CN106559163A - 用于波分复用（wdm）系统中的光学收发器的自愈的方法和装置 - Google Patents

用于波分复用（wdm）系统中的光学收发器的自愈的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及用于波分复用系统中的光学收发器的自愈的方法和装置。在一些实施例中，一种装置包括光学收发器，该光学收发器包括操作地耦合到开关的第一组电发送器。来自第一组电发送器的每个电发送器被配置为发送来自一组电信号的电信号。在这样的实施例中，该开关被配置为切换来自该组电信号的电信号，使得该组电信号经由第二组电发送器被发送。来自第二组电发送器的每个电发送器操作地耦合到来自一组光学发送器的光学发送器。该组光学发送器操作地耦合到光学多路复用器。在这样的实施例中，来自第二组电发送器的至少一个电发送器与该光学收发器内的故障相关联。

Description

用于波分复用（WDM）系统中的光学收发器的自愈的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月30日提交的名称为“Method and Apparatus for Self Healing of an Optical Transceiver in a Wavelength Division Multiplexing(WDM)System”的美国专利申请序列号No.14/871,424的优先权，将其内容通过引用并入本文中。
本申请与于2013年9月30日提交的并且名称为“Method and Apparatus for Detection and Correction of Channel Failure in an Optical Transceiver System”的美国专利申请序列号No.14/042,068(现在为美国专利No.9,118,411)相关。
本申请与于2015年8月24日提交的并且名称为“Method and Apparatus for Detection and Correction of Channel Failure in an Optical Transceiver System”的美国专利申请序列号No.14/834,168(其是前述美国专利申请序列号No.14/042,068的继续申请)相关。
本申请与于2015年9月30日提交的并且名称为“Method and Apparatus for Remote Management of an Optical Transceiver System”的共同未决的美国专利申请No.14/871,514相关。
将前述申请通过引用整体并入本文中。
技术领域
本文中描述的一些实施例大体涉及用于包含多个波分复用(WDM)信道的光学收发器的自愈的方法和装置。具体地，但不是通过限制的方式，本文中描述的一些实施例涉及用于检测和纠正在WDM系统中使用的光学收发器的信道故障的方法和装置。
背景技术
在WDM系统中使用的光学收发器通过将处于不同波长的许多不同的光学信道或信号组合到单个光纤或一组光纤上来发送和接收数据。每个波长可以与不同的WDM信道相关联。针对这些WDM信道的光可以被调制以产生处于不同波长的光学信号来单独地承载数据。为了实现充分高的数据吞吐率，可以增加光学收发器中的光学WDM信道的数量。
针对具有大量信道的这样的光学收发器的挑战是信道可靠性，因为这样的光学收发器内的信道故障的概率随着针对每个光学收发器的信道的数量而增大。信道故障使WDM系统中断，因为在发生故障的信道停止运行或者正在被修复时具有发生故障的信道的光学收发器不能够发送或接收数据。在一些实例中，整个光学收发器可能需要被替换。信道故障的增大的概率对于板装光学收发器尤其是有问题的，其中板装光学收发器的替换通常涉及工厂返工。
因此，存在针对用于在WDM系统中的信道故障后自愈的光学收发器的方法和装置的需要。
发明内容
在一些实施例中，一种装置包括光学收发器，该光学收发器包括操作地耦合到开关的第一组电发送器。来自第一组电发送器的每个电发送器被配置为发送来自一组电信号的电信号。在这样的实施例中，该开关被配置为切换来自该组电信号的电信号，使得该组电信号经由第二组电发送器被发送。来自第二组电发送器的每个电发送器操作地耦合到来自一组光学发送器的光学发送器。该组光学发送器操作地耦合到光学多路复用器。在这样的实施例中，来自第二组电发送器的至少一个电发送器与该光学收发器内的故障相关联。
在一些实施例中，一种装置包括光学收发器，该光学收发器包括操作地耦合到开关的第一组电接收器。来自第一组电接收器的每个电接收器被配置为接收来自一组电信号的电信号。在这样的实施例中， 该开关被配置为切换来自该组电信号的电信号，使得该组电信号经由第二组电接收器被输出。来自第一组电接收器的每个电接收器操作地耦合到来自一组光学接收器的光学接收器。该组光学接收器操作地耦合到光学解复用器。光学解复用器经由共同光纤来接收一组光学信号。在这样的实施例中，来自第一组电接收器的至少一个电接收器与该光学收发器内的故障相关联。
附图说明
图1是根据实施例的光学收发器的框图。
图2是图示根据实施例的光学收发器的框图。
图3是图示根据实施例的在检测到光学收发器内的故障时的信道重新配置的框图。
图4A是图示根据实施例的在光学收发器的正常操作期间的数据路径切换示例的示意图。
图4B是图示根据实施例的在光学收发器的故障转移操作期间的数据路径切换示例的示意图。
