主题
P05 · YBO Air Gateway —— 基于 ESP32-C5 主机的三射频船上无线接收头(BLE + 433 MHz + LoRa),独立模式或系统模式
- 治理摘要: PRODUCT-PLAN.md §P5(按计划优先级表为 T1 层级)
- 生命周期状态: 规格草案 (t)
- 设计附录(Level 2): P05-air-gateway-design.md
- 最后更新: 2026-08-27
1. 定位与层级
- 角色(计划 §P5):挂在 YBO CAN FD 总线上的一个船上无线接收头,服务所有 YBO 短距与长距终端 —— Air 开关(BLE、EU-433 FSK、可选 LoRa 长距)、Tag 腕带与资产标签(EU-868 / US-915 LoRa)、手机近场(BLE)以及未来的码头 LoRaWAN 上行(Class A 终端节点)。配套开关规格:
P05-air-switch.md。 - 客户:需要在不布控制线的前提下增加舒适回路控制的改装安装商与船主;独立套件 = 仅网关 + 开关,驱动船上既有的第三方 N2K 数字开关或 Modbus 设备(计划 §6 第 11 项)。
- T1 层级(上市差异化产品);Air EVT M6–7,DVT/PVT M13–14 消耗剩余的展会日期缓冲(计划 §2 层级表)。
- 绝不充当:多通道 LoRaWAN 集中器(SX1302 级别留给 T3 岸端网关)、关键回路的唯一控制(Studio 守护规则)、执行器(未定义任何 YBO 执行器节点),或 Tag 报警的救生设备(计划 §P12 定位)。
- Wi-Fi 原则(计划 §1):Wi-Fi 位于 Hub 与 Air Gateway 上;存在 Hub 时,Hub 是上行与 UI 宿主,网关的 Wi-Fi 仅作备份(PLAN-027)。
2. 型号与 SKU
| 型号 | 角色 | 关键差异 | 区域/贴装说明 |
|---|---|---|---|
| Air Gateway EU | EU 首发 SKU | R1 BLE + R2 433 MHz FSK/OOK + R3 LoRa 863–870 MHz | 贴装 868 SAW/匹配;签名固件允许列表 EU-433 + EU-868(计划 §P5 射频行) |
| Air Gateway US | T2 US SKU(M15+,计划 §4) | R1 BLE + R3 LoRa 902–928 MHz;R2 不贴装 | 433 MHz 控制落入限制性的 47 CFR 15.231 路径(计划);915 SAW/匹配;独立的 FCC 证据 |
| Air Gateway-E (Air EVT 时决定) | PoE 供电 / 有线 LAN 选项,用于桅杆或高位安装 | 贴装预留的 W5500 级 SPI 以太网 + Si3404 级 PoE PD 焊盘 | 同一 PCB;计划 §P5 接口行;贴装在 OPEN-QUESTIONS P5-8 测试后决定 |
| 天线选项 | 金属船体 / 远端安装 | 433 与 868/915 采用 SMA 穿板端口替代内置螺旋天线 | 计划 §P5 天线行;需做实船安装距离测试 |
3. 系统位置
| 方向 | 对端 | 关系 |
|---|---|---|
| 依赖 | YBO CAN FD 总线 / Core(系统模式) | 标准 YBO CAN 开关命令直达 Core;Hub 不在环路中(计划 §P5 行为行) |
| 依赖 | 第三方 N2K 数字开关或 RS-485 Modbus 主站(独立模式) | 套件前提:船上至少有一套支持 PGN 127502 的数字开关系统或一个 Modbus 目标(计划 §6 第 11 项) |
| 依赖 | Studio(P7) | 绑定表、手势、场景、区域配置、模式;schema 所有者 |
| 依赖 | Air 开关(P05-air-switch.md)、Tag / 资产标签(P12) | 无线终端;容量 ≤32 个开关 / 128 个按键,≤64 个标签 |
| 被依赖 | Hub(P3) | 接收审计记录、标签报警、开关健康状态;附加 GNSS MOB 位置与 Mate 推送(系统模式) |
| 被依赖 | Mate(P8) | 独立模式云客户端(MQTT mTLS)与本地 UI;通过 BLE 的手机近场 |
| 被依赖 | PLC / 既有监控 | RS-485 Modbus RTU 从站寄存器:开关/场景状态、标签在场、报警 |
9-32 V (YBO bus or N2K power) --TVS/ISO 7637--> LMR36506-Q1 buck 3.3 V --> LDOs (RF rails)
| |
| [PoE PD Si3404-class + W5500 SPI Eth] <-- Gateway-E footprint (reserved)
|
YBO CAN FD <-> TJA1463 #1 <-> CAN FD #1 --+
N2K Micro-C <-> TJA1463 #2 <-> CAN FD #2 --+-- ESP32-C5 host (Wi-Fi 6 2.4/5 GHz + BLE 5 GATT,
RS-485 <-> THVD1450-class <-> UART ---+ secure boot, flash enc., A/B OTA) --> USB-C service
| | |
UART/SPI + coex GPIO SPI SPI
| | |
nRF54L15 BLE scanner CC1354P10 sub-GHz SX1262 LoRa (LR1121 alt.)
