第三届大会回顾第1期 OpenHarmony下一代通信互联技术演进以及通途极简协议构建策略-电子发烧友网

演讲嘉宾 | 李杰

回顾整理 | 廖涛

排版校对 | 宋夕明

嘉宾介绍

李杰，通信互联TSG主任，华为OpenHarmony网络协议首席架构师，终端通信领域专家，负责OpenHarmony/HarmonyOS网络协议系统与架构设计。

正文内容

万物智联场景下，OpenHarmony赋能千行百业设备互联互通面临着诸多挑战，如无线高抖动、终端平台能力差异、功耗约束等。同时，无线通信标准也正在不断地向更高带宽、极致低时延、高可靠等方向演进和革新。针对上述挑战和趋势，OpenHarmony通信互联技术将如何发展？OpenHarmony通信互联TSG主任、华为OpenHarmony网络协议首席架构师李杰在第三届OpenHarmony技术大会上进行了精彩分享。

与传统互联模式相比，全场景互联在通信对象和通信环境上都发生了较大的变化。在传统互联模式中，单一业务的通信对象经过两个设备点对点通信即可完成，而全场景互联往往是各种不同类型的多设备间通信。同时，由于端侧设备的异构性，传统的CPU单一算力也逐渐向CPU、微核、DPU等异构算力演进，这对通信的带宽、时延以及可靠性等都提出了更高的要求。

当前5G/Wi-Fi等无线技术快速发展，为终端设备之间数据交换提供了千兆级高带宽能力以及更低时延的通信能力。例如，Wi-Fi随着802.11标准演进，传输速率越来越高，Wi-Fi7最高速率可以达到46Gbps+；5G URLLC实现了毫米波频段1ms的通信时延；星闪SLE也从物理链路层定义了更低时延的交互方式等。然而，随着传输速率的提升，网络IO占比CPU开销增大。当吞吐超过200Mbps，手机单核CPU利用率超过100%。

此外，无线通信技术发展历程表明，依靠堆砌无线信道资源提升无线通信体验已经进入瓶颈期，Wi-Fi7、星闪等无线标准演进方向，已经从强调分布式的场景，逐渐变成了强调中心式，高密度，优化资源分配。在这种模式下，高可靠的通信质量显得尤为重要。

通信协议在通信互联中起着至关重要的作用，它确保了数据能够在不同设备和系统之间可靠、高效地传输。那么，在新的场景中，协议栈如何匹配无线标准向大带宽方向发展的趋势，克服CPU处理网络IO瓶颈问题；如何充分结合底层能力，联合优化端到端交互时延；又如何充分发挥底层同步帧能力，通过应用感知的协同调度提升用户体验？

针对上述挑战和问题，OpenHarmony通信互联TSG提出了“通途极简协议”解决方案。通途极简协议的整体架构包括上层的管控面和数据面，中层的统一事务层，以及下层的极简传输协议。其中，管控面负责信令的传输和控制，包含极简发现、无连接组网、信令同步等；数据面负责实际用户数据的传输，包含极简RPC、文件、消息以及流等；统一事务层则将上层业务和底层的传输通道抽象成一个个事务，在该层上进行统一的传输控制、多径调度、路由选择等工作。

通途极简协议有以下几个关键设计：

一、多元化协议与算法，智能感知与决策。模块化协议设计，根据应用需求和网络类型设计最优算法；实时感知应用运行时状态，智能决策协议算法/参数，合理配置无线网络资源。

二、协议层级融合。在协议封装上，将五层协议精简为一层；在流程上，多层协议流程打通，简化协议的逻辑；在代码上，避免层间调用和工程开销。通过协议层级融合，能够提升整体带宽利用率。跨端和端边通信都可以考虑这种极简思路。

三、TAME ACK：提升大数据量传输无线空口带宽利用率。MAC层已经有ACK，针对MSDU逐包确认；传输层ACK占用无线带宽20%+。因此，针对大带宽传输场景，传输层结合MAC ACK事件，减少端到端ACK包数量，从而有效提高带宽利用率。

四、Wireless CC：提升小数据量传输以及无线抖动环境下带宽利用率。传统TCP慢启动和拥塞避免不能充分利用无线网络空口；基于RTT计算发送窗口，在近场环境RTT并不够精准。Wireless CC可以提供快速的启动，利用WIFI物理层信道信息，快速爬坡达到峰值速率；同时，也可以提供精准的流量控制，联合WIFI物理层信息与传输层拥塞控制，精准及时进行速率调整和拥塞避免，并感知应用传输单元，burst发送，增加底层MPDU传输聚合率，提升带宽利用率。

五、极致低时延：缩短协议处理及调度开销，软硬协同实现端到端时延降低。在降低软件处理时延上，通途极简协议精简了协议处理的流程，缩短了协议路径；在降低线程调度时延上，通途极简协议减少了收发侧线程调度；在降低芯片处理时延上，通途极简协议可以感知设备与业务状态，使芯片按需预热。

六、W-RDMA：基于内存语义传输协议。RDMA远程直接内存访问（remote direct memory access）是一种绕过远程主机操作系统内核访问其内存中数据的技术，在大规模并行计算场景中得到了广泛应用。通途极简协议基于RDMA技术，能够节省CPU资源，同时提高系统吞吐量，降低系统的网络通信延迟。