CN103731324A

CN103731324A - 一种多路实时并发充电数据的模拟发生方法及装置

Info

Publication number: CN103731324A
Application number: CN201410035336.1A
Authority: CN
Inventors: 田建伟; 黎曦; 刘潇潇; 漆文辉
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd; State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd; State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: CN103731324B

Abstract

本发明公开了一种多路实时并发充电数据的模拟发生方法及装置，将中国能源行业标准NB/T33003-2010《电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理***通信协议》中的充电数据类型按照报文规范进行组包和发送，实现了对大规模充电站中多台充电机同时工作，多路数据实时并发场景的模拟，可广泛应用于充电监控***的离线测试工作。

Description

一种多路实时并发充电数据的模拟发生方法及装置

技术领域

本发明涉及电动车充电实时监控***的测试领域,特别是一种对充电实时监控***进行测试时的多路实时并发充电数据的模拟发生方法及装置。

背景技术

面对传统能源的枯竭和全球环境的压力，以电力作为驱动能源的电动汽车将成为未来汽车的发展方向。随着电动汽车的大规模投入运营，电动汽车充电站也成为不可缺少的能源服务基础设施。目前，电动公交车和出租车等公共交通工具已开始在各大中型城市试点和投入运营，配套的集中式充电设施也相继建成，截止2011年，全国范围内已建成电动汽车充电站314座，非车载式充电机1.6万多个。根据 “十二五”规划，到2015年全国将建成由40万个充电机、2000个充电站构成的网络化供电体系。

电动汽车电池对充电要求较高，因此有必要对充电过程中的电池电压、温度、充电机状态等数据进行实时监控。另外，充电机、电气设备等充电设施普遍无人值班值守，需要通过自动化手段对其实现统一监控管理。同时，电动汽车充电设施作为一种大功率的用电设备，如果对其充电过程进行有序控制，将会加大负荷峰谷差和电网谐波污染，增大电网调峰难度。因此，在大规模充电站中部署可靠的充电实时监控***具有重要意义。

为保障充电设施提供可靠稳定的能源供给服务，充电监控***的数据处理必须满足实时性要求，如果超时，对充电进行监控就没有意义，甚至会造成充电事故。此外，充电数据的并发量大，每台充电机每秒发送大约1500个CAN（Controller Area Network）协议报文。而随着充电站建设规模的不断扩大，充电设施的并发数据量将越来越庞大，这对充电监控***处理多路实时并发数据的要求越来越高，对充电监控***的实时性、可靠性测试需求也越来越急切。

现有技术中尚缺乏对充电监控***进行离线测试的装置和方法。当前对充电监控***进行测试的方法是将***直接部署到电动汽车充电站的后台服务器中，使其与实际的充电机相连，并在充电机对电动汽车进行充电的过程中对监控***进行功能和性能测试。这种方法存在成本高、灵活性低、调试困难和测试范围有限等缺陷，无法满足在大规模实时并发数据环境下对充电监控***的测试需求。如能提供一种对大规模充电站中多路实时并发充电数据的模拟发生装置，来代替实际的充电机对***进行离线测试，将为充电监控***的测试工作带来极大的便利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种多路实时并发充电数据的模拟发生方法及装置，模拟充电监控***进行离线测试，以代替实际的充电机对***进行离线测试，将为充电监控***的测试工作带来便利。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多路实时并发充电数据的模拟发生方法，该方法为：

1）对大规模充电站中需要模拟的充电机、电池、充电状态信息进行配置；

2）根据配置信息，创建多个虚拟充电机对象，并对所述虚拟充电机对象进行初始化；

3）为每一个虚拟充电机对象建立独立的与充电监控***通信的通信链路，用于传输充电数据；

4）读取配置信息，对国标NB/T33003中定义的至少一种充电数据类型进行组包，得到符合充电数据规范的单包或多包充电数据报文，并将封装好的充电数据报文放入待发送缓冲区中；

5）从待发送缓冲区中读取待发送的单包或多包充电数据报文，然后将所有充电数据报文通过以太网发送给充电监控***。

本发明创建多个虚拟充电机对象的过程为：将虚拟充电机设计为一个类，该类中包含了虚拟充电机的属性和动作，然后根据配置信息，创建多个类的对象，即得多个虚拟充电机对象。

所述步骤3）中，所述通信链路包括3条TCP传输链路，分别用于发送单包充电数据报文、发送多包充电数据报文及传输控制指令、接收充电监控***发送过来的传输控制指令。

所述步骤4）中，对国标NB/T33003中定义的至少一种充电数据类型进行组包的方法为：

对于数据字段为0~8字节的充电数据类型，首先根据充电数据类型的定义生成符合国标NB/T33003规范的充电数据字段，然后根据国标NB/T33003中定义的报文规范将数据字节封装成协议数据单元；

