CN116962475B - 一种电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法，属于充电桩技术领域，包括：CAN FD数据链路层模块；国标协议模块；与国标协议模块相连接用于实现国标协议定义的电动汽车与充电桩之间的数据通信的CAN数据链路层模块；与所述CAN FD数据链路层模块和所述CAN数据链路层模块进行数据收发的CAN FD物理层模块；TCP/IP协议栈；与所述TCP/IP协议栈和所述CAN FD数据链路层模块相连，用于TCP/IP协议数据压缩与解压的压缩模块；与所述TCP/IP协议栈相连，适配TCP/IP的通信协议的应用层协议模块；该电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法，满足电动汽车与充电桩之间使用PLC通信，可支持标准TCP/IP协议，实现各类新场景的应用。

Description

一种电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法
技术领域
本发明属于充电桩技术领域，具体涉及一种电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法。
背景技术
随着电动汽车和充电桩的不断普及，电动汽车和充电桩之间的通信不再仅仅满足于状态信息同步、控制信息传送等简单的场景，基于TCP/IP的各类协议相关的应用场景不断涌现，包括通信加密、文件传输等；
电动汽车与充电桩之间使用CAN通信，CAN协议一帧数据最长8字节，很难支持基于TCP/IP的各类协议，不便于各类新场景的扩展；因此，需要研发一种电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法来解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法，以解决CAN通信时无法与TCP/IP的各类协议通信的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电动汽车与充电桩的通信控制器，包括：
CAN FD数据链路层模块；
国标协议模块；
与国标协议模块相连接、用于实现国标协议定义的电动汽车与充电桩之间的数据通信的CAN数据链路层模块；
与所述CAN FD数据链路层模块和所述CAN数据链路层模块进行数据收发的CAN FD物理层模块；
TCP/IP协议栈；
与所述TCP/IP协议栈、所述CAN FD数据链路层模块相连，用于TCP/IP协议数据压缩与解压的压缩模块；
与所述TCP/IP协议栈相连，适配TCP/IP的通信协议的应用层协议模块；
其中，所述压缩模块压缩TCP/IP数据的报文头，减少TCP/IP分包之后的报文长度，匹配CAN FD协议的帧长，并还原从CAN FD数据链路层接收到的TCP/IP数据。
优选的，所述CAN FD物理层模块遵循SAE J1939-17标准协议，兼容CAN物理层。
优选的，所述国标协议模块适配GB/T-27930协议；
所述CAN FD数据链路层模块遵循SAE J1939-22标准协议，支持协议帧最长64字节。
优选的，所述CAN数据链路层模块遵循SAE J1939-21标准协议；
所述TCP/IP协议栈为标准网络通信协议栈。
优选的，所述TCP/IP协议栈和所述应用层协议模块之间还包括标准通信协议。
本发明另提供一种电动汽车与充电桩的通信控制器的通信数据处理方法，包括以下步骤：
步骤1、数据发送方的压缩模块接收到所述TCP/IP协议栈的IP报文时，在IP报文头前增加1字节压缩标记字段；
步骤2、数据发送方的所述压缩模块压缩IP报文头；
步骤3、数据发送方的所述压缩模块压缩传输层数据报文头；
步骤4、数据接收方的压缩模块接收到CAN FD数据链路层模块的上报报文后，进行IP报文头解压；
步骤5、数据接收方的所述压缩模块还原IP报文头之后，判断协议类型。
优选的，步骤2中，压缩IP报文头包括：
保留IP报文头标记、片偏移字段；
删除IP协议版本号、包头长度、服务类型、包总长度、生存时间、头部校验、协议的类型、源IP地址、目的IP地址字段；
缩减报文头的标识符字段：标识符字段取低8位；所述压缩标记字段的第1-2位用于表示IP报文头协议类型的枚举值，枚举值为00时，协议类型为ICMP；枚举值为01时，协议类0型为TCP；枚举值为10时，协议类型为UDP。