图5是图示根据实施例的光学收发器中的嵌入式通信信道(ECC)的框图。
图6是图示根据实施例的主光学收发器和从光学收发器的框图。
图7是图示根据实施例的在检测到光学收发器的发送器处的故障时使光学收发器自愈的方法的流程图。
图8是图示根据实施例的在检测到光学收发器的接收器处的故障时使光学收发器自愈的方法的流程图。
具体实施方式
在一些实施例中，一种装置包括光学收发器，该光学收发器包括操作地耦合到开关的第一组电发送器。来自第一组电发送器的每个电发送器被配置为发送来自一组电信号的电信号。在这样的实施例中，该开关被配置为切换来自该组电信号的电信号，使得该组电信号经由 第二组电发送器被发送。来自第二组电发送器的每个电发送器操作地耦合到来自一组光学发送器的光学发送器。该组光学发送器操作地耦合到光学多路复用器。在这样的实施例中，来自第二组电发送器的至少一个电发送器与该光学收发器内的故障相关联。
在一些实施例中，一种装置包括光学收发器，该光学收发器包括操作地耦合到开关的第一组电接收器。来自第一组电接收器的每个电接收器被配置为接收来自一组电信号的电信号。在这样的实施例中，该开关被配置为切换来自该组电信号的电信号，使得该组电信号经由第二组电接收器被输出。来自第一组电接收器的每个电接收器操作地耦合到来自一组光学接收器的光学接收器。该组光学接收器操作地耦合到光学解复用器。光学解复用器经由共同光纤来接收一组光学信号。在这样的实施例中，来自第一组电接收器的至少一个电接收器与该光学收发器内的故障相关联。
如在本说明书中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括复数指代，除非上下文另行清楚指示。因此，例如，术语“光学收发器”旨在意指单个光学收发器和多个光学收发器。
图1是根据实施例的光学设收发器的框图。光学收发器100可以是任何高数据速率光学收发器，例如开关键控(OOK)发送器、光学M进制正交幅度调制(M-QAM)发送器、光学M进制脉冲幅度调制(mPAM)发送器、偏振多路复用(PM)M-QAM发送器等等。光学收发器100包括电学功能102、光学功能103和/或控制器110。电学功能102操作地耦合到光学功能103。电学功能102和光学功能103操作地耦合到控制器110。电学功能102、光学功能103和控制器110中的每一个可以向彼此发送信号和/或从彼此接收信号。尽管在图1中单独地示出了电学功能102、光学功能103和控制器110，但是其中的每一个不必在物理上与其他两个分离。换言之，电学功能102和/或光学功能103和/或控制器110可以一起被共同定位和/或集成在单个模块、子系统或部件内。
电学功能102生成和/或处理被发送到光学功能103和/或从光学 功能103接收到的电信号。电学功能102还可以向控制器110发送电信号和/或从控制器110接收电信号。电学功能102可以例如为电路，诸如硬件(例如，模拟部件)或固件(例如，专用集成电路)。电学功能102可以向光学功能103发送信道信号和/或从光学功能103接收信道信号，以使其以光学方式被发送和/或接收。
电学功能102包括光学收发器100的电子部件。例如，电学功能102可以包括第一组电发送器109(0)-109(n)、发送(Tx)开关105以及第二组电发送器115(0)-115(n+1)，以向光学功能103发送一组电信号。电学功能102还可以包括第一组电接收器、接收(Rx)开关以及第二组电接收器(未在图1中示出，但是在图2中更详细地进行描述)，以从光学功能103接收一组电信号。
第一组电发送器109(0)-109(n)可以包括例如接收一组电信号并且向Tx开关105输出的N个信道。来自第一组电发送器109(0)-109(n)的每个电发送器可以发送来自该组电信号的、一个信道的电信号。发送(Tx)开关105可以包括例如时钟和数据恢复(CDR)阵列、一组解复用器、伪随机二进制序列(PRBS)生成器、多路复用器、调制器驱动器阵列和激光驱动器阵列(未在3中示出)。接收(Rx)开关(未在图1中示出，但是类似于图2中的175)可以包括例如互阻抗放大器/限幅放大器(TIA/LA)阵列、解复用器、伪随机二进制序列(PRBS)分析器、一组多路复用器以及串行化器阵列(未在图1中示出)。在检测到光学收发器100内的故障的情况下，Tx开关105可以被配置为切换来自从第一组电发送器109(0)-109(n)接收到的一组电信号的一个或多个电信号，使得该组电信号经由第二电发送器115(0)-115(n+1)被发送。
光学功能103包括光学收发器100的光子部件。例如，光学功能103可以包括一组光学发送器106(0)-106(n+1)以及操作地耦合到该组光学发送器106(0)-106(n+1)的光学多路复用器108。光学功能103还可以包括一组光学接收器以及操作地耦合到该组光学接收器(未在图1中示出，但是在图2中更详细地进行描述)的光学解复用器(未在 图1中示出，但是在图2中更详细地进行描述)。如本文中详细讨论的，光学功能103可以向电学功能102发送电信号和/或从电学功能102接收电信号。附加地，光学功能103还可以向控制器110发送信号和/或从控制器110接收信号，并且可以向远程光学收发器(未在图1中示出)发送光学信号和/或从远程光学收发器(未在图1中示出)接收光学信号。所发送的(Tx)光学信号包括由光学多路复用器108多路复用到单个光纤(或多个光纤)上的一组光学信道。当被多路复用到多个光纤上时，两个或更多个光学信号可以由光学多路复用器108多路复用到该多个光纤中的每个光纤上。
