تکامل OCPP: پل زدن نسخه ۱.۶ به ۲.۰.۱ و فراتر از آن در شارژ خودروهای برقی
فهرست مطالب
مقدمهای بر پروتکل نقطه شارژ باز
پروتکل نقطه شارژ باز (OCPP)به عنوان استاندارد جهانی برای ارتباط بین تجهیزات تامین خودروهای برقی (EVSE) و سیستمهای مدیریت ایستگاه شارژ (CSMS) عمل میکند. نویسنده:اتحاد شارژ آزاد (OCA)این پروتکل به عنوان استاندارد بالفعل در صنعت خودروهای برقی (پیشرو IEC 63110) شناخته میشود. این پروتکل، محدودیتهای اختصاصی را از بین میبرد و تضمین میکند که سختافزارهای تولیدکنندگان مختلف میتوانند به طور یکپارچه با سیستمهای backend مختلف تعامل داشته باشند.
یادداشت مرجع: این مقاله به استانداردهای رسمی مندرج در گزارشهای OCA و مشخصات IEC/ISO ارجاع میدهد.
۱. تاریخچه OCPP
۲. معرفی نسخه OCPP
همانطور که در زیر نشان داده شده است، از OCPP1.5 تا آخرین OCPP2.0.1
از آنجا که پروتکلهای اختصاصی زیادی در صنعت وجود دارد که نمیتوانند از یک تجربه سرویس یکپارچه و اتصال عملیاتی بین سرویسهای اپراتورهای مختلف پشتیبانی کنند، OCA رهبری توسعه پروتکل باز OCPP1.5 را بر عهده گرفت. SOAP به دلیل محدودیتهای پروتکلی خود محدود است و نمیتواند به طور گسترده و سریع محبوبیت پیدا کند.
OCPP 1.5 از طریق پروتکل SOAP مبتنی بر پروتکل HTTP با سیستمهای مرکزی ارتباط برقرار میکند تا نقاط شارژ را راهاندازی کند. این نرمافزار از عملکردهای زیر پشتیبانی میکند: تراکنشهای محلی و از راه دور، از جمله اندازهگیری صورتحساب
جهش از ۱.۶ ژول به ۲.۰.۱
در حالی که نسخههای قبلی مانند OCPP 1.5 به پروتکل دست و پا گیر SOAP متکی بودند،او سی پی پی ۱.۶ ژولبا معرفی JSON روی WebSockets، انقلابی در صنعت ایجاد کرد. این امر امکان ارتباط کاملاً دوطرفه را فراهم کرد و ترافیک داده را به میزان قابل توجهی کاهش داد و آن را به استاندارد فعلی بازار تبدیل کرد. با این حال، انتشاراو سی پی پی ۲.۰.۱(رفع اشکالات نسخه ۲.۰) نشاندهنده یک تغییر الگو است. برخلاف نسخه ۱.۶J، نسخه ۲.۰.۱ OCPP به دلیل تغییرات اساسی در ساختار داده خود که برای پشتیبانی از سیستمهای مدیریت انرژی پیچیده (EMS) و استانداردهای امنیتی سختگیرانه طراحی شده است، با نسخههای قبلی سازگار نیست.
معرفی نسخه Ⅱ.OCPP
همانطور که در زیر نشان داده شده است، از OCPP1.5 تا آخرین OCPP2.0.1
از آنجا که پروتکلهای اختصاصی زیادی در صنعت وجود دارد که نمیتوانند از یک تجربه سرویس یکپارچه و اتصال عملیاتی بین سرویسهای اپراتورهای مختلف پشتیبانی کنند، OCA رهبری توسعه پروتکل باز OCPP1.5 را بر عهده گرفت. SOAP به دلیل محدودیتهای پروتکلی خود محدود است و نمیتواند به طور گسترده و سریع محبوبیت پیدا کند.
