分布式軟總線是HarmonyOS的關鍵根技術之一，也是眾多開發(fā)者們非常關注的一項技術。通過分布式軟總線，可以將多個不同類型的設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，以及其關鍵技術——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呢？

1. 無感發(fā)現(xiàn)與連接，讓多個設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備組成的超級終端，就像操作單個設備一樣簡單。

首次發(fā)現(xiàn)時，兩個陌生設備發(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。

異構混合組網(wǎng)：藍牙和WiFi混合組網(wǎng)，可信設備自組網(wǎng)。

設備信息交換：組網(wǎng)后設備間信息交換，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，我們采取了以下關鍵措施：

快速喚醒與啟動芯片，進入高性能模式。

精準流控算法，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，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)里的設備越多，通信能力要求越高

五大智慧場景的多種設備接入分布式軟總線，設備越多，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)送和接收的兩個設備在處理每一幀數(shù)據(jù)的時候，要嚴格按照幀率的倒數(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，如何使得各設備都能恰好按序完成業(yè)務，其中就需要多設備間一致的時鐘。

而每個設備有自己的時鐘，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致時鐘不同步。時鐘不一致就可能導致兩端收發(fā)節(jié)奏不一致，容易產(chǎn)生丟包。這時，在多設備之間構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和原子化服務越來越多，跨端協(xié)同也越來越多，兩個設備之間有多對應用交互。同時，跨端協(xié)同的設備數(shù)量越來越多。這種情況下，空口資源如何被進一步復用？只靠頻分，無法滿足業(yè)務需求，還需引入時分復用來實現(xiàn)空口資源的最大程度使用。提到時分復用，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，多設備間的時鐘同步，以及空口資源的時分復用都離不開分布式軟時鐘，它是解決問題的關鍵鑰匙之一。那么，什么是分布式軟時鐘呢？

分布式軟時鐘：以異構網(wǎng)絡拓撲與結構為基礎，以時間同步方式為超級終端分布式系統(tǒng)構建一個統(tǒng)一的時鐘源，協(xié)調(diào)各設備業(yè)務時鐘，并保持高精度時鐘進行分布式業(yè)務。

時鐘同步時，分布式軟時鐘需要解決以下問題：

每個設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，時分復用讓極少的頻譜資源支持更多設備的連接成為可能。根據(jù)每個設備的特征、賬號、承載的業(yè)務等信息，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構，這些設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備，使未來一個家庭多達幾百臺智能家居設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)務的設備數(shù)量。

多設備自動組網(wǎng)后，分布式軟總線可以從全視角看到哪些設備能夠發(fā)生業(yè)務、業(yè)務特征、需要的帶寬、時延、功耗等，也能從單設備看到設備與全局的關系。這樣，當超級終端中的多對設備發(fā)生業(yè)務時，就可以通過全視角、單設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. 多設備業(yè)務協(xié)同的功耗控制。

如果沒有時鐘，接入設備越多，設備之間需要來回協(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，通過時分與頻分復用，設備之間無序的通信變得更加有序。

圖5 時分與頻分復

除了以上給出的分布式軟時鐘常用的場景，隨著業(yè)務復雜性越來越多，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，讓用戶的生活與工作更加便利與簡單。

五、結束語

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，隨著不同設備屬性不同，所承載業(yè)務的網(wǎng)絡拓撲不同，其所需要的時鐘不同，將引入復雜網(wǎng)絡時鐘，為業(yè)務提供更加精準的時鐘。

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！

責任編輯：haq