优选的，步骤3中，所述数据发送方的所述压缩模块压缩传输层数据报文头，当报文为TCP时：
保留标志位ACK、SYN、FIN、RST 的TCP报文头字段；
删除首部长度、保留字段、校验和、紧急指针、标志位URG、PSH字段；
缩减源端口、目的端口、序列号、确认序列号、窗口报文头字段，相应结果设置在所述压缩标记字段中；
所述压缩标记字段的第3位用于表示TCP报文头的源端口字段长度，为0时，源端口字段使用8位缩减后长度；为1时，TCP报文头包含标准16位源端口字段；
所述压缩标记字段的第4位用于表示TCP报文头的目的端口字段长度，为0时，目的端口字段使用8位缩减后长度；为1时，TCP报文头包含标准16位目的端口字段；
所述压缩标记字段的第5位用于表示TCP报文头序列号字段和确认序列号字段长度，为0时，TCP报文头序列号字段和确认序列号字段使用16位缩减后长度；为1时，TCP报文头序列号字段和确认序列号字段使用标准32位长度；
所述压缩标记字段的第6-7位用于表示TCP报文头窗口字段长度，为00时，TCP报文头窗口字段使用8位缩减后长度；为01时，TCP报文头窗口字段使用12位缩减后长度，为10时，TCP报文头窗口字段使用标准16位长度；
所述压缩标记字段的第8位预留；
针对UDP报文，源端口与目的端口的压缩处理与TCP报文头相同，通过压缩标记字段的第3-4位进行缩减，报文长度、校验和字段被删除；
缩减后的传输层数据报文头按字节对齐，并发送至所述CAN FD数据链路层模块。
优选的，步骤4中，所述数据接收方的压缩模块接收到CAN FD数据链路层模块的上报报文后，进行IP报文头解压；
根据压缩标记字段1-2位，还原IP报文头被删除的协议类型字段；
IP报文头被删除的字段中，IP报文总长度字段通过接收到报文的实际长度进行还原；头部校验字段通过接收到的IP报文进行校验和计算后还原；其余有默认值的字段通过默认值还原；
IP报文头标识符字段高8位补0。
优选的，步骤5中，数据接收方的所述压缩模块还原IP报文头之后，判断协议类型，若数据包非TCP或非UDP报文，则IP报文的负载未进行压缩，IP报文头还原之后，上报至所述TCP/IP协议栈进行处理，若数据包为TCP或UDP报文，则进行报文头解压；
根据压缩标记字段3-7位，确认TCP报文头中源端口、目的端口、序列号、确认序列号和窗口字段是否为缩减字段，若为缩减字段，高位补0至标准字段长度；
TCP报文头被删除的字段中，校验和字段通过接收到的报文进行校验和计算后还原；其余有默认值的字段通过默认值还原；
针对UDP报文，源端口与目的端口的解压处理与TCP报文头相同，报文长度字段通过接收到报文的实际长度进行还原；校验和字段通过接收到的报文进行校验和计算后还原；
TCP/UDP报文头还原之后，与IP报文头按序拼接还原为完整报文后，上报至所述TCP/IP协议栈进行处理。
本发明的技术效果和优点：该电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法，使用CAN FD作为通信物理层，通信帧长由8字节提升至64字节，支持TCP/IP的各类协议，满足电动汽车和充电桩之间通信不断演进的场景，同时兼容现有CAN通信场景，通过压缩模块，对TCP/IP协议头进行压缩，标准IP报文头20字节，固定压缩至4字节，其中包含1字节新增的压缩标记字段；标准TCP报文头20字节，变长压缩后，报文头长度8-15字节，提升了通信效率，同时通过压缩模块适配CAN FD数据链路帧和标准TCP/IP报文，可使用标准TCP/IP协议栈和上层应用协议，具备较高可扩展性，满足电动汽车与充电桩之间使用PLC通信，可支持标准TCP/IP协议，实现各类新场景的应用，例如：可通过TLS协议进行应用层通信加密、通过FTP协议进行文件传输。
附图说明
图1为本发明电动汽车与充电桩的通信控制器模块框图；
图2为本发明电动汽车与充电桩的通信控制器IP报文通信示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1中所示的一种电动汽车与充电桩的通信控制器，包括如下模块：CAN FD物理层模块、CAN FD数据链路层模块、CAN数据链路层模块、压缩模块、国标协议模块、TCP/IP协议栈、应用层协议模块，本实施例中，国标协议模块为GB/T-27930模块；
