21-EFT.WP.Metrology.Sync v1.0 | 第7章 延迟与非对称性建模（光电/路由/介质）

目录 ／ 文档-技术白皮书 ／ 21-EFT.WP.Metrology.Sync v1.0

第7章 延迟与非对称性建模（光电/路由/介质）

一句话目标：建立端到端链路延迟分解与非对称性 asym 的统一可计算模型，覆盖光/电介质与路由设备，给出测量—校准—发布的闭环口径，并将修正量注入伺服以满足 offset/skew/J 的 SLO。

I. 范围与对象

1. 适用对象
   • 单跳与多跳的主从（或对等）时间同步链路，包含光纤/铜缆/无线介质、交换/路由设备、收发器与协议栈。
   • 适配 PTP/NTP/SyncE/White Rabbit 等协议的测量与校正。
2. 输入
   • 时间戳与交换序列：t1,t2,t3,t4（PTP/NTP 事件），hwts（硬件时间戳标志），profile_id。
   • 介质与设备清单：lambda_up/lambda_down, L, n_eff(ell; lambda, T), delta_tx/rx, delta_serdes, delta_mac, mode ∈ {store, cut}。
   • 路由与负载：hop_list, q_len, rho, mu，以及路径 gamma_up(ell), gamma_down(ell)。
3. 输出
   • 延迟分解：d_up, d_down, RTT, J（抖动），asym（非对称校正）。
   • 合规产物：manifest.sync.delay.*（模型、参数、阈值与签名），以及注入伺服的 offset_corr。

II. 名词与变量

1. 介质与路径
   • gamma_up(ell), gamma_down(ell)：上/下行路径；L_gamma_up/down = ( ∫ 1 d ell )。
   • n_eff(ell; lambda, T)：有效折射率（随波长/温度变动）。
   • c_ref：参考光速常量。
2. 设备与路由
   • delta_tx/ rx/ serdes/ mac：端口与 PHY/MAC 固定延迟。
   • delta_sw_store、delta_sw_cut：交换机存储转发/直通延迟。
   • delta_queue：排队等待（可随机）。
3. 总量与校正
   • d_up, d_down：一向时延；RTT = d_up + d_down + eps。
   • asym = 0.5 * ( d_up - d_down ) + asym_hw；offset_sym、offset_corr = offset_sym + asym。
   • J：抖动；asym_res：上线后残余非对称。
   • delta_form：到达时两口径差（见本卷通用约定）。

III. 公设 P607-*

• P607-1（非对称假设为显式项）：默认不假定对称；在模型与清单中显式发布 asym。
• P607-2（路径显式）：gamma_up != gamma_down 时分别建模与积分，并记录 L_gamma_up/down。
• P607-3（设备固定延迟可标定）：delta_tx/rx/serdes/mac 可通过实验室与在线回放标定，并版本化发布。
• P607-4（队列抖动可分离）：delta_queue 以负载相关模型记账，进入抖动预算 J 而不掩盖 asym。
• P607-5（两口径并行）：凡涉及介质时间到达量，必须并行计算 T_arr 两口径并记录 delta_form。
• P607-6（量纲守恒与可追溯）：所有表达通过 check_dim(expr)；校正链路带有 TraceID 与签名。

IV. 最小方程 S607-*

• S607-1（端到端一向时延分解）
  d_up = ( ∫_{gamma_up} ( n_eff(ell; lambda_up, T) / c_ref ) d ell ) + Σ( delta_hw_up ) + Σ( delta_sw_up ) + delta_queue_up
  d_down = ( ∫_{gamma_down} ( n_eff(ell; lambda_down, T) / c_ref ) d ell ) + Σ( delta_hw_down ) + Σ( delta_sw_down ) + delta_queue_down
• S607-2（往返与对称估计量）（PTP/NTP 标准口径）
  delay_sym = ( ( t2 - t1 ) + ( t4 - t3 ) ) / 2
  offset_sym = ( ( t2 - t1 ) - ( t4 - t3 ) ) / 2
• S607-3（非对称校正）
  asym = 0.5 * ( d_up - d_down ) + asym_hw，offset_corr = offset_sym + asym
• S607-4（介质色散与波长非对称）
  近似常参时：asym_media ≈ ( L / ( 2 * c_ref ) ) * ( n_g(lambda_up) - n_g(lambda_down) )，其中 n_g(λ) = n_eff(λ) + λ * ( d n_eff / d λ )。
  路由非互易时：将 L = L_gamma_up 与 L = L_gamma_down 分别代入 S607-1。
• S607-5（交换机延迟模型）
  存储转发：delta_sw_store ≈ t_lookup + t_serdes + ( frame_bits / link_rate )
  直通：delta_sw_cut ≈ t_lookup + t_serdes + epsilon_cut
  其方差部分计入 J：J^2 ≈ Var( delta_queue + delta_sw_var )。
• S607-6（到达时两口径一致性）
  delta_form = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) - ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) |

