13-EFT.WP.Methods.SimStack v1.0 | 第5章 时间基准、同步与到达时校准

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第5章 时间基准、同步与到达时校准

I. 范围与目标

• 本章统一时间基准、同步机制与到达时校准的口径，给出从内部时基 tau_mono 到发布时基 ts 的映射模型，定义两口径 T_arr 的并行计算与差异报告 delta_form，并固化 Mx-61 校准流程与质量门。
• 目标是在跨设备、跨层（连续核与离散编织）与跨路径 gamma(ell) 的条件下，保证因果 hb、单位与测度一致、到达时计算可追溯、发布口径可复现。

II. 术语与符号

1. 时基与映射
   • tau_mono：内部单调时钟。
   • ts：对外发布时钟。
   • 线性映射：ts_i(t) = alpha_i * tau_mono + beta_i + epsilon_i(t)。
   • alpha_i：时钟漂移（skew）；beta_i：时钟偏移（offset）；epsilon_i(t)：零均值抖动项。
2. 到达时两口径
   • 一般口径：T_arr(gamma) = ( ∫_{gamma(ell)} ( n_eff / c_ref ) d ell )。
   • 常量外提：T_arr(gamma) = ( 1 / c_ref ) * ( ∫_{gamma(ell)} n_eff d ell )。
   • 差异：delta_form = | ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) - ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) |。
3. 路径与测度
   • gamma(ell)：分段 C1 路径，ell ∈ [0, L_gamma]，测度 d ell。
   • L_gamma = ( ∫{gamma(ell)} 1 d ell )；avg_gamma[f] = ( 1 / L_gamma ) * ( ∫{gamma(ell)} f d ell )。
4. 观测与指标
   • TS.time.offset，TS.time.skew，TS.time.jitter，TS.hb.violations。
   • 质量门：eps_time_map，delta_form，eps_norm，eps_mass。

III. 公设与最小方程（P61-/S62-）

1. P61-5（时基一致性）
   任意跨设备的时序比较先在 tau_mono 上完成，再映射为 ts 发布；映射参数 alpha/beta 与不确定度须入清单。
2. P61-6（两口径并行）
   凡使用到达时进行对齐或拟合，必须并行给出两口径 T_arr 与 delta_form，并记录 gamma(ell)、d ell、c_ref、n_eff 的来源。
3. P61-7（因果守恒）
   若 hb(a,b) 成立，则任何同步或补偿不得改变该因果关系；重放与补偿在 tau_mono 上执行。
4. S62-20（线性时钟拟合）
   • 给定锚点对 (tau_k, ts_k)，最小二乘估计 alpha_hat, beta_hat 使 Σ_k w_k * ( ts_k - ( alpha_hat * tau_k + beta_hat ) )^2 最小。
   • 残差 rms：r_rms = sqrt( Σ_k w_k * r_k^2 / Σ_k w_k )，其中 r_k = ts_k - ( alpha_hat * tau_k + beta_hat )。
5. S62-21（两口径一致性度量）
   delta_form 如上定义；报告相对偏差 delta_form_rel = delta_form / max( 1e-12 , T_arr )。
6. S62-22（双向测量估计）
   • 两向交换时间戳 (t1A, t2B, t3B, t4A) 给出传播时延与偏移近似：
     d_prop ≈ ( ( t2B - t1A ) - ( t4A - t3B ) ) / 2，
     offset_AB ≈ ( ( t2B + t3B ) - ( t1A + t4A ) ) / 2。
   • 以上时间均在各自 tau_mono 上记录，比较前需映射到公共基准。
7. S62-23（稳态抖动估计）
   TS.time.jitter = std( epsilon_i(t) ) 在滑动窗口内的估计；门限由工况定义。

IV. 数据与清单口径

1. 映射与不确定度
   • timebase.alpha，timebase.beta，timebase.r_rms，timebase.confidence。
   • ts_domain，tau_domain，window.size，window.step。
2. 到达时与路径
   • T_arr.general，T_arr.factorized，delta_form，gamma.param，support.ell_range，measure.d_ell。
   • c_ref.source，n_eff.source，n_eff.context（温度、频率、张力等）。
3. 因果与同步
   sync.method ∈ [two_way, beacon, hybrid]，sync.anchors，hb.violations，retry.count，comp.success。
4. 守恒与质量门
   eps_time_map ≤ ε_time_gate，delta_form ≤ ε_form_gate；若适用，还需 eps_norm ≤ ε_norm_gate，eps_mass ≤ ε_mass_gate。

