HDC2021技術分論壇：異構組網如何解決共享資源衝突？
作者：lijie，HarmonyOS軟匯流排領域專家
相信大家對HarmonyOS的「超級終端」比較熟悉了。那麼，您知道超級終端場景下的多種設備在不同環境下是如何組成一個網路的嗎？這些設備之間又是如何解決共享資源衝突的？本期我們就來為您揭曉~
一、分散式業務的通訊挑戰
分散式業務的通訊主要面臨兩大挑戰：
1. 分散式設備通訊的異構情況導致了體驗的瓶頸
基於1+8+N設備的六大智慧場景（智慧家居、智慧出行、智慧辦公、影音娛樂、運動健康、教育關懷），不同場景下設備種類、數量和能力等差異非常大。即使是同類設備，其硬體能力也不同。總結來說，分散式設備存在介質、協議、晶片、環境和場景5個方面的異構，如圖1所示。
圖1 五個異構
- 介質和協議異構：傳輸介質包括藍牙、Wi-Fi和PLC等不同類型。而同一類型的傳輸介質也有區別，比如Wi-Fi分為2.4G和5G兩個頻段。此外，還存在協議的差異，比如Wi-Fi有802.11 a/b/g/n/ac/ax等代際差異。
- 晶片異構：通訊晶片硬體有連接能力、天線、調製解調方式等差異。
- 環境異構：不同的環境，差異非常大。比如家庭環境下，卧室使用客廳的Wi-Fi，訊號需要穿牆；微波爐等設備帶來電磁干擾；鄰居家Wi-Fi設備帶來鄰頻干擾等等。
- 場景異構：業務的使用場景千差萬別，比如影音娛樂、運動出行、辦公商務、教育等，它們的主要業務模型差異很大，對通訊能力的訴求也不同。
上面這些異構，造成業務並發衝突高、互通兼容性問題多、傳輸可靠性難以保障等問題。
2. 傳統的軟體方案造成通訊資源與業務應用耦合
傳統的端端通訊，孤立地使用硬體資源，沒有考慮或者也無法感知存在多設備、多業務的競爭和衝突。進而，傳統的作業系統在軟體實現上將業務與連接直接綁定，應用視角即通訊視角。因此在面臨分散式業務時，就有了先天的缺陷，往往因為連接衝突而無法保障業務體驗，先天限制了分散式業務場景的拓展，割裂了體驗。
二、異構組網介紹
針對分散式業務面臨的異構的現狀，分散式軟匯流排提出了異構組網，目的是在諸多異構的情況下建立統一的管理體系，以便即使在諸多不確定性因素的影響下，也能給分散式業務提供確定性的通訊保障。
圖2 異構組網
分散式軟匯流排基於各種物理介質的通訊特點，以用戶無感的方式使分散式設備之間相互發現並協商，創造出一個局域的端端橫向網路（註：有大網的端雲體系稱為縱向網路），並通過合適的場景化的軟體演算法以極低的功耗保活網路。分散式軟匯流排構建了這個橫向網路之後，就能將諸多分布、孤立的設備組織起來，從系統底層將多設備抽象為一個設備。
然後，分散式軟匯流排從局域空間內通訊空口資源的維度，進行了重要的視角變換：所有的通訊資源都歸屬於分散式軟匯流排的網路，設備之間彼此共享這些通訊資源。這樣的一個視角轉變，解耦了應用與通訊連接的綁定關係，使得從軟體角度去解決共享資源衝突的問題成為可能。而在軟體的世界裡，共享資源衝突的解決方式就有了太多的可行性的方案。
下面我們從三個方面更詳細地介紹異構組網，看看異構組網具體是如何解決共享資源衝突問題的。
1. 通訊資源抽象
在分散式設備間異構情況下，分散式軟匯流排的組網模組構建了分散式業務的通訊能力的管理面，統一管理異構通訊資源。分散式軟匯流排從資源的角度對通訊進行統一的抽象，將每一個通訊資源稱為Lane，將一個分散式設備的資源合集稱為LaneHub。超級終端的所有Lane形成一個共享資源池，由分散式軟匯流排統一管理和調度。
圖3 通訊資源抽象
2. 感知與計算
分散式軟匯流排對所有Lane進行信道級的品質監測，並通過軟體演算法將所有收集起來的情況進行分類，比如競爭集合、強幹擾集合、背景噪音集合等。分散式軟匯流排構建了一套組網智慧測算體系，根據收集到的資訊對信道進行評估。上層業務只需感知網路狀態和調用傳輸API進行傳輸，無需關注底層細節，由分散式匯流排自動分配合理的空口資源（頻率、信道等），保證全局最優。
圖4 感知與計算
3. 調度與均衡
業務使用場景千差萬別，可用頻寬、信道負載、時延、傳輸異常等因素都會影響業務的用戶體驗。分散式軟匯流排建立統一的調度框架，並對具體的業務種類進行傳輸建模。以投屏業務為例：我們對影片流業務，從內容品質、用戶交互體驗、用戶觀看體驗三個方面進行建模，如圖5所示。分散式軟匯流排通過底層鏈路感知、時延感知、隊列感知，聯動業務進行碼率、幀率、快取幀的調整，實現0中斷、0花屏、0卡頓的穩定可靠的業務體驗。
圖5 影片流業務建模
三、結束語
異構組網是一個不斷演進、有生命力的網路，我們持續地增強網路感知能力，並對分散式業務進行精確化的調度，實現通訊資源的合理使用，保障分散式業務體驗，並提升負載能力。
圖6 正向循環
更進一步，分散式軟匯流排基於異構組網建立起了分散式軟時鐘體系。網路感知、軟時鐘、負載均衡以及調度交互，建立起良性的正向循環，不斷提升業務體驗！
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