08-EFT.WP.Core.Sea v1.0 | 第10章 参考管线与基准

目录 ／ 文档-技术白皮书 ／ 08-EFT.WP.Core.Sea v1.0

第10章 参考管线与基准

I. 场景与目标

• 提供实验室（LAB）、现场（FIELD）、流式（STREAM）三类端到端参考管线，覆盖 register_sensor → 采样/同步 → 调理/抗混叠 → 频谱/特征 → 环境修正 → 到达时 → 质量与漂移 → 入湖的完整路径。
• 定义统一基准指标与算式，确保不同设备、环境与并发形制可可比、可回放、可审计。
• 绑定 I80 接口族并输出可直接套用的参数模板与报告清单。

II. 统一输入/输出与清单

1. 输入
   • 设备清单：{model, serial, cal_id, ENOB, DR, A_gain, B_bias, C_offset}。
   • 采样配置：{fs, fs_nom, Delta_t, window="hann", H(f), f_c, BW}。
   • 同步与路径：{alpha, beta, J, sync_ref, gamma(ell), d ell, c_ref, n_eff}。
   • 环境与参考：{temp, hum, press, RefCond}。
2. 输出
   • 数据产物：时域块、S_xx(f)、特征、T_arr、q_score、drift、到湖分片（fmt ∈ {"parquet","nc","tfrecord"}）。
   • 清单字段（增量）：{fs_hat, tau_g(H), SNR_dB, clip_rate, delta_form, baseline_version}。

III. 实验室参考管线 Mx-10-LAB（校准与验证）

1. 设备注册与标定
   调用 I80-1 register_sensor、load_calibration、apply_calibration；写入 {ENOB, DR, A_gain, B_bias, C_offset}。
2. 采样与同步
   • I80-2 configure_sampling(sid, fs=fs_nom)；sync_clocks(..., method="ptp")；measure_skew_offset(window=300 s)。
   • 估计 fs_hat = ( N - 1 ) / ( tau_{N-1} - tau_0 ) 并记录 alpha, beta, J。
3. 调理与抗混叠
   I80-3 设计 H(f)（多段 BPF+LPF），目标 f_c <= 0.45 * fs；校验 |tau_g(H) - tau_g_ref| <= tau_fe_thr。
4. 频谱与特征
   I80-4 psd(..., method="welch", seg=8, overlap=0.5, window="hann")；提取 {band_power, crest, THD, kurtosis}。
5. 环境修正与不确定度
   I80-5 apply_env_correction(data, RefCond)；propagate_uncertainty(values, model="sum-square") 输出 u(x), U = k * u_c。
6. 到达时与路径
   • I80-6 estimate_toa(sig,"xcorr") → T_arr_meas；path_integral(n_eff, gamma, c_ref) → T_arr_model。
   • 计算 delta_form = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) - ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) |。
7. 质量与漂移
   I80-7 quality_metrics 生成 q_score；以实验室基线 baseline@v_lab 运行 monitor_drift。
8. 入湖
   I80-8 serialize(fmt="parquet", compress="zstd")；export_manifest 写入全部口径。

IV. 现场参考管线 Mx-10-FIELD（长时连续采集）

• 轻量注册与基线加载：复用 LAB 标定与 baseline@v_lab。
• 采样健壮化：fs = min(fs_nom, fs_max)；监测 fs_hat 与 drift_fs = |fs_hat - fs_nom| / fs_nom。
• 异常鲁棒调理：在 H(f) 前加入可切换的 notch 与 AGC，限制 clip_rate。
• 在线 PSD 与特征：滑窗 Delta_t 上增量 psd；仅保留带内统计与关键特征，分层落盘。
• 到达时快速核对：以降频模板估计 T_arr 并实时计算 delta_form。
• 质量与漂移闭环：q_score 与 D 超阈调用 raise_alert；必要时自动降速或切换窗函数。
• 入湖与回传：断点续传、多段分片（cap、q_len 有背压策略 drop_oldest）。