OCPP 1.5 از طریق پروتکل SOAP مبتنی بر پروتکل HTTP با سیستمهای مرکزی ارتباط برقرار میکند تا نقاط شارژ را راهاندازی کند. این نرمافزار از عملکردهای زیر پشتیبانی میکند: تراکنشهای محلی و از راه دور، از جمله اندازهگیری صورتحساب
OCPP 1.6J (JSON روی WebSockets)
در حالی که نسخه قدیمیتر SOAP منسوخ شده است،او سی پی پی ۱.۶ ژولهمچنان پرکاربردترین نسخه است. از آن استفاده میکندJSON روی وبسوکتها (WSS)که امکان ارتباط دوطرفه کامل را فراهم میکند. برخلاف SOAP مبتنی بر HTTP، WSS به سرور (CSMS) این امکان را میدهد که دستوراتی (مانندشروع مجدد تراکنش) به شارژر، حتی زمانی که شارژر پشت فایروال NAT قرار دارد.
OCPP 2.0 (JSON)
OCPP 2.0 که در سال ۲۰۱۸ منتشر شد، پردازش تراکنشها را بهبود میبخشد، امنیت را افزایش میدهد، مدیریت دستگاه را بهبود میبخشد: قابلیت شارژ هوشمند را برای توپولوژیهایی با سیستمهای مدیریت انرژی (EMS)، کنترلکنندههای محلی و برای خودروهای برقی با شارژ هوشمند یکپارچه، ایستگاههای شارژ و سیستمهای مدیریت ایستگاه شارژ اضافه میکند. پشتیبانی میکند.ایزو ۱۵۱۱۸الزامات اتصال و استفاده (Plug and Play) و شارژ هوشمند برای خودروهای الکتریکی
OCPP 2.0.1 (JSON)
OCPP 2.0.1 آخرین نسخه است که در سال 2020 منتشر شده است. این نسخه ویژگیها و بهبودهای جدیدی مانند پشتیبانی از ISO15118 (قابلیت اتصال و اجرا)، امنیت بیشتر و عملکرد کلی بهبود یافته را ارائه میدهد.
سازگاری نسخه OCPP
OCPP1.x با نسخههای پایینتر، OCPP1.6 با OCPP1.5 و OCPP1.5 با OCPP1.2 سازگار است.
OCPP2.0.1 با OCPP1.6 سازگار نیست، OCPP2.0.1 اگرچه برخی از محتویات OCPP1.6 را نیز دارد، اما فرمت فریم داده کاملاً با آنچه ارسال شده متفاوت بوده است.
پروتکل OCPP 2.0.1
۱. تفاوت بین OCPP 2.0.1 و OCPP 1.6
در مقایسه با نسخههای قبلی مانند OCPP 1.6، OCPP 2.0.1 پیشرفتهای عمدهای در زمینههای زیر دارد:
الف. امنیت بهبود یافته
OCPP 2.0.1: بازنگری در امنیت و مدیریت دستگاه
OCPP 2.0.1 به دلیل بازسازی کامل مدل داده، با نسخه ۱.۶J سازگار نیست. مهمترین بهبود آن، معرفی سه مورد اجباری است:پروفایلهای امنیتی:
-
نمایه امنیتی ۱:TLS با احراز هویت پایه (رمز عبور).
-
نمایه امنیتی ۲:TLS با گواهیهای سمت کلاینت (امنیت بالاتر).
-
نمایه امنیتی ۳:TLS با گواهینامههای سمت کلاینت و پشتیبانی از ماژول امنیتی سختافزاری (HSM).
علاوه بر این، جایگزین محدودیت میشودضربان قلبسازوکاری با رویکردی جامعمدل دستگاهاین از یک استاندارد استفاده میکندکامپوننتومتغیرساختاری برای نظارت بر همه چیز، از سرعت فن گرفته تا دمای داخلی، که تشخیص از راه دور را به میزان قابل توجهی بهبود میبخشد.
ب. اضافه کردن ویژگیهای جدید
OCPP2.0.1 ویژگیهای جدید زیادی از جمله مدیریت شارژ هوشمند و گزارش و تحلیل دقیقتر خطا را اضافه میکند.
ج. طراحی انعطافپذیرتر
OCPP2.0.1 به گونهای طراحی شده است که انعطافپذیری بیشتری داشته باشد تا بتواند نیازهای برنامههای کاربردی پیچیدهتر و متنوعتر را برآورده کند.
