27-EFT.WP.Packets.Light v1.0 | 第10章 排队、时延与守恒（突发/卫兵位）

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第10章 排队、时延与守恒（突发/卫兵位）

一句话目标：建立光包在链路与节点（OCS/OPS）上的排队/时延统一口径与卫兵位守恒规则，给出配置口径 vs 测量口径两口径并行的可计算方程、契约与落盘接口。

I. 范围与对象

1. 输入
   • 成帧与时基：frame_spec = {T_epoch,T_f,T_slot,T_sym,T_guard}（见第3章），统一时标 tau_mono/ts。
   • 业务与突发：到达过程参数 {λ_pkt, L_pkt}（分组）或 {A,H}（电路 Erlang），突发（令牌桶）(r,p,σ)。
   • 节点与资源：服务速率 C（bit/s 或 sym/s）、端口数 P、FDL 集 {d_i}（OPS）、缓冲/无缓冲策略、卫兵位策略。
   • 路径与交换：路由与交叉矩阵（见第9章），标签 label=(lambda,k_sub,S_sel)（见第5章）。
2. 输出
   • 时延分解：lat_total = lat_prop + lat_ser + lat_sw + lat_q + lat_proc；
   • 守恒与预算：T_guard_budget 与占用率、碰撞/丢弃率；
   • 两口径差：配置口径（模型/仿真）与测量口径（时间戳）差 delta_form_queue；
   • 清单：manifest.packet.queue.* 与契约报告。
3. 边界
   传播物理/补偿见第2/第6章；交换/路由见第9章；本章聚焦排队/时延/卫兵位守恒。

II. 名词与变量

• 速率与到达：λ_pkt [1/s], E[L] [bit], 负载 ρ = λ_pkt * E[L] / C；电路到达强度 A（Erlangs）。
• 服务与缓冲：μ = C / E[L]（平均服务速率），缓冲容量 K [pkt] 或 FDL 集 {d_i}。
• 时延构件：传播 lat_prop、串行化 lat_ser = L/C、交换与重构 lat_sw、排队 lat_q、处理 lat_proc。
• 卫兵位：T_guard ≥ 0，守恒预算 T_guard_budget。
• 令牌桶/突发：(r,p,σ)；网络演算 (σ,ρ)。
• 两口径：配置口径（解析/仿真/网络演算）与测量口径（时间戳差）差 delta_form_queue。
• 量纲：unit(lat_*)="[T]"，unit(ρ)="1"，unit(T_guard) = "[T]"。

III. 公设 P610-*

• P610-1（两口径并行）：任一时延发布必须并行给出配置口径与测量口径并记录 delta_form_queue。
• P610-2（层级守恒）：T_slot = N_sym*T_sym + N_gap*T_guard 必保持；跨节点的 T_guard 消耗不得使下游 T_guard < T_guard_min（见第3章）。
• P610-3（测度显式）：时域/事件域/集合域的积分或计数须显式：( ∫_{t∈W} · dt )，( ∑_{pkt∈W} · )。
• P610-4（量纲合规）：所有发布量通过 check_dim( y - f(x) )；dB↔线性换算在清单注明。
• P610-5（Fail-Closed）：若守恒/阈值不满足或两口径差超限，执行限流/扩卫兵位/旁路或回滚并落盘策略卡。

IV. 最小方程 S610-*

1. 平均排队时延（随机模型）
   • M/M/1：lat_q = ρ / ( μ (1 - ρ) ) = ( λ_pkt / μ ) / ( μ - λ_pkt )；总时延 lat_total = lat_prop + E[L]/C + lat_sw + lat_q + lat_proc。
   • M/D/1：lat_q = ( ρ^2 ) / ( 2 μ (1 - ρ) )。
   • 有限缓冲 M/M/1/K：阻塞率 P_block = ( (1-ρ) ρ^K ) / ( 1 - ρ^{K+1} )，有效时延在 K 条件下计算。
2. OPS 无缓冲/FDL（近似）
   • 无缓冲无转换：单出端冲突概率 P_cont ≈ 1 - (1 - ρ/P_out)^{N_in}；丢包率 ≈ P_cont。
   • 含 FDL {d_i}：可排队概率 P_sched = P(∃ d_i ≥ Δt_conflict)，有效服务率 μ_eff = μ · P_sched，等效 ρ_eff = λ_pkt / μ_eff，lat_q≈ ρ_eff/( μ_eff(1-ρ_eff) )，上界 lat_FDL ≤ max(d_i)。
3. 网络演算（确定性边界）
   • 到达曲线 (σ,ρ) 与服务曲线 β(t) = R(t - T_0)^+：
     • 延时上界：D_max ≤ σ / (R - ρ) + T_0（R > ρ）；
     • 积压上界：B_max ≤ σ + ρ T_0。
   • 卫兵位守恒预算：T_guard_budget ≥ D_max + jitter_margin。
4. 令牌桶整形/监管
   令牌桶 (r,p)：瞬时到达受限 A(t) ≤ r t + σ；整形器输出满足 (σ_out, r)，整形时延上界 W_shaper ≤ σ / (C - r)。
5. 端到端时延分解与合成
   • lat_total = ∑_{links} ( lat_prop + E[L]/C + lat_sw + lat_q + lat_proc )；
   • 以 95 分位合成：lat_total,p95 ≈ ⊕_i lat_i,p95（保守相加或基于独立性卷积；落盘口径说明）。
6. 两口径差
   delta_form_queue = | lat_total^{config} - lat_total^{meas} |；发布条件：delta_form_queue ≤ tol_queue。