V. 流式参考管线 Mx-10-STREAM（低延迟与事件驱动）

• 源与通道
  上游经 chan 输入，模式 "mpmc"；设置 cap 与背压 bp = f(q_len, cap, W_q)。
• 分段与时间基
  滚动窗口 Delta_t 与跳长 hop = Delta_t / 4；所有时间计算在 tau_mono 上。
• 在线调理与抗混叠
  I80-3 filter_apply 以低延迟 IIR 组合；校正 tau_g(H) 偏置。
• 流式频谱
  I80-4 fft/psd 采用重叠-累加；仅输出轻量特征与 SNR_dB。
• 到达时估计
  事件触发 estimate_toa；对每事件计算 T_arr 与 delta_form。
• 质量与漂移
  流式 quality_metrics、monitor_drift；采用 EWMA 平滑 z_robust 与 Delta_PSD。
• 入湖与索引
  微批 serialize；按 ts、sid、Delta_t 建立二级分区；export_manifest 产生日志索引。

VI. 并发与资源形制

• 并发槽位
  K_thr 按阶段拆分：K = {acq, sync, fe, fft, psd, feat, env, toa, q, sink}，每阶段服务率 mu_i。
• 近似吞吐
  QPS_max approx min_i( K_i * mu_i )；端到端时延 T_e2e approx ∑_i ( 1 / mu_i ) + ∑_i W_{q,i}。
• 稳定性条件
  对任意阶段 i，rho_i = lambda / ( K_i * mu_i ) < 1 以维持队列稳定。

VII. 基准算式 S90-*（指标定义）

• S90-1 端到端时延
  T_e2e = T_acq + T_sync + T_fe + T_fft + T_psd + T_feat + T_env + T_toa + T_q + T_serialize + T_sink。
• S90-2 频谱误差
  E_psd = ( ∫_{0}^{BW} | S_xx_meas(f) - S_xx_ref(f) | d f ) / ( ∫_{0}^{BW} S_xx_ref(f) d f )。
• S90-3 到达时误差
  E_toa = | T_arr_meas - T_arr_model |；报告 P50/P95(E_toa)。
• S90-4 质量合格率
  Quality.PassRate = mean( 1( q_score >= q_pass ) )；Quality.P95 = P95( q_score )。
• S90-5 漂移告警率
  Drift.AlertRate = mean( drift_flag )；并输出 Mean(D)。
• S90-6 存储效率
  SE = bytes_raw / bytes_stored（越大越好）；压缩收益 CR = bytes_raw / bytes_compressed。

VIII. 指标采集与 SLO 绑定

• 采集
  以窗口 Delta_t 聚合 T_e2e、E_psd、E_toa、q_score、D、SE/CR 与资源 R_cpu/R_mem/R_io。
• SLO 建议
  T_e2e P99 <= 0.5 * Delta_t（STREAM）；E_psd <= 0.05；E_toa P95 <= 5e-6 s；Quality.PassRate >= 0.95。

IX. 基准配置矩阵（缺省建议）

• LAB
  fs = fs_nom，Delta_t = 10 s，window="hann"，seg=16，overlap=0.5，fmt="parquet+zstd"。
• FIELD
  fs = 0.9 * fs_nom（拥塞自适应），Delta_t = 60 s，notch 开启，AGC 限幅，manifest.flush=5 min。
• STREAM
  fs = fs_nom，Delta_t = 1 s，hop = 0.25 s，fft_len = nearest_pow2( fs * Delta_t )，microbatch=5 s。

X. 结果呈报规范（报告卡）

• 元信息：{sid, model, serial, cal_id, fs, H_rev, RefCond, baseline_version, ts_range}。
• 性能：{T_e2e P50/P95/P99, QPS_max, rho_bottleneck, R_cpu, R_mem}。
• 频谱：{E_psd, band_power_diff, THD}。
• 到达时：{E_toa P50/P95, delta_form P95}。
• 质量与漂移：{q_score P50/P95, Quality.PassRate, Drift.AlertRate, Mean(D)}。
• 存储：{SE, CR, bytes/day}。