V. 实施流程 M60-7（延迟与非对称建模）

1. 链路盘点与就绪
   • 采集 hop_list/port/SFP/λ/模式 与 gamma_up/down 估计；在 tau_mono 上对齐测序。
   • 执行单位与量纲校核，准备 TraceID。
2. 端点与设备校准
   • 以环回与已知参考测定 delta_tx/rx/serdes/mac，区分上下行与端别，固化为 calib_profile。
   • 切换不同帧长验证 delta_sw_store/cut 的基线与方差。
3. 介质与路由建模
   • 依据 L_gamma_up/down 与 n_eff(λ,T) 评估 d_media_up/down；多波长用 S607-4 近似。
   • 路由不互易时分别积算路径并记录差异源（策略路由、保护倒换）。
4. 队列与抖动估计
   • 通过 q_len/rho/mu 采集与回放，拟合 delta_queue 的均值与 J；将随机性与固定项解耦。
   • 将 J 注入伺服的噪声模型（见第6章）。
5. 非对称解算与注入
   • 用 t1..t4 与 S607-2 得 offset_sym，基于分解模型求 asym，得到 offset_corr。
   • 在线追踪 asym_res = offset_post_servo - offset_corr 并自适应微调。
6. 发布与审计
   • 落盘 manifest.sync.delay.*：{lambda_up/down, L_gamma_*, delta_hw_*, delta_sw_*, J, asym, delta_form}。
   • 签名并输出契约评估报告。

VI. 契约与断言

• C60-71（量纲与口径）：check_dim(d_up) = [T], check_dim(asym) = [T]，delta_form ≤ tol_Tarr。
• C60-72（预算约束）：d_up + d_down ≤ delay_budget，J_p99 ≤ J_budget。
• C60-73（非对称控制）：|asym| ≤ asym_budget；上线后 |asym_res| ≤ tol_asym_res。
• C60-74（校准一致）：abs(delta_tx/rx - delta_tx/rx_ref) ≤ tol_calib（温度/老化窗口内）。
• C60-75（路由变化告警）：若 L_gamma_up/down、hop_list 或 λ 变更触发，则重算 asym 并进入降权/重整定流程。
• C60-76（数据完整性）：non_decreasing(ell)，unique(hop.id)，manifest 可复现。

VII. 实现绑定 I60-*（延迟与非对称接口）

• compose_link_model(inv) -> model（汇总介质/设备/路由元数据）
• calibrate_endpoint(port, method) -> {delta_tx, delta_rx, delta_serdes, delta_mac}
• estimate_media_delay(L, lambda, T) -> d_media；estimate_media_asym(L_up, L_down, lambda_up, lambda_down, T) -> asym_media
• measure_rtt(exchange) -> {RTT, J}（从 t1..t4 与硬件时间戳）
• solve_asym(t1,t2,t3,t4, model) -> {offset_sym, asym, offset_corr}
• track_route_telemetry(hops) -> change_flags
• assert_delay_contract(report, rules) -> verdict
• 不变量：reproducible(seed)；unit/dim 校核通过；delta_form ≤ tol_Tarr；模型版本化与签名。

VIII. 交叉引用

• 测量链路与时间戳：见本卷第4章。
• 协议族校正字段与 profile：见本卷第5章。
• 伺服与滤波注入：见本卷第6章。
• Allan 家族与抖动口径：见《EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0》第7章。
• 契约与发布：见本卷第14章、以及《Methods.Cleaning v1.0》第10章。
• 统计不确定度传播与门控：见《Methods.CrossStats v1.0》附录E、附录B。

IX. 质量度量与风控

1. SLI/SLO
   • asym_est, asym_res_p95/p99, RTT_p50/p95/p99, J_p95/p99, delta_hw_drift, route_change_rate。
   • 两口径一致：delta_form_p99。
2. 风控动作
   • asym_res 越界 → 暂降带宽 B、提高门控、触发再校准 delta_tx/rx；
   • route_change 触发 → 立即重算 asym_media 并进入保护拓扑；
   • J_p99 超标 → 限流或 TSN/WR 调度收敛；
   • delta_form 异常 → 复查介质温漂与传输模型。

小结