V. 算法与实现绑定（I60-*）

1. I60-4 calibrate_arrival_time(trace:any, paths:list, c_ref:float, medium:any) -> CalReport
   • 功能
     1. 计算两口径 T_arr，并给出 delta_form；
     2. 从锚点对拟合 alpha/beta，输出 r_rms 与置信区间；
     3. 若 trace 含双向打点，估计 d_prop 与 offset_AB。
   • 关键步骤
     1. 解析 gamma(ell) 与 d ell，校核单位与量纲；
     2. 计算 T_arr.general 与 T_arr.factorized；
     3. 组装 (tau_k, ts_k, w_k) 并拟合 alpha/beta；
     4. 生成 CalReport = {alpha, beta, r_rms, T_arr.*, delta_form, anchors, quality}。
2. I60-3 advance_dt 与 I60-2 exchange_packets 的配合
   • advance_dt 在每步末尾记录锚点并触发条件式校准；
   • exchange_packets 在事件边界记录因果与对时戳并做幂等去重。
3. I60-5 emit_metrics
   周期性产出 TS.time.* 与 TS.hb.violations，并落盘映射参数快照。

VI. 计量流程与运行图（Mx-61）

1. 目标
   在启动、漂移超限与窗口轮转时，执行统一的时间与到达时校准，保证跨层对齐与可追溯。
2. 流程
   • 采集锚点：在 tau_mono 上记录一组 (tau_k, ts_k)，并收集路径与介质上下文；
   • 到达时计算：对每条路径 gamma 计算 T_arr 两口径；
   • 时基拟合：用带权最小二乘估计 alpha/beta，得到 r_rms 与置信区间；
   • 一致性校核：检查 delta_form、eps_time_map 与 TS.time.jitter 是否达标；
   • 发布与落盘：写入 timebase.、T_arr.、anchors、quality 门通过的证据；
   • 触发策略：若任一门限未过，缩短窗口、提高锚点频率或切换同步方法。
3. 产物
   校准报告 cal.json，包含映射参数、两口径结果、门限状态与回放指令。

VII. 验证与测试矩阵

1. 最小必测
   • 恒定介质与静态偏移：delta_form ≈ 0，alpha ≈ 常数，beta ≈ 常数；
   • 分段路径：gamma = gamma_1 ⋃ gamma_2，验证 T_arr 可加性与 delta_form 的稳定性；
   • 双向交换：注入已知 d_prop 与 offset_AB，验证估计误差。
2. 边界与极端
   • 高抖动场景：epsilon_i(t) 方差增大时 TS.time.jitter 的告警与策略切换；
   • 漂移跃迁：alpha 分段突变时的分段拟合与窗口自适应；
   • 强介质变化：n_eff 快速变化导致 T_arr 两口径偏离，验证补偿与报告。
3. 回归与门限
   固定锚点与工况，比较 Δalpha、Δbeta、Δr_rms、Δdelta_form 与 TS.hb.violations。

VIII. 交叉引用与依赖

• 与连续核（第2章）
  T_arr 计算依赖 n_eff、c_ref 与 gamma(ell) 的显式测度；守恒门 eps_norm、eps_mass 的通过是发布前置条件。
• 与线程网络（第3章）
  锚点采集与事件因果记录遵循 hb 语义与幂等契约；同步引起的重试需要补偿事务。
• 与耦合推进（第4章）
  在强同步与松同步窗口边界处触发 Mx-61；两口径与 delta_form 纳入 StepReport 与窗口对齐报告。

IX. 风险、限制与开放问题

1. 风险
   • 不进行两口径并行与 delta_form 报告将导致到达时不可比；
   • 忽略 ts 的量化与采样延迟会污染 alpha/beta 的估计；
   • 锚点选择偏置可能破坏 r_rms 的代表性。
2. 限制
   本章不指定具体对时协议，仅规定抽象方法与清单；实现需满足映射与证据落盘。
3. 开放问题
   • 非线性时钟漂移（温度、负载耦合）的实时估计；
   • 强随机路径扰动下的稳健 T_arr 校准与不确定度传播。

X. 交付件与版本管理

1. 交付件
   • I60-4 的参考实现与契约测试；
   • Mx-61 的运行脚本与 cal.json 模板；
   • 指标看板配置：TS.time.*、TS.hb.violations、delta_form 与质量门状态。
2. 版本管理
   自 v1.0 起冻结字段名与基本门限语义；新增统计项以向后兼容方式发布，并附迁移指引。

XI. 本章新增术语与符号（记忆）

• 时基与映射：alpha_i，beta_i，epsilon_i(t)，r_rms，eps_time_map。
• 到达时与路径：T_arr.general，T_arr.factorized，delta_form，gamma(ell)，d ell，L_gamma，avg_gamma[f]。
• 同步与锚点：two_way，beacon，hybrid，anchors，offset_AB，d_prop。
• 指标与门限：TS.time.offset，TS.time.skew，TS.time.jitter，TS.hb.violations，ε_time_gate，ε_form_gate。