(2.4 GHz chip ant.) (433 SAW + PA) (868/915 SAW + PA)
| |
ANT-A 2.4/5 GHz PCB ANT-B 433 helical/SMA ANT-C 868/915 helical/SMA
Pairing button, 3 status LEDs, hardware watchdog on the 3.3 V rail4. 功能需求
- FR-01 网关应在 BLE(R1)及已贴装的 sub-GHz 配置(R2 或 R3)上接收经认证的 Air 报文,并在 100 ms 内 ACK(计划 §P5 射频行为行)。
- FR-02 网关应拒绝任何 32 位计数器不严格大于该开关已存储值的报文(重放与回滚防护,计划 §P5 安全行)。
- FR-03 在系统模式下,网关应将已绑定的按键事件翻译为标准 YBO CAN 开关命令发往 Core,不经任何 Hub 参与。
- FR-04 在独立模式下,网关应将已绑定的按键事件翻译为发往所配置 bank 实例与通道的 NMEA 2000 PGN 127502(Switch Bank Control),并仅根据 PGN 127501(Binary Switch Bank Status)回读推导每个按键的 LED 状态。
- FR-05 在带 Modbus 目标的独立模式下,网关应以 Modbus RTU 从站寄存器暴露按键事件与场景请求,且仅在主站写入回读寄存器后才显示已确认状态 (t);v1 中网关绝不充当 Modbus 主站(计划 §P5 接口行)。
- FR-06 5 s 内未获得设备确认回读的命令,应向开关报告为"未确认"(琥珀色闪烁),并以结果
timeout记录日志(控制面原则,计划 §1)。 - FR-07 绑定表(开关 → 按键 → 手势 → 目标)应存于网关 NVM,掉电与 OTA 后仍保留,并可从加密的 Studio 备份恢复。
- FR-08 网关应支持 ≤32 个开关 / 128 个按键,以及 ≤64 个 Tag 或资产标签,心跳等级为 2–5 s(计划 §P5 容量行)。
- FR-09 网关应在连续 3 次错过 30 min 心跳后发出"开关丢失",在 ≤2.4 V 时发出"电池低",两者均作为 CAN 事件(系统模式)或云/UI 事件(独立模式)。
- FR-10 网关应在本地评估 Tag 浸水报警突发与 Tag 心跳丢失,并在突发后 ≤2 s 内发出 CAN 报警 (t),即使 Hub 离线(失效安全原则)。
- FR-11 在独立模式下,网关应在向 Mate 推送 Tag 报警前,附加来自 PGN 129025 的最新 GNSS 位置(无 N2K GNSS 时使用手机位置)。
- FR-12 每一条收到的命令、云/UI 操作与报警都应生成一条审计记录(§9 格式),在系统模式下转发至 Hub,在独立模式下转发至 Mate 云,无上行时缓存于 NVM。
- FR-13 配对窗口仅应由物理动作(网关按钮或安装商 App 经 BLE)打开,并在 ≤60 s 后关闭。
- FR-14 区域配置应由签名固件允许列表强制执行;未贴装或未批准的频段不能被船主或安装商启用(计划 §3)。
- FR-15 RS-485 从站应在 ≤20 ms (t) 内应答任何读块,使其在 Hub/Core HD 轮询周期中所占份额保持在 P4 规则之内(轮询周期短于 5 s 确认窗口)。
- FR-16 LoRaWAN Class A 上行队列应将事件存于 NVM,并在区域占空比或驻留预算内按优先级顺序(报警优先)发送(§9)。
- FR-17 独立模式应仅以出站 MQTT 客户端方式、使用双向 TLS 与每设备身份连接 Mate 云;Wi-Fi 或以太网上不得开放任何入站端口。
- FR-18 本地 Web UI(自有 AP 或 BLE)应仅渲染设备确认的状态,并为每个控件标注其写入目标(N2K bank/通道、Modbus 寄存器或 YBO 通道)。
- FR-19 在系统模式下,网关应注册为 YBO 总线节点,经 Hub 接受来自 Studio 的配置,并保持其 Wi-Fi 客户端禁用,除非 Hub 已缺席 ≥60 s (t) 且 Studio 中已启用备份上行。
- FR-20 当 YBO 总线发出系统休眠信号时,网关应进入 Wi-Fi 关闭、≤5 mA 的休眠状态,并由 TJA1463 唤醒模式唤醒(计划 §P5 电源行)。
- FR-21 固件应仅引导签名镜像;更新后自检失败应自动回滚到先前的 A/B 分区。
- FR-22 网关应在总线上发布诊断信息:各射频的 RSSI/本底噪声、开关与标签名册健康状态、队列深度、上行状态、供电电压与温度,速率 ≤1 条消息/10 s (t)。
- FR-23 Wi-Fi、R2 与 R3 的同时发射应受仲裁,使供电峰值保持 ≤500 mA(计划),且在 Tag 报警窗口内没有任何接收机被阻塞 (t)。
