互聯互通平臺架構研究與思考

傅 晶，邵浙海

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互聯互通平臺架構研究與思考

傅 晶，邵浙海

(普天新能源有限責任公司，北京 100080)

電動汽車迅速發展的大環境下，涌現出大量有著密切關聯的電動汽車充電設施服務平臺，充電服務向互聯互通應用方式演進發展成為趨勢。充電設施支撐平臺架構如何有效適用于互聯互通應用場景，滿足“連接”多樣特性，達到漫游充電服務“質量”需求，滿足電動汽車客戶便捷充電成為關鍵性問題。要解決好這個問題，提出構建充電設施服務平臺的核心方法，明確互聯互通應用的指標體系，形成基于互聯互通應用平臺架構的設計參考模型，為支撐建立大規模高質量充電設施服務網絡奠定技術基礎。

充電服務；連接質量；構建方法

0 引言

新能源汽車是國家戰略性新興產業，習近平總書記指出：“發展新能源汽車是邁向汽車強國的必由之路”。電動汽車是新能源汽車的重要組成部分，發展電動汽車離不開充電基礎設施[1-2]。當前，充電設施建設已經成為電動汽車發展的一個重要組成部分，《國務院辦公廳關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》(國辦[2015]73號文)提出，要“促進不同充電服務平臺互聯互通，提高設施通用性和開放性”。充電設施互聯互通成為充電設施建設和運行中的一個重要內容[3-4]，大規模環境下的互聯互通應用使平臺架構設計和運行質量保障成為影響服務應用開展的關注點，需匹配的設計“思想”和“方法”。

為了解決好這個典型的業務技術融合性問題，需要對于業務應用規劃和平臺架構設計進行深度研究，充分掌握充電應用場景與平臺數據模型的內在關系，即充分理解構建電動汽車互聯互通平臺架構的“連接”與“質量”的重要性，構建充電服務車網一體服務平臺。

“連接”是整個充電服務領域業務互聯互通運行體系的基礎，指的是對業務面向開發環境下交互、協同的理解和認知，是實現業務功能的基礎條件。需要在行業范圍內形成共識，互聯互通的宗旨是“面向電動汽車使用者提供便捷、安全、智能、可靠的充電漫游服務”，確立服務目標。

“質量”是基于充電服務互聯互通理念的平臺構建的要求，指的是技術層面如何堅持實現服務的靈活擴展，性能穩定，服務連續，功能可靠，是面向服務能力和效果持續改進提升的的方法論出發點。需要在行業范圍內倡導構建平臺的科學方法，提出嚴謹的運行服務保障方法，提高平臺在互聯互通應用場景的服務的高性能和高可用，確保業務服務質量，滿足用戶良好的體驗，推動行業良性發展。

1 平臺架構的持續演進

隨著電動汽車的快速發展，充電服務的商業模式不斷演變。從2009年開始萌發直至今日，歷經了試點應用、小批量探索、多元化、較大規模應用，其發展歷程顯現出政策、市場、技術的相互依存性及內在動力。

1.1 發展模式演變

充電設施行業從2009年開始，商業模式從無到有逐步經歷了三個主要階段。

首先是“政策示范推廣期”，充電設施運營平臺建設從“十一五”的“科技計劃”關鍵技術研究，到“十城千輛”示范應用推廣工作開始逐步推動，以示范城市為代表的新能源汽車開發到充電基礎設施數據采集信息平臺陸續建立，例如普天新能源在深圳福田樞紐建立的“深圳市公交行業電動汽車應用數據中心”。智能管理平臺以車輛充電和行駛過程的實時安全監控和日常運行管理等，以企業和政府合作投資建設為主，建立了首個城市級“全程全網運營商智能管理平臺。

第二階段是“運營商規模化期”，從2015年到2017年，國家大力推動充電設施的建設，鼓勵民營資本參與投資建設，行業中出現大量的充電設施運營商，運營商主要投資充電設施建設，以自建和自運營模式為主，并且開始在標準和技術層面推動運營商之間的互聯互通技術實現和業務試點。

第三階段“生態網絡形成期”，自2018年開始，充電設施行業進入全面運營服務階段。不斷有各類信息服務平臺、車聯網平臺、車企平臺參與到充電服務的互聯互通服務領域，形成了車主-信息平臺-充電服務的多運營商協作模式，共同推動充電設施互聯互通標準不斷完善。在電動化促進智能化發展的同時，充電基礎設施網絡及服務模式逐步向“開放、互聯、協同、共享”生態服務網絡演進。

1.2 平臺技術演進

伴隨充電設施行業商業模式的快速演變，充電設施運營平臺也經歷較大幅度的技術變化，歷經了探索、成長和成熟階段。

探索階段，主要時間段在2015年前。平臺基本功能在于面向充電監控，并逐步形成了客戶管理、設備監控、營收賬務(運營)的三維業務支撐體系，建立了充電服務和設施管理框架，在應用架構上形成了客戶服務系統、充電業務系統和設施監控系統以及運行保障系統等，在技術架構上以結構化數據庫Oracle/ MySQL為主流技術路線的集中式架構，以傳統企業應用架構框架J2EE/.NET為主。

