分布式軟總線是HarmonyOS的關(guān)鍵根技術(shù)之一，也是眾多開發(fā)者們非常關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。通過分布式軟總線，可以將多個(gè)不同類型的設(shè)備按場(chǎng)景連接在一起，形成超級(jí)終端，為消費(fèi)者帶來(lái)全場(chǎng)景新體驗(yàn)。本期，我們就來(lái)聊一聊分布式軟總線，以及其關(guān)鍵技術(shù)——分布式軟時(shí)鐘。

一、分布式軟總線帶來(lái)不一樣體驗(yàn)

我們先來(lái)看看，分布式軟總線能為用戶使用超級(jí)終端帶來(lái)哪些不一樣的體驗(yàn)?zāi)兀?/p>

1. 無(wú)感發(fā)現(xiàn)與連接，讓多個(gè)設(shè)備自動(dòng)組成超級(jí)終端

通過分布式軟總線，可以將同賬號(hào)下的多個(gè)設(shè)備即時(shí)連接到一起。如上面的視頻所示，同一個(gè)賬號(hào)下的多個(gè)設(shè)備在超級(jí)終端的控制中心時(shí)刻都是實(shí)時(shí)在線的。這樣，讓用戶使用由多個(gè)設(shè)備組成的超級(jí)終端，就像操作單個(gè)設(shè)備一樣簡(jiǎn)單。

首次發(fā)現(xiàn)時(shí)，兩個(gè)陌生設(shè)備發(fā)現(xiàn)與連接的時(shí)間降至0.5秒，極大改善了用戶體驗(yàn)。首次連接成功后，下次兩個(gè)設(shè)備就能無(wú)感發(fā)現(xiàn)和連接了。

為達(dá)成“無(wú)感的發(fā)現(xiàn)與連接”體驗(yàn)，我們采取了以下關(guān)鍵措施：

占空比調(diào)整：占空比動(dòng)態(tài)調(diào)速，加速發(fā)現(xiàn)。

優(yōu)先級(jí)控制：基于場(chǎng)景的優(yōu)先級(jí)控制VO、VI、BE、BK。

異構(gòu)混合組網(wǎng)：藍(lán)牙和WiFi混合組網(wǎng)，可信設(shè)備自組網(wǎng)。

設(shè)備信息交換：組網(wǎng)后設(shè)備間信息交換，及時(shí)感知上下線及信息管理。

策略控制：基于場(chǎng)景感知的發(fā)現(xiàn)策略，包括亮滅屏、前后臺(tái)、夜間、運(yùn)動(dòng)等多種場(chǎng)景。

2. 逼近空口速率的傳輸速度，讓GB級(jí)文件秒傳完成

通過華為分享一個(gè)5GB的文件，基本在20秒完成傳送，傳輸速率逼近空口速率。

為達(dá)成“極致數(shù)據(jù)傳輸”體驗(yàn)，我們采取了以下關(guān)鍵措施：

快速喚醒與啟動(dòng)芯片，進(jìn)入高性能模式。

精準(zhǔn)流控算法，調(diào)整傳輸速率。

極簡(jiǎn)協(xié)議支持，傳輸功耗降低10%。

多徑雙路并發(fā)，提升文件傳輸?shù)耐掏履芰Α?/p>

多級(jí)動(dòng)態(tài)緩沖池技術(shù)，合理調(diào)度提升端到端運(yùn)力。

二、分布式系統(tǒng)的新挑戰(zhàn)

分布式軟總線已經(jīng)在發(fā)現(xiàn)與連接、傳輸方面做了很多，有了很大提升。但是隨著分布式系統(tǒng)發(fā)展，接入的設(shè)備越來(lái)越多，分布式軟總線面臨以下兩大新挑戰(zhàn)：

1. 分布式系統(tǒng)里的設(shè)備越多，通信能力要求越高

五大智慧場(chǎng)景的多種設(shè)備接入分布式軟總線，設(shè)備越多，對(duì)分布式軟總線的通信能力要求越高。

分布式軟總線分為任務(wù)總線和數(shù)據(jù)總線。短數(shù)據(jù)（比如控制類指令、短的消息包）通過任務(wù)總線傳輸，文件、媒體流等通過數(shù)據(jù)總線傳輸。對(duì)于媒體流，發(fā)送和接收的兩個(gè)設(shè)備在處理每一幀數(shù)據(jù)的時(shí)候，要嚴(yán)格按照幀率的倒數(shù)做資源供給。

