随着全球对清洁能源和可持续发展的追求日益增强，新能源汽车作为绿色、环保的出行方式，正受到市场的广泛青睐。伴随着新能源汽车保有量的快速增加，充电需求也呈现出爆发式增长。作为新能源汽车的“能量补给站”，智能充电桩的建设和完善是推动新能源汽车普及的关键因素。智能充电桩作为电动汽车产业链的关键一环，具备网络通信能力，能够与新能源汽车进行信息交互，并根据需求进行智能充电调度。智能充电桩可以根据用户的时间和电量需求自动调控充电策略，提高充电效率，减少充电时间。因此，其通信系统的稳定性和智能化程度直接影响到用户的充电体验和充电桩的运营效率。

充电桩分布广泛且分散，要求通信系统具备基于无线的数据传输能力，以确保各充电桩与后台系统之间的有效连接。

充电桩需要与后台系统进行实时通信，以保证数据的准确传输和指令的及时执行。然而，通信稳定性可能受到信号干扰、网络覆盖不足等多种因素的影响，导致通信中断或数据丢失。

在充电桩的通信过程中，涉及用户信息和交易数据等敏感信息，需要确保数据传输的安全性，防止数据泄露或被恶意攻击，以保护用户隐私和交易安全。

由于充电桩数量众多且分布广泛，如何实现远程监控和维护成为一个重要挑战。需要建立一套有效的远程管理系统，以便实时监控充电桩的工作状态，及时进行故障排查和维修，确保充电桩的正常运行和服务质量。

图1：智能充电桩通信系统网络需求

威努特针对当前智能充电桩通信系统面临的挑战，提出一套基于5G无线通信和工业控制环网的智能充电桩通信系统解决方案，旨在解决充电桩在分布、通信、管理等方面的问题，确保充电服务的高效、安全和便捷。

图2：威努特5G+智慧充电桩网络解决方案拓扑

智能充电桩通信系统包括充电桩系统、接入系统、网络应用平台、运营管理中心以及基于服务平台的终端应用。整个系统通过特定的通信协议和机制，实现充电桩与车辆、电网以及管理系统之间的信息交互。

威努特5G+智慧充电桩系统网络解决方案，整体采用模块化设计，方便各子系统之间后期维护与扩容，主干局域网采用千兆光纤环网，增强系统整体的稳定性与可靠性；

集中监控中心核心交换机采用威努特机架式三层路由工业交换机WIS6300-H-4X8GS4C20G-2HV，与各换电站子系统千兆环网工业交换机组成千兆光纤工业控制环网，同时连接到办公网络及监控大屏，各子系统的数据及现场视频汇聚，管理人员只需要在监控中心就能实时查看到现场工作状态；

各换电站采用威努特千兆环网工业交换机WIS3200-E-4GS8G，与监控中心组成千兆光纤工业控制环网，环网交换机划分3组Vlan，将道闸、视频及换电装置进行逻辑隔离，独立与集中监控中心、本地处理单元通讯。这种划分能够合理利用交换机转发资源，各Vlan间互不干扰，保证视频传输的流畅，以及控制数据的精准；

自动换电装置部分采用无线通讯方式，使用威努特WAP-O6230Q工业无线AP将整个场所进行WiFi覆盖，电池转运RGV，换电装置均采用无线的连接方式；

集中充电系统部分也采用威努特环网工业交换机WIS3200-E-4GS8G连接到监控中心，交换机下接充电房内的电能表、继保、数据采集器等以太网数据；

充电房内的环境监控系统用工业级串口服务器将现场的风机、温湿度传感器、散热、以及门禁等串口总线设备连接，实现RS-232/422/485串口转成TCP/IP连接至充电房环网交换机，并通过威努特环网工业交换机WIS3200-E-4GS8G将采集到的数据上送至监控中心；

每个充电站部分，采用1台支持威努特物联网安全接入网关ISAG3020，此系列网关具有高速率、低延时、多接口的特点。可选WiFi通讯模块，并支持有线/无线互为备份传输，为用户提供无线长距离数据传输服务和路由功能。现场的WiFi覆盖提供给手持端工作人员使用，同时也可用于系统的调试。数据上传至云平台，客户可通过手机APP，实现预约换电服务及实时查看汽车换电进展及状态，也可用于远程支付，只需要在手机就能完成缴费。

威努特WNT-NSMS是一款专为5G+智慧停车一体化系统设计的综合一体化网管软件。该软件采用B/S架构，全图形化显示界面，使得操作变得简单直观，易于上手。它支持全方位的设备管理和拓扑管理功能，能够实时监控智慧停车系统中的网络设备状态，确保网络的稳定运行。

在故障管理方面，WNT-NSMS具备告警信息过滤查询和重要告警转发功能，能够在网络出现故障时迅速定位问题，并及时通知相关人员进行处理。同时，系统还支持日志管理和分区域分权管理，有效保障智慧停车系统的网络安全。

此外，这款网管软件还能对网络设备进行基本配置，如VLAN划分、端口属性配置等，满足智慧停车系统对网络设备的个性化需求。它还支持通过HTTP/HTTPS方式登录操作，极大提升了网络运维的便捷性和效率，使得网络管理员能够更加轻松地管理智慧停车系统的网络设备。

图3：威努特WNT-NSMS网络管理软件

考虑到智慧充电桩常常安装在环境恶劣的区域，如高速公路服务区、城市地下停车场或露天停车场，这些地方面临着强烈的风力、雨雪、日晒等自然环境挑战，威努特工业交换机工作温度范围可达-40℃到85℃，能在极端温度区间内稳定运行。智慧充电桩还可能遭受到灰尘、油污等环境因素的侵蚀，威努特工业交换机具备IP40防护等级，同时支持三防漆涂覆，确保设备在恶劣环境中依然能够安全可靠地运行，防尘、防油污特性更进一步强化了设备在智慧充电桩等恶劣环境中的适用性。

复杂的电磁环境是智慧充电桩另一大挑战，威努特工业交换机具备EMC4级A的抗强电磁干扰能力，保证在电磁干扰强烈的环境中也能准确无误地工作。同时，考虑到智慧充电桩的运营成本和设备更换的繁琐性，威努特工业交换机具备超过15年的使用寿命，这大大降低长期的更换和维护成本，为智慧充电桩的安全、高效运营提供长期保障。

采用了威努特5G物联网安全接入网关ISAG3020，通过构建稳定可靠的IPSec VPN通信加密通道，确保了充电桩与车辆、电网以及管理系统之间的通信过程高度安全，有效防止了数据泄露、非法访问等安全风险，保护用户隐私和系统数据完整性。同时，该安全网关内置防火墙、抗DDoS攻击、入侵攻击检测、非法扫描检测等安全功能，能有效防止来自互联网的网络攻击。

图4：物联网网关

全网工业交换机支持IEEE1588高精度时钟对时协议和SyncE同步以太网协议，单跳实现12.5ns级对时精度，满足5G基站高精度数据传输与授时要求。随着5G需求增长，支持IEEE1588的智慧充电桩工业通信网络成为必然，其高精度与灵活性为智慧充电桩通信提供坚实保障。相较于传统授时技术，IEEE1588采用双向信道，通过主时钟周期发布同步协议及信息，从时钟据此计算时差调整本地时间，确保主从设备时间一致，实现ns级频率与时间同步，满足不断提升的智慧充电桩工业通信需求。

图5：威努特工业交换机PTP精度测试