成長階段，從2015年到2018年，充電服務平臺與新能源汽車發展相伴進入了成長期，充電服務業務從單純的充電運營逐步向平臺化綜合業務功能演進，出現了受托代理、平行直連信息交換等多種業務形態，業務架構上建立了多商戶的開放式業務框架，應用架構上增加了加盟管理、監測預警等系統模塊，在技術架構上進一步演變到以大數據庫hadoop/Hbase為核心，以結構化數據庫MySQL為輔助的混合架構，以及支持分布式快速訪問的虛擬云架構，平臺運維技術逐步形成基于ITIL的流程保障框架。

成熟階段，預計在2025年前后，充電行業進入相對成熟期，充電服務業務將普遍接受跨平臺協同的信息互聯互通資源分享模式，并融匯智能網聯、能源互聯網等新的應用需求，平臺在業務架構上將趨向于多業務開放式協同服務要求，應用架構上將進一步延伸至能源側的協同互動管理、多渠道支付交易服務、智能安全防控[5]等模式，在技術架構上逐步演進到以大數據庫分析引擎Spring為核心框架，以結構化數據庫MySQL為輔助的融合性架構，形成業務靈活定制、數據資源融合商業智能的框架，平臺運維技術將逐步走向DeOPS，實現運行自動化、保障智能化、業務在線彈性化定置。

整體判斷，基于主流運營商對運營支撐系統服務功能開發及網絡資源獲取視為其核心競爭能力，支撐平臺將不斷迭代開發升級，對充電設施互聯互通應用發展將起到正向推動作用，區域型小規模服務的運營商可能無力持續開發投入，行業將出現整合式發展態勢。與此同時，充電基礎設施設備也將面臨更智能更高效率、寬電壓范圍、高功率密度、小型化大功率和長壽命的更替是升級換代提升[6-7]。

新能源電動汽車充電設施發展，總體上趨向于互聯和服務協同，基于漫游技術，滿足電動汽車出行服務所需的便捷充電，貼近用戶服務體驗，構建適用于互聯互通架構的基礎服務平臺，是充電服務商適應未來競爭的生存之道。

2 互聯互通平臺架構之“連接”

電動汽車應用日益廣泛，以“人”為中心的服務場景將越發凸顯，由此可以衍生出現場應用(Field)、服務提供(service)、平臺運營(operate)和支付結算(business)四個基本生態鏈圈，其融匯可構成更為高等級的服務生態，且具有廣泛性。

從圖1中可以看出：藍色軸線能夠區分“充電服務域”和“支撐服務域”。“充電服務域”構建充電服務產品制造、充電網絡建設、充電服務運營的新型業務服務。“支撐服務域”支撐充電服務需要能源提供、汽車出行服務信息提供、道路救援提供等傳統業務服務。

紅色軸線能夠區分“能源與補給域”和“汽車與出行域”。從屬性考察，“能源與補給域”屬于能源范疇，負責設施建設和能源提供，“汽車與出行域” 屬于交通范疇，負責車輛道路行駛和停車管理提供。

圖1 充電服務互聯互通平臺“連接”

由此可見，充電設施服務行業處于一個信息交換為基礎的生態服務圈，基于互聯互通的平臺架構和信息鏈接基本功能，實現生態服務網絡的線上及線下服務。

平臺的服務特征可呈現：

1) 開放

通過信息交換協議標準，實現信息交換開放接口，按照標準接口設計(提供訪問接口API等)，跨平臺互聯服務具有開放性(提供協作方，第三方加盟運營服務等)。

2) 互聯

通過標準協議與交通信息平臺、政府平臺、其他運營商連接、客戶引流平臺連接、車企平臺等各類異構平臺實現連接，達到互通性要求。

3) 協同

通過實時信息交換，完成業務協同，包括政府安全監測、管理目標與對象的互操作協同，與以及租賃、網約等服務資源分擔的服務協同。

4)?共享

組成數據共享的聯盟，按照契約分享數據價值，技術上完成數據模型和交換信息標準，業務上實現數據增值服務能力，培育、挖掘與分享創新的成果。

3 互聯互通平臺架構之“質量”

在互聯互通業務場景下，平臺“質量”在于提供服務功能的“優異品質”，平臺的構建要在技術架構、服務支撐功能和系統性能上充分考慮如何提供“安全、可靠、快捷”。須建立完善的指標體系，在目標規劃、開發設計、測試評估、應用部署和服務運行上有統一的質量水平標準和可遵循的操作規范。隨著行業應用深化和逐步成熟，互聯互通行業應用條件將逐步從早期的操作繁瑣向智能化、高穩定性方向提升，網絡平臺需具有很高的安全風險防范能力，監測保護、災備和自愈能力，競爭條件下行業將形成協同服務共同遵序的規則，技術質量水準不能達標的服務平臺或局部網絡將被逐漸淘汰，這是充電設施互聯互通應用背景下的 “質量”之重。