- FR-24 网关绝不得将无线按键绑定为 Studio 中归类为关键回路的唯一控制(计划 §P5 范围行)。
5. 电气规格
| 供电项 | 数值 | 来源 |
|---|---|---|
| 标称 / 范围 | 12/24 V;来自 YBO 总线或 N2K 电源的 9–32 V | 计划 §P5 电源行 |
| 瞬变 | 以 ISO 16750 / ISO 7637 抛负载与冷启动为测试目标 (t);LMR36506-Q1 输入最高 65 V、70 V 瞬变(TI)+ TVS | 计划 §1;数据手册 |
| 反极性 | 总线输入端串联理想二极管或阻断 FET (t);N2K 馈电经支线电缆,按 NMEA 2000 LEN 规则 | (t) |
| 浪涌 | ≤1 A 持续 ≤10 ms (t);buck 软启动 | (t) |
| 工作,独立模式 | 平均 ≈80–120 mA,峰值 ≈500 mA(Wi-Fi TX + LoRa TX) | 计划 §P5 |
| 工作,系统模式(Wi-Fi 关闭,三个接收机监听) | ≈50–70 mA (t) | 主机 + nRF54L15 RX 3.4 mA + CC1354P10 RX 5.8 mA + SX1262 RX 4.6 mA + 收发器之和 |
| 休眠,系统模式 | Wi-Fi 关闭并带 CAN 唤醒时 ≤5 mA(计划);芯片下限 ≈60 µA:C5 深度休眠 12 µA、2× TJA1463 典型 13 µA、SX1262 1.2 µA、CC1354P10 0.98 µA、nRF54L15 0.7–2.9 µA、buck 4 µA | 计划;§7 数据手册 |
| N2K 负载 | 目标 LEN 1 (t)(N2K 端口仅为 CAN #2 收发器侧供电,不为射频供电) | (t) |
| I/O 通道 | 类型 | 数量 | 额定值 / 保护 | 检测 |
|---|---|---|---|---|
| 配对按钮 | 瞬时输入 | 1 | ESD ±8 kV 接触 (t) | 去抖;长按 ≥3 s = 恢复出厂 (t) |
| 状态 LED | 输出 | 3 | 电源/模式、射频、报警 | — |
| 供电监测 | ADC | 1 | 分压 + 钳位 | 9–32 V 输入上 0.1 V 分辨率 (t) |
| 板温 | 传感器 | 1 | C5 片上传感器加一个靠近 PA 的 NTC (t) | 1 °C (t) |
| 总线接口 | 标准 | 速率 | 隔离 | 终端 |
|---|---|---|---|---|
| YBO CAN FD | ESP32-C5 CAN FD #1 上的 ISO 11898-1:2015 FD;TJA1463 SIC(ISO 11898-2:2024 set C) | 收发器能力最高 8 Mbit/s;总线速率按 YBO CAN 配置 (t) | 非隔离,与总线电源共地 | 可切换 120 Ω (t) |
| NMEA 2000 | CAN FD #2 上的 CAN 2.0 经典帧,250 kbit/s,PGN 127502 / 127501 / 129025 | 250 kbit/s | 按 NMEA 2000 支线惯例非隔离 | 无(主干已终端) |
| RS-485 Modbus RTU 从站 | THVD1450 级,3–5.5 V,±18 V 总线故障,±18 kV IEC 61000-4-2 接触(TI) | 9.6–115.2 kbit/s (t) | 非隔离 + TVS(计划) | 跳线 120 Ω (t) |
| Wi-Fi | 802.11ax 双频 2.4/5 GHz,STA + AP | — | — | — |
| USB-C | USB 2.0 设备(串口/JTAG)维护端口 | 12 Mbit/s | — | — |
| 以太网(Gateway-E) | W5500 级,10/100,硬件 TCP/IP,8 个 socket(WIZnet);PoE PD 802.3af / 802.3at Type 1(Si3404) | 100 Mbit/s | 变压器隔离 | — |
6. 接口与连接器
| 接口 | 连接器 | 引脚 / 说明 | 理由 |
|---|---|---|---|
| YBO CAN FD + 电源 | 按计划 §6 第 3 项(M8 vs RJ45 vs Micro-C,待定,M3) | CANH、CANL、V+、GND、屏蔽 (t) | 全系列统一的连接器方案(OPEN-QUESTIONS 跨产品第 2 项) |
| NMEA 2000 | Micro-C 公头支线 (t) | 标准 NMEA 2000 引脚;LEN 1 (t) | 与第三方数字开关和 MFD 互操作 |
| RS-485 | 3 针插拔端子(A、B、GND)(t) | 终端跳线 | PLC / 既有监控 |