来自光学功能103中的该组光学发送器的每个光学发送器106(0)-106(n+1)可以在来自一组波长的独特波长处进行发送。当来自该组光学发送器106(0)-106(n+1)的光学发送器(例如，106(2)，未在图1中示出)发生故障时，备用光学发送器(例如，106(n+1))可以在来自该组波长的唯一波长处进行发送。类似地，来自光学收发器100中的该组光学接收器的每个光学接收器可以在来自一组波长的唯一波长处进行接收。因此，在来自该组光学发送器的单个光学发送器(例如，106(2)，未在图1中示出)和/或来自该组光学接收器的单个光学接收器发生故障时，光学收发器100可以继续发送和/或接收光学信号。在光学多路复用器108处接收由该组光学发送器发送的光学信号。假设来自该组光学发送器的每个光学发送器106(0)-106(n+1)在唯一的波长处进行发送，则当光学发送器(例如，106(2)，未在图1中示出)发生故障并且备用光学发送器(例如，106(n+1))被启用时，该组光学接收器将停止接收处于发生故障的波长的光学信号并且开始接收处于备用波长的光学信号。Tx开关105激活备用电发送器(例如，115(n+1))以实现从Tx电信号到Tx光学信号的连接性。
光学多路复用器108是可以例如将不同信道的光或光学信号多路复用和路由到例如单模光纤(SMF)中或者将不同信道的光或光学信号多路复用和路由出单模光纤的硬件设备。光学多路复用器108可以对由来自该组光学发送器106(0)-106(N+1)的不同光学发送器生成和/ 或发送的光学信号进行多路复用，并且向单模光纤发送不同信道的光学信号。不同信道的光学信号可以经由单模光纤被发送到远程光学收发器(未在图1中示出)。
参考图1中示出的光学收发器系统100的实施例，控制器110控制对光学收发器100中的信道故障的检测和纠正。尽管图1将控制器110示出为与电学功能102和光学功能103分离，但是控制器110可以在物理上与电学功能102和/或光学功能103一起被共同定位。例如，在一些配置中，控制器110可以在物理上被设置在与该组电发送器、该组电接收器、Tx开关、Rx开关、该组光学发送器、该组光学接收器、光学多路复用器和/或光学解复用器共同封装的集成电路封装内。
在一些实施例中，控制器110包括处理器120和存储器122。存储器122可以是例如随机访问存储器(RAM)(例如，动态RAM、静态RAM)、闪存、可拆卸存储器、硬盘驱动器、数据库等等。在一些实施方式中，存储器122可以包括例如数据库、过程、应用、虚拟机和/或被配置为执行检测和纠正信道故障的过程和/或用于检测和纠正信道故障的一个或多个相关联的方法的(存储在硬件中的和/或在硬件中执行的)一些其他软件模块或硬件模块。在这样的实施例中，用于执行检测和纠正信道故障的过程和/或相关联的方法的指令可以被存储在存储器122内并且在处理器120处执行。
处理器120可以被配置为例如将数据写入到存储器122中以及从存储器122中读取数据，并且执行存储在存储器310内的指令。处理器120还可以被配置为执行和/或控制例如光学发送器106(0)-106(n)、Tx开关105、该组电发送器109和115、可变光学衰减器(VOA)(例如，图5中讨论的VOA 581)以及光学检测器(例如，图5中的MPD 583)的操作。在一些实施方式中，如图8中所描述的，基于存储在存储器122内的方法或过程，处理器120可以被配置为执行检测和纠正信道故障的过程。
在一些实例中，控制器110检测光学收发器100内的故障。故障可以位于该组光学发送器106(0)-106(n)、一组光学接收器(未在图1 中示出)处，或者在Tx开关105与该组光学发送器106(0)-106(n)之间的任何地方。故障可以与光学收发器100内的一个元件(例如，来自该组光学发送器106(0)-106(n)的一个光学发送器)或光学收发器100内的多个元件(例如，来自该组光学发送器106(0)-106(n)的多个光学发送器)相关联。当光学收发器内的多个元件(例如，多个光学发送器/接收器)发生故障时，多个备用元件(例如，多个备用光学发送器/接收器、多个备用电发送器/接收器)可以被激活以用于发送/接收光学信号/电信号。
在一些配置中，包括在控制器110中的功率监测器(未在图1中示出)可以检测不同信道中的光学信号中的功率。在光学信号在光学解复用器处或者在光学解复用器之后被接收之前，功率检测器可以监测从每个光学发送器106(0)-106(n+1)输出的、从多路复用器108输出的光学信号的功率水平。在一个实施方式中，操作地耦合到光学解复用器的数据光电二极管可以被用于监测针对光学收发器的接收器侧中的给定信道的光学功率水平。在这样的配置中，功率监测器可以监测处于来自该组波长的、与不同信道相关联的每个唯一波长的光学信号的功率。在这样的实例中，功率监测器可以在例如由来自该组光学发送器106(0)-106(n+1)的单个光学发送器发送的处于唯一波长的光学信号中的功率低于预定水平时检测到该单个光学发送器的故障。
除了监测从每个光学发送器输出的光学信号的光学功率，其他指示符可以被用于检测故障。例如，接近寿命终止(EOL)值的激光增益电流可以指示故障。针对另一示例，在操作极限外的调制器偏置可以指示故障。
