光模块的速率模式切换方法及光模块与流程

1.本技术涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块的速率模式切换方法及光模块。


背景技术：

2.在接入网通信系统中，由光线路终端与光网络单元之间建立相互的光连接，以实现数据通信。具体地，光线路终端中具有第一光模块，光网络单元中具有接收端光模块，第一光模块与接收端光模块之间建立光连接；光线路终端通过第一光模块向接收端光模块发送光信号，实现光线路终端向光网络单元发送数据；光线路终端通过第一光模块接收来自接收端光模块的光信号，实现光线路终端接收来自光网络单元的数据。
3.进一步的，随着网络速率的提升，光模块进行万兆以上速率传输时，信号质量将明显下降；为了保证信号质量，光模块中采用cdr(clock and data recovery，时钟数据恢复)芯片对传送的电信号进行整形恢复处理。然而，当网络环境涉及到多种传输协议时，无源光网络中传输的信号的速率范围会很宽；速率范围可能包括：从低于8.5gb/s到11.7gb/s。而信号频率往往是随着信号速率的改变而改变；也就是说，速率低的信号通常频率也较低，速率高的信号其频率会较高。而cdr芯片在光模块初始上电后通常固定为一个预先设定的速率模式上；导致cdr芯片对超出该预先设定的速率模式处理能力范围外的速率的信号不能进行锁定，也就无法对这些信号进行整形。因此，目前常用的做法是，按照sff-8472协议定义，光模块关闭cdr芯片，以适应低速率工作模式，如10gbps。
4.因此，为实现上述通信系统中光网络单元侧的光模块的控制，目前常用的控制方式为在光线路终端侧及光网络单元侧是搭建一个专用来控制光网络单元侧的光通路。当光网络单元侧的控制设备接收到指令后，操作光网络单元侧的光模块。但是，该方式需要专门设置控制设备。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本实施例提供了一种光模块的速率模式切换方法及光模块。
6.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种光模块的速率模式切换方法，可以应用于但并不限于光线路终端侧的光模块，该方法主要包括：
7.发送第一光信号，其中，所述第一光信号为在高频信号上叠加有低频消息通道信号的信号，所述高频信号为正常业务信号，所述低频消息通道信号用于指示所述第一光信号接收端的光模块调整其内部时钟数据恢复芯片的速率模式；
8.接收所述接收端的光模块发出的第二光信号；
9.判断从所述第二光信号解调出的低频消息通道信号是否为指示所述接收端的光模块完成时钟数据恢复芯片速率模式切换的信号；
10.如果为指示所述接收端的光模块完成时钟数据恢复芯片速率模式切换的信号，则将速率模式调整标志位设置为第一预设值。
11.根据本技术实施例的第二方面，提供了一种光模块，所述光模块包括光发送组件、印制电路板、以及设置在所述印制电路板上的mcu，其中：
12.所述mcu中设有可以执行如本技术实施例第一方面所述的方法；
13.所述光发送组件通过印制电路板与mcu连接，所述mcu可以控制光发送组件发送加载有低频信息通道信号的光信号。
14.由上述实施例可见，本技术实施例提供的光模块的速率模式切换方法及光模块，通过在正常业务信号上加载指示接收端的光模块调整其内部时钟数据恢复芯片的速率模式的低频信号。这样，接收端的光模块接收到该光信号后，从该光信号中解调出低频信号，并按照低频信号的指示进行时钟数据恢复芯片速率模式，然后通过低频消息通道回传完成时钟数据恢复芯片速率模式的信号，以告知其已完成速率模式的切换。本技术实施例在正常业务信号基础上加载低频信号，增加消息通道的功能，进而在不影响正常的业务通信功能的基础上完成光模块的速率模式切换工作，并且无需额外设置控制设备便可以实现远端光模块的速率模式切换工作，简单且高效。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为光通信终端连接关系示意图；
17.图2为光网络单元结构示意图；
18.图3为本技术实施例中提供的一种光模块的结构示意图；
19.图4为本技术实施例中提供的一种光模块的分解结构示意图；
20.图5为本技术实施例提供的光模块的速率模式切换方法的基本流程示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.光纤通信的核心环节之一是光电信号的转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导中传输，利用光在光纤中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输。而计算机等信息处理设备采用的是电信号，这就需要在信号传输过程中实现电信号与光信号的相互转换。