| USB-C | USB-C 插座 | 维护、日志、恢复烧录 | 无需打开外壳的现场维护 |
| 以太网(Gateway-E) | 带变压器的 RJ45,PoE PD | 贴装选项 | 一根线缆实现桅杆/高位安装 |
| 天线 | 见下表 | — | — |
| 天线端口 (t) | 射频 | 频段 | 默认 | 选项 | 前端规则 (t) |
|---|---|---|---|---|---|
| ANT-A | ESP32-C5 Wi-Fi + BLE GATT | 2.4 / 5 GHz | 内置双频 PCB 天线 | — | 2.4 GHz 带通滤波器;与 ANT-A2 间距 ≥40 mm (t) |
| ANT-A2 | nRF54L15 BLE 扫描器 | 2.4 GHz | 内置芯片天线(第四个辐射体,归入计划中的"内置 2.4 GHz"端口;见 §15 第 6 项) | — | 带通滤波器;来自 C5 的共存 GPIO(PTA 式)在 Air RX 窗口期间暂停 Wi-Fi TX |
| ANT-B | CC1354P10 | 433 MHz(仅 EU SKU) | 内置螺旋天线 | SMA 穿板 | RX 侧 433.92 MHz SAW,+20 dBm PA 后谐波 LPF,SPDT 射频开关;US SKU 不贴装 |
| ANT-C | SX1262 / LR1121 | 863–870 或 902–928 MHz | 内置螺旋天线 | SMA 穿板 | 频段专用 SAW + LPF + SPDT(DIO2 控制),TCXO,DC-DC 模式;仅贴装随 SKU 不同 |
共址规则 (t):任意两个端口之间 ≥30 dB 隔离,由 §14 的灵敏度劣化矩阵验证;任何天线与其他频段 PA 的距离不小于 20 mm。
7. 推荐芯片(候选——在计划 §6 第 4 项 M3 门槛冻结)
| 功能 | 首选器件 | 关键指标(数据手册) | 替代 | 原因 |
|---|---|---|---|---|
| 主机 SoC | Espressif ESP32-C5 | 240 MHz RISC-V,384 KB SRAM + 封装内 flash/PSRAM(HF4:4 MB flash;HR8:8 MB PSRAM);2× CAN FD,ISO 11898-1:2015;Wi-Fi 6 2.4/5 GHz;BLE 5 最高 20 dBm;Wi-Fi/BLE/802.15.4 时分共存;深度休眠典型 12 µA;安全启动、flash/PSRAM 加密、密钥管理器、DS 外设、TEE;-40…105 °C;至少一个系列型号脚注为"尚未量产"—— 数据手册 v1.4(Espressif,产品页) | ESP32-C6 + MCP2518FD(外置 CAN FD;此处未核实)或 NXP S32K148(无 Wi-Fi → 仅系统模式,原生以太网),按计划 §6 第 4 项 | 唯一具备原生双 CAN FD 加 Wi-Fi/BLE 的单芯片主机;C5 批量供货是 M3 门槛 |
| 专用 BLE 接收器 | Nordic nRF54L15 | Cortex-M33 128 MHz,1.5 MB NVM,256 KB RAM;RX 3.4 mA,0 dBm 时 TX 4.8 mA;最大 +7 dBm QFN / +8 dBm CSP;System OFF 0.7–2.9 µA;NFC;-40…+105 °C(Nordic) | 若 DMM 时间分片在 EVT 证明可接受,则用 CC1354P10 的 BLE 侧(2.4 GHz RX 6.9 mA) | 在 C5 射频与 Wi-Fi 分时共享期间,持续扫描 Air BLE 与 EnOcean PTM 215B 报文 |
| Sub-GHz FSK 协处理器(R2) | TI CC1354P10 | Cortex-M33 48 MHz TrustZone,1 MB flash,256 KB SRAM;sub-1 GHz 287–351 / 359–439 / 431–527 / 861–1054 MHz + 2.4 GHz;+20 dBm 时 69 mA(915),+14 dBm 时 25.8 mA(868);RX 5.8 mA(868);待机 0.98 µA,关断 0.17 µA;DMM 并发多协议;VQFN48 7×7;-40…105 °C —— SWRS267B(TI) | Silicon Labs EFR32FG28(计划中的开关替代) | 与开关同一套 Air 协议栈(所有 Air SKU 共用一份射频固件);网关上不使用 BLE |