所述CAN FD物理层模块遵循SAE J1939-17标准协议，兼容CAN物理层。所述CAN FD数据链路层模块和所述CAN数据链路层模块均与所述CAN FD物理层模块相连，进行数据收发；
所述CAN FD数据链路层模块遵循SAE J1939-22标准协议，支持协议帧长最长64字节；
所述CAN数据链路层模块遵循SAE J1939-21标准协议，与所述GB/T-27930模块相连，实现GB/T-27930协议定义的电动汽车与充电桩之间的数据通信；
所述压缩模块用于TCP/IP相关各类协议的数据压缩与解压。所述压缩模块与所述TCP/IP协议栈相连，可压缩TCP/IP数据的报文头，以减少TCP/IP分包之后的报文长度，匹配CAN FD协议的帧长。所述压缩模块与所述CAN FD数据链路层模块相连，用于还原从CAN FD数据链路层接收到的TCP/IP数据。
所述TCP/IP协议栈为标准网络通信协议栈，例如：lwip；
所述应用层协议模块与所述TCP/IP协议栈相连，包含各类基于TCP/IP的通信协议，例如用于文件传输的FTP协议；
所述TCP/IP协议栈和所述应用层协议模块之间可包含其余标准通信协议，例如用于数据安全传输的TLS协议。
本发明另提供如图2所示的一种电动汽车与充电桩的通信控制器的通信数据处理方法，包括以下步骤：
步骤1、数据发送方的压缩模块接收到所述TCP/IP协议栈的IP报文时，在IP报文头前增加1字节压缩标记字段。
步骤2、数据发送方的压缩模块压缩IP报文头，
保留部分IP报文头字段：标记、片偏移；
删除部分字段：IP协议版本号、包头长度即首部长度、服务类型、包总长度即IP报文总长度、生存时间、头部校验、协议即协议的类型、源IP地址、目的IP地址；
缩减部分报文头字段：标识符；
标识符字段取低8位。
所述压缩标记字段的第1-2位用于表示IP报文头协议类型的枚举值，为00时，协议类型为ICMP；为01时，协议类型为TCP；为10时，协议类型为UDP。
步骤3、数据发送方的所述压缩模块压缩传输层数据报文头，当报文为TCP时：
保留部分TCP报文头字段：标志位ACK、SYN、FIN、RST；
删除部分字段：
首部长度、保留字段、校验和、紧急指针、标志位URG、PSH；
缩减部分报文头字段，相应结果需设置在所述压缩标记字段中：源端口、目的端口、序列号、确认序列号、窗口；
所述压缩标记字段的第3位用于表示TCP报文头源端口字段长度，为0时，源端口字段使用8位缩减后长度；为1时，TCP报文头包含标准16位源端口字段。
所述压缩标记字段的第4位用于表示TCP报文头的目的端口字段长度，为0时，目的端口字段使用8位缩减后长度；为1时，TCP报文头包含标准16位目的端口字段。
所述压缩标记字段的第5位用于表示TCP报文头序列号字段和确认序列号字段长度，为0时，TCP报文头序列号字段和确认序列号字段使用16位缩减后长度；为1时，TCP报文头序列号字段和确认序列号字段使用标准32位长度。
所述压缩标记字段的第6-7位用于表示TCP报文头窗口字段长度，为00时，TCP报文头窗口字段使用8位缩减后长度；为01时，TCP报文头窗口字段使用12位缩减后长度，为10时，TCP报文头窗口字段使用标准16位长度。
所述压缩标记字段的第8位预留。
针对UDP报文，源端口与目的端口的压缩处理与TCP报文头相同，通过压缩标记字段的第3-4位进行缩减，报文长度、校验和字段被删除。
缩减后的传输层数据报文头按字节对齐，并发送至所述CAN FD数据链路层模块。步骤4、数据接收方的压缩模块接收到CAN FD数据链路层模块的上报报文后，进行IP报文头解压。
根据压缩标记字段1-2位，还原IP报文头被删除的协议类型字段。
IP报文头被删除的字段中，IP报文总长度字段通过接收到报文的实际长度进行还原；头部校验字段通过接收到的IP报文进行校验和计算后还原；其余有默认值的字段通过默认值还原。
IP报文头标识符字段高8位补0。
步骤5、数据接收方的所述压缩模块还原IP报文头之后，判断协议类型，若数据包非TCP或非UDP报文，例如ICMP报文，则IP报文的负载未进行压缩，IP报文头还原之后，上报至所述TCP/IP协议栈进行处理。若数据包为TCP或UDP报文，则进行报文头解压。
