华为架构师解读:HarmonyOS低时延高可靠消息传输原理 精华

发布于 2021-4-29 01:10
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这是一篇HarmonyOS低时延高可靠消息传输原理的介绍,希望对你有所帮助。

 

01 一个近场通信的例子

 

1.1 全场景智慧生活的典型问题

 

在全场景智慧生活当中,设备种类和数量越来越多,各种富设备(如智慧屏、PC、PAD、音箱)以及各种瘦设备(如IOT的智能门锁、摄像头、智能灯、智能窗帘)的近场通信方式各不相同,有wifi、蓝牙、NFC、usb、zigbee等。

 

在这么多种近场通信方式选择上,如何让这些设备便捷、高效地通信,从而实现上层应用无需考虑设备差异,就如同使用“一个设备”一样,流畅地使用多个设备的能力,是全场景智慧生活中面临的一个典型问题。HarmonyOS分布式软总线为这个问题提供了可靠的解决方案,并通过简单的API接口向开发者开放出来。

 

1.2 如何保障控制消息(Message)低时延高可靠

 

下图是一个家庭场景中典型的富瘦设备的组网图,主要包含两类业务,黑色线条的上网业务,红色线条的近场业务。横向的近场通信业务的物理通道,比纵向的上网业务的物理通道种类更多,带宽也不同,HarmonyOS分布式软总线完全屏蔽了底层通信的差异,让上层应用通过使用几个简单的软总线接口,就像使用本地接口一样,轻松实现多设备间高速通信。


华为架构师解读:HarmonyOS低时延高可靠消息传输原理-开源基础软件社区图1

 

举个例子,将手机上的游戏App的操作界面投屏到PAD上,如何实现在PAD上进行手机上游戏APP的控制如在手机上控制一样的流畅?其中,使用软总线的SendMessage接口完成PAD到手机的反控操作(华为Cast+技术)Message的无延迟传输,起到了一个关键的作用。具体实现如下:


前提条件:

1、  手机、PAD均搭载了HarmonyOS,具备分布式软总线能力

2、  手机已经把游戏APP的操作界面投屏到PAD上


过程描述:

1、  手机首先使用软总线的发现能力发现PAD设备,并把手机上游戏APP的操作界面投屏到PAD。

2、  因为游戏APP本身在手机上,所以在PAD上操作手机游戏APP,就是从PAD到手机的“反控操作”,即PAD上控制消息Message反馈到手机上执行,PAD和手机之间需要通过软总线建立控制通道。软总线要选择最优传输通道,并保障该通道上的数据得到高优先级的传输。

3、  PAD调用SendMessage接口把控制消息Message反馈给手机。

4、  手机收到PAD的反控消息并执行,并把执行后的结果再反馈到PAD上。整个过程的时延要求在百毫秒级。


上面描述的过程看似简单,实际上底层通信使用到了HarmonyOS分布式软总线的发现、连接和传输的能力。本次不讲发现和连接的技术点,仅对传输的实现原理进行解释。

 

02 近场Message/Byte传输实现原理

 

2.1 实现过程描述


HarmonyOS分布式软总线提供了两个接口,分别用于近场通信场景下长短消息的传输,分别是SendMessage和SendByte,实现原理相同,如下图所示:

华为架构师解读:HarmonyOS低时延高可靠消息传输原理-开源基础软件社区图2

 

图中APP X统一代表不同的上层应用App。具体过程描述:

 

1)设备A和设备B的APP X会在初始化阶段向软总线注册回调通知接口,用于在传输通道打开、数据接收后通知到APP X


2)设备A的APP X要向设备B上的APP X发送消息,设备A的APP X首先把设备B的设备ID信息、以及标识APP X的信息传递给软总线,请求一个传输通道。


3)软总线要根据当前两个设备已有的物理通道种类(BR/BLE/WIFI2.4/Wifi 5G/P2P),以及物理通道的负载和设备的状态,决策选择一个最优的传输通道的底层连接,同时完成传输层的连接建立,和传输标识的内核态到用户态的映射,最后把传输通道标识传递到两个设备的上层APP X。


4)设备A的APP X拿到通道标识后再调用SendMessage/SendByte接口和设备B的APP X进行通信。设备B的APP X也可以使用相同的方法和设备A进行通信。


5)传输结束后,设备A的APP X可以调用关闭传输接口完成传输通道资源的释放。
 
2.2 Message/Byte传输注意事项

 

1)Message类型主要用于低时延、高可靠业务,比如游戏的控制命令、IoT设备的开关(灯的开关、门窗的开关)等等,数据量最大不超过4KB。

 

2)SendMessage对Message类型消息的传输,HarmonyOS软总线在底层实现按照最高优先级进行传输,例如空口使用最高优先级VO队列。因此在实际使用中,为了获得更低的时延,最好是一帧数据就能把Message消息发送完成。比如1.5KB大小,保证空口一帧就发送完成,减少空口的资源竞争和退避带来的时延开销。


3)Byte类型主要用于传输比Message类型消息大,时延要求没那么高的业务。比如传输一个图片的缩略图。通常最大不超过4M大小。具体大小取决于设备的内存大小,有些设备内存小,则其Byte类型消息不会超过4M。 


4)SendByte除了用于时延要求不高的基本业务数据传输外,也可以用于探测网络端与端之间的时延,比如探测当前网络传输1MB数据需要多少时间。


5)在支持多种物理链路的情况下,不建议上层应用指定具体的物理链路,让HarmonyOS系统自动选择,系统会根据当前的网络情况选择最优的传输通道。


6)传输的回调接口,不要有阻塞性动作,特别是对于持续性的传输,如果在回调中有阻塞性动作,会导致传输性能下降。
 
 
本次为大家简单介绍HarmonyOS Message/Byte类型消息的底层传输原理,这两个都是数据量比较小(Byte/M)且非持续性的消息传输,对于规格比较大(G)且有持续性传输要求的File和Stream类型数据传输,会在后续技术解析文章中进行讲解,敬请期待!

已于2021-4-29 09:50:08修改
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