23.光模块在光纤通信技术领域中实现上述光电转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、i2c信号、传输数据信号以及接地等，金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的标准方式，以此为基础，电路板是大部分光模块中必备的技术特征。
24.图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络单元100、光模块200、光纤101及网线103；
25.光纤的一端连接远端服务器，网线的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤与网线的连接完成；而光纤与网线之间的连接由具有光模块的光网络单元完成。
26.光模块200的光口与光纤101连接，与光纤建立双向的光信号连接；光模块200的电口接入光网络单元100中，与光网络单元建立双向的电信号连接；光模块实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络单元之间建立连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络单元100中，来自光网络单元100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。光模块200是实现光电信号相互转换的工具，不具有处理数据的功能，在上述光电转换过程中，信息并未发生变化。
27.光网络单元具有光模块接口102，用于接入光模块，与光模块建立双向的电信号连接；光网络单元具有网线接口104，用于接入网线，与网线建立双向的电信号连接；光模块与网线之间通过光网络单元建立连接，具体地，光网络单元将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络单元作为光模块的上位机监控光模块的工作。
28.至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络单元及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。
29.常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络单元是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。
30.图2为光网络单元结构示意图。如图2所示，在光网络单元100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106中设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起结构。
31.光模块200插入光网络单元中，具体为光模块的电口插入笼子106中的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。
32.笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量通过光模块壳体传导给笼子，最终通过笼子上的散热器107进行扩散。
33.图3为本技术实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本实施例提供光模块200的分解结构示意图。如图3和图4所示，本技术实施例提供的光模块200包括上壳体201、下管壳202、解锁手柄203、电路板30、光发射组件40和光接收组件50。
34.上壳体201盖合在下管壳202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下管壳包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下管壳上。
35.两个开口具体可以是位于光模块同一端的两处开口(204、205)，也可以是在光模块不同端的的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络单元等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光发射组件40和光接收组件50；电路板30、光发射组件40和光接收组件50等光电器件位于包裹腔体中。
