20-EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0 | 第11章 流式运行与背压闭环

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第11章 流式运行与背压闭环

一句话目标：在连续数据流中，以可观测的 offset/skew/J 与排队度量为反馈，构建稳定、可审计、可回退的背压闭环，使端到端 latency_p99、J_p95 与发布契约长期满足 SLO。

I. 范围与对象

1. 覆盖对象
   • 时基相关的流式通路：采时→入队→重采样/缓冲→时间映射 warp(t)→同步伺服→发布。
   • 背压策略：token_bucket、leaky_bucket、窗口限速、PI/PD 速率伺服、优先级丢弃。
   • 运行要素：lambda_in, mu, rho, q_len, occ, lat_p99, J，以及跨节点级联的稳定性。
2. 输入
   • 流式测度：到达间隔 Delta_ts, 队列长度与占用 q_len/occ, 丢包与重排率，服务率估计 mu。
   • 时钟侧观测：offset/skew/J 与 T_arr 两口径、delta_form。
3. 输出
   • 控制动作：入站节流 r_gate、重采样深度、优先级规则、重排窗口 W_reseq。
   • 清单：manifest.sync.stream.*，含 SLI、契约报告与 TraceID。

II. 名词与变量

• 速率与负载：lambda_in, lambda_out, mu, rho = lambda_in / mu, cap。
• 队列与缓冲：q_len, occ ∈ [0,1], 目标占用 occ_target，重排窗口 W_reseq。
• 时基度量：offset, skew, J = sqrt( Var( Delta_ts ) ), lat（端到端时延）。
• 控制量：r_gate（门控速率）、tok_rate、bucket、alpha/k_p/k_i（伺服参数）。
• 时间语义：tau_mono, ts, warp(t), Delta_t（估计窗口）。

III. 公设 P511-*

• P511-1（稳态可达）：每一 chan 满足 rho < 1；不满足时必须降级为限速/降采或断路保护。
• P511-2（时间单调）：发布侧 non_decreasing(ts)；允许在 W_reseq 内重排但不得越窗。
• P511-3（预算分离）：lat、J、offset 预算分离配置并落盘，互不侵蚀。
• P511-4（测度显式）：对 q_len/occ/loss/Delta_ts 的采集与聚合窗口显式发布。
• P511-5（到达时一致）：涉及路径/到达度量的算子必须并行记录 T_arr 两口径与 delta_form。
• P511-6（保序与因果）：任何节流与缓冲不能引入跨窗口的因果反转。
• P511-7（契约优先）：当吞吐与 SLO 冲突时，优先满足 lat_p99/J_p95/offset_p99 契约。

IV. 最小方程 S511-*

• S511-1（负载比）
  rho = lambda_in / mu。稳定必要条件 rho < 1。
• S511-2（M/M/1 设计近似）
  E[W_q] ≈ ( rho / ( mu - lambda_in ) )，L_q = lambda_in * E[W_q]。用于容量规划与上界估算。
• S511-3（抖动定义）
  J = sqrt( Var( Delta_ts ) )，或分位数口径 J_p95 = p95( | Delta_ts - median(Delta_ts) | )。
• S511-4（PI 速率伺服）
  e_k = occ_target - occ_k；
  r_{k+1} = clip( r_k + k_p * e_k + k_i * ∑_{j=0..k} e_j , [r_min, r_max] )。
• S511-5（token bucket）
  tokens(t) = min( bucket, tokens(t0) + ( t - t0 ) * tok_rate - consumed )；r_gate 受 tokens(t) 约束。
• S511-6（时间映射与缓冲影响）
  warp(t) = t + f_buffer(occ)，约束 | d warp / dt - 1 | ≤ eps_warp。
• S511-7（抖动平滑上界）
  J_out ≤ J_in * exp( - beta * depth ) ⊕ J_servo（beta 为缓冲平滑系数，⊕ 表示不确定度合成）。
• S511-8（SLO 约束）
  lat_p99 ≤ bound_lat；J_p95 ≤ bound_J；offset_p99 ≤ bound_offset。

