20-EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0 | 第1章 时基域定义与范围

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第1章 时基域定义与范围

一句话目标：定义跨设备/网络/应用的一致时基语义与计量边界，给出输入输出、度量与发布清单的最小闭环。

I. 范围与对象

1. 输入
   • 设备与系统时间源：osc(local), GNSS, NTP/PTP/SyncE 观测日志、PPS/1PPS 抓取。
   • 数据层时间戳：tau_mono（单调时基）、ts（发布时基）、包时延与队列统计。
   • 路径与到达时要素：gamma(ell), n_eff, c_ref, T_arr 两口径必备字段。
2. 输出
   • 时基映射参数：offset, skew, 残差项 epsilon(tau_mono) 与抖动 J。
   • 稳定度曲线：sigma_y(tau), TDEV(tau), MDEV(tau)。
   • 到达时一致化产物：T_arr 两口径与差 delta_form，路径长度 L_gamma。
   • manifest.time 清单与合规契约评估结果。
3. 边界条件与约束
   • tau_mono 必须单调不可回拨；ts 面向发布可因闰秒、时区策略呈非单调。
   • 网络路径可能非对称；必须估计/上界 path_asym。
   • 业务层 SLA 拆解不在本章覆盖，仅给出计量层 SLI/SLO 口径。

II. 名词与变量

1. 时基与映射
   • tau_mono（内部单调时基），ts（外部发布时基），t_ref, tau_ref（参考锚点）。
   • offset（相位偏移）、skew（频率偏移，单位 ppm 或 ppb）、drift（长期变化率）。
   • 残差与抖动：epsilon(tau_mono), J（jitter，J_rms, J_pp）。
2. 稳定度与噪声
   Allan 家族：sigma_y(tau), TDEV(tau), MDEV(tau)；相噪到时域的标准映射不在此章展开。
3. 路径与到达时
   • gamma(ell)（路径参数化），d ell（测度），路径长度 L_gamma = ( ∫_gamma 1 d ell )。
   • 到达时两口径：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )；T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )。
   • 差异度量：delta_form = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) - ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) |。
4. 单位与量纲
   unit(ts)="s", dim(ts)="[T]"；unit(skew)="ppm"；unit(n_eff)="1"；发布前执行 check_dim(expr)。

III. 公设 P501-*

• P501-1（单调基准）：non_decreasing(tau_mono) 为强制契约，不得出现回拨或倒退。
• P501-2（显式映射）：发布时基由下式定义并可审计：
  ts = t_ref + offset + skew * ( tau_mono - tau_ref ) + epsilon(tau_mono)。
• P501-3（窗口一致）：一切统计度量在声明的 Delta_t 和 tau 上评估，并与 manifest.time.window 对齐。
• P501-4（两口径并行）：凡涉及到达时，必须并行计算 T_arr 两口径并记录 delta_form。
• P501-5（量纲守恒）：进入方程的物理量均需通过 unit/dim 校核与 check_dim 断言。
• P501-6（路径单调）：non_decreasing(ell) 必检，缺失/插补必须显式 m ∈ {0,1} 标注（见 Cleaning 卷）。

IV. 最小方程 S501-*

• S501-1（时基映射）：ts = t_ref + offset + skew * ( tau_mono - tau_ref ) + epsilon(tau_mono)。
• S501-2（偏移/频偏估计）：
  hat{offset}, hat{skew} = argmin_{a,b} ( ∑ w_i * ( ts_i - ( a + b * ( tau_i - tau_ref ) ) )^2 )，w_i ≥ 0, ( ∑ w_i ) / N ≈ 1。
• S501-3（抖动度量）：J_rms = ( E[ epsilon^2 ] )^(1/2)；发布 J_pp = max(epsilon) - min(epsilon)。
• S501-4（稳定度）：sigma_y(tau) = ( 1 / sqrt(2) ) * std( y_{k+1} - y_k )，明确 y_k 的构造与 tau。
• S501-5（到达时两口径与差）：见上式，两者差 delta_form 必须断言 delta_form ≤ tol_Tarr。
• S501-6（路径长度）：L_gamma = ( ∫_gamma 1 d ell )；用于到达时与传播预算一致化。
• S501-7（路径非对称上界）：| path_asym | ≤ tol_asym，若未知则以保守上界计入 U。