比如，幀率為90，則必須在每1/90（大約11.1）毫秒時(shí)，兩端設(shè)備中的每個(gè)子系統(tǒng)都能恰好處理完，才能使得媒體不出現(xiàn)卡頓和花屏，同時(shí)又能保證兩個(gè)設(shè)備的功耗是最低的，在用戶體驗(yàn)與功耗之間取得最佳且最合理的平衡。

然而每個(gè)設(shè)備的硬件能力可能不同，比如一臺(tái)高端手機(jī)和一臺(tái)低端手機(jī)同時(shí)向一臺(tái)大屏投屏，如何使得各設(shè)備都能恰好按序完成業(yè)務(wù)，其中就需要多設(shè)備間一致的時(shí)鐘。

而每個(gè)設(shè)備有自己的時(shí)鐘，其精度由其本機(jī)所帶晶振決定，就會(huì)非常容易出現(xiàn)因時(shí)鐘精度不一樣而導(dǎo)致時(shí)鐘不同步。時(shí)鐘不一致就可能導(dǎo)致兩端收發(fā)節(jié)奏不一致，容易產(chǎn)生丟包。這時(shí)，在多設(shè)備之間構(gòu)建一套分布式軟時(shí)鐘就非常重要了，它能讓由超級(jí)終端里的多個(gè)設(shè)備保持節(jié)奏一致。

2. 空口資源如何合理、且最大程度的使用

空口資源在使用中擺脫不了多介質(zhì)頻段沖突、隨機(jī)接入競(jìng)爭(zhēng)、同頻競(jìng)爭(zhēng)和鄰頻干擾等。除此之外，隨著手機(jī)上安裝的App和原子化服務(wù)越來(lái)越多，跨端協(xié)同也越來(lái)越多，兩個(gè)設(shè)備之間有多對(duì)應(yīng)用交互。同時(shí)，跨端協(xié)同的設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多。這種情況下，空口資源如何被進(jìn)一步復(fù)用？只靠頻分，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)需求，還需引入時(shí)分復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)空口資源的最大程度使用。提到時(shí)分復(fù)用，那就不得不提分布式軟時(shí)鐘了。

三、什么是分布式軟時(shí)鐘？

從上面分布式系統(tǒng)的兩個(gè)新挑戰(zhàn)可知，多設(shè)備間的時(shí)鐘同步，以及空口資源的時(shí)分復(fù)用都離不開分布式軟時(shí)鐘，它是解決問題的關(guān)鍵鑰匙之一。那么，什么是分布式軟時(shí)鐘呢？

分布式軟時(shí)鐘：以異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以時(shí)間同步方式為超級(jí)終端分布式系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘源，協(xié)調(diào)各設(shè)備業(yè)務(wù)時(shí)鐘，并保持高精度時(shí)鐘進(jìn)行分布式業(yè)務(wù)。

時(shí)鐘同步時(shí)，分布式軟時(shí)鐘需要解決以下問題：

每個(gè)設(shè)備都有自己的獨(dú)立時(shí)鐘源，晶振質(zhì)量決定時(shí)鐘偏移不同。

瞬時(shí)單次測(cè)量要求雙端在線，否則無(wú)法進(jìn)行交換與對(duì)比。

持續(xù)同步將帶來(lái)功耗與通信消耗，如何在精度與成本間平衡。

對(duì)于上述問題，分布式軟時(shí)鐘通過軟件算法來(lái)解決。分布式軟時(shí)鐘的同步算法如下圖所示：

圖3 分布式軟時(shí)鐘的同步算法

圖3中，以P節(jié)點(diǎn)作為基準(zhǔn)的時(shí)鐘源，其他節(jié)點(diǎn)（比如A節(jié)點(diǎn)和B節(jié)點(diǎn)）與P節(jié)點(diǎn)之間，除了本地時(shí)間差異外，還存在時(shí)間漂移和時(shí)鐘頻率差異等。把這些因素考慮在內(nèi)，就能得出各節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)包接收時(shí)間的公式，以及節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)包接收時(shí)間差值。這樣，通過調(diào)整時(shí)間差，就能實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘同步。