对于数据字段大于8字节的充电数据类型，首先根据充电数据类型的定义生成符合国标NB/T33003规范的充电数据字段，然后将生成的充电数据字段拆分为多个由8字节组成的独立数据单元，最后分别对所述数据单元进行封装，得到符合国标NB/T33003中定义的报文规范的多个协议数据单元，所述多个协议数据单元组成多包充电数据报文。

所述步骤5）中，将所有充电数据报文通过以太网发送给充电监控***的方法为：

对于单包充电数据报文，首先与充电监控***建立1条基于TCP协议的TCP传输链路，然后将封装好的单包充电数据报文发送给充电监控***；

对于多包充电数据报文，首先与充电监控***建立2条基于TCP协议的TCP传输链路，一条用于发送多包充电数据报文及传输控制指令，另一条用于接收充电监控***发送过来的传输控制指令，然后采用多包传输控制方法将所述多包充电数据报文发送给充电监控***；

所述多包传输控制方法为：首先向充电监控***发送一个“请求发送消息帧”，即RTS帧，所述RTS帧中包含了需要发送的多包充电数据报文的数量、起始编号信息，然后开始等待充电监控***的应答；待接收到充电监控***发送的“准备发送消息”，即CTS帧后，对该CTS帧进行解析，并将CTS帧中所指定的充电数据报文通过TCP传输链路发送给充电监控***；然后继续等待充电监控***的CTS帧并进行响应，以此循环，直到接收到充电监控***发送的消息，结束应答；其中所述CTS帧中指定了下一次传输过程中充电监控***准备接收的多包充电报文的数量、起始编号信息。

本发明的多路实时并发充电数据的模拟发生装置包括：

配置模块，包括用于对大规模充电站中需要模拟的充电机个数、型号、编号、充电机状态信息进行配置的充电机信息配置单元；用于对大规模充电站中需要模拟的电池包个数、编号、电池容量进行配置的电池信息配置单元；用于对大规模充电站中需要模拟的充电状态、充电电流、电压、电池状态、故障状态、预警信息数据进行配置的状态配置单元；

链路生成模块，包括用于读取装置所需要模拟的充电机相关配置信息的配置信息读取单元；用于根据充电机配置信息创建多个虚拟充电机对象，并对虚拟充电机对象进行初始化的充电机对象创建单元；用于为每一个虚拟充电机对象创建多条用于传输充电数据的通信链路的通信链路创建单元；

充电数据报文组包模块，包括用于读取国标NB/T33003中定义的至少一种充电数据类型，并根据配置信息生成符合国标NB/T33003规范的充电数据字段的充电数据字段生成单元；用于判断需要组包的充电数据字段长度，并根据充电数据字段长度调用相应的充电数据报文组包单元的单包/多包数据判断单元；用于依据国标NB/T33003中的充电数据报文规范将数据字节封装成协议数据单元，形成单包充电数据报文的单包充电数据报文组包单元；用于将充电数据字段拆分为多个由8字节组成的独立数据单元，然后分别对所述数据单元进行封装，得到符合国标NB/T33003充电数据报文规范的多个协议数据单元，并组成多包充电数据报文的多包充电数据报文组包单元；用于将封装后的充电数据报文存储到待发送缓冲区中的充电数据报文缓存单元；

充电数据报文发送模块，包括用于从待发送缓冲区中取出待发送的充电数据报文的充电数据报文读取单元；用于判断待发送的充电数据报文类型，并根据充电数据报文类型调用相关充电数据报文传输单元的单包/多包数据判断单元；用于将单包充电数据报文通过TCP传输链路发送给充电监控***的单包充电数据报文传输单元；用于将多包充电数据报文发送给充电监控***的多包充电数据报文传输控制单元。