当在光学收发器100处检测到与光学发送器相关联的故障时，Tx开关105可以对第一组电发送器109(1)-109(n)与第二组电发送器109(1)-109(n)之间的关联进行重映射，使得经由发生故障的信道发送的Tx电信号现在可以经由功能信道被发送。例如，在检测到光学发送器的故障之前，来自电发送器109(1)的Tx电信号被发送到电发送器115(1)并且之后被发送到光学发送器106(1)。来自电发送器109(2) (未在图1中示出)的Tx电信号被发送到电发送器115(2)并且之后被发送到光学发送器106(2)。如果来自该组光学发送器106(1)-106(n)的光学发送器106(2)发生故障，则在一些实例中，Tx开关105可以切换来自电发送器109(2)的Tx电信号，使得来自电发送器109(2)的Tx电信号可以被发送到电发送器115(n+1)并且之后被发送到光学发送器106(n+1)。在其他实例中，如果来自该组光学发送器106(1)-106(n)的光学发送器106(2)发生故障，则Tx开关105可以切换来自电发送器109(2)-109(n)的Tx电信号，使得来自电发送器109(2)的Tx电信号可以被发送到电发送器115(3)并且之后被发送到光学发送器106(3)，并且使得来自电发送器109(3)的Tx电信号可以被发送到电发送器115(4)并且之后被发送到光学发送器106(4)，并且使得来自电发送器109(n)的Tx电信号可以被发送到电发送器115(n+1)并且之后被发送到光学发送器106(n+1)。
当来自该组光学发送器106(1)-106(n)的多个光学发送器发生故障时，多个备用光学发送器可以被激活。Tx开关105可以切换通过与多个发生故障的光学发送器相关联的电发送器被发送到来自多个备用光学发送器的备用光学发送器的多个信道的电信号。
图2是图示根据实施例的光学收发器的框图。光学收发器200(类似于以上关于图1讨论的光学收发器100)可以向例如远程光学收发器(未在图2中示出)发送光学信号207，或者从例如远程光学接收器接收光学信号257。当在光学发送器处检测到故障时，自愈的光学收发器200的操作在功能上与关于图1的讨论相似。在一个实施方式中，远程光学收发器(在本文中还被称为第二光学收发器)可以通过例如检测在远程光学收发器处的对应光学接收器处的光的损耗来检测在光学收发器200(在本文中还被称为第一光学收发器)处的发生故障的光学发送器。在另一实施方式中，与在光学收发器200处的发生故障的光学发送器相关联的故障消息经由嵌入式通信信道(ECC)(在图5、6和8中详细讨论的)或经由带外(OOB)网络(例如，互联网)从光学收发器200被中继到远程光学收发器。
例如，在来自该组光学发送器206(0)-206(n+1)的光学发送器发生故障之前，Tx电信号在第一组光学发送器209(0)-209(n)处被接收并且通过Tx开关205被发送到第二组光学发送器215(0)-215(n)。具体地，例如，来自电发送器209(1)的Tx电信号被发送到电发送器215(1)并且之后被发送到光学发送器206(1)。来自电发送器209(2)(未在图1中示出)的Tx电信号被发送到电发送器215(2)并且之后被发送到光学发送器206(2)。来自电发送器209(n)的Tx电信号被发送到电发送器215(n)并且之后被发送到光学发送器206(n)。光学信号之后被光学多路复用器208多路复用并且经由共同光纤(或多个共同光纤)被发送到远程光学收发器。
当检测到与来自光学收发器200(或第一光学收发器)内的该组光学发送器206(0)-206(n+1)的光学发送器相关联的故障时，Tx开关205可以对第一组电发送器209(0)-209(n)与第二组电发送器215(0)-215(n+1)之间的关联进行重映射，使得经由发生故障的信道发送的信道信号现在可以经由功能信道被发送并且之后被发送到单个光纤(或多个光纤)207。例如，如果来自该组光学发送器206(1)-206(n+1)的光学发送器206(2)发生故障，则在一些实例中，Tx开关205可以切换来自电发送器209(2)的Tx电信号，使得来自电发送器209(2)的Tx电信号可以被发送到电发送器215(n+1)并且之后被发送到光学发送器206(n+1)。
在一个实例中，远程光学收发器可以通过例如检测在远程光学收发器处的对应光学接收器处的光的损耗来检测与光学收发器206(2)相关联的故障。远程光学收发器激活备用光学接收器，该备用光学接收器接收与备用光学发送器206(n+1)相关联的光学信号。在远程光学收发器处的接收(Rx)开关激活与该备用光学接收器相关联的备用电接收器并且切换电信号，使得电信号经由备用电接收器被接收。在另一实例中，与在光学收发器200处的发生故障的光学发送器(例如，206(2))相关联的故障消息经由嵌入式通信信道(ECC)(在图5、6和8中详细讨论的)或经由带外(OOB)网络(例如，互联网)从光 学收发器200被中继到远程光学收发器。在接收到故障消息时，远程光学收发器(例如，经由在远程光学收发器处的Rx开关)激活备用光学接收器和备用电接收器并且电信号在备用电接收器处被接收。
光学收发器200还可以从例如远侧接收器(未在图2中示出)接收光学信号257。光学接收(Rx)信号例如由光学解复用器258接收作为包含处于一组波长的多(n)个信道的接收到的光学信号的经多路复用的光束。这些信道可以例如为WDM信道。在一些配置中，包括在控制器210中的功率监测器(未在图2中示出)可以监测接收到的光学信号的不同信道的功率。在一些实例中，功率监测器可以测量处于来自该组波长的每个唯一波长的接收到的光学信号的不同信道中的功率。在这样的实例中，功率监测器可以在例如处于特定波长的光学信道中的检测到的功率低于预定水平时检测接收到的光学信号信道的故障。