V. 计量流程 M60-10（就绪→建模→测量→校核→落盘）

• 就绪：冻结 frame_spec 与 RefCond；收集节点/端口/FDL/速率与排队策略；配置 tol_queue/T_guard_min。
• 建模：选择解析口径（M/M/1、M/D/1、M/M/1/K、OPS 冲突/FDL）与/或网络演算 (σ,ρ;R,T_0)；得 lat_total^{config} 与 T_guard_budget。
• 测量：用时间戳/计数器采集 lat_sw/lat_q/lat_total、P_cont/P_block、T_guard 实际消耗；
• 校核：计算 delta_form_queue，验证 T_guard ≥ 2σ_J + ΔCD + ΔPMD（见第3章）、P_cont/P_block、ρ 与资源占用；触发策略卡（限流/扩卫兵位/改排程/旁路）。
• 落盘：manifest.packet.queue.* = {frame.hash, RefCond, model:{type,params}, lat^{config,meas}, delta_form_queue, ρ, P_cont/P_block, T_guard_budget, contracts.*, signature}。

VI. 契约与断言 C60-10x（建议阈值）

• C60-1001（两口径差）：delta_form_queue_p95 ≤ tol_queue（典型 tol_queue = 0.05·lat_total^{config}）。
• C60-1002（卫兵位守恒）：T_guard ≥ 2σ_J + ΔCD + ΔPMD 且 T_guard ≥ T_guard_min。
• C60-1003（负载与稳定）：ρ < 1（或 R > ρ 的演算条件）；超界需限流或扩容。
• C60-1004（冲突/阻塞）：P_cont ≤ P_cont_max，P_block ≤ P_block_max；
• C60-1005（量纲合规）：所有 lat_* / ρ / P_* / T_guard 字段 check_dim 通过。
• C60-1006（新鲜度与覆盖）：测量窗口与面板更新间隔 ≤ Δt_panel_max，覆盖 ≥ cov_min。

VII. 实现绑定 I60-10*（接口原型、输入输出、不变量）

• I60-101 queue_model(params:{λ, E[L], C, K}) -> {lat_q, P_block}
• I60-102 ops_fdlsched(params:{λ, μ, P_out, N_in, FDL, WC}) -> {P_cont, μ_eff, lat_q}
• I60-103 netcal_bound(arrival:{σ,ρ}, service:{R,T0}) -> {D_max, B_max}
• I60-104 shaper_delay(token_bucket:{r,σ}, C) -> {W_shaper}
• I60-105 compose_latency(links[]) -> {lat_total_{mean,p95}}
• I60-106 guard_budget(jitter, residuals:{ΔCD,ΔPMD}) -> {T_guard_min}
• I60-107 measure_latency(ts_stream) -> {lat_prop, lat_ser, lat_sw, lat_q, lat_proc, lat_total}
• I60-108 compare_dual_queue(config, meas) -> delta_form_queue
• I60-109 emit_queue_manifest(results, policy) -> manifest.packet.queue
  不变量：two_forms_present=true；check_dim(*) 通过；帧与路由清单可追溯；限流/扩卫兵位执行落盘。

VIII. 交叉引用

• 成帧/对齐与卫兵位：第3章；
• 交换与路由：第9章；
• 到达时一致化：第8章；
• 物理补偿与残余：第6章（ΔCD/ΔPMD 纳入守恒式）；
• 计量与面板：第11章（时延/负载/冲突面板字段）。

IX. 质量与风控

1. SLI/SLO：delta_form_queue_p95, lat_total_p95, ρ_p95, P_cont/P_block, T_guard_violation_rate, throughput_stability。
2. 回退策略：
   • ρ≥1 或 P_cont↑：限流/扩容/改排程；
   • delta_form_queue↑：回写模型参数或以测量口径为准；
   • 卫兵位不足：提升 T_guard、降吞吐或延迟调度；
   • 时延超标：优先级/预留切片或旁路。
3. 审计：模型/参数与测量证据、阈值变更、策略卡执行记录、manifest 签名链与回放一致性。

小结

• 本章以排队/时延与卫兵位守恒为核心，给出M/M/1/FDL/网络演算等多口径下的统一方程与发布规则；
• 通过 P610/S610/M60-10/C60-10x/I60-10* 与 manifest.packet.queue.*，实现排队与时延的可度量、可审计、可回退。