36.采用上壳体、下管壳结合的装配方式，便于将电路板30、光发射组件40和光接收组件50等器件安装到壳体中，由上壳体、下管壳形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下管壳一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。
37.解锁手柄203位于包裹腔体/下管壳202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。
38.解锁手柄203具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁手柄的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁手柄，解锁手柄的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。
39.电路板30上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、mos管)及芯片(如微处理器mcu2045、激光驱动芯片、限幅放大器、时钟数据恢复cdr、电源管理芯片、数据处理芯片dsp)等。
40.电路板30通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。
41.电路板30一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光发射组件40和光接收组件50位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。
42.部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。
43.光发射组件40和光接收组件50，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。本实施例中的光发射组件40采用壳体封装，电路板30伸入光发射组件40的壳体内，并通过金属材质的打线与壳体内的元器件实现电连接、例如通过金线实现电连接。当然，在其它实施例中，光发射组件40还可以采用非气密方式封装。
44.进一步的，该光模块在工作过程中，本实施例设置其可以根据来自光线路终端的数据电信号发出相对高频的数据光信号，以保持光线路终端原有的对外数据传输业务，同时，该光模块还根据非数据电信号(即不是用于正常传输业务的信号)发出相对低频的操控光信号，以向对端的光模块发出操控信息，实现在不打断正常业务的同时向远端系统传递操控数据，以使对端的光模块进行速率模式的调整。
45.由于该光模块及对端的光模块均采用一根光纤对外连接，所以数据光信号及操控光信号混合在同一束光中，以采用同一根光纤传输，为了对不同信号进行区分，本实施例设置数据光信号与操控光信号具有不同的频率。在其实现方式上,可以通过对光模块中的微处理器、光发射组件和光接收组件的设置，控制光发射组件在其发出的高频信号(数据光信号)上叠加有低频调制信号(操控光信号)，本实施例称低频调制信号为低频消息通道。例如，在10gbps或25gbps信号上叠加低频调制信号50kbps，其中，10gbps或25gbps信号为正常
的业务信号，增加的另一路50kbps的低频信号执行其它操控功能。
46.图5为本技术实施例提供的光模块的速率模式切换方法的基本流程示意图。如图5所示，该方法主要包括如下步骤：
47.s101：发送第一光信号。
48.其中，所述第一光信号为在高频信号上叠加有低频消息通道信号的光信号，所述高频信号为正常业务信号，所述低频消息通道信号用于指示所述第一光信号接收端的光模块调整其内部时钟数据恢复芯片的速率模式。
49.本实施例中，发送上述光信号的光模块(本实施例称其为光信号发送端的光模块，简称发送端光模块)可以是光网络近端((ne，near end))的光模块，接收该光信号的光模块(本实施例称其为光信号接收端的光模块，简称接收端光模块)可以是光网络远端(fe，far end，或者re，remote end)的光模块。
50.对于上述光信号的调制，可以在正常业务的高频信号(如10gbps或25gbps的光信号)基础上，同时增加一个低频的信号、如50kbps的信号。其中，在加载低频消息通道信号时，可对光模块中的激光器进行如下配置：在偏置直流电上增加一个低频信号；在直流负压偏置上，增加一个低频的调制信号。当然，并不限于上述调制方式。进一步的，低频消息通道信号可以采用编码的方式实现，如，以10110代表要控制接收端的光模块切换至低速率模式，如10gbps；以10001代表要控制接收端的光模块切换至高速率模式，如25gbps。
