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作者：lishijun，HarmonyOS 解决方案首席技术专家 & 软总线首席架构师
分布式软总线是 HarmonyOS 的要害根技术之一，也是泛滥开发者们十分关注的一项技术。通过分布式软总线，能够将多个不同类型的设施按场景连贯在一起，造成超级终端，为消费者带来全场景新体验。本期，咱们就来聊一聊分布式软总线，以及其关键技术——分布式软时钟。
一、分布式软总线带来不一样体验
咱们先来看看，分布式软总线能为用户应用超级终端带来哪些不一样的体验呢？
- 无感发现与连贯，让多个设施主动组成超级终端
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通过分布式软总线，能够将同账号下的多个设施即时连贯到一起。如下面的视频所示，同一个账号下的多个设施在超级终端的控制中心时刻都是实时在线的。这样，让用户应用由多个设施组成的超级终端，就像操作单个设施一样简略。
首次发现时，两个生疏设施发现与连贯的工夫降至 0.5 秒，极大改善了用户体验。首次连贯胜利后，下次两个设施就能无感发现和连贯了。
为达成“无感的发现与连贯”体验，咱们采取了以下要害措施：
占空比调整：占空比动静调速，减速发现。
优先级管制：基于场景的优先级管制 VO、VI、BE、BK。
异构混合组网：蓝牙和 WiFi 混合组网，可信设施自组网。
设施信息替换：组网后设施间信息替换，及时感知高低线及信息管理。
策略管制：基于场景感知的发现策略，包含亮灭屏、前后台、夜间、静止等多种场景。
- 迫近空口速率的传输速度，让 GB 级文件秒传实现
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以上视频中，通过华为分享一个 5GB 的文件，根本在 20 秒实现传送，传输速率迫近空口速率。
为达成“极致数据传输”体验，咱们采取了以下要害措施：
疾速唤醒与启动芯片，进入高性能模式。
精准流控算法，调整传输速率。
极简协定反对，传输功耗升高 10%。
多径双路并发，晋升文件传输的吞吐能力。
多级动静缓冲池技术，正当调度晋升端到端运力。
二、分布式系统的新挑战
分布式软总线曾经在发现与连贯、传输方面做了很多，有了很大晋升。然而随着分布式系统倒退，接入的设施越来越多，分布式软总线面临以下两大新挑战：
- 分布式系统里的设施越多，通信能力要求越高
图 1 分布式软总线
如上图所示，五大智慧场景的多种设施接入分布式软总线，设施越多，对分布式软总线的通信能力要求越高。
分布式软总线分为工作总线和数据总线。短数据（比方管制类指令、短的音讯包）通过工作总线传输，文件、媒体流等通过数据总线传输。对于媒体流，发送和接管的两个设施在解决每一帧数据的时候，要严格依照帧率的倒数做资源供应。
比方，帧率为 90，则必须在每 1 /90（大概 11.1）毫秒时，两端设施中的每个子系统都能恰好解决完，能力使得媒体不呈现卡顿和花屏，同时又能保障两个设施的功耗是最低的，在用户体验与功耗之间获得最佳且最正当的均衡。
然而每个设施的硬件能力可能不同，比方一台高端手机和一台低端手机同时向一台大屏投屏，如何使得各设施都能恰好按序实现业务，其中就须要多设施间统一的时钟。
而每个设施有本人的时钟，其精度由其本机所带晶振决定，就会非常容易呈现因时钟精度不一样而导致时钟不同步。时钟不统一就可能导致两端收发节奏不统一，容易产生丢包。这时，在多设施之间构建一套分布式软时钟就十分重要了，它能让由超级终端里的多个设施放弃节奏统一。
- 空口资源如何正当、且最大水平的应用
图 2 空口资源