除了监测在每个光学接收器处接收到的光学信号的光学功率，其他指示符可以被用于检测故障。例如，低于操作极限的数据光电二极管(DPD)光电流值可以指示故障。针对另一示例，在操作极限外的互阻抗放大器(TIA)电流值可以指示故障。
光学解复用器258可以将不同信道的接收到的光学信号解复用并且向操作地耦合到光学解复用器258的一组光学接收器256(0)-256(n+1)发送光学信号。来自该组光学接收器256(0)-256(n+1)的每个光学接收器接收处于来自一组波长的特定波长的光学信号。在来自该组光学接收器256(0)-256(n+1)的光学接收器发生故障的情况下，接收(Rx)开关255可以切换针对与发生故障的光学接收器相对应的信道的输出/信号并且重定向到来自该组光学接收器256(0)-256(n+1)的功能信道。
例如，在检测到故障之前，Rx光学信号257(在图2中被标记为“光学Rx”)在光学解复用器258处被接收并且被解复用到一组光学接收器256(0)-256(n)。之后n+1个信道的光学信号在第一组电接收器265(0)-265(n)处被接收并且之后通过Tx开关255被输出到第二组电接 收器259(0)-259(n)。来自光学接收器256(0)的光学信号可以被转换为电信号并且在来自第一组电接收器265(0)-265(n)的电接收器265(0)处被接收。来自电接收器265(0)的电信号可以在来自第二组电接收器259(0)-259(n)的电接收器259(0)处被接收。来自光学接收器256(1)的光学信号可以被转换为电信号并且在来自第一组电接收器265(0)-265(n)的电接收器265(1)处被接收。来自电接收器265(1)的电信号可以在来自第二组电接收器259(0)-259(n)的电接收器259(1)处被接收。来自光学接收器256(n)的光学信号可以被转换为电信号并且在来自第一组电接收器265(0)-265(n)的电接收器265(n)处被接收。来自电接收器265(n)的电信号可以在来自第二组电接收器259(0)-259(n)的电接收器259(n)处被接收。如果来自该组光学接收器256(0)-256(n)的光学接收器(例如，256(2))发生故障，则在一些实例中故障消息经由嵌入式通信信道(ECC)(在图5、6和8中详细讨论的)或经由带外(OOB)网络(例如，互联网)从光学收发器200被中继到远程光学收发器(未在图2中示出)。远程光学收发器内的控制器接收故障消息并且激活远程光学收发器内的备用光学发送器以与光学收发器200的活动光学接收器相匹配。远程光学收发器内的Tx开关切换Tx电信号，使得光学信号从包括来自远程光学收发器的备用光学发送器的活动光学发送器被发送到在光学收发器200处的该组光学接收器(不包括发生故障的光学接收器(例如，256(2))并且包括备用光学接收器256(n+1))。同时，在光学收发器200处的控制器210激活备用光学接收器256(n+1)，使得在发生故障的光学接收器256(2)处接收到的光学信号现在在备用光学接收器256(n+1)处被接收。Rx开关255切换电信号，使得在电接收器265(2)处接收到的电信号现在在电接收器265(n+1)处被接收。还通过电发送器259(0)-259(n)来输出电信号。
在一些实施例中，第一光学收发器的Tx开关205中的映射与第二光学收发器中的Rx开关的映射不匹配。在第一光学收发器处的Tx开关205和Rx开关255的切换配置在给定收发器内是不同的。Tx光学信道和Rx光学信道针对给定收发器是不同的。在一些实施例中， 第一光学收发器的光学接收器与第二光学收发器的光学发送器相匹配，使得第一光学收发器和/或第二光学收发器可以以完整数据容量操作。
图3是图示根据实施例的在检测到光学收发器300内的故障时的信道重新配置的框图。光学收发器300与图1-2中描述的光学收发器100相似。光学收发器包括电学功能302和光学功能303。电学功能302包括Tx数据路径开关305，其可以被配置为在检测到光学收发器300内的故障时切换电信号。光学功能303包括操作地耦合到光学多路复用器310的一组光学发送器308(0)-308(n+1)。在一些实施方式中，在正常操作期间，光学收发器300的光学功能303包括12个光学发送器308(0)-308(11)，其是活动的以发送来自电学功能302的光学信号。在正常操作期间，备用光学发送器308(12)是不活动的。当光学收发器300的控制器(未在图3中示出，并且与图1-2中讨论的控制器110相似)检测到与光学发送器308(7)相关联的故障时，控制器激活备用光学发送器309(12)并且向Tx数据路径开关305发送信号。Tx数据路径开关305切换电信号，使得光学信号将不经由发生故障的光学发送器308(7)被发送，并且使得光学信号将不经由备用光学发送器308(12)被发送。