51.上述加载低频消息通道信号对应的数据编码可以由与光模块连接的上位机写入在其内部的预设寄存器中，当光模块接收到与其连接的上位机的指示时，则将存储在该预设寄存器中的数据内容通过低频消息通道发送出去。
52.例如，在发送端的光模块的寄存器中设置速率调整使能标志位。对于该标志位的使能方式，光模块可以将其由第一预设值改为第二预设值、如由1改为0，当然，如果实际需要上位机也可以将其由第一预设值改为第二预设值；光模块所连接上位机可以将其由第二预设值改为第一预设值、如由0改为1，当然，如果实际需要光模块也可以将其由第二预设值改为第一预设值。另外，光模块初始上电时，速率调整使能标志位默认值为第二预设值。
53.进一步的，光模块中的mcu可以通过检测上位机是否有更改速率调整使能标志位的动作；如果检测上位机有更改速率调整使能标志位的动作，则查询该上位机写入至速率调整使能标志位位寄存器的数值是否为第一预设值。如果速率调整使能标志位位已被上位机改为第一预设值，则执行步骤s102；否则，则可以在预设时间间隔后继续查询该速率调整使能标志位。
54.其中，对于该速率调整使能标志位的查询方式，光模块和上位机均可以采用轮询的方式查询速率调整使能标志位，例如上位机查询到该标志位为第一预设值时，则在预设时间间隔后、如1ms，再查询该标志位。
55.进一步的，对于接收端的光模块，可以有不同的控制其内部时钟数据恢复芯片速率模式的方式，来实现模块通信速率的切换。
56.例如，为完成光模块在10gbps和25gbps两种速率模式下的切换，可以通过控制时钟数据恢复芯片的开启和关闭实现。当要切换至10g的低速率模式时，则低频消息通道信号用于指示光信号接收端的光模块关闭其内部的时钟数据恢复芯片；当要切换至25g的高速率模式时，则低频消息通道信号用于指示光信号接收端的光模块开启其内部的时钟数据恢
复芯片。当然，在其它实施例中还可以是其它速率之间的切换，例如1和25gbps之间的切换，因此，为了区分两种不同的速率模式，本实施例分别命名为第一速率模式和第二速率模式，其中，所述第二速率模式的通信速率大于所述第一速率模式的通信速率。
57.另外，还可以通过设置低频消息通道信号的内容，控制接收端光模块中数据发送通路和数据接收通路的速率模式，例如，当需要控制接收端光模块中数据发送通路切换为低速率模式时，则发送第一低频消息通道信号，以使数据发送通路的时钟数据恢复芯片关闭；当需要控制接收端光模块中数据发送通路切换为高速率模式时，则发送第二低频消息通道信号，以使数据发送通路的时钟数据恢复芯片开启；当需要控制接收端光模块中数据接收通路切换为低速率模式时，则发送第三低频消息通道信号，以使数据接收通路的时钟数据恢复芯片关闭；当需要控制接收端光模块中数据接收通路切换为高速率模式时，则发送第四低频消息通道信号，以使数据接收通路的时钟数据恢复芯片开启。
58.进一步的，除了通过控制时钟数据恢复芯片的开启和关闭实现光模块速率模式的切换外，本实施例还提供了通过光模块中的mcu获取cdr芯片中的失锁状态信息作为反馈信息，来对时钟数据恢复芯片中的速率模式进行自适应调整。例如，在型号为gn2010d的时钟数据恢复芯片中，设置的发端速率模式从最高速率模式向最低速率模式排序，分别是：第一速率模式、第二速率模式、第三速率模式。若将发端速率模式设置为第一速率模式，则其内部时钟数据恢复单元可以对10.3gb/s-11.7gb/s速率的电信号进行锁定。若将速率模式设置为第二速率模式，则第时钟数据恢复单元可以对9.95gb/s-11.3gb/s速率的电信号进行锁定。若将速率模式设置为第三速率模式，则时钟数据恢复单元可以对8.5gb/s速率左右及以下的电信号进行锁定；并对于速率过低的电信号不必进行整形，对其直接旁路直通。
59.而对于上述接收端光模块的速率模式调整方式，发送端光模块所发送信号的原理也是相同的，即也是发送加载有低频消息通道信号的光信号，以指示光信号接收端的光模块调整其内部时钟数据恢复芯片的速率模式。
60.s102：接收所述接收端的光模块发出的第二光信号。
61.接收端光模块解调出低频消息通道信号后，便可以根据低频消息通道信号的内容，控制其内部时钟数据恢复芯片速率模式调整，以实现光模块速率模式的调整。
62.其中，为了实现接收端光模块可以实现低频信号的接收，其内部可以配置常规的高频信号接收电路，如依次连接的光电转换器、跨阻放大器和限幅放大器，同时，配置低频接收电路，用来低频消息通道信号的接收。低频接收电路可以通过设置在高频信号接收电路上配置隔离电路的方式实现。
63.进一步的，接收端光模块完成其内部时钟数据恢复芯片速率模式调整后，则可以通过低频消息通道向发送端光模块发送完成速率调整的消息，以便于发送端确认已完成本次接收端的光模块速率模式的调整。