| LoRa 收发器(R3) | Semtech SX1262 | 150–960 MHz LoRa/(G)FSK/LR-FHSS;+22 dBm(指示值 118 mA);RX 4.2 mA FSK / 4.6 mA LoRa 125 kHz(DC-DC);灵敏度 -148 dBm;休眠 160 nA 冷 / 600 nA 温 / 带 RC64k 1.2 µA;-40…+85 °C;QFN24 4×4;LoRaWAN PHY 兼容 —— Rev 1.2(Semtech) | Semtech LR1121:150–960 MHz + 2.4 GHz + S-/L 频段,sub-GHz +22 dBm / 2.4 GHz +11.5 dBm,LR-FHSS,AES-128 引擎,QFN32 5×5(Semtech);休眠 1.6 µA 引自 PLAN-026 | 成熟、成本最低;仅当 2.4 GHz LoRa、LR-FHSS 或卫星频段成为需求时才用 LR1121 |
| CAN 收发器(×2) | NXP TJA1463 | ISO 11898-2:2024 set A–C,SIC set C;最高 8 Mbit/s;休眠 IBAT 典型 13 µA / 最大 26 µA;WUP 滤波 0.5–1.8 µs,本地 WAKE 引脚,VBAT 上的唤醒接收器;VIO 2.95–5.5 V;CANH/CANL 上 ±6 kV IEC 61000-4-2;Tvj -40…+150 °C;SO14 / HVSON14 —— Rev 3.0(NXP) | NXP TJA1462(无休眠的 SIC;此处未核实) | 家族标准器件;总线唤醒模式是退出休眠的路径 |
| RS-485 | TI THVD1450 | 3–5.5 V;50 Mbps;±18 V 总线故障;±18 kV 接触 / ±25 kV 空气 ESD;1/8 UL(256 节点);待机 <1 µA;-40…125 °C(TI) | THVD1400 级(未核实) | 计划指定 THVD1450 级;非隔离 + TVS |
| Buck 稳压器 | TI LMR36506-Q1 | 3–65 V 输入,70 V 瞬变;0.6 A;200 kHz–2.2 MHz;4 µA Iq;针对 CISPR 25 的扩频;AEC-Q100 grade 1;VQFN-HR 2×2(TI) | 若 §14 峰值电流检查不通过,则用 1 A 同系列 LMR36510-Q1(未核实) | 计划器件;EVT 时做裕量检查(§10) |
| 以太网(Gateway-E) | WIZnet W5500 | 硬件 TCP/IP,8 个 socket,SPI 最高 80 MHz,32 KB 缓冲,10/100 PHY,3.3 V 且 I/O 5 V 容忍,WOL,掉电模式,LQFP48 —— v1.1.0(WIZnet) | S32K148 原生 MAC(仅替代主机时) | 为 C5 卸载 TCP/IP;焊盘预留,默认不贴装 |
| PoE PD(Gateway-E) | Silicon Labs / Skyworks Si3404 | IEEE 802.3at Type 1(802.3af),集成电流模式调节器,用于隔离/非隔离反激或 buck,250 kHz 固定或 100–500 kHz,启动 37–57 V,辅助适配器输入,-40…+85 °C,20-QFN 4×4(Skyworks) | TI TPS2375 级(未核实) | Class 3(≤13 W)对 3.3 V 下 500 mA 峰值绰绰有余 |
8. 机械与环境
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 外壳 | DIN 导轨 / 面板安装,塑料(射频透明)配内置螺旋天线;天线选项采用 SMA 穿板(计划 §P5 电源/环境行) |
| 尺寸 | ≈110 × 90 × 35 mm (t),6 个 DIN 模数宽 (t) |
| 防护等级 | IP54(计划);网关不计划 IP67 |
| 温度 | 工作 -25…+70 °C(计划 §1);SX1262 额定 -40…+85 °C,其余列出的芯片均 ≥ -40…+105 °C |
| 涂覆 | 标配三防涂覆(计划 §1);天线馈电区域遮蔽 |
| 振动 / 冲击、盐雾、UV | 以 IEC/EN 60945 严酷度作为书面自愿测试目标 (t)(计划 §1);面板安装于有光照空间时采用耐 UV 外壳 (t) |
| 防点燃 | 不适用 —— 干燥储物舱安装;不用于汽油机或油箱舱 |
| 安装说明 | 桅杆/高位安装(Gateway-E)需要 SMA 选项,且所有线缆须有滴水环 (t) |
9. 固件、配置与 OTA
| 主题 | 规则 |
|---|---|
| 主机启动 | ESP-IDF secure boot v2 + flash 加密;两个 OTA 应用分区(ota_0 / ota_1)加 otadata;自检失败回滚(FR-21);防回滚版本计数器 |
| 协处理器更新 (t) | nRF54L15:主机更新后由主机经 UART 流式写入签名的 MCUboot 镜像;CC1354P10:由主机 flash 提供 TI 串口 bootloader / OAD 镜像;SX1262 无可更新固件;LR1121 固件镜像由主机经 SPI 加载。协处理器镜像随签名的主机包一起交付,一个签名覆盖整板 |