根据压缩标记字段3-7位，确认TCP报文头中源端口、目的端口、序列号、确认序列号和窗口字段是否为缩减字段，若为缩减字段，高位补0至标准字段长度。
TCP报文头被删除的字段中，校验和字段通过接收到的报文进行校验和计算后还原；其余有默认值的字段通过默认值还原。
针对UDP报文，源端口与目的端口的解压处理与TCP报文头相同，报文长度字段通过接收到报文的实际长度进行还原；校验和字段通过接收到的报文进行校验和计算后还原。
TCP/UDP报文头还原之后，与IP报文头按序拼接还原为完整报文后，上报至所述TCP/IP协议栈进行处理。
本实施例中，电动汽车与充电桩的通信控制器之间为点对点直连通信，经过通信控制器压缩模块处理之后的IP报文并不包含源IP地址与目的IP地址。电动汽车的IP地址与充电桩的IP地址可以为不同网段，预设通信对端的IP地址需要与本地IP地址在本地网段。
如图1所示，充电桩通信控制器IP地址192.168.1.1，预设电动汽车通信控制器IP地址192.168.1.2；电动汽车通信控制器IP地址172.16.1.1，预设充电桩控制器IP地址172.16.1.2；电动汽车与充电桩的通信控制器压缩模块收到报文时，根据本地IP地址还原IP报文的目的IP地址字段，根据预设对端的IP地址还原IP报文源的IP地址字段。
当充电桩支持多把充电枪，充电桩的通信控制器需要与多个电动汽车通信控制器进行IP通信时，需要预设多个电动汽车通信控制器IP地址。
IP报文头固定字段默认值：
TCP报文头固定字段默认值：
TCP/IP协议栈进行如下配置：
IPv4功能： 开启；
ICMP功能： 开启；
UDP功能： 开启；
TCP功能： 开启；
IGMP功能： 关闭；
IPv6功能： 关闭；
DHCP功能： 关闭；
ARP功能： 关闭；
MTU长度： 80；
该电动汽车与充电桩的通信控制器及通信数据处理方法，使用CAN FD作为通信物理层，通信帧长由8字节提升至64字节，支持TCP/IP的各类协议，满足电动汽车和充电桩之间通信不断演进的场景，同时兼容现有CAN通信场景，通过压缩模块，对TCP/IP协议头进行压缩，标准IP报文头20字节，固定压缩至4字节，其中包含1字节新增的压缩标记字段；标准TCP报文头20字节，变长压缩后，报文头长度8-15字节，提升了通信效率，同时通过压缩模块适配CAN FD数据链路帧和标准TCP/IP报文，可使用标准TCP/IP协议栈和上层应用协议，具备较高可扩展性，满足电动汽车与充电桩之间使用PLC通信，可支持标准TCP/IP协议，实现各类新场景的应用，例如：可通过TLS协议进行应用层通信加密、通过FTP协议进行文件传输。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车与充电桩的通信控制器的通信数据处理方法，其特征在于：所述电动汽车与充电桩的通信控制器包括：
CAN FD数据链路层模块；
国标协议模块；
与国标协议模块相连接、用于实现国标协议定义的电动汽车与充电桩之间的数据通信的CAN数据链路层模块；
与所述CAN FD数据链路层模块和所述CAN数据链路层模块进行数据收发的CAN FD物理层模块；
TCP/IP协议栈；
与所述TCP/IP协议栈和所述CAN FD数据链路层模块相连，用于TCP/IP协议数据压缩与解压的压缩模块；
与所述TCP/IP协议栈相连，适配TCP/IP的通信协议的应用层协议模块；
其中，所述压缩模块压缩TCP/IP数据的报文头，减少TCP/IP分包之后的报文长度，匹配CAN FD协议的帧长，并还原从CAN FD数据链路层接收到的TCP/IP数据；
所述方法包括以下步骤：
步骤1、数据发送方的压缩模块接收到所述TCP/IP协议栈的IP报文时，在IP报文头前增加1字节压缩标记字段；
步骤2、数据发送方的所述压缩模块压缩IP报文头；
步骤3、数据发送方的所述压缩模块压缩传输层数据报文头；
步骤4、数据接收方的压缩模块接收到CAN FD数据链路层模块的上报报文后，进行IP报文头解压；
步骤5、数据接收方的所述压缩模块还原IP报文头之后，判断协议类型；步骤2中，压缩IP报文头包括：
保留IP报文头标记、片偏移字段；
删除IP协议版本号、包头长度、服务类型、包总长度、生存时间、头部校验、协议的类型、源IP地址、目的IP地址字段；
