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)注的一項技術(shù)。通過分布式軟總線，可以將多個不同類型的設(shè)備按場景連接在一起，形成超級終端，為消費者帶來全場景新體驗。本期，我們就來聊一聊分布式軟總線，以及其關(guān)鍵技術(shù)——分布式軟時鐘。

一、分布式軟總線帶來不一樣體驗

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

1. 無感發(fā)現(xiàn)與連接，讓多個設(shè)備自動組成超級終端

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

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

為達成“無感的發(fā)現(xiàn)與連接”體驗，我們采取了以下關(guān)鍵措施：

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

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

異構(gòu)混合組網(wǎng)：藍牙和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，及時感知上下線及信息管理。

策略控制：基于場景感知的發(fā)現(xiàn)策略，包括亮滅屏、前后臺、夜間、運動等多種場景。

2. 逼近空口速率的傳輸速度，讓GB級文件秒傳完成

通過華為分享一個5GB的文件，基本在20秒完成傳送，傳輸速率逼近空口速率。

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

快速喚醒與啟動芯片，進入高性能模式。

精準(zhǔn)流控算法，調(diào)整傳輸速率。

極簡協(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>

多級動態(tài)緩沖池技術(shù)，合理調(diào)度提升端到端運力。

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

五大智慧場景的多種設(shè)備接入分布式軟總線，設(shè)備越多，對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。對于媒體流，發(fā)送和接收的兩個設(shè)備在處理每一幀數(shù)據(jù)的時候，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，兩端設(shè)備中的每個子系統(tǒng)都能恰好處理完，才能使得媒體不出現(xiàn)卡頓和花屏，同時又能保證兩個設(shè)備的功耗是最低的，在用戶體驗與功耗之間取得最佳且最合理的平衡。

然而每個設(shè)備的硬件能力可能不同，比如一臺高端手機和一臺低端手機同時向一臺大屏投屏，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)備間一致的時鐘。

而每個設(shè)備有自己的時鐘，其精度由其本機所帶晶振決定，就會非常容易出現(xiàn)因時鐘精度不一樣而導(dǎo)致時鐘不同步。時鐘不一致就可能導(dǎo)致兩端收發(fā)節(jié)奏不一致，容易產(chǎn)生丟包。這時，在多設(shè)備之間構(gòu)建一套分布式軟時鐘就非常重要了，它能讓由超級終端里的多個設(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、隨機接入競爭、同頻競爭和鄰頻干擾等。除此之外，隨著手機上安裝的App和原子化服務(wù)越來越多，跨端協(xié)同也越來越多，兩個設(shè)備之間有多對應(yīng)用交互。同時，跨端協(xié)同的設(shè)備數(shù)量越來越多。這種情況下，空口資源如何被進一步復(fù)用？只靠頻分，無法滿足業(yè)務(wù)需求，還需引入時分復(fù)用來實現(xiàn)空口資源的最大程度使用。提到時分復(fù)用，那就不得不提分布式軟時鐘了。

三、什么是分布式軟時鐘？

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

分布式軟時鐘：以異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓撲與結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以時間同步方式為超級終端分布式系統(tǒng)構(gòu)建一個統(tǒng)一的時鐘源，協(xié)調(diào)各設(shè)備業(yè)務(wù)時鐘，并保持高精度時鐘進行分布式業(yè)務(wù)。

時鐘同步時，分布式軟時鐘需要解決以下問題：

每個設(shè)備都有自己的獨立時鐘源，晶振質(zhì)量決定時鐘偏移不同。

瞬時單次測量要求雙端在線，否則無法進行交換與對比。

持續(xù)同步將帶來功耗與通信消耗，如何在精度與成本間平衡。

對于上述問題，分布式軟時鐘通過軟件算法來解決。分布式軟時鐘的同步算法如下圖所示：

圖3 分布式軟時鐘的同步算法

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

四、分布式軟時鐘的用途

下面我們來看看分布式軟時鐘的用途：1. 使更多的設(shè)備可以自動組網(wǎng)，并進行動態(tài)拓樸管理。引入時鐘后，時分復(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)每個設(shè)備的特征、賬號、承載的業(yè)務(wù)等信息，就可以自動組裝成一個超級終端。比如，音箱與PAD、PC、手機等自動組成樹形的拓撲結(jié)構(gòu)，這些設(shè)備都可以連接音箱來發(fā)聲。同時，可以將現(xiàn)有BLE的三個廣播信道基于分布式軟時鐘的不同時間戳來連接不同設(shè)備，使未來一個家庭多達幾百臺智能家居設(shè)備連接在一起成為可能。

2. 在無線干擾環(huán)境中發(fā)揮抗干擾作用。

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

多設(shè)備自動組網(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)超級終端中的多對設(shè)備發(fā)生業(yè)務(wù)時，就可以通過全視角、單設(shè)備視角為其選擇合適的頻點、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。

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

圖5 時分與頻分復(fù)

除了以上給出的分布式軟時鐘常用的場景，隨著業(yè)務(wù)復(fù)雜性越來越多，分布式軟時鐘還可以在更多場景中發(fā)揮更多的作用。比如多設(shè)備所帶傳感器信號的采集，分布式軟時鐘就可以使得不同傳感器上時鐘保持一致，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單。

五、結(jié)束語

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

我們不斷在算法和干擾抑制方面進行探索，逐步提升分布式軟時鐘的精度，讓分布式體驗越來越好！

責(zé)任編輯：haq