64.s103：判断从所述第二光信号解调出的低频消息通道信号是否为指示所述接收端的光模块完成时钟数据恢复芯片速率模式切换的信号。
65.发送端光模块利用其内部的低频接收电路，从第二光信号中解调出低频消息通道信号，并对该低频消息通道信号的内容进行解析，当确认接收到接收端的光模块发出的时钟数据恢复芯片速率模式调整完成的消息后，则执行步骤s104。
66.s104：如果为指示所述接收端的光模块完成时钟数据恢复芯片速率模式切换的信
号，则将速率模式调整标志位设置为第一预设值。
67.以告知与发送端光模块所连接的上位机，接收端的光模块已成功完成速率模式调整。
68.如果上位机采用速率调整使能标志位的方式使能光模块进行低频消息通道信号的发送，则在确认从所述第二光信号解调出的低频消息通道信号为指示所述接收端的光模块完成时钟数据恢复芯片速率模式切换的信号之后，还将上述速率调整使能标志位由第一预设值改为第二预设值。这样，上位机在查询到该标志位改为第二预设值之后，则可以读取速率模式调整标志位中的数据，另外，后续上位机还可以进行其它数据内容的发送。
69.本技术实施例在正常业务信号基础上加载低频信号，增加消息通道的功能，进而在不影响正常的业务通信功能的基础上完成光模块的速率模式切换工作，并且无需额外设置控制设备便可以实现远端光模块的速率模式切换工作，简单且高效。
70.进一步的，在光模块之间传输数据时，可能会出现光模块临时掉电、网络问题等原因导致本次数据发送失败的情况，为防止因数据传输失败所导致的接收端光模块速率模式的调整失败的情况，本实施例还提供了光模块之间数据重传的方式，通过在发送端的光模块内设置数据重传标志位，在发送低频消息通道信号前，先将数据重传标志位由第二预设值改为第一预设值，表明启动数据重传机制。
71.在该机制下，在执行步骤s103之后，如果从所述第二光信号解调出的低频消息通道信号为指示所述接收端的光模块完成时钟数据恢复芯片速率模式切换的信号之后，除了执行上述步骤s104之外，还将该数据重传标志位由第一预设值改为第二预设值。否则，则执行步骤s105。
72.s105：如果不是指示所述接收端的光模块完成时钟数据恢复芯片速率模式切换的信号，则在所述第一光信号已发送时长超过预设时长时，判断已发送用于指示所述第一光信号接收端的光模块调整其内部时钟数据恢复芯片的速率模式的数据的次数是否未超过预设次数阈值。
73.其中，可以在光模块内部设置发送次数寄存器sendcounter和发送间隔周期寄存器runcounter，其中，光模块初始上电时，这两个寄存器均为默认值0。当光模块每次将上述低频消息通道信号发送出去后，则发送次数寄存器sendcounter的计数值会累加1，同时，发送间隔周期寄存器runcounter相当于计时器开始计时，其每经过一个软件周期，该寄存器计数值就会加1。
74.如果未超过预设次数，则执行步骤s106；否则，则执行步骤s107。
75.s106：再次将用于指示所述第一光信号接收端的光模块调整其内部时钟数据恢复芯片的速率模式的数据通过低频信息通道发送出去。
76.s107：将所述数据重传标志位由第一预设值改为第二预设值，将所述速率模式调整标志位设置为第二预设值。
77.通过将速率模式调整标志位设置为第二预设值，表明在发送端光模块重复发送数据多次后，接收端光模块依然没有接收到正确数据，表明该次光模块之间的数据传输(又称模块底层数据传输)彻底失败。
78.另外，如果上位机采用速率调整使能标志位的方式使能光模块进行低频消息通道信号的发送，则在确认从所述第二光信号解调出的低频消息通道信号为指示所述接收端的
光模块完成时钟数据恢复芯片速率模式切换的信号之后，还将上述速率调整使能标志位由第一预设值改为第二预设值。这样，上位机在查询到该标志位改为第二预设值之后，则可以读取速率模式调整标志位中的数据。
79.本实施例通过建立光模块内部的数据重传机制，与在超过预设时长，未从第二光信号中解调出指示所述接收端的光模块完成钟数据恢复芯片速率模式切换的的低频消息通道信号为之后，直接将速率模式调整标志位设置为第二预设值的方式相比，可在模块层面实现数据传输的校验、错误重传、传输失败上报功能，进而减轻由上位机实现该机制时的负担，并提高了整体系统利用消息通道传输数据时的效率。
80.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
81.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
82.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。