缩减报文头的标识符字段：标识符字段取低8位；所述压缩标记字段的第1-2位用于表示IP报文头协议类型的枚举值，枚举值为00时，协议类型为ICMP；枚举值为01时，协议类型为TCP；枚举值为10时，协议类型为UDP。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述CAN FD物理层模块遵循SAE J1939-17标准协议，兼容CAN物理层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述国标协议模块适配GB/T-27930协议；
所述CAN FD数据链路层模块遵循SAE J1939-22标准协议，支持协议帧最长64字节。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述CAN数据链路层模块遵循SAE J1939-21标准协议；
所述TCP/IP协议栈为标准网络通信协议栈。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述TCP/IP协议栈和所述应用层协议模块之间还包括标准通信协议。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中，所述数据发送方的所述压缩模块压缩传输层数据报文头，当报文为TCP时：
保留标志位ACK、SYN、FIN、RST 的TCP报文头字段；
删除首部长度、保留字段、校验和、紧急指针、标志位URG、PSH字段；
缩减源端口、目的端口、序列号、确认序列号、窗口报文头字段，相应结果设置在所述压缩标记字段中：
所述压缩标记字段的第3位用于表示TCP报文头的源端口字段长度，为0时，源端口字段使用8位缩减后长度；为1时，TCP报文头包含标准16位源端口字段；
所述压缩标记字段的第4位用于表示TCP报文头的目的端口字段长度，为0时，目的端口字段使用8位缩减后长度；为1时，TCP报文头包含标准16位目的端口字段；
所述压缩标记字段的第5位用于表示TCP报文头序列号字段和确认序列号字段长度，为0时，TCP报文头序列号字段和确认序列号字段使用16位缩减后长度；为1时，TCP报文头序列号字段和确认序列号字段使用标准32位长度；
所述压缩标记字段的第6-7位用于表示TCP报文头窗口字段长度，为00时，TCP报文头窗口字段使用8位缩减后长度；为01时，TCP报文头窗口字段使用12位缩减后长度，为10时，TCP报文头窗口字段使用标准16位长度；
所述压缩标记字段的第8位预留；
针对UDP报文，源端口与目的端口的压缩处理与TCP报文头相同，通过压缩标记字段的第3-4位进行缩减，报文长度、校验和字段被删除；
缩减后的传输层数据报文头按字节对齐，并发送至所述CAN FD数据链路层模块。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中，所述数据接收方的压缩模块接收到CAN FD数据链路层模块的上报报文后，进行IP报文头解压；
根据压缩标记字段1-2位，还原IP报文头被删除的协议类型字段；
IP报文头被删除的字段中，IP报文总长度字段通过接收到报文的实际长度进行还原；头部校验字段通过接收到的IP报文进行校验和计算后还原；其余有默认值的字段通过默认值还原；
IP报文头标识符字段高8位补0。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5中，数据接收方的所述压缩模块还原IP报文头之后，判断协议类型，若数据包非TCP或非UDP报文，则IP报文的负载未进行压缩，IP报文头还原之后，上报至所述TCP/IP协议栈进行处理，若数据包为TCP或UDP报文，则进行报文头解压；
根据压缩标记字段3-7位，确认TCP报文头中源端口、目的端口、序列号、确认序列号和窗口字段是否为缩减字段，若为缩减字段，高位补0至标准字段长度；
TCP报文头被删除的字段中，校验和字段通过接收到的报文进行校验和计算后还原；其余有默认值的字段通过默认值还原；
针对UDP报文，源端口与目的端口的解压处理与TCP报文头相同，报文长度字段通过接收到报文的实际长度进行还原；校验和字段通过接收到的报文进行校验和计算后还原；
TCP/UDP报文头还原之后，与IP报文头按序拼接还原为完整报文后，上报至所述TCP/IP协议栈进行处理。
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