د. سادهسازی کد
OCPP2.0.1 کد را ساده میکند و پیادهسازی نرمافزار را آسانتر میسازد.
بهروزرسانی میانافزار OCPP2.0.1 امضای دیجیتال را اضافه کرد تا از دانلود ناقص میانافزار که منجر به عدم موفقیت در بهروزرسانی میانافزار میشود، جلوگیری شود.
در کاربرد عملی، پروتکل OCPP2.0.1 میتواند برای کنترل از راه دور شارژ شمع، نظارت بر وضعیت شارژ در زمان واقعی، احراز هویت کاربر و سایر عملکردها مورد استفاده قرار گیرد که استفاده از تجهیزات شارژ، کارایی و ایمنی را تا حد زیادی بهبود میبخشد. جزئیات و عملکردهای OCPP2.0.1 نسبت به نسخه 1.6 بسیار بیشتر شده است، و توسعه آن نیز دشوارتر شده است.
۲، معرفی تابع OCPP2.0.1
پروتکل OCPP 2.0.1 آخرین نسخه پروتکل OCPP است. در مقایسه با OCPP 1.6، پروتکل OCPP 2.0.1 پیشرفتها و بهینهسازیهای زیادی داشته است. محتوای اصلی شامل موارد زیر است:
• تحویل پیام:OCP 2.0.1 انواع پیامهای جدیدی را اضافه کرده و قالبهای پیامهای قدیمیتر را برای بهبود کارایی و عملکرد اصلاح میکند.
• گواهیهای دیجیتال:در OCPP 2.0.1، سازوکارهای امنیتی مبتنی بر گواهی دیجیتال برای ارائه احراز هویت دستگاه و محافظت از یکپارچگی پیام معرفی شدند. این یک پیشرفت قابل توجه نسبت به سازوکارهای امنیتی OCPP1.6 است.
• مدل داده:OCPP 2.0.1 مدل داده را بهروزرسانی میکند تا از انواع و ویژگیهای جدید دستگاه پشتیبانی کند.
• مدیریت دستگاه:OCPP 2.0.1 عملکردهای جامعتری برای مدیریت دستگاه، از جمله پیکربندی دستگاه، عیبیابی، بهروزرسانی نرمافزار و غیره ارائه میدهد.
• مدلهای قطعات:OCPP 2.0.1 یک مدل اجزای انعطافپذیرتر را معرفی میکند که میتواند برای توصیف دستگاهها و سیستمهای شارژ پیچیدهتر مورد استفاده قرار گیرد. این امر به فعال کردن ویژگیهای پیشرفتهتر مانندV2G (خودرو به شبکه برق).
• شارژ هوشمند:شارژ هوشمند پیشرفته و ادغام ISO 15118، تمایز بین ۱.۶ و ۲.۰.۱ در شارژ هوشمند قابل توجه است. در حالی که ۱.۶J به پایه متکی استپروفایلهای شارژ، OCPP 2.0.1 به طور بومی پشتیبانی میکندایزو ۱۵۱۱۸از طریق مکانیسم عبور.
این را قادر میسازداتصال و شارژ (PnC): EVSE به عنوان یک دروازه عمل میکند و به EV اجازه میدهد تا گواهیهای دیجیتال را مستقیماً با backend برای احراز هویت خودکار تبادل کند. هیچ کارت یا برنامه RFID مورد نیاز نیست. این همچنین زمینه را برایV2G (خودرو به شبکه)که امکان مدیریت جریان انرژی دو طرفه را بر اساس فرکانس و ظرفیت شبکه فراهم میکند.
• هویت و مجوز کاربر:OCPP2.0.1 مکانیزمهای شناسایی و مجوزدهی کاربر بهبود یافتهای را ارائه میدهد، از روشهای متعدد احراز هویت کاربر پشتیبانی میکند و الزامات بالاتری را برای حفاظت از دادههای کاربر مطرح میکند.