V. 计量流程 M50-1（总流程）

1. 就绪条件
   • 输入包含 tau_mono, ts 或对齐参考 sync_ref，以及 T_arr 相关路径字段 gamma(ell), n_eff, c_ref。
   • 通过 repair_units 完成单位归一与 check_dim。
2. 数据采集与筛选
   采集 PPS/PTP/NTP 观测；剔除丢包与异常跳变，标注缺失 m。
3. 偏移/频偏拟合
   在窗口 Delta_t 内以加权稳健回归估计 hat{offset}, hat{skew}；输出残差 epsilon(tau_mono)。
4. 抖动与稳定度
   计算 J_rms/J_pp 与 sigma_y(tau_set)；落盘 time.stability.*。
5. 到达时并行口径
   计算 T_arr 两口径与 delta_form；校核 non_decreasing(ell) 与 L_gamma。
6. 校核与断言
   执行 C50-1x 契约（见下一节）；失败映射为严重度与处置动作。
7. 落盘与签名
   生成 manifest.time：offset/skew/J, sigma_y, T_arr.*, contracts, TraceID, signature。

VI. 契约与断言

• C50-11：non_decreasing(tau_mono)。
• C50-12：offset_p99 ≤ tol_offset（单位 us 或 ns）。
• C50-13：|skew| ≤ tol_skew（单位 ppm/ppb）。
• C50-14：J_rms ≤ tol_jitter，J_pp ≤ tol_jitter_pp。
• C50-15：delta_form ≤ tol_Tarr；non_decreasing(ell)。
• C50-16：|path_asym| ≤ tol_asym（未知时以上界入 U 并标注）。
• C50-17：check_dim(expr)=pass，所有进入 S501-* 的字段量纲一致。

VII. 实现绑定 I50-*

• time_source_probe(dev, proto) -> samples：采集 PPS/PTP/NTP 原始观测。
• estimate_offset_skew(samples, method, window) -> {offset, skew, epsilon}（method ∈ {robust_ols, huber, ransac}）。
• compute_allan(freq_series, tau_set) -> {sigma_y, TDEV, MDEV}。
• align_timebase(ds, sync_ref) -> ds'：映射到 ts 并携带 offset/skew/J 与不确定度。
• enforce_arrival_time_convention(ds) -> ds'：计算 T_arr 两口径、delta_form 与路径校核。
• emit_time_manifest(ds, policy) -> manifest.time。
• 不变量：unique(TraceID)；sum(w_i)/N ≈ 1；delta_form ≤ tol_Tarr；non_decreasing(tau_mono, ell)。

VIII. 交叉引用

• 清洗：见《Methods.Cleaning v1.0》第5章（时间轴与同步清洗）、第6章（路径与到达时）。
• 成像：见《Methods.Imaging v1.0》第13章（时间/路径门控与到达时一致化）。
• 统计：见《Methods.CrossStats v1.0》第11章（时间序列）与附录E（误差与不确定度传播）。
• Core：见《EFT.WP.Core.DataSpec v1.0》（字段与单位）、《EFT.WP.Core.Threads v1.0》（流式与背压）。

IX. 质量度量与风控

1. SLI/SL0 建议
   • offset_p99, |skew|_p95, J_rms, sigma_y(tau_grid)。
   • 到达时一致度：delta_form_p99。
2. 漂移与告警
   offset/skew 趋势与分档阈值；sigma_y 带外告警；path_asym 突增回退为保守上界。
3. 回退策略
   先降权再限流：degrade(ts)→limit(sync_updates)→fallback(ref_source)→freeze_release 暂停发布。

小结