21-EFT.WP.Metrology.Sync v1.0 | 第1章 同步域定义与范围

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第1章 同步域定义与范围

一句话目标：定义网络时频同步的对象、边界、输入输出与发布口径，使 offset/skew/J、TIE/MTIE 与到达时两口径在跨系统间可比与可审计。

I. 范围与对象

1. 对象
   • 分组网络中的时频同步（NTP/PTP/SyncE/White Rabbit），含主从钟、边界时钟、透明时钟与 GM 选举。
   • 两向报文测时 {t1,t2,t3,t4}、链路驻留 residence_time 与 correctionField、物理/逻辑非对称 asym。
   • 伺服与保持：PLL/FLL、滑动窗口估计与鲁棒滤波。
   • 稳定度度量：TIE(t), MTIE(tau), tdev(tau)。
2. 输入
   • 时戳与元数据：{t1,t2,t3,t4, correctionField, residence_time, port_role}。
   • 参考信息：gm_id, domain, topology, H(f) 目标带宽，tau_mono 窗口配置。
   • 到达时依赖：n_eff, c_ref, 路径参数化 gamma(ell)。
3. 输出
   • 估计量：offset, skew, J, TIE/MTIE/tdev 与不确定度 U = k * u_c。
   • 伺服量：loop.{Kp, Ki}, filter.scheme, state。
   • 发布资产：manifest.sync.*、contracts.*、TraceID 与签名。
4. 边界与非目标
   不展开硬件实现细节与专有寄存器；不覆盖物理层调制；不替代协议标准文本。

II. 名词与变量

• 时间与时基：tau_mono（内部单调时基）、ts（发布时戳）、offset（主从相位差）、skew（频偏），J（抖动集合度量）。
• 报文与链路：t1..t4, correctionField, residence_time, asym（一/双向非对称延迟），delay（往返/单向）。
• 稳定度与谱：TIE(t), MTIE(tau), tdev(tau), S_in(f)（输入噪声 PSD）, H(f)（闭环传递函数）。
• 到达时两口径：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) 与 T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )，差异 delta_form。
• 计量口径：unit(x), dim(x), check_dim(expr)。

III. 公设 P601-*

• P601-1（时戳可信）：硬件时间戳优先；若为软件时戳，额外发布 u(ts) 与补偿模型。
• P601-2（非对称显式）：默认不假定对称；asym 必须标定或在线估计并声明有效期。
• P601-3（两口径并行）：涉及到达时的任何同步/估计，必须并行记录两口径与 delta_form。
• P601-4（时基统一）：统计在 tau_mono 上评估，对外以 ts 发布并附 offset/skew/J 的 U。
• P601-5（量纲守恒）：发布前执行 check_dim；unit(offset)="s", unit(skew)="1"（或 "ppb"），unit(J)="s"。
• P601-6（可追溯与签名）：所有结果附 TraceID, hash_sha256(blob), signature。

IV. 最小方程 S601-*

• S601-1（两向偏移估计）
  offset = ( (t2 - t1) - (t4 - t3) - asym ) / 2。
  delay_rt = ( (t2 - t1) + (t4 - t3) - 2 * asym ) / 2 - correctionField - residence_time。
• S601-2（频偏/斜率）
  skew = d( offset ) / dt，离散近似 skew[k] = ( offset[k] - offset[k-1] ) / Delta_t。
• S601-3（抖动聚合）
  J = rms( offset - lowpass(offset, BW) )（发布窗口与 BW 显式）。
• S601-4（稳定度）
  TIE(t) = phi(t) - phi(0)；MTIE(tau) = max_over_t ( sup_window | TIE(t+tau) - TIE(t) | )。
• S601-5（伺服输出方差）
  var_out = ( ∫ | H(f) |^2 * S_in(f) df )，H(f) 的带宽/零极点需落盘。
• S601-6（到达时两口径差）
  delta_form = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) - ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) |。

V. 计量流程 M60-1（总流程）

• 就绪：采集 {t1..t4, correctionField, residence_time}, 拓扑与 gm_id，加载 asym 标定或初始化在线估计。
• 清洗：tau_mono 对齐、异常/重复报文处理、量纲校核与两口径并行计算。
• 估计：计算 offset/skew/J、TIE/MTIE/tdev 与不确定度 U。
• 伺服：根据目标 H(f) 设定 Kp/Ki 与滤波策略，评估 var_out。
• 审计：执行契约 C60-*，生成 manifest.sync.* 与签名。
• 发布：面向 ts 的对外指标，附 TraceID 与 contracts.* 结果。

VI. 契约与断言（示例）

• C60-01：abs(offset_p99) ≤ tol_offset。
• C60-02：abs(skew_p95) ≤ tol_skew（单位 "ppb"）。
• C60-03：MTIE(tau) ≤ bound_mtie(tau) 对 tau ∈ TauSet。
• C60-04：loss_rate ≤ tol_loss，reordering ≤ tol_reorder。
• C60-05：delta_form ≤ tol_Tarr；check_dim(expr)=true。
• C60-06：alpha_spend_sync ≤ budget_alpha（用于在线检验/告警）。

VII. 实现绑定 I60-*（原型）

• ingest_sync_frames(stream) -> frames
• sanitize_and_align(frames, policy) -> frames'（tau_mono 对齐与异常治理）
• estimate_offset_skew(frames', method) -> {offset, skew, U}
• estimate_asymmetry(frames', scheme) -> asym, U_asym
• compute_stability(offset_series, TauSet) -> {TIE, MTIE, tdev}
• servo_update(offset, cfg) -> loop_state'
• assert_sync_contract(metrics, rules) -> report
• emit_sync_manifest(metrics, contracts, meta) -> manifest.sync
  不变量：unique(gm_id, domain)；Delta_t > 0；sum(loss_window) ≤ tol_loss；delta_form ≤ tol_Tarr。

VIII. 交叉引用

• 时基建模、Allan 家族与噪声分解：见《EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0》第2/7章。
• 清洗契约与清单：见《EFT.WP.Methods.Cleaning v1.0》第10章与附录C。
• 统计不确定度与SLO：见《EFT.WP.Methods.CrossStats v1.0》第14章与附录E。

IX. 质量度量与风控

• SLI：offset_ns.{p50,p95,p99}, mtie(tau), tdev(tau), latency_ms_p99, loss_rate, gm_switch_count。
• SLO：对 TauSet 发布 MTIE 上界；offset_ns_p99 ≤ target。
• 风险：asym 漂移、虚拟化噪声、GNSS 欺骗/失锁、路由改变、温度与老化。
• 回退：GM 切换、BCM 退化模式、带宽降级与告警抑制策略。

小结