空口资源在应用中解脱不了多介质频段抵触、随机接入竞争、同频竞争和邻频烦扰等。除此之外，随着手机上安装的 App 和原子化服务越来越多，跨端协同也越来越多，两个设施之间有多对利用交互。同时，跨端协同的设施数量越来越多。这种状况下，空口资源如何被进一步复用？只靠频分，无奈满足业务需要，还需引入时分复用来实现空口资源的最大水平应用。提到时分复用，那就不得不提分布式软时钟了。
三、什么是分布式软时钟？
从下面分布式系统的两个新挑战可知，多设施间的时钟同步，以及空口资源的时分复用都离不开分布式软时钟，它是解决问题的要害钥匙之一。那么，什么是分布式软时钟呢？
分布式软时钟：以异构网络拓扑与构造为根底，以工夫同步形式为超级终端分布式系统构建一个对立的时钟源，协调各设施业务时钟，并放弃高精度时钟进行分布式业务。
时钟同步时，分布式软时钟须要解决以下问题：
每个设施都有本人的独立时钟源，晶振品质决定时钟偏移不同。
刹时单次测量要求双端在线，否则无奈进行替换与比照。
继续同步将带来功耗与通信耗费，如何在精度与老本间均衡。
对于上述问题，分布式软时钟通过软件算法来解决。分布式软时钟的同步算法如下图所示：
图 3 分布式软时钟的同步算法
图 3 中，以 P 节点作为基准的时钟源，其余节点（比方 A 节点和 B 节点）与 P 节点之间，除了本地工夫差别外，还存在工夫漂移和时钟频率差别等。把这些因素思考在内，就能得出各节点上数据包接管工夫的公式，以及节点之间的数据包接管工夫差值。这样，通过调整时间差，就能实现多节点之间的时钟同步。
四、分布式软时钟的用处
上面咱们来看看分布式软时钟的用处：
- 使更多的设施能够主动组网，并进行动静拓朴治理。
引入时钟后，时分复用让极少的频谱资源反对更多设施的连贯成为可能。依据每个设施的特色、账号、承载的业务等信息，就能够主动组装成一个超级终端。比方，音箱与 PAD、PC、手机等主动组成树形的拓扑构造，这些设施都能够连贯音箱来发声。同时，能够将现有 BLE 的三个播送信道基于分布式软时钟的不同工夫戳来连贯不同设施，使将来一个家庭多达几百台智能家居设施连贯在一起成为可能。
- 在无线烦扰环境中施展抗干扰作用。
以 WiFi 2.4G 为例：但凡落在实线拱门内的虚线信道就会有无线烦扰存在，只有跨拱门的信道之间才没有烦扰，但这样就使得无烦扰的信道数是 3 个，大大降低了同时进行业务的设施数量。
图 4 WiFi 2.4G
多设施主动组网后，分布式软总线能够从全视角看到哪些设施可能产生业务、业务特色、须要的带宽、时延、功耗等，也能从单设施看到设施与全局的关系。这样，当超级终端中的多对设施产生业务时，就能够通过全视角、单设施视角为其抉择适合的频点、频宽的信道为其工作，再加上分层管制及 QoS 治理，就使烦扰降到最低成为可能。
- 多设施业务协同的功耗管制。
如果没有时钟，接入设施越多，设施之间须要来回协商资源，也就是所谓的让步机制，造成资源节约，同时升高了用户体验。引入时钟之后，通过时候与频分复用，设施之间无序的通信变得更加有序。
图 5 时候与频分复用
除了以上给出的分布式软时钟罕用的场景，随着业务复杂性越来越多，分布式软时钟还能够在更多场景中施展更多的作用。比方多设施所带传感器信号的采集，分布式软时钟就能够使得不同传感器上时钟保持一致，以便于更好了解用户用意，为用户提供更加智能与贴心的服务，让用户的生存与工作更加便当与简略。
五、结束语
图 6 为分布式软时钟的演进门路。基于窗口协同，分布式软时钟精度能够达到 1ms；基于分布式软时钟算法与传输层协同，分布式软时钟精度能够达到 500us；基于分布式软时钟算法与传输层及物理层协同，分布式软时钟精度小于 300us。同时，随着不同设施属性不同，所承载业务的网络拓扑不同，其所须要的时钟不同，将引入简单网络时钟，为业务提供更加精准的时钟。
图 6 分布式软时钟的演进
咱们一直在算法和烦扰克制方面进行摸索，逐渐晋升分布式软时钟的精度，让分布式体验越来越好！