图4A是图示根据实施例的在光学收发器的正常操作期间的数据路径切换示例的示意图。在一些实施方式中，光学收发器包括在正常操作期间的12个活动光学信道405(0)-405(11)和不活动的备用光学信道405(sp)。光学信道(405(sp)和405(0)-405(11))可以由光学发送器或光学接收器定义。光学收发器包括一组1:2开关408(0)-408(12)，其中每个开关与光学信道唯一地关联。该组1:2开关408(0)-408(12)操作地耦合到一组2:1开关409(0)-409(11)，该组2:1开关409(0)-409(11)可以配置该组电学信道410(0)-410(11)(还被称为并被标记为“主控电道”)。该组电学信道410(0)-410(11)可以由电发送器或电接收器定义。在光学信道405与电道410之间的映射建立了：备用光学信道405(sp)不被连接，与光学信道405(0)相关联的信号经由电道410(0)来 被发送/接收，与光学信道405(1)相关联的信号经由电道410(1)来被发送/接收等等。在其他实施方式中，光学收发器可以包括任何数量的活动光学信道和任何数量的备用光学信道。
图4B是图示根据实施例的在光学收发器的故障转移操作期间的数据路径切换示例的示意图。当光学收发器的控制器检测到与光学信道405(4)相关联的故障时，控制器激活备用光学信道405(sp)。该组1:2开关408(0)-408(12)重新配置光学信道405与电道410之间的映射。在一个实施方式(未在图4B中示出)，该组1:2开关408(0)-408(12)仅仅断开发生故障的光学信道，并且激活备用光学信道以发送/接收与发生故障的光学信道相关联的信号。在另一实施方式(如图4B中所示)，该组1:2开关408(0)-408(12)对多个光学信道与电道之间的映射进行桶形移位。例如，在检测到发生故障的信道405(4)时，取代于将备用光学信道405(sp)与电道410(4)相关联并且维持其他光学信道与电道之间的映射不变，与备用光学信道405(sp)相关联的信号经由电道410(0)来被发送/接收，与光学信道405(0)相关联的信号经由电道410(1)来被发送/接收等等。光学信道405(4)现在是不活动的。图4A-4B中图示的数据路径开关示例表示光学收发器的发送侧或接收侧。
图5是图示根据实施例的光学收发器中的嵌入式通信信道(ECC)的框图。在监测包括多个光学收发器的光学收发器网络的健康状况和连接性中，在不要求本地管理的情况下对每个光学收发器的远程配置和管理是有益的。在主控光学收发器(在本文中还被称为主光学收发器)与远程光学收发器(在本文中还被称为从光学收发器)之间的虚拟桥(即通信信道)可以被配置为促进这样的远程配置和管理。通信信道可以在带外(例如，在互联网上)、带内(例如，使用在光学信道中的至少一个光学信道的数据成帧中的保留位)或者经由嵌入式通信信道(ECC)。图5和其相关描述讨论经由ECC的通信信道的示例。
如图5所示，光学收发器500的发送(Tx)光学功能503包括一组光学发送器506(0)-506(n)、光学多路复用器508以及可变光学衰减器(VOA)581。可变光学衰减器581可以包括例如马赫-曾德 (Mach-Zehnder)调制器(MZM)、微电子机械系统(MEMS)或根据施加的电信号来改变光学信号幅度的其他技术。光学收发器包括控制器510，控制器510包括ECC编码器584和ECC解码器585。在发送光学信号期间，ECC编码器584将低频(例如，100kHz)电信号施加到VOA 581以对光学信号的幅度进行调制。所施加的低频电信号承载控制信息，诸如与激活或停用光学信道(例如，备用光学信道)有关的指令或信息。这样的控制信息可以被包含在低频电信号的幅值、相位或两者中。承载控制信息的电信号的频率低于光学信号的频率，使得光学信号的发送不受低频率电信号影响。低频率电信号可以被施加到一个或多个光学信号。
在接收光学信号期间，光学Rx信号589通过光学分接头582被分接，并且在光学检测器583中检测光学Rx信号的一部分。光学检测器583可以包括例如监测光电二极管(MPD)。来自MPD的信号在低通滤波器(LPF)中被进一步滤波并且被放大(未在图5中示出)，并且被发送到ECC解码器585。ECC编码器585提取嵌入式控制信息，并且控制器510分析该控制信息以控制光学收发器，诸如激活或停用光学信道(例如，备用光学信道)。控制信息分析可以由控制器510的处理器和/或存储器来实施。
图6是图示根据实施例的主光学收发器和从光学收发器的框图。光学收发器A 601(例如，主光学收发器或第一光学收发器)可以经由光纤603将光学信号发送到远程光学收发器B 602(例如，从光学收发器或第二光学收发器)和/或经由光纤604从远程光学收发器B 602(例如，从光学收发器或第二光学收发器)接收光学信号。由ECC编码器(如图5中所描述的)经由低频电信号编码的控制信息可以被嵌入有所发送/接收的这样的光学信号，使得可以通过主光学收发器601来控制对来自从光学收发器602的光学信道的激活和停用。
例如，光学收发器A 601的控制器610检测与光学收发器A 601的光学发送器相关联的故障。光学收发器A 601激活备用光学发送器，并且在光学收发器A 601处的Tx开关切换电信号，使得电信号通过 工作中的电发送器被发送到包括备用光发送器的工作中的光发送器。同时，故障消息由光学收发器A 601的控制器610的ECC编码器经由低频电信号来被编码并且被嵌入到经由光纤603被发送到光学收发器B 602的光学信号中。故障消息由光学收发器B 602的光学接收器来接收。光学收发器B 602的控制器611中的ECC解码器解码这样的故障消息并且响应于该故障消息来激活光学收发器B 602的光学接收器的指定的故障转移，使得光学信号在光学收发器B 602的光学接收器处被接收。在光学收发器B 602处的Rx开关切换电信号，使得电信号经由在在光学收发器B 602处的工作中的电接收器被输出。