四、分布式軟時(shí)鐘的用途

下面我們來(lái)看看分布式軟時(shí)鐘的用途：1. 使更多的設(shè)備可以自動(dòng)組網(wǎng)，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)拓樸管理。引入時(shí)鐘后，時(shí)分復(fù)用讓極少的頻譜資源支持更多設(shè)備的連接成為可能。根據(jù)每個(gè)設(shè)備的特征、賬號(hào)、承載的業(yè)務(wù)等信息，就可以自動(dòng)組裝成一個(gè)超級(jí)終端。比如，音箱與PAD、PC、手機(jī)等自動(dòng)組成樹形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這些設(shè)備都可以連接音箱來(lái)發(fā)聲。同時(shí)，可以將現(xiàn)有BLE的三個(gè)廣播信道基于分布式軟時(shí)鐘的不同時(shí)間戳來(lái)連接不同設(shè)備，使未來(lái)一個(gè)家庭多達(dá)幾百臺(tái)智能家居設(shè)備連接在一起成為可能。

2. 在無(wú)線干擾環(huán)境中發(fā)揮抗干擾作用。

以WiFi 2.4G為例：凡是落在實(shí)線拱門內(nèi)的虛線信道就會(huì)有無(wú)線干擾存在，只有跨拱門的信道之間才沒有干擾，但這樣就使得無(wú)干擾的信道數(shù)是3個(gè)，大大降低了同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)的設(shè)備數(shù)量。

多設(shè)備自動(dòng)組網(wǎng)后，分布式軟總線可以從全視角看到哪些設(shè)備能夠發(fā)生業(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)特征、需要的帶寬、時(shí)延、功耗等，也能從單設(shè)備看到設(shè)備與全局的關(guān)系。這樣，當(dāng)超級(jí)終端中的多對(duì)設(shè)備發(fā)生業(yè)務(wù)時(shí)，就可以通過全視角、單設(shè)備視角為其選擇合適的頻點(diǎn)、頻寬的信道為其工作，再加上分層控制及QoS管理，就使干擾降到最低成為可能。

3. 多設(shè)備業(yè)務(wù)協(xié)同的功耗控制。

如果沒有時(shí)鐘，接入設(shè)備越多，設(shè)備之間需要來(lái)回協(xié)商資源，也就是所謂的退讓機(jī)制，造成資源浪費(fèi)，同時(shí)降低了用戶體驗(yàn)。引入時(shí)鐘之后，通過時(shí)分與頻分復(fù)用，設(shè)備之間無(wú)序的通信變得更加有序。

圖5 時(shí)分與頻分復(fù)

除了以上給出的分布式軟時(shí)鐘常用的場(chǎng)景，隨著業(yè)務(wù)復(fù)雜性越來(lái)越多，分布式軟時(shí)鐘還可以在更多場(chǎng)景中發(fā)揮更多的作用。比如多設(shè)備所帶傳感器信號(hào)的采集，分布式軟時(shí)鐘就可以使得不同傳感器上時(shí)鐘保持一致，以便于更好理解用戶意圖，為用戶提供更加智能與貼心的服務(wù)，讓用戶的生活與工作更加便利與簡(jiǎn)單。

五、結(jié)束語(yǔ)

圖6為分布式軟時(shí)鐘的演進(jìn)路徑。基于窗口協(xié)同，分布式軟時(shí)鐘精度可以達(dá)到1ms；基于分布式軟時(shí)鐘算法與傳輸層協(xié)同，分布式軟時(shí)鐘精度可以達(dá)到500us；基于分布式軟時(shí)鐘算法與傳輸層及物理層協(xié)同，分布式軟時(shí)鐘精度小于300us。同時(shí)，隨著不同設(shè)備屬性不同，所承載業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳煌?，其所需要的時(shí)鐘不同，將引入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘，為業(yè)務(wù)提供更加精準(zhǔn)的時(shí)鐘。

我們不斷在算法和干擾抑制方面進(jìn)行探索，逐步提升分布式軟時(shí)鐘的精度，讓分布式體驗(yàn)越來(lái)越好！

責(zé)任編輯：haq