III. مقدمهای بر تابع OCPP
۱. شارژ هوشمند
سیستم مدیریت انرژی خارجی (EMS)
OCPP 2.0.1 با معرفی یک مکانیزم اعلان که CSMS (سیستم مدیریت ایستگاه شارژ) را از محدودیتهای خارجی مطلع میکند، این مشکل را برطرف میکند. ورودیهای شارژ هوشمند مستقیم که از سیستمهای مدیریت انرژی (EMS) پشتیبانی میکنند، میتوانند بسیاری از موقعیتها را حل کنند:
وسایل نقلیه الکتریکی متصل به نقاط شارژ (طبق ISO 15118)
OCPP 2.0.1 از پروتکل بهروزرسانیشده ISO 15118 برای ارتباط EVSE-to-EV پشتیبانی میکند. شارژ plug-and-play استاندارد ISO 15118 و شارژ هوشمند (شامل ورودیهای EV) با استفاده از OCPP 2.0.1 آسانتر پیادهسازی میشوند. به اپراتورهای ایستگاه شارژ این امکان را میدهد که (از CSMS) پیامهایی در مورد ایستگاههای شارژ برای نمایش به رانندگان EV ارسال کنند.
کاربردهای شارژ هوشمند:
(1) متعادلکننده بار
متعادلکننده بار عمدتاً بار داخلی ایستگاه شارژ را هدف قرار میدهد. ایستگاه شارژ، توان شارژ هر پست شارژ را طبق پیکربندی از پیش تعیینشده کنترل میکند. ایستگاه شارژ با یک مقدار محدود ثابت، مانند حداکثر جریان خروجی، پیکربندی میشود. علاوه بر این، این پیکربندی شامل گزینههای اختیاری برای بهینهسازی توزیع توان ایستگاههای شارژ به ایستگاههای شارژ مجزا نیز میشود. این پیکربندی به ایستگاه شارژ میگوید که نرخهای شارژ کمتر از این مقدار پیکربندی نامعتبر هستند و باید استراتژیهای شارژ دیگری انتخاب شوند.
(2) شارژ هوشمند مرکزی
شارژ هوشمند مرکزی فرض میکند که محدودیتهای شارژ توسط یک سیستم مرکزی کنترل میشود، که پس از دریافت اطلاعات پیشبینی اپراتور شبکه در مورد ظرفیت شبکه، بخشی یا تمام برنامه شارژ را محاسبه میکند و سیستم مرکزی با پاسخ به پیامها، محدودیتهای شارژ را بر روی ایستگاههای شارژ اعمال کرده و محدودیتهای شارژ را تعیین میکند.
(3) شارژ هوشمند محلی
شارژ هوشمند محلی توسط یک کنترلکننده محلی تحقق مییابد که معادل یک عامل پروتکل OCPP است و مسئول دریافت پیامها از سیستم مرکزی و کنترل رفتار شارژ سایر ایستگاههای شارژ در گروه میباشد. خود کنترلکننده میتواند به ایستگاههای شارژ مجهز باشد یا نباشد. در حالت شارژ هوشمند محلی، کنترلکننده محلی توان شارژ ایستگاه شارژ را محدود میکند. در طول شارژ، مقدار حد مجاز قابل تغییر است. مقدار حد مجاز گروه شارژ را میتوان به صورت محلی یا توسط سیستم مرکزی پیکربندی کرد.
۲. معرفی سیستم
چارچوب سیستماتیک
معماری نرمافزار
ماژولهای عملکردی در پروتکل OCPP2.0.1 عمدتاً شامل ماژول انتقال داده، ماژول مجوز، ماژول امنیت، ماژول تراکنشها، ماژول مقادیر اندازهگیری، ماژول هزینه، ماژول رزرو، ماژول شارژ هوشمند، ماژول تشخیص عیب، ماژول مدیریت میانافزار و ماژول نمایش پیام هستند.
IV. توسعه آینده OCPP
۱. مزایای OCPP
OCPP یک پروتکل آزاد و متنباز است و همچنین روشی مؤثر برای حل مشکل اتصال داخلی شمعهای شارژ فعلی است و در بسیاری از کشورهای جهان رواج یافته و مورد استفاده قرار گرفته است. اتصال داخلی آینده بین سرویسهای اپراتور، زبانی برای برقراری ارتباط خواهد داشت.