当光学收发器A 601的控制器610检测到与光学收发器A 601的光学接收器相关联的故障时。故障消息由光学收发器A 601的控制器610的ECC编码器经由低频电信号来被编码并且被嵌入到经由光纤603被发送到光学收发器B 602的光学信号中。在光学收发器B 602处接收该故障消息。光学收发器B 602的控制器611中的ECC解码器解码这样的故障消息并且激活光学收发器B 602的光学发送器的指定的故障转移，使得光学信号通过在光学收发器B 602处的光学发送器被发送并且在光学收发器A 601处的工作中的光学接收器处被接收。在光学收发器A 601处的Rx开关可以切换电信号，使得所有接收到的光学信号被连接到在光学收发器A 601的输出处的电接收器。类似地，在光学收发器B 602处的Tx开关可以切换电信号，使得所有光学发送信号被连接到在光学收发器B 602的输入处的电发送器。
可以通过监测从每个光学发送器输出的光学信号的光学功率来检测与主光学收发器处的光学发送器相关联的故障。其他指示符可以被用于检测故障。例如，接近寿命终止(EOL)值的激光增益电流可以指示故障。针对另一示例，在操作极限外的调制器偏置可以指示故障。
图7是图示根据实施例的在检测到光学收发器的发送器处的故障时使光学收发器自愈的方法的流程图。该方法可以在光学收发器的控制器的处理器和/或存储器(例如，如图1中所讨论的处理器120或存 储器122)处被实施。该方法包括在702标识第一光学收发器内的故障。如以上所讨论的，第一光学收发器的控制器(诸如如图1中所讨论的控制器110)标识与来自第一光学收发器内的一组光学发送器的光学发送器中的至少一个光学发送器相关联的故障。来自该组光学发送器的每个光学发送器发送处于来自一组波长的唯一波长的光学信号。从该组光学发送器输出的光学信号被光学多路复用器多路复用并且通过单个光纤(或多个光纤)来被传输。在一些配置中，包括在控制器中的功率监测器可以检测不同信道中的光学信号中的功率。在这样的配置中，功率监测器可以监测与不同信道相关联的、处于来自该组波长的每个独特波长的光学信号的功率。在这样的实例中，功率监测器可以在例如由来自该组光学发送器的单个光学发送器发送的处于唯一波长的光学信号中的功率低于预定水平时检测到该单个光学发送器的故障。
该方法还包括在704，在第一光学收发器处响应于检测到与光学发送器中的至少一个光学发送器相关联的故障而发送控制信号。该控制信号可以被发送以激活备用光学发送器(或多个备用光学发送器)，使得与发生故障的光学发送器相关联的光学信号现在经由备用光学发送器被发送，并且使得光学收发器的操作被维持。
控制信号也被发送到包括在第一光学收发器的电学功能中的发送(Tx)开关。Tx开关操作地耦合到第一组电发送器和第二组电发送器。第一组电发送器接收一组电信号。在706，Tx开关响应于控制信号而切换来自该组电信号的电信号，使得该组电信号经由第二组电发送器被发送。来自第二组电发送器的每个电发送器操作地耦合到来自该组光学发送器的光学发送器。第二电发送器包括与备用光学发送器相关联的备用电发送器(或者多个电发送器)。方法700的步骤702-706图示了在检测到与在第一光学收发器处的光学发送器相关联的故障时第一光学收发器的自愈。
可选地，第一光学收发器可以通过经由例如光纤向第二光学收发器发送光学信号来与第二光纤收发器进行通信。第二光学收发器可以 在检测到与第一光学收发器处的光学发送器相关联的故障时自愈。例如，在708，第二光学收发器通过例如检测在第二光学收发器处的对应光学接收器处的光的损耗来检测与第一光学收发器的光学发送器相关联的故障。在710，第二光学收发器的控制器(诸如如图6中讨论的控制器611)激活备用光学接收器，该备用光学接收器接收与第一光学收发器的备用光学发送器相关联的光学信号。在712，在第二光学收发器处的接收(Rx)开关激活与该备用光学接收器相关联的备用电接收器并且切换电信号，使得电信号经由备用电接收器被接收。在另一实例中，与在第一光学收发器处的发生故障的光学发送器相关联的故障消息经由嵌入式通信信道(ECC)(在图5、6和8中详细讨论的)或经由带外(OOB)网络(例如，互联网)从第一光学收发器被中继到第二光学收发器。在接收到该故障消息时，第二光学收发器(例如，经由在第二光学收发器处的Rx开关)激活备用光学接收器和备用电接收器，并且电信号在备用电接收器处被接收。
在检测到与第一光学收发器处的光学发送器相关联的故障时的第一光学收发器的自愈方法(例如，方法700的步骤702-706)可以与在检测到与第一光学收发器处的光学发送器相关联的故障时的第二光学收发器的自愈方法(例如，方法700的步骤708-712)独立地被实施。换言之，在检测到与第一光学收发器处的光学发送器相关联的故障时的第一光学收发器的自愈方法(例如，方法700的步骤702-706)可以在没有实施在检测到与第一光学收发器处的光学发送器相关联的故障时的第二光学收发器的自愈方法(例如，方法700的步骤708-712)的情况下单独地被执行。
