剖析HarmonyOS低时延高可靠消息传输原理

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。

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：

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！

本文作者：zhangkesi，华为软件架构设计工程师

编辑：jq