20-EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0 | 第15章 用例与参考实现

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第15章 用例与参考实现

一句话目标：给出三类可复用基线用例（数据中心 PTP 集群、多传感协同成像、跨地域日志时戳），以 P/S/M/I 闭环落地本卷规范并形成可审计发布物。

I. 范围与对象

1. 覆盖对象
   • 同步域设计与部署、伺服与监测、到达时一致化、面板与回退。
   • 产出物：manifest.time.*、report.slo、dashboard、contracts.report、TraceID/signature。
2. 输入
   • 设备与参考：TCXO/OCXO/Rb/GNSS、GM/BCM、PTP/NTP/SyncE。
   • 指标与事件：offset/skew/J, adev/mdev/hdev, source_switch, holdover, leap_event。
   • 约束：tol_offset, tol_skew, tol_J, tol_Tarr, SLO_target。
3. 输出
   用例级 C/I 清单、阈值与仪表、回退与审计轨。

II. 用例 A：数据中心 PTP/SyncE 集群（GM/BCM/Failover）

1. 目标与指标
   • 目标：园区内服务器 ts 与 GM 相对 offset_p99 ≤ 200 ns，可用性 ≥ 99.95%。
   • 稳定性：adev(1s) ≤ 3e-11, adev(10s) ≤ 1e-11。
   • 抖动：J_p99 ≤ 100 ns；切源 source_switch 不引入 offset_step_p99 > 150 ns。
2. 拓扑与参考
   • GM×2（热备，BCM 选主），上游 GNSS+OCXO，骨干 SyncE，接入 PTP (IEEE 1588-2008, 2-step)，边缘 1PPS 校核。
   • 见第3章、第5章与第10章的参考设计。
3. 公设 P515A-*
   • P515A-1：同一 PTP domain 中 announce.interval 与 delay_req.interval 固定。
   • P515A-2：伺服仅在 tau_mono 上估计 offset/skew/J，映射到 ts 发布。
   • P515A-3：切源前后 2 个 W 窗口执行对比，允许单次小步偏移但满足 C515A-42。
4. 最小方程 S515A-*
   • offset_hat = median( t_slave - t_master )（去极值加权）；
   • skew_hat = d offset_hat / d tau_mono；
   • burn_rate_W = bad_time_W / ( (1 - SLO_target) * W )；
   • delta_form 按第9章两口径定义记录。
5. 清洗与同步流程 M50-15A（就绪→伺服→校核→落盘）
   • 就绪：验证 SyncE 锁定、GNSS 可视卫星 ≥ 6、cn0 ≥ th_cn0；加载 tol_* 与 SLO_target。
   • 伺服：启用 PTP E2E，N:4 抽样、抗异常滤波、分层 BMCA；slew ≤ 50 ns/s。
   • 校核：1PPS 与外部基准交叉；adev/mdev 多 tau 估计；两口径 T_arr 入库。
   • 落盘：TS.sli.*、report.slo、manifest.time.*，签名与发布。
6. 契约 C515A-*
   • C515A-41：|offset|_p99 ≤ 200 ns ∧ J_p99 ≤ 100 ns ∧ |skew|_p99 ≤ 50 ppb。
   • C515A-42：source_switch 后 max_offset_step ≤ 150 ns 且 relock_time ≤ 60 s。
   • C515A-43：adev(1s) ≤ 3e-11 ∧ adev(10s) ≤ 1e-11。
   • C515A-44：burn_rate_{5m,1h} < 1。
   • C515A-45：delta_form ≤ tol_Tarr（若链路含到达时估计）。
7. 实现绑定 I50-*
   • I50-51 start_ptp_servo(cfg) -> state（见第5章）；I50-52 evaluate_bmca(state) -> role；
   • I50-61 robust_offset(ds) -> {offset, skew, J}（见第6章）；
   • I50-73 allan(ds, taus) -> {adev, mdev, hdev}（见第7章）；
   • I50-91 enforce_arrival_convention(ds) -> ds'（见第9章）；
   • I50-14 evaluate_slo(TS.sli.*, targets) -> report（见第14章）。

III. 用例 B：多传感协同成像 Rig（到达时一致化）

1. 目标与指标
   • 目标：camera/LiDAR/IMU 跨设备时间对齐 offset_p99 ≤ 100 us；成像路径到达时两口径差 delta_form ≤ 50 ns。
   • 发布物：对齐后的 ts, T_arr，以及 manifest.imaging.time.* 交叉锚点（见《Methods.Imaging v1.0》）。
2. 拓扑与参考
   • 主时钟 Rb 或 OCXO，下发 1PPS + 10 MHz；触发扇出；PTP 作为管理与校核链路。
   • 路径参数化 gamma(ell) 对应光学/电缆路径。
3. 公设 P515B-*
   • P515B-1：所有重建/融合窗口在 tau_mono 上完成。
   • P515B-2：跨模态 T_arr 必并行两口径，且在同一 gamma(ell) 上评估。
   • P515B-3：任何插补不得改变 m ∈ {0,1} 与 q_score 记录（见《Methods.Cleaning v1.0》第7章）。
4. 最小方程 S515B-*
   • T_arr_cam = ( 1 / c_ref ) * ( ∫_{gamma_optic} n_eff d ell ) 与 T_arr_cam = ( ∫_{gamma_optic} ( n_eff / c_ref ) d ell )；
   • offset_imu_cam = ts_imu - ts_cam；skew_pair = d offset_imu_cam / d tau_mono。
5. 流程 M50-15B
   • 就绪：校准 1PPS/10 MHz 扇出时延；测量每路线缆/光路 ell 与 unit/dim。
   • 同步：设备侧时间基准锁定；align_timepath 写入每模态 T_arr 与 delta_form。
   • 校核：对齐后在棋盘格/动目标实验上估计 offset/skew/J；adev 校稳。
   • 落盘：生成 manifest.time.* 与 manifest.imaging.time.*，签名。
6. 契约 C515B-*
   • C515B-41：offset_pair_p99 ≤ 100 us ∧ |skew_pair|_p99 ≤ 5 ppm ∧ J_p99 ≤ 50 us。
   • C515B-42：delta_form ≤ 50 ns；check_dim(all) = pass。
   • C515B-43：non_decreasing(ts) 且 missing_rate ≤ m_thr。
   • C515B-44：影像重建质量面板达到目标（见《Methods.Imaging v1.0》第14章）。
7. 实现绑定
   • I50-81 align_timepath(ds, ref) -> ds'；I50-91 enforce_arrival_convention(ds) -> ds'；
   • I20-* 成像接口联动（见《Methods.Imaging v1.0》附录A）。

