21-EFT.WP.Metrology.Sync v1.0 | 第2章 公设与最小方程（同步建模基线）

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第2章 公设与最小方程（同步建模基线）

一句话目标：给出网络时频同步的不可协商公设与最小可计算方程，使 offset/skew/J、TIE/MTIE/tdev 与到达时两口径在跨实现间一致、可复现、可审计。

I. 范围与对象

1. 统一建模对象
   • 两向报文测时（NTP/PTP/White Rabbit）与频率/相位保持（SyncE/PLL）。
   • 端口角色、边界/透明时钟，correctionField 与 residence_time 注入链路时延模型。
   • 非对称延迟 asym 的标定与在线估计，及其缓慢漂移。
2. 适用输入
   • 时戳与元数据 {t1,t2,t3,t4, correctionField, residence_time, port_role}。
   • 拓扑与主钟选择 {gm_id, domain, topology}；目标环路 H(f)。
   • 到达时参数 n_eff, c_ref, 路径 gamma(ell)（两口径并行）。
3. 输出与发布
   估计量与不确定度 {offset, skew, J, TIE, MTIE, tdev, U = k * u_c}；manifest.sync.* 与 contracts.*。

II. 名词与变量

• 时基与时差：tau_mono, ts, offset, skew, phi(t)（相位），f(t)（瞬时频率）。
• 报文四时戳：t1（master send）, t2（slave recv）, t3（slave send）, t4（master recv）。
• 链路项：correctionField, residence_time, asym, delay_rt。
• 稳定度与谱：TIE(t), MTIE(tau), tdev(tau), S_in(f)（输入等效相位噪声 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：unit(x), dim(x), check_dim(expr)。

III. 公设 P602-*

• P602-1（时戳可信级）：硬件时戳优先；软件时戳需发布 u(ts) 与补偿模型。
• P602-2（非对称显式）：默认不假设对称；asym 必须标定或估计并发布有效期与 U(asym)。
• P602-3（插入时延显式）：所有 correctionField 与 residence_time 必须入方程且落盘。
• P602-4（时基统一）：内部估计在 tau_mono，发布在 ts，附 offset/skew/J 的 U 与窗口。
• P602-5（两口径强制）：涉及时延与路径度量的计算必须并行记录两口径与 delta_form。
• P602-6（稳态窗）：功率谱与稳定度在声明的稳态窗口评估，窗口 Delta_t 必须落盘。
• P602-7（环路预算）：环路 H(f) 目标带宽与零极点需显式；alpha（在线检验）消耗受预算。
• P602-8（量纲守恒）：发布前执行 check_dim(expr)；单位显式。
• P602-9（可追溯）：TraceID, hash_sha256(blob), signature 强制。

IV. 最小方程 S602-*

• S602-1（两向偏移/往返时延）
  offset = ( (t2 - t1) - (t4 - t3) - asym ) / 2
  delay_rt = ( (t2 - t1) + (t4 - t3) - 2 * asym ) / 2 - correctionField - residence_time
• S602-2（单向延迟与非对称分解）
  delay_ms = delay_rt/2 + asym/2，delay_sm = delay_rt/2 - asym/2
• S602-3（频偏估计）
  skew = d( offset ) / dt；离散 skew[k] = ( offset[k] - offset[k-1] ) / Delta_t
• S602-4（环路一阶 PLL 离散化）
  e[k] = offset[k]
  freq_corr[k] = freq_corr[k-1] + Ki * e[k] * Delta_t
  phase_corr[k] = Kp * e[k]
  u[k] = phase_corr[k] + freq_corr[k]
• S602-5（抖动与稳态方差）
  J = rms( offset - lowpass(offset, BW) )
  var_out = ( ∫ | H(f) |^2 * S_in(f) df )
• S602-6（稳定度家族）
  TIE(t) = phi(t) - phi(0)
  MTIE(tau) = max_over_t ( sup_window | TIE(t+tau) - TIE(t) | )
  tdev(tau) = sqrt( 0.5 * E[ ( (phi(t+2tau) - 2phi(t+tau) + phi(t)) / (2*pi*f0*tau) )^2 ] )
• S602-7（非对称漂移模型）
  asym(t) = a0 + a1 * t + w_asym(t)（w_asym 为低频噪声）；发布 U(asym)。
• S602-8（到达时两口径差）
  delta_form = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) - ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) |
• S602-9（不确定度合成）
  U^2(offset) = U^2(ts) + U^2(asym) + U^2(model) + U^2(env)；发布 U = k * u_c 与 k。
• S602-10（透明/边界时钟叠加）
  correctionField = ( ∑_h corr_h )，residence_time = ( ∑_h res_h )（沿路径累加）。

V. 计量流程 M60-2（建模基线）

• 就绪：标准化输入、单位/量纲校核 check_dim，在 tau_mono 对齐。
• 两向估计：按 S602-1/2/3 得 offset/skew/delay_rt，记录 U(ts) 与 U(asym)。
• 环路与稳态：配置 H(f)，用 S602-4/5 评估 u[k] 与 var_out。
• 稳定度：按 S602-6 产出 TIE/MTIE/tdev，注明 TauSet 与窗口。
• 到达时：并行两口径、计算 delta_form（S602-8），断言阈值。
• 落盘：生成 manifest.sync.*，包含 U、窗口、H(f)、TraceID 与签名。

VI. 契约与断言 C60-2*

• C60-21（量纲）：check_dim(all)=true；unit(offset)="s", unit(skew)="1" 或 "ppb"。
• C60-22（两口径差）：delta_form ≤ tol_Tarr。
• C60-23（稳态方差）：var_out ≤ var_budget。
• C60-24（稳定度界）：MTIE(tau) ≤ bound_mtie(tau) 对 tau ∈ TauSet。
• C60-25（非对称有效期）：age(asym_cal) ≤ T_cal_max 或触发在线估计。
• C60-26（不确定度发布）：U(offset)、k、窗口必须出现在 manifest.sync.*。

VII. 实现绑定 I60-*（原型）

• two_way_estimator(frames) -> {offset, delay_rt, U}
• estimate_asymmetry(frames, scheme) -> {asym, U}
• pll_update(offset_series, cfg) -> loop_state, u_series
• stability_metrics(offset_series, TauSet) -> {TIE, MTIE, tdev}
• toa_two_forms(path_fields) -> {T_arr_form1, T_arr_form2, delta_form}
• propagate_uncertainty(components) -> U_total
• emit_sync_manifest(results, meta) -> manifest.sync
  不变量：Delta_t > 0；unique(gm_id, domain)；sum(loss_window) ≤ tol_loss；delta_form ≤ tol_Tarr。

VIII. 交叉引用

• Allan 家族、时基与噪声：见《EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0》第7章。
• 清洗与契约/清单：见《EFT.WP.Methods.Cleaning v1.0》第10章与附录C。
• 统计不确定度传播与 SLO：见《EFT.WP.Methods.CrossStats v1.0》附录E、 第14章。

IX. 质量度量与风控

• SLI：offset_ns.{p50,p95,p99}, skew_ppb_p95, mtie(tau), tdev(tau), loss_rate, gm_switch_count。
• 风险与对策：asym 漂移（周期校准/在线估计）、路由变化（路径重发现）、虚拟化噪声（pin/隔离）、GNSS 异常（失锁检测与回退）。

小结