| 配置所有权 | Studio(P7)拥有 JSON schema:绑定、手势、场景、模式、区域配置、Modbus 映射、N2K bank 实例;经 Hub 部署(系统模式)或由 Studio/Mate 经 BLE/Wi-Fi 部署(独立模式);版本化、云备份、一键回滚(计划 §1) |
| 绑定表(NVM) | 条目 ≤128 个按键:开关 ID(64 位)、按键、手势、目标类型(YBO 通道 / N2K bank+通道 / Modbus 寄存器 / 场景)、目标 ID、选项(调光斜率);CRC-32 与 schema 版本;双副本磨损均衡;仅在 Studio 备份内加密导出 |
| Hub 丢失后仍存续的本地逻辑 | Air ACK/重试/回读、绑定执行、Tag 报警与心跳丢失评估、开关心跳监督、审计缓存、LoRaWAN 队列 |
| 心跳监督 | 开关:30 min 心跳,携带电池电压、温度、计数器;错过 3 次判为丢失。标签:2–5 s 等级;错过 N 次后成为疑似落水候选 (t),按布防状态可配置(OPEN-QUESTIONS P12-5) |
| 审计记录 | seq、ts_mono、ts_utc(若已知)、source_type(switch / tag / local-UI / cloud / N2K)、source_id、key、gesture、counter、rssi、target_type、target_id、mode、actor(UI/云操作的用户 ID)、result(ack / confirmed / timeout / rejected / replay / unbound);NVM 环形缓冲 ≥4,096 条 (t);经 CAN 转发至 Hub 或经 MQTT 转发至云 |
| RS-485 轮询预算 | 网关寄存器映射每个读块 ≤64 个保持寄存器 (t);响应 ≤20 ms(FR-15);Studio 计算整条总线周期(Hub/Core HD 主站 + AC 电表 + 本从站),并拒绝周期超过 2.5 s (t) 的配置,以便一次重试仍能落在 5 s 确认窗口内 |
| LoRaWAN Class A 上行 | 带 RX1/RX2 窗口的仅上行终端节点;NVM 队列 ≥1,000 条事件 (t),优先级(Tag 报警 > 开关丢失 > 遥测),无网络时存储转发;调度器强制执行与 Tag 心跳和长距 Air 流量共享的区域空口时间预算(OPEN-QUESTIONS P5-8) |
| 总线上的诊断 | 按 FR-22;另加模式、上行路径、全部四颗可编程 IC 的固件版本 |
| 安全 | 设备唯一的 128 位 Air 密钥,AES-128 CCM,单调计数器(计划);MQTT 双向 TLS、每设备身份、签名 OTA、无入站端口(计划 §3);SBOM 与漏洞流程作为发布门槛(计划 §1) |
10. 失效安全与控制面行为
| 项目 | 行为 |
|---|---|
| 默认状态 | 网关不持有任何通道状态;启动时在绑定表 CRC 通过且收到来自 Core / N2K bank 的回读之前不发送任何内容 |
| 看门狗 | 3.3 V 电源轨上的外部硬件看门狗复位主机;每次主机复位时协处理器由主机 GPIO 复位;自检失败的射频在总线上标记为降级,其余射频继续运行 |
| 命令 → 回读 → 确认 | 按键 → 报文 → 网关 ACK ≤100 ms → 命令(YBO CAN 或 PGN 127502)→ 回读(Core 状态 / PGN 127501 / Modbus 回读寄存器)→ 按键 LED 与各 UI 显示已确认状态;5 s 内无回读 → 视觉回退、琥珀色闪烁、审计 timeout;2 次重试,随机退避 |
| 手动旁路 | 不适用于网关(无负载路径);有线开关或 N2K 键盘仍是每个已绑定回路的物理控制;Studio 强制执行 FR-24 |
| 模式故障切换 | 模式是 Studio 的显式配置,绝不自动检测。系统模式:Hub 缺席 ≥60 s (t) → 仅用于报警的备份 Wi-Fi 上行(若已启用);Hub 恢复 → 上行交还,缓存的审计记录重放。独立模式:云丢失 → 本地 UI 与 Modbus/N2K 继续工作;存储转发 |
| 报警升级 | Tag 报警 → CAN 报警 ≤2 s (t) + 本地 LED + 审计;系统模式:Hub 附加 GNSS 位置与 Mate 推送;独立模式:网关以 PGN 129025 或手机位置推送;甲板灯/喇叭驱动保持禁用(计划 §P12) |
| 超时 | 配对窗口 ≤60 s;ACK 100 ms;确认 5 s;开关丢失 3 × 30 min;仅在总线休眠信号时进入休眠 |