本发明中的国标NB/T33003是指中国能源行业标准NB/T 33003-2010《电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理***通信协议》。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明严格遵循国标NB/T33003中充电数据类型、封装格式以及通信规范的定义，可实现与充电监控***的无缝接入，为充电监控***的离线测试提供了极大的便利；可根据用户配置同时模拟多台充电机的运行，并利用多通信链路和多线程处理机制实现充电数据的实时并发发送，因此可实现对大规模充电站中多台充电机同时工作，多路数据实时并发场景的模拟；不但可以模拟单包的充电数据，还可以模拟多包的充电数据；本发明对单包和多包充电数据采用不同的组包方法，并设计了一种多包传输控制方法来实现多包充电数据报文的实时可靠数据传输；本发明实现了对大规模充电站中实时并发充电数据的组包和发送，可广泛应用于充电监控***的离线测试工作。

附图说明

图1 为本发明对充电监控***进行离线测试的示意图；

图2 为本发明的充电数据模拟发生装置结构示意图；

图3 为图2中的配置模块结构示意图；

图4 为图2中的链路生成模块结构示意图；

图5 为充电数据模拟发生装置数据并发处理示意图；

图6 为图2中的充电数据报文组包模块结构示意图；

图7 为充电数据报文中协议数据单元的帧格式说明示意图；

图8 为图2中的充电数据报文发送模块结构示意图；

图9 为本发明的充电数据模拟发生方法流程图；

图10 为图9中的充电数据报文组包方法流程图；

图11 为图9中的充电数据报文发送方法流程图；

图12 为图11中的多包发送处理方法流程图。

具体实施方式

图1是对充电监控***进行离线测试的示意图，图中主要包括：

充电监控***和本发明提供的一种多路实时并发充电数据模拟发生装置。所述模拟发生装置用于模拟实际大规模充电站中的多台充电设施所发送的充电数据，通过为充电监控***提供多路实时并行的充电数据，实现对充电监控***的各项性能指标进行测试。

图2是本发明提供的用于充电监控***离线测试的充电数据模拟发生装置结构示意图，由图2可知，充电数据模拟发生装置主要包括：

配置模块，用于对装置所模拟的充电机个数、电池个数、充电状态、电池状态、故障状态等信息进行配置，配置模块输入需模拟的充电机个数（1-100），电池个数（1-16），以及需模拟充电机的充电状态（恒流限压或恒压限流）和电池状态（电压、电流值等），故障信息（电流过载、SOC过高等）；

链路生成模块，用于读取配置信息，创建虚拟充电机对象并初始化，然后根据配置信息为每一个虚拟充电机对象创建多条用于充电数据传输的链路，所述多条数据通信链路包括单包充电数据报文发送链路，多包充电数据报文发送链路和多包控制指令接收链路；

充电数据报文组包模块，用于读取配置信息，然后利用本发明提供的一种充电数据报文组包方法对国标NB/T33003中定义的至少一种充电数据类型进行组包，得到符合充电数据规范的单包或多包充电数据报文，最后将所述充电数据报文放入发送缓冲区中；所述发送缓冲区定义为计算机内存中的一块2K的区域；

充电数据报文发送模块，用于从所述发送缓冲区中读取待发送充电数据报文，然后利用本发明提供的一种充电数据报文发送方法将所述充电数据报文通过以太网发送给充电监控***。

图3是充电数据模拟发生装置中配置模块的结构示意图。由图3可知，配置模块具体包括：

充电机信息配置单元，用于对装置所需要模拟的充电机个数、型号、编号、充电机状态等信息进行配置，配置信息采用全局变量的形式存储；

电池信息配置单元，用于对装置所需要模拟的电池包个数、编号，电池容量等数据进行配置，配置信息采用全局变量的形式存储；

状态配置单元，用于对装置所需要模拟的充电状态、充电电流、电压、电池状态、故障状态、预警信息等数据进行配置，配置信息采用全局变量的形式存储；

图4是充电数据模拟发生装置中链路生成模块的结构示意图。由图4可知，链路生成模块主要具体包括：

配置信息读取单元，用于从全局变量中读取装置所需要模拟的充电机相关配置信息；

充电机对象创建单元，用于根据充电机配置信息创建多个虚拟充电机对象，并对虚拟充电机对象进行初始化。虚拟充电机对象用程序中的一个充电机类表示，类中包含了充电机的若干属性，如型号、编号、状态等信息，也包含了充电机的若干动作，如开始/停止充电、发送数据、故障预警等；