IV. 用例 C：跨地域日志与交易时戳服务（Hybrid NTP/PTP）

1. 目标与指标
   • 目标：跨地域 region ∈ {A,B,C} 间对齐 offset_p99 ≤ 1 ms，单地域内 offset_p99 ≤ 200 us；可用性 ≥ 99.9%。
   • 事件对时：event_time = ts - network_delay_hat，误差预算进入审计。
2. 拓扑与参考
   • 区域内 PTP（接入交换机支持 TC/BC），区域间 NTP 多源叠加，边界部署 GNSS 与 holdover OCXO。
   • 失败时 failover 到最近健康区域的 NTP 源（见第10章）。
3. 公设 P515C-*
   • P515C-1：跨地域仅以 NTP 进行域间约束，禁止跨域 PTP。
   • P515C-2：漂移告警采用多窗口燃尽（见第14章），burn_rate_{5m,1h} < 1。
   • P515C-3：闰秒采用平滑（smear）策略并显式标注 smear_active。
4. 方程与流程 M50-15C
   • 估计：offset_hat = median( RTT/2 + t_server - t_client )；skew_hat = d offset_hat / d tau_mono。
   • 流程：收集多源 NTP 样本 → 鲁棒融合 → 区域内 PTP 精化 → 面板/告警 → 清单落盘。
5. 契约 C515C-*
   • C515C-41：region_in offset_p99 ≤ 200 us；region_cross offset_p99 ≤ 1 ms。
   • C515C-42：闰秒窗口内 |offset|_p99 ≤ 1.5 ms 且 smear_active = true。
   • C515C-43：burn_rate_{5m,1h} < 1；failover_time ≤ 120 s。
   • C515C-44：signature_valid = true ∧ audit_gap_seconds ≤ 30。
6. 实现绑定
   • I50-41 stamp_chain_latency(trace) -> budget（见第4章）；
   • I50-52 evaluate_bmca（区域内）；I50-14 evaluate_slo；I50-13 freeze_release_time(tag)。

V. 参考实现组件与配置要点

1. 伺服与滤波
   • kalman_servo(mode="phase+freq", q_phase, q_freq)；median-of-means 抗离群。
   • “慢速slew，快速告警”策略：slew_rate ≤ 50 ns/s，告警阈值分层 warn/major/critical。
2. 抽样与窗口
   • 统一 Delta_t、quantiles={p50,p95,p99}、taus={1s,10s,100s}；窗口错位对齐到 tau_mono。
   • weights 归一：( ∑ w_i ) / N ≈ 1。
3. 签名与追溯
   hash_sha256(blob)、signature、TraceID；发布前 check_dim(all)。

VI. 面板与清单映射

1. 面板键
   • TS.sli.offset.{p50,p95,p99}, TS.sli.skew.p99, TS.sli.J.p99, TS.sli.adev.tau_*, TS.sli.delta_form.max, burn_rate_{5m,1h}。
   • 事件：source_switch, holdover, leap_event, failover, smear_active。
2. 清单键
   manifest.time.topology, manifest.time.sources, manifest.time.contracts.*, manifest.time.sli.*, manifest.time.slo.*, release_tag, signature。

VII. 审计、回退与演练

1. 审计
   • 周期性校核 C515*-* 合同，通过 evaluate_slo 输出 report.slo 与差异清单。
   • 到达时两口径 delta_form 超阈即标红并阻断发布链。
2. 回退
   • 触发条件：burn_rate ≥ br_hi 或 SLI < SLO_target；动作：rollback_to(last_good)、降级 NTP-only、提高采样率。
   • 灰度演练：季度执行 failover 与 leap_event 演练并留痕。
3. 变更
   任一阈值/口径变更需新建 release_tag 与重签清单（见第13章）。

VIII. 成本与容量规划

1. 链路与设备
   • GM/OCXO 级别与数量按 fanout、cap 与 rho 估算（见第11章队列稳定性）。
   • 面板与存储预算：retention_days、samples_per_sec、bytes_per_sample。
2. 资源与 SLO
   P99 延迟目标与 burn_rate 直接决定 buffer 与 retry 策略；资源不足时优先保 offset 与 J 指标采样。

小结

• 三个用例覆盖从园区级纳秒同步，到跨模态成像到达时一致化，再到跨地域毫秒级日志时戳。
• 通过 P/S/M/I 一致口径、C 契约与 manifest.time.* 清单，形成“就绪→伺服→校核→面板→签名→回退”的可审计闭环，满足长期可用与可演进的工程要求。