一步提升物联网技术的发展。

1充电桩物联网系统总体设计

（1）所谓的物联网主要就是利用信息感知设备（目前主要的信息感知设备包括传感器、电子标签、条形码等等）根据约定的相应协议来进行物品、系统以及信息资源方面的连接，从而实现各种信息的处理以及交换。物联网所具有的特征包括：全方位感知、可靠传输、智能处理等等。物品、系统以及信息资源主要是利用通信网络进行连接以及传输。随着现代云计算、模糊识别等智能计算技术的发展，在物联网中应用这些技术可以使得信息的处理更加的智能化以及更加灵活。（2）本文所制定的充电桩物联网结构如图1所示。从图1中能够得知，充电桩物联网主要包括三个层级，从下到上分别为：终端感知层、网络连接层、应用服务层。不同层级所负责的内容有所不同，通过三层结构的综合应用能够实现充电桩的有效连接，实现通信网络信息的传输和共享。

2终端感知层分析

（1）终端感知层属于充电桩物联网的基础层级，主要作用在于进行信息的感知、识别以及采集等等。对于充电桩物联网来说，充电桩主要包括供电系统、输入系统、显示系统、刷卡系统、智能控制系统等等，可以感知到充电时间、充电电压以及电流，充电量、电池消耗量等内容，同时能够按照用户账户余额情况控制充电情况。（2）在充电桩物联网中需要配备相应的通信模块，以便对于充电桩实施智能化的管理以及控制。不同类型的充电桩需要不同的通信模块，大型充电桩因为具有较大的数据量以及较高的安全性要求，较为适合的方式是采用物联网网关；中小型充电桩所传输的数据量相对较小，采用小型的数据传输模块即可。只要将小型数据传输模块嵌入到充电桩内就能够对充电桩进行监控以及维护。（3）为了更好地实施充电桩物联网建设，需要将WiFi技术和充电桩进行充分融合。要将WiFi模块嵌入到充电桩内部即可以进行网络接入和数据传输，也可以对充电桩周边实施WiFi覆盖。

3网络连接层分析

网络连接层的作用在于将终端感知层所得数据实施传输，实现接入以及传输功能。对于充电桩来说，主要是将通信模块接入到移动通信网络中实施数据传输。随着窄带物联网NB-IoT逐渐兴起，其已经成为充电桩接入网络的发展趋势。3.1接入已有移动网络分析。对于充电桩来说，其具有位置较为分散、数量较大、分布广泛等方面的特点，同时移动网络也具有覆盖面广、网络类型较多、稳定性较高等特点，所以通过移动网络实施充电桩网络连接是比较好的匹配。不同类型的充电桩可以采取不同的移动网络进行连接，例如大型的充电桩的充电频率较高、数据量较大，同时具有较高的安全性以及数据传输方面的要求，所以可以采用无线路由器的方式。若是在充电桩中增设WiFi设备以及视频一体化设备，那么对于性能方面以及数据传输速率方面具有更高的要求，这时就可以采用LTE技术介入到移动网络中。为了确保对于充电桩的监控具有普适性以及稳定性，要保证无线路由器能够支持TD-LTE或者FDD-LTE，并且向下兼容CD-MAlx、EDGE以及GPRS，支持一机多模的全网模式。不管采取何种方式，充电桩的并网最主要的是要进行数据传输，并没有涉及到语音通信方面。所以在联网过程中充电桩数据传输对于时延性并不敏感。3.2采用NB-IoT技术分析。由于物联网终端的数量在不断增加，若是完全接入现有移动网络有可能造成其过载，从而影响到现有通信业务。为了能够有效推动物联网发展，对于已有移动网络实施优化而产生了窄带物联网（NB-IoT）技术，专门用于物联网无线接入网络。通过NB-IoT技术可以在180kHz带宽情况下覆盖增强至少提升20dB，这样就可以满足超低功耗、大量终端接入的非时延敏感的低速业务需要。相对于已有移动网络来说，NB-IoT技术增加了业务能力开放单元SCEF，此单元能够有效支持小数据以及非IP数据传输。另外，NB-IoT技术属于窄带物联网，其传输带宽为180kHz，能够有效减少上下行物理信道类型。同时有效优化了信令流程、随机接入过程以及数据传输机制等内容，从而有效地降低了终端的功耗以及复杂程度。除此之外，NB-IoT技术也对核心网现有的接口进行了优化，引入了一定的新特性（例如对于SCEF单元增加了接口）。有效增加了对于非IP数据的支持，从而增强了网络的适应性。

4应用服务层

应用服务层主要包括不同类型服务器、相应软件、辅助设施等部分，其主要作用在于对大数据实施处理，并且提供更加多样的增值业务。总体上可以分为两个子层，分别为“业务支撑子层”以及“应用子层”。（1）业务支撑子层。此子层的功能主要是通过通信运营商提供，用于对物联网业务提供统一运营支撑，主要包括策略控制以及业务能力接入等方面。除此之外，此子层也具有业务管控功能，并且能够对数据进行统计以及分析。对于充电桩来说，为了进一步确保其有效管理需要对其实施标识，每一个充电桩需要增设SIM卡，对其号码实施统一的分配以及管理。业务支撑子层主要是利用对SIM卡的管理来监控充电桩的运行，主要功能包括：SIM卡生命周期的管理、计费以及账单管理、数据流量管理、充电桩设备状态监控以及故障监管等等。业务支撑子层可以通过APP实现基础的数据应用，并且具有外部的API接口，这样充电桩厂家或者其他软件企业可以根据情况进行不同应用的开发，具有较好的开源特性。（2）应用子层。此子层的作用在于对充电桩全网实施监控以及管理，同时可以进一步开发相应的增值业务。为了更好地进行充电桩网络的监管，要建立起相应的软硬件设施，例如计费工作站、充，配电监控器、数据库服务器、软件操作系统、数据库软件、通信协议等等。在此子层可以开发不同类型的应用APP，能够对充电桩运行过程中产生的大量数据实施系统的统计分析，从而为市容管理、消费服务优化、提升汽车厂商服务等提供必要的支持。

5结束语

随着政策的导向性以及技术的不断升级，新能源汽车产业有了较大提升，与之配套的充电桩业务也有了较大提升。本文主要阐述了移动网络基础上的充电桩物联网技术内容，能够对发展中的充电桩业务提供一定的参考。

参考文献

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作者:史进 单位:湖南省交通科学研究院有限公司