V. 计量与控制流程 M50-11（观测→估计→决策→施控→审计）

• 观测就绪
  按 Delta_t 汇总 lambda_in/mu/q_len/occ/loss/Delta_ts 与 offset/skew/J，执行 check_dim。
• 目标设定
  由 SLO 反推 occ_target/W_reseq/depth 与 r_min/r_max，形成控制域。
• 估计与预判
  计算 rho、E[W_q]、J，评估趋近饱和的通道与级联风险。
• 决策与施控
  选型 token_bucket 或 PI；下发 r_gate/occ_target/depth/W_reseq，必要时启用优先级丢弃。
• 时基一致化
  更新 warp(t) 与重采样策略，确保 non_decreasing(ts) 与 eps_warp 约束。
• 审计与回退
  若 rho ≥ rho_high 或 lat_p99 逼近上限，进入灰度降采或流量分流；达阈触发回退/断路。
• 发布与落盘
  生成 manifest.sync.stream.*：策略、阈值、SLI 摘要、违约记录、TraceID 与签名。

VI. 契约与断言

• C50-111（稳定性）：rho_p95 < rho_high 且 overflow=0。
• C50-112（时间单调）：violations(non_decreasing(ts))=0；重排仅在 W_reseq 内。
• C50-113（抖动与时延）：J_p95 ≤ bound_J，lat_p99 ≤ bound_lat。
• C50-114（同步不扰动）：施控后 | offset_p99 - offset_p99_baseline | ≤ tol_offset，| skew_p99 - skew_baseline | ≤ tol_skew。
• C50-115（到达时两口径）：delta_form ≤ tol_Tarr 持续满足。
• C50-116（量纲/单位）：check_dim( lat/J/offset/skew )=pass。

VII. 实现绑定 I50-11*

• compute_queue_targets(slo, capacity) -> {occ_target, depth, W_reseq, r_min, r_max}
• run_rate_servo(metrics, policy) -> r_gate（policy ∈ {pi, token_bucket, hybrid}）
• token_bucket_gate(stream, tok_rate, bucket) -> stream'
• buffer_resampler(stream, depth, Delta_t, warp_cfg) -> stream'
• time_warp_for_stream(ts, policy) -> ts'
• backpressure_broadcast(topology, r_gate) -> actions
• emit_stream_manifest(results, signature) -> manifest.sync.stream
  不变量：unique(TraceID)；ts' 单调；sum(drops_by_priority) ≤ drop_budget；eps_warp 与 bound_J/lat 同时可行。

VIII. 交叉引用

• 同步协议与伺服：见本卷第5章（NTP/PTP/SyncE）。
• 偏移/频偏/抖动估计：见第6章；相位/时间噪声建模见第7章（用于 J_servo 评估）。
• 缓冲与时基转换：见第8章（warp(t) 与重采样）。
• 到达时计量与路径一致：见第9章（两口径与 delta_form）。
• 图同步与故障切换的流量协同：见第10章（切换期间的速率降载与恢复）。
• 流式清洗与背压：见《EFT.WP.Methods.Cleaning v1.0》第11章。

IX. 质量度量与风控

1. SLI
   lat_p50/p95/p99, J_p95, offset_p99, skew_p99, rho_p95, q_len_max, loss_rate, reorder_rate, violations_mono_ts。
2. 风控策略
   • 早停与灰度：当 rho 升破阈值，先限速后降采，保留高优先级。
   • 自适应回路：异常时提升 k_p 抑制占用震荡，恢复后缓降至稳态参数。
   • 演练与回放：定期注入合成拥塞流，校验 C50-111..116；全链路回放与对账落盘。

小结

• 本章给出以 rho/q_len/occ 与 offset/skew/J 为核心反馈的背压闭环。
• 通过 P511-* 公设、S511-* 方程、M50-11 流程与 C50-11* 契约，以及 I50-11* 接口，可在多通道级联与动态负载下维持时基稳定与发布 SLO。