| 峰值电流仲裁 | 固件绝不在 Wi-Fi TX 突发内同时启动 LoRa +22 dBm TX 与 CC1354P10 +20 dBm TX;排队 ≤50 ms (t);LMR36506-Q1 0.6 A 对 500 mA 峰值留有 20 % 裕量 —— EVT 时实测,若超出则用 1 A 同系列 |
11. 合规路径
- 矩阵行:COMPLIANCE-MATRIX.md "Air switch + Air Gateway" —— RED(含网络安全)、CRA、RoHS、WEEE、EU 电池法规(开关)、GPSR;US SKU 走独立的 FCC 路径。
- 每个网关 SKU 的组合射频评估:同一外壳内的 Wi-Fi 2.4/5 GHz + BLE + 433 MHz + LoRa 868/915,包括同时发射的情形(矩阵备注)。
- 证据清单 (t):EN 300 220(433 与 868 SRD)、EN 300 328(2.4 GHz)、EN 301 893(5 GHz)、EN 301 489-1/-3/-17(EMC)、EN 62368-1 或 EN IEC 62368-1 安全(RED Art. 3.1a)、RED 网络安全的 EN 18031 系列;FCC Part 15.247 / 15.249(US SKU,915 MHz 与 2.4/5 GHz);因网关发送 PGN 127502 而需 NMEA 2000 认证(计划 §P5 合规行);CRA 支持期与漏洞流程;SBOM。
- 计划将 NMEA 认证与 Air 射频/电池实验室报价标记为合规储备中的未报价项(矩阵 §"reserve" 备注;OPEN-QUESTIONS P5-9)。
12. 成本目标
| 项目 | 数值 | 来源 |
|---|---|---|
| BOM | $45–60(可独立运行,N2K + Wi-Fi) | 计划 §P5 / §5 |
| MSRP | $249 (t) | 计划 §P5 / §5 |
| COGS 上限(25–35 % 渠道下 50 % 毛利) | 到岸 $80.93–93.38 | 计划 §5 |
| 主要成本驱动 (t) | 四颗可编程射频/主机(C5、nRF54L15、CC1354P10、SX1262)、两颗 CAN SIC 收发器、各频段 SAW/PA 前端与 SMA 选项、NMEA 连接器、射频透明外壳、NMEA 与组合 RED 测试成本分摊 | — |
| 默认不在 BOM 内 | W5500 + PoE PD + RJ45(Gateway-E 贴装)、SMA 天线 | 计划 §P5 |
13. 参照基准
| 产品 | 指标 | 来源 |
|---|---|---|
| Yacht Devices YDWG-02 NMEA 2000 Wi-Fi Gateway | 来自 N2K 的 7–17 V,43 mA,LEN 1,2.4 GHz 802.11b/g/n,开阔空间 30 m 距离,3 个 AP 客户端,-20…55 °C,18 g;Web 仪表管理数字开关;$249 | 用户手册;产品页 |
| Milesight UG65 LoRaWAN 网关 | SX1302,8 通道,最大 27 dBm,292 bps 时 -140 dBm,带 PoE PD 的 RJ45,Wi-Fi 2.4 GHz,可选 4G,9–24 V,典型 2.9 W / 最大 4.2 W,-40…+70 °C,IP65 | Milesight —— 计划排除在网关之外的 SX1302 级别 |
| CZone Connect BT(80-911-0282-00) | BLE 连接 CZone 360 App,物理按钮配对,加密,≈10 m 距离,一次一部手机,核心系统离线继续运行 | 04a-czone-product-matrix.md §6 |
| Garmin EmpirBus Connect-50 | ≈50 A 平台,20 路输出 + 最多 11 路输入,休眠 ≈1.5 mA,标准型号带 NMEA 2000,Wi-Fi 型号 | 04b-garmin-empirbus-product-matrix.md |
| EnOcean PTM 215B(动能 BLE 开关,接收端需求) | 0.4 dBm,视距 75 m / 室内 10 m,AES-128 CCM + 32 位序列计数器 | 计划 §P5 参照基准 |
14. 验证计划
| 阶段 | 测试 | 方法 | 通过判据 |
|---|---|---|---|
| EVT | 射频灵敏度劣化矩阵 | 每个射频以最大功率发射,同时其他每个射频接收校准的弱信号(传导 + 辐射,按天线选项) | 任一接收机灵敏度损失 ≤3 dB (t);端口隔离 ≥30 dB |
| EVT | 各配置的空口时间 / 占空比合规 | 满载 24 h 记录每次发射(64 个标签 2 s、128 个按键每天 30 次按压、LoRaWAN 队列清空) | EU-868 子频段占空比与 US-915 驻留/跳频限制从未超出;报警空口时间已预留 |