4 平臺架構的構建思路

1) 通過深度基礎研究建立核心技術基礎

從圖2可以看出，互聯互通平臺是一個以數據為核心的信息交互架構，數據從產生、采集、處理和應用，須具備實時、歷史和大數據融合的數據架構設計，建立大數據實時和離線計算平臺基礎設施的研究，通過規劃、設計與應用，建立離線和實時平臺的開發，管理，維護，調優，升級；形成核心技術基礎來支撐互聯互通業務。

圖2 平臺數據處理架構框架示意圖

2) 基于“ITIL”運行機制建立服務保障理念

互聯互通平臺同時也是一個以服務為核心的信息交互架構，基于“ITIL”(即IT基礎架構庫(Information Technology Infrastructure Library, ITIL，信息技術基礎架構庫)運行機制為平臺運行提供了一個客觀、嚴謹、可量化的標準和規范。

從圖3中可以看出，平臺可以根據能力和需求定義所要求的不同服務水平，參考ITIL來規劃和制定其IT基礎架構及服務管理[8-9]，使服務指標化非常明確，平臺服務在規劃階段、設計階段、部署階段、運營階段、維護及改進，均應具備良好的規范性；從而確保平臺服務管理能為互聯互通業務運作提供更好支持[10]。

圖3 基于“ITIL”的服務運行機制

3) 依托行業標準化組織推進指標體系建立

通過分析歸納，提出充電服務平臺的支撐目標是滿足電動汽車用戶獲得 “便捷與安全”，從這兩個基本維度出發，依據相關性及高敏感度擇取設定運行支撐平臺的評價指標細項，結合層次分析法可進一步進行指標量化評估。表1為評估指標分類。

從表1可以看到指標分為兩個主要類別。

1) 便捷性

便捷性指標可以細分為三個方面：連通性指標、穩定性指標和業務性指標。連通性指標指通過設備、車、平臺、終端的聯網能力，與人建立密切的信息連通性，讓人與其交互快速、靈活、智能。穩定性指標指通過系統平臺的可用時間、故障恢復時間、問題響應處理時間來標識。業務性指標指提供服務的多元化和快捷性。

2) 安全性

安全性指標可以細分為三個方面：信息安全指標、充電安全指標和信息營私管理。信息安全可從傳輸安全、系統安全和數據安全三個方面進行細分，保障信息安全的私密、不可干涉、不可篡改。充電安全指標[11]從充電過程監控角度，提出預警指標，保障充電過程的安全。信息隱私管理是衡量信息保護的重要環節。

表1 評估指標分類

5 研究結論與建議

充電服務平臺作為連接人、車、樁交互型服務[12-13]，應置身于整體應用生態環境中，通過互聯互通信息交換機制建立高質量、適宜的連接關系，實現最終業務的便捷性與安全性服務支撐，這是平臺的構建之道?；诨ヂ摶ネǖ钠脚_構架須緊密圍繞“連接”，以構建“開放、互聯、協同、共享” 生態服務網絡為目標，從行業高度推動建立指標體系，形成監測與評估機制，形成對各類平臺在互聯互通環境下接入的整體質量要求，提高平臺在設計、運行環節的整體水平?，F階段行業技術發展，需形成互聯互通平臺架構的基礎設計模型，規范行業整體服務水平、解決充電難題[13-14]，推動行業的良性發展[14-15]。

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Research and thinking on the architecture of interoperability platform

FU Jing, SHAO Zhehai

(Potevio New Energy Co., Ltd., Beijing 100080, China)

Under the rapid development of electric vehicles, a large number of closely related electric vehicle charging facilities service platforms have emerged, and the charging service has evolved into a trend of interconnection and application. The charging infrastructure needs its platform architecture to be effectively applied to the interconnection application scenarios. The "connected" variety of features to meet the "quality" requirements of roaming charging services, to meet the convenient charging of electric car customers has become a key issue. To solve this problem, the core method of constructing the charging infrastructure service platform is proposed, the index system of interconnection and interoperability application is defined, and the design reference model based on the interconnection and application platform architecture is formed to lay a technical foundation for supporting the establishment of a large-scale high-quality charging facility service network.

This work is supported by National Science and Technology Support Project of China (No. 2015BAG18B01).

charging service; connection quality; construction method

國家科技支撐項目資助(2015BAG18B01)

2018-12-28

邵浙海(1960—)，男，教授級高級工程師，研究方向為充電設施和信息技術；E-mail: shaozhehai@potevio.com

傅 晶(1973—)，女，高級工程師，研究方向為信息服務平臺，軟件平臺架構。E-mail: fujing@potevio.com