XI. 调优指引（分层旋钮）

• 采样与窗口
  提升 fs 可降 E_toa 与泄漏，但提升 T_fft/T_psd 与 bytes/day；优先调 Delta_t 与 window。
• 调理与滤波
  f_c 过高 → 混叠风险；过低 → 信号丢失与群时延上升；保持 f_c in [0.4,0.45] * fs。
• 频谱与特征
  seg/overlap 增大 → 降方差、升时延；按 T_e2e 预算折衷。
• 到达时
  若 E_toa 偏高，先校 tau_g(H) 与 alpha/beta/J，再校 n_eff/c_ref 与 gamma(ell)。
• 存储
  优先启用列式存储与 zstd；块大小对齐 Delta_t * fs * bytes_per_sample。

XII. 故障与鲁棒性注入

1. 注入类型
   • 丢样：将 m=0 注入以验证 q_score 与 Quality.PassRate 的灵敏度。
   • 抖动：增加 J 以测试 s_sync 与 E_toa。
   • 漂移：对 A_gain/B_bias 与 S_xx(f) 施加缓变漂移，验证 D 与告警延迟。
2. 验收
   触发后 raise_alert 的 mttr、误报率与漏报率应满足 SLO。

XIII. 跨章互锁与版本化

• 与第2章：ENOB/DR 与量化噪声直接影响 E_psd 与 s_snr 上界。
• 与第3章：alpha/beta/J 与 fs_hat 进入 E_toa、s_sync 与队列稳定性判断。
• 与第4章：H(f) 与 tau_g(H) 进入 T_e2e、E_psd、E_toa。
• 与第5章：psd 口径决定 E_psd 的可比性；窗函数需在清单中固定。
• 与第6章：corr_env(x; RefCond) 与 U = k * u_c 影响基准的不确定度区间。
• 与第7章：入湖分区与 manifest 字段为基准回放与对比提供锚点。
• 与第8章：T_arr 两口径与 delta_form 为跨域可比的到达时度量。
• 版本化：baseline@version、H_rev、RefCond_rev、toa_model_rev 必纳入清单。

XIV. 参考阈值与达标线（建议）

• LAB：E_psd <= 0.02，E_toa P95 <= 2e-6 s，Quality.PassRate >= 0.98，SE >= 3.0。
• FIELD：E_psd <= 0.05，E_toa P95 <= 5e-6 s，Quality.PassRate >= 0.95，SE >= 2.5。
• STREAM：T_e2e P99 <= 0.5 * Delta_t，E_psd <= 0.08，E_toa P95 <= 1e-5 s，Quality.PassRate >= 0.93。

XV. 接口绑定速览（I80 映射）

• 采集与同步：I80-1/2 register_sensor、configure_sampling、sync_clocks、measure_skew_offset。
• 调理与频谱：I80-3/4 design_filter、filter_apply、psd、feature_extract。
• 环境与到达时：I80-5/6 apply_env_correction、propagate_uncertainty、estimate_toa、path_integral。
• 质量与入湖：I80-7/8 quality_metrics、monitor_drift、raise_alert、serialize、export_manifest。

XVI. 附：基准执行最小脚本骨架

• register_sensor → load_calibration → configure_sampling。
• sync_clocks → measure_skew_offset → design_filter → filter_apply。
• psd → feature_extract → apply_env_correction → estimate_toa → path_integral。
• quality_metrics → monitor_drift → raise_alert(when needed)。
• serialize(fmt="parquet", compress="zstd") → export_manifest。

XVII. 总结公式与检查清单

1. 关键算式：T_e2e、QPS_max approx min_i( K_i * mu_i )、E_psd、E_toa、Quality.PassRate、Drift.AlertRate、SE/CR。
2. 检查清单
   • 固定口径：window/seg/overlap/H_rev/RefCond/toa_model_rev。
   • 校验稳定：rho_i < 1，delta_form P95 在阈内，manifest 含全部版本字段。
   • 可回放：提供 baseline@version 与原始块索引；确保 fmt 与分区策略一致。