51-管线卡 Template v1.0 | 第5章 时基、同步与缓冲（采样一致）

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第5章 时基、同步与缓冲（采样一致）

I. 目的与范围（Purpose & Scope）

• 统一时基（Timebase）、同步（Sync）与缓冲（Buffering/Backpressure）的建模、门限与校验流程，保证批处理/流式/近实时管线的采样一致与时序可追溯。
• 涉及路径量（到达时/相位）之阶段，正文显式 gamma(ell) 与测度 d ell，数据侧记录 delta_form ∈ {general, factored}；发布要求 p_dim = 1.0。

II. 前置条件与输入（Prerequisites & Inputs）

• 时基模型：明确 f_s（采样率）、t_exp（曝光/停驻）、cadence（节律）、窗口 T_win。
• 同步链路：首选 GNSS 1PPS + 10 MHz；回退 PTP → NTP。
• 计量与引用：I70-dim_check 通过并生成 check_dim_report.json；引用采用“卷名 + 版本 + 锚点（P/S/M/I）”，锚点直指率 ≥ 90%。
• 路径一致：len(gamma_ell)=len(d_ell)=len(n_eff)≥2，Δell 满足采样约束。

III. 时基建模（Timebase Modeling）

1. 采样约束：
   • Nyquist：f_s ≥ 2·f_max；微批场景 batch_window = k / f_s。
   • 路径步长：Δell ≤ ( c_ref / f_s ) / max(n_eff)；相位时间步长：Δt ≤ λ_ref / ( 2 c_ref )。
2. 时间戳语义：统一 ISO-8601，明确 acq.ts_start/ts_end 与时区；对齐策略 align(ts, T_win)。
3. 窗口与对齐：滑动/翻转窗口需要对齐边界与落桶规则（drop/round/nearest）。

IV. 同步链路（Synchronization Chain）

• 源与回退：GNSS 1PPS（首选）→ PTP（优先级）→ NTP（最后回退）。
• 健康度指标：δt_abs（绝对时偏差）、Δτ_ch（通道偏置）、σ_y(τ)（Allan 偏差）。
• 锁定条件：clock_state="locked" 且
  |δt_abs| ≤ τ_abs、|Δτ_ch| ≤ τ_ch、σ_y(τ) ≤ σ_target。
• 失锁处置：进入回退并提升不确定度标签；若无法恢复，阶段降级或拒收并标注 [Restricted]。

V. 缓冲与背压（Buffering & Backpressure）

• 缓冲策略：fifo|watermark|time-based|count-based；建议时间水位 + 事件计数双阈混合。
• 背压策略：drop_tail|shed|slowdown|requeue；低风险优先 slowdown，高风险场景标记 quality.flags += {"buffer_alert"}。
• 乱序与延迟：定义乱序窗口 T_late 与最大容忍延迟 T_max；超过阈值触发补偿或拒收。

VI. 路径阶段的采样一致（Sampling Consistency for Path Stages）

1. 必备输入：gamma(ell)、d ell、n_eff(ell)、c_ref、（相位类）λ_ref；记录 delta_form。
2. 统一口径（两种等价）：
   • T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )
   • T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )
     相位：Phi = ( 2π / λ_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )。
3. 对齐顺序：先时间对齐（窗口/水位）→ 再路径对齐（gamma_ell/d_ell/n_eff 同步）→ 再相位对齐（参考窗）。

VII. 门限与阈值（Gates & Thresholds）

• G3｜路径规范：gamma/measure/delta_form 齐备；len(path)≥2。
• G4｜量纲闭合：check_dim_report.json 通过，p_dim = 1.0。
• G5｜新鲜度：clock_state="locked"；|ts_start − calib.timestamp| ≤ τ_calib。
• 抖动/偏置阈值：|δt_abs| ≤ τ_abs、|Δτ_ch| ≤ τ_ch、σ_y(τ) ≤ σ_target；越界触发降级/回退。

VIII. 机读配置（Machine-Readable Configs）
A. timebase.yaml

version: "1.0.0"

sampling:

fs_hz: 2000

t_exp_s: 0.01

cadence_s: 0.05

windows:

type: "tumbling" # tumbling|sliding

size_s: 1.0

align: "epoch"

nyquist:

f_max_hz: 800

path_constraints:

delta_ell_max_m: "c_ref/fs_hz/max(n_eff)"

phase_limit:

dt_max_s: "lambda_ref/(2*c_ref)"

B. sync_config.yaml

version: "1.0.0"

sources: ["GNSS_PPS","PTP","NTP"]

thresholds:

abs_ns: 50

skew_ns: 5

allan_1s: 1.0e-11

fallback:

order: ["GNSS_PPS","PTP","NTP"]

on_fail: ["increase_uncertainty","mark_quality_flag","switch_mode"]

C. buffer_policy.yaml

version: "1.0.0"

buffer:

strategy: "watermark"

capacity: 4096

lateness:

T_late_s: 0.5

T_max_s: 2.0

backpressure:

mode: "slowdown" # slowdown|drop_tail|shed|requeue

shed_threshold: 0.9

alerts:

topics: ["buffer_alert","sync_alert"]

IX. 校验与监控（Validation & Monitoring）

• /validate 输出：报告 G3/G4/G5 与抖动/偏置阈值达标情况；不通过触发 S1–S5。
• 在线指标：Latency_P50/P95、Throughput、σ_y(τ)、δt_abs、Δτ_ch、buffer_fill_ratio、drop_rate、Q_res、p_dim。
• 告警规则：阈值越界/失锁/非 PD 协方差/路径不同步；支持抑制窗口与升级策略。

X. 反例与修正（Anti-Patterns & Fixes）

• 反例：T_arr = ∫ n_eff / c_ref d ell（缺括号）→ 修正：T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )。
• 反例：仅声明 gamma(ell) 未给 d ell 与 delta_form → 修正：补齐并对齐 n_eff 长度。
• 反例：clock_state!="locked" 仍允许写入 → 修正：拒收或切换回退并标注 [Restricted]。

XI. 发布与目录结构（Release & Layout）

PTN_EXPORT/

configs/

timebase.yaml

sync_config.yaml

buffer_policy.yaml

reports/

check_dim_report.json

validate_report.json

audit.jsonl

figs/

sync_health.pdf

buffer_watermark.svg

path_alignment.pdf

report_manifest.yaml

SIGNATURE.asc

XII. 交叉引用（Cross-References）

• 体系结构与计算图：见第3章；阶段定义与控制式：见第6章；质量门：见第9章；误差传播与闭环：见第10章。
• 参数/误差/协议模板：Parameter Card、Error Budget Card、Experimental Protocol Card 相应章节。

XIII. 执行勾选清单（Checklist）

• timebase.yaml / sync_config.yaml / buffer_policy.yaml 已配置且与场景匹配。
• f_s ≥ 2·f_max；Δell ≤ ( c_ref / f_s ) / max(n_eff)；Δt ≤ λ_ref / (2 c_ref)。
• clock_state="locked"；|δt_abs|/|Δτ_ch|/σ_y(τ) 在阈值内；越界已定义回退。
• 路径字段显式 gamma/measure/delta_form；len(path)≥2；路径/相位对齐顺序正确。
• /validate 通过 G3/G4/G5；check_dim_report.json 随附，p_dim = 1.0。
• 发布包包含报告/配置/图表与签名；所有引用锚点直指率 ≥ 90%。