| EVT | 峰值电流与 buck 裕量 | 强制 Wi-Fi + LoRa + 433 TX 重合时,示波器测 3.3 V 电源轨 | 峰值 ≤500 mA;电源轨 ≥3.1 V;否则用 1 A 同系列 |
| EVT | 休眠电流 | 总线休眠信号,Wi-Fi 关闭,由 TJA1463 WUP 唤醒 | ≤5 mA;唤醒到首个 ACK ≤500 ms (t) |
| EVT | 按压到亮灯延迟 | 演示船,配对 32 个开关,每个按键等级 100 次按压 | 典型 ≤150 ms / 99 百分位 ≤300 ms(计划) |
| EVT | Hub 离线时的 Tag 报警延迟 | Hub CAN 节点断电时触发浸水突发 | CAN 报警 ≤2 s (t);审计记录存在;经独立模式 Wi-Fi 推送 Mate |
| DVT | N2K PGN 互操作 | PGN 127502 / 127501 对至少两套第三方数字开关系统(CZone、EmpirBus、Maretron 或 Yacht Devices 级别)加 MFD 回读检查 | 命令被接受,回读在 5 s 内驱动按键 LED,无总线错误,已测 LEN |
| DVT | Modbus 从站轮询预算 | Hub/Core HD 主站与 AC 电表在同一总线上,加入网关 | 完整周期 ≤2.5 s (t);响应 ≤20 ms |
| DVT | 模式故障切换 | 切断 Hub 10 min 后恢复;独立模式下切断云 24 h | ≥60 s 后备份上行,无审计记录丢失,交还干净;独立模式本地控制不中断 |
| DVT | 重放 / 计数器与配对窗口攻击 | 重放捕获的报文、计数器回滚、窗口外配对尝试 | 100 % 拒绝并审计 |
| DVT | 带回滚与协处理器更新的 OTA A/B | 损坏的镜像、更新中途断电、自检失败 | 引导先前分区;成功后协处理器版本一致 |
| DVT | 环境 | -25…+70 °C 工作、湿度、以 IEC/EN 60945 振动与盐雾严酷度为目标 | 射频或总线劣化不超过灵敏度劣化判据 |
| DVT | EMC / RED / FCC / NMEA 预评估 | 按 EN 301 489 做辐射发射与抗扰预扫;按 EN 300 220/328、EN 301 893 做频谱模板;NMEA 2000 一致性工具 | 正式实验室预约前无 P0 发现 |
| PVT | 生产射频测试 | 每端口传导功率与 RX 灵敏度、天线 VSWR、密钥编程与允许列表锁定 | 100 % 在限值内;配置锁定已验证 |
| PVT | 实船安装距离 | GRP/木质与金属船体,内置天线 vs SMA 天线 | BLE 穿一道舱壁 ≥10 m,sub-GHz 穿两道 ≥25 m(计划) |
15. 待决事项与依赖
- Air 射频平台与初始配置 —— 计划 §6 第 4 项(M3):确认 C5 主机、nRF54L15、CC1354P10、SX1262;ESP32-C5 量产供货情况与后备主机。
- 区域 Air/Tag 配置冻结 —— 计划 §6 第 9 项(M8):目的地清单、频段/信道、EIRP、空口时间方法、天线/前端、每个生产配置的固件锁定。
- 独立 Air 套件 —— 计划 §6 第 11 项与 OPEN-QUESTIONS P5-9:套件定价、对 Hub 附着率的影响、无 Hub 网关的云上线、NMEA 认证预算。
- 网关射频共址、空口时间与 RS-485 预算 —— OPEN-QUESTIONS P5-8:在 Air EVT 的 Gateway-E 贴装决定之前于演示船上验证。
- YBO CAN 总线连接器 —— 计划 §6 第 3 项(M3)。
- (产品专属) 第四个辐射体:计划列出 3 个天线端口,但专用的 nRF54L15 需要在 C5 双频天线旁有自己的 2.4 GHz 天线 —— EVT 时决定芯片天线还是经分配器/开关共享天线。
- (产品专属) Modbus 角色:按计划 v1 仅从站;是否需要主站模式配置以直接驱动 Modbus 执行器,随 §6 第 11 项决定。
- (产品专属) 休眠与射频唤醒:≤5 mA 的休眠状态无法维持三个接收机监听;定义"监听待机"状态及其电流预算 (t),或接受系统休眠期间 Air 不可用。
- (产品专属) Tag 心跳丢失的错过次数与布防状态策略 —— OPEN-QUESTIONS P12-5。
- (产品专属) LMR36506-Q1 0.6 A 对 500 mA 峰值的裕量 —— EVT 实测决定是否用 1 A 同系列。
16. 变更记录
| 日期 | 变更 | 参考 |
|---|---|---|
| 2026-08-27 | 基于三射频网关与独立模式决策的初始规格草案 | PLAN-026、PLAN-027 |