通信链路创建单元，用于为每一个虚拟充电机对象创建多条用于充电数据传输的通信链路，主要包括3条 TCP链路，分别用于发送单包充电数据报文，发送多包充电数据报文和传输控制指令、接收充电监控***发送过来的传输控制指令；

图5是充电数据模拟发生装置数据并发处理示意图，本发明为每一个虚拟充电机对象的每一条通信链路创建一个单独的数据处理线程，这样，多个虚拟充电机之间，以及同一个虚拟充电机的多条通信链路之间的数据处理都是并发执行的。具体地：

对于每一个虚拟充电机对象中的单包充电数据，创建一个单包数据处理线程，该线程完成对单包充电数据的报文组包和报文发送工作，详细的处理流程参见图10和图11所示的报文组包和报文发送方法；

对于每一个虚拟充电机对象中的多包充电数据，创建一个多包数据处理线程和一个多包传输控制指令接收线程。其中，多包数据处理线程完成对多包充电数据的报文组包和报文发送工作，详细处理流程参见图10和图11所示的报文组包和报文发送方法；多包指令接收线程用于接收从充电监控***发送过来的多包传输控制指令（CTS帧），与多包数据处理线程共同完成多包充电数据报文的发送，详细处理流程参见图12所示的多包发送处理方法。

图6是充电数据模拟发生装置中充电数据报文组包模块的结构示意图。由图6可知，充电数据报文组包模块主要包括：

充电数据字段生成单元，用于读取国标NB/T33003中定义的至少一种充电数据类型，并根据配置信息生成符合国标规范的充电数据字段，例如充电电压的阈值范围是0~600伏；

单包/多包数据判断单元，用于判断需要组包的充电数据字段是否大于8字节，当判断为是时，调用多包充电数据报文组包单元，否则调用单包充电数据报文组包单元；

单包充电数据报文组包单元，用于依据国标中的充电数据报文规范将数据字节封装成协议数据单元（PDU），形成单包充电数据报文；

多包充电数据报文组包单元，用于将充电数据字段拆分为多个由8字节组成的独立数据单元，然后分别对所述数据单元进行封装，得到符合国标NB/T33003充电数据报文规范的多个协议数据单元，组成多包充电数据报文；

充电数据报文缓存单元，用于将封装后的充电数据报文存储到待发送缓冲区中，所述待发送缓冲区定义为计算机内存中的一块固定大小的区域。

图7是充电数据报文中协议数据单元的帧格式说明示意图。每一个充电数据报文主要由一个协议数据单元（PDU）构成，协议数据单元由七部分组成，分别是优先级（P），保留位（R），数据页（DP），PDU格式（PF），特定PDU（PS），源地址（SA）和数据域（DATA）。PDU被封装在一个充电数据报文中，通过物理介质传送到其他网络设备。协议数据单元的优先级位、保留位，数据页位（8位）和PDU格式域（8位）和组扩展域（8位）组成参数组编号（PGN）,用来识标识充电数据报文的数据域属于哪个参数组。

图8是充电数据模拟发生装置中充电数据报文发送模块的结构示意图。由图8可知，充电数据报文发送模块主要包括：

充电数据报文读取单元，用于从待发送缓冲区中取出待发送的充电数据报文；

单包/多包数据判断单元，用于判断待发送的充电数据报文是否为多包数据，当判断为是时，调用多包充电数据报文传输控制单元，否则调用单包充电数据报文传输单元；

单包充电数据报文传输单元，用于将单包充电数据报文通过与充电监控***建立的TCP链路发送给充电监控***；

多包充电数据报文传输控制单元，用于将多包充电数据报文通过多包传输控制方法发送给充电监控***；所述的多包传输控制方法在图12中给出。

相应的，本发明还提供了的一种用于充电监控***离线测试的多路实时并发充电数据模拟发生方法。图9是本发明提供的充电数据模拟发生方法的流程图。由图9可知，所述方法包括如下步骤：

1、用户通过配置界面对模拟装置所需要模拟的充电机、电池、充电状态等信息进行配置；

2、根据配置信息，创建多个虚拟充电机对象，并为每一个虚拟充电机对象创建多条用于充电数据传输的通信链路，主要包括1条用于单包充电数据报文传输的TCP链路，2条用于多包充电数据报文传输控制的TCP链路，其中一条用于发送多包充电数据报文和传输控制指令，另一条用于接收充电监控***发送过来的传输控制指令。然后为每一个充电机对象的每一条通信链路创建一个单独的数据处理线程，以实现充电数据的实现数据的实时并发处理；