قبل از ظهور OCPP، هر تولیدکننده ایستگاه شارژ، پروتکل اختصاصی خود را برای اتصال back-end توسعه میداد، بنابراین اپراتورهای ایستگاه شارژ به یک تولیدکننده ایستگاه شارژ واحد وابسته بودند. اکنون، با پشتیبانی تقریباً همه تولیدکنندگان سختافزار از OCPP، اپراتورهای ایستگاه شارژ میتوانند سختافزار را از هر فروشندهای انتخاب کنند و این امر بازار را رقابتیتر میکند.
همین امر در مورد صاحبان املاک/کسب و کارها نیز صادق است؛ وقتی آنها یک ایستگاه شارژ غیر OCPP خریداری میکنند یا با یک CPO غیر OCPP قرارداد میبندند، به یک ایستگاه شارژ و اپراتور ایستگاه شارژ خاص وابسته میشوند. اما با سختافزار شارژ سازگار با OCPP، صاحبان خانه میتوانند مستقل از ارائهدهندگان خود باقی بمانند. مالکان آزاد هستند که یک CPO رقابتیتر، با قیمت بهتر یا با عملکرد بهتر را انتخاب کنند. همچنین، آنها میتوانند شبکه خود را با ترکیب سختافزارهای ایستگاه شارژ مختلف بدون نیاز به برچیدن تأسیسات موجود، گسترش دهند.
البته، مزیت اصلی خودروهای برقی این است که رانندگان خودروهای برقی نیازی به تکیه بر یک اپراتور ایستگاه شارژ یا تأمینکننده خودروهای برقی ندارند. همانند ایستگاههای شارژ OCPP خریداریشده، رانندگان خودروهای برقی میتوانند به CPOها/EMPهای بهتری روی آورند. مزیت دوم، اما بسیار مهم، امکان استفاده از رومینگ حملونقل الکترونیکی است.
۲.OCPP در نقش شارژ خودروهای برقی
(1) OCPP به EVSE و CSMS کمک میکند تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند
(2) مجوز شروع شارژ به کاربران خودروهای برقی
(3) تغییر از راه دور پیکربندی شارژ، کنترل شارژ از راه دور (شروع/توقف)، تفنگ باز کردن قفل از راه دور (شناسه کانکتور)
(4) وضعیت لحظهای ایستگاه شارژ (موجود، متوقف، معلق، EV/EVSE غیرمجاز)، دادههای شارژ لحظهای، مصرف برق لحظهای، خرابی EVSE لحظهای
(5) شارژ هوشمند (کاهش بار شبکه)
(6) مدیریت سیستم عامل (OTAA)

Ⅴ. اعتبارسنجی تجربی و بینشهای تولیدکننده
پیادهسازی OCPP 2.0.1 نیازمند اعتبارسنجی دقیق است.لینکپاورتیم تحقیق و توسعه ما آزمایشهای گستردهای برای قابلیت همکاری با استفاده ازابزار تست انطباق پروتکل نقطه شارژ باز (OCTT)در کنار ادغامهای دنیای واقعی.
محیط آزمایش و نتایج:ما با موفقیت سیستم عامل EVSE خود را در برابر ... تأیید کردیم.بیش از ۱۰۰ ارائهدهندهی خدمات مدیریت ارتباط با مشتری (CSMS) در سراسر جهان(از جمله شبکههای اصلی اروپایی و آمریکایی). آزمایشهای ما بر روی موارد زیر تمرکز دارند:
-
پایداری دستدهی TLS:تضمین تداوم اتصال تحت پروفایل امنیتی ۲ و ۳.
-
یکپارچگی دادههای تراکنش:تأیید جدید
رویداد تراکنشتحویل پیام تحت شرایط ناپایدار شبکه (شبیهسازی از دست دادن بسته).
این دادههای تجربی تأیید میکنند که راهکار OCPP 2.0.1 ما نه تنها از نظر تئوری سازگار است، بلکه برای استقرار تجاری V2G نیز آمادهی بهرهبرداری است.
زمان ارسال: ۲۱ اکتبر ۲۰۲۴