3、对于上述的每一个数据处理线程，读取配置信息，然后利用本发明提供的充电数据报文组包方法对国标NB/T33003中定义的至少一种充电数据类型进行组包，得到符合充电数据规范的单包或多包充电数据报文，并将封装好的充电数据报文放入待发送缓冲区中；

4、对于上述的每一个数据处理线程，从待发送缓冲区中读取待发送的单包或多包充电数据报文，然后利用本发明提供的充电数据报文发送方法将充电数据报文通过以太网发送给充电监控***。

图10是图9中第3步所述充电数据报文组包方法的流程图。由图10可知，充电数据报文组包方法包括如下步骤：

1、读取国标NB/T33003中定义的至少一种充电数据类型；

2、根据配置信息，生成上述充电数据类型的数据字段；

3、判断数据字段是否大于8字节，当判断为是时，调用多包充电数据报文组包方法，否则调用单包充电数据报文组包方法；

4、单包充电数据报文组包方法是指依据国标中的充电数据报文规范将数据字段封装成协议数据单元（PDU），形成单包充电数据报文；

5、多包充电数据报文组包方法是指首先将数据字段拆分为多个由8字节组成的独立数据单元，然后分别对所述数据单元进行封装，得到符合国标NB/T33003充电数据报文规范的多个协议数据单元，组成多包充电数据报文；

6、最后将封装好的单包或多包充电数据报文放入待发送缓冲区中；

图11是图9中第4步所述充电数据报文发送方法的流程图。由图11可知，充电数据报文发送方法包括如下步骤：

1、从待发送缓冲区中取出待发送的单包或多包充电数据报文；

2、判断待发送的充电数据报文是否为多包数据，当判断为是时，进行多包充电数据报文传输控制，否则进行单包充电数据报文传输；

3、单包充电数据报文传输过程为：将单包充电数据报文通过与充电监控***建立的TCP传输链路发送给充电监控***；

4、多包充电数据报文传输控制过程为，将多包充电数据报文通过多包传输控制方法发送给充电监控***；

图12是图11中所述多包传输控制方法的流程图。由图12可知，多包传输控制方法包括如下步骤：

1、首先向充电监控***发送一个“请求发送消息（RTS帧）”，RTS帧中包含了需要发送的多包充电报文的数量、起始编号等信息；

2、等待充电监控***响应的“准备发送消息（CTS帧）”，CTS帧中指定了下一次传输过程中充电监控***准备接收的多包充电报文的起始编号、数量等信息；

3、接收到充电监控***响应的CTS帧后，对该CTS帧进行解析，并将CTS帧中所指定的充电数据报文；

4、然后继续等待充电监控***的CTS帧，并发送CTS帧中指定的充电数据报文，以此循环；

5、如果接收到充电监控***发送的消息结束应答（ACK），则结束本次多包传输控制。

Claims

1.一种多路实时并发充电数据的模拟发生方法，其特征在于，该方法为：

2.根据权利要求1所述的多路实时并发充电数据的模拟发生方法，其特征在于，所述步骤2）中，创建多个虚拟充电机对象的过程为：将虚拟充电机设计为一个类，该类中包含了虚拟充电机的属性和动作，然后根据配置信息，创建多个类的对象，即得多个虚拟充电机对象。

3.根据权利要求1或2所述的多路实时并发充电数据的模拟发生方法，其特征在于，所述步骤3）中，所述通信链路包括3条TCP传输链路，分别用于发送单包充电数据报文、发送多包充电数据报文及传输控制指令、接收充电监控***发送过来的传输控制指令。

4.根据权利要求3所述的多路实时并发充电数据的模拟发生方法，其特征在于，所述步骤4）中，对国标NB/T33003中定义的至少一种充电数据类型进行组包的方法为：

5.根据权利要求4所述的多路实时并发充电数据的模拟发生方法，其特征在于，所述步骤5）中，将所有充电数据报文通过以太网发送给充电监控***的方法为：

6.一种多路实时并发充电数据的模拟发生装置，其特征在于，该装置包括：

7.根据权利要求6所述的多路实时并发充电数据的模拟发生装置，其特征在于，所述通信链路创建单元为每一个虚拟充电机对象创建3条 TCP传输链路。