图8是图示根据实施例的在检测到光学收发器的接收器处的故障时使光学收发器自愈的方法的流程图。该方法可以在第一光学收发器(在本文中还被称为主光学收发器)和第二光学收发器(在本文中还被称为从光学收发器)的处理器或存储器(例如，如图1中所讨论的处理器120或存储器122)中的一个处被实施。在802，第一光学收发器检测与来自第一光学收发器内的一组光学接收器的光学接收器 相关联的故障，并且激活备用光学接收器。故障还可以与第二光学收发器内的光学发送器或第一光学收发器与第二光学收发器之间的光学连接(例如，光纤)相关联。来自该组光学接收器的每个光学接收器接收处于来自一组波长的唯一波长的光学信号。由该组光学接收器接收到的光学信号首先经由单个光纤(或多个光纤)被接收并且被光学解复用器解复用。在第一光学收发器处的接收(Rx)开关切换电信号，使得电信号在与第一光学收发器处的工作中的光学接收器(不包括发生故障的光学接收器并且包括备用光学接收器)相关联的电接收器处被接收。
在804，第一光学收发器的控制器(例如，控制器内的编码器)将与故障相关联的控制信号嵌入在被发送到第二光学收发器的输出光学信号上。第一光学收发器的控制器将低频(例如，100kHz)电信号施加到第一光学收发器的可变光学衰减器(VOA)(诸如在图5中讨论的可变光学衰减器581)以对光学信号的幅度进行调制。VOA操作地耦合到光学多路复用器，该光学多路复用器将多个信道的光学信号多路复用到单个光纤(或多个光纤)上。所施加的低频电信号承载控制信息，诸如用于激活或停用光学信道(例如，备用光学信道)的指令或信息。
在806，第二光学收发器接收嵌入有这样的控制信号的这样的光学信号。光学Rx信号通过光学分接头被分接，并且光学Rx信号的一部分在光学检测器中被检测(诸如图5中的光学分接头582和光学检测器583)。在测得嵌入有这样的控制信号的光学Rx信号时，ECC解码器提取由于对低频电信号的调制而嵌入的控制信息并且分析该控制信息以控制第二光学收发器，诸如激活或停用光学信道(例如，备用光学信道)。在这样的实施方式中，在808，第二光学收发器的控制器激活备用光学发送器以与第一光学收发器的活动光学接收器相匹配。在810，第一光学收发器从第二光学收发器接收预期的信号。
本文描述的一些实施例涉及具有非瞬态计算机可读介质(还可以被称为非瞬态处理器可读介质)的计算机存储产品，非瞬态计算机可 读介质在其上具有用于执行各种计算机实现的操作的指令或计算机代码。计算机可读介质(或处理器可读介质)在以下意义上是非瞬态的：其本身不包括瞬态传播信号(例如，在诸如空间或线缆的传输介质上承载信息的传播电磁波)。介质和计算机代码(还可以被称为代码)可以是出于一个或多个特定目的而设计和构建的那些。非瞬态计算机可读介质的示例包括但不限于：磁性存储介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光学存储介质，诸如紧凑盘/数字视频盘(CD/DVD)、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)以及全息设备；磁光存储介质，诸如光盘；载波信号处理模块；以及专门被配置为存储和运行程序代码的硬件设备，诸如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)设备。本文描述的其他实施例涉及一种计算机程序产品，其可以包括例如本文讨论的指令和/或计算机代码。
计算机代码的示例包括但不限于微代码或微指令、机器指令(诸如由编译器产生的)、用于产生web服务的代码、以及包含由计算机使用解释器执行的更高级指令的文件。例如，实施例可以使用命令编程语言(例如C、Fortran等等)、功能编程语言(Haskell、Erlang、等等)、逻辑编程语言(例如Prolog)、面向对象编程语言(例如Java、C++等等)或其他适当的编程语言和/或开发工具来实施。计算机代码的附加示例包括但不限于控制信号、经加密的代码和经压缩的代码。
尽管上文已经描述了各种实施例，但是应当理解它们已经仅仅通过示例而非限制的方式被呈现。在以上描述的方法指示某些事件以特定顺序发生的情况下，某些事件的顺序可以被修改。附加地，事件中的某些事件可以在可能时在并行过程中被并发地执行，以及如以上所描述的被顺序地执行。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
光学收发器，所述光学收发器具有操作地耦合到开关的第一多个电发送器，来自所述第一多个电发送器的每个电发送器被配置为发送来自多个电信号的电信号，
所述开关被配置为切换来自所述多个电信号的电信号，使得所述多个电信号经由第二多个电发送器被发送，
来自所述第二多个电发送器的每个电发送器操作地耦合到来自多个光学发送器的光学发送器，所述多个光学发送器操作地耦合到光学多路复用器，
来自所述第二多个电发送器的至少一个电发送器与所述光学收发器内的故障相关联。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述开关被配置为响应于来自所述光学收发器的控制器的控制信号而切换来自所述多个电信号的所述电信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述故障与所述光学收发器内的发生故障的光学发送器相关联。
4.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述开关被配置为切换包括来自所述多个电信号的所述电信号的一组电信号，使得所述一组电信号通过来自所述第二多个电发送器的一组电发送器被发送，
所述一组电发送器包括：(1)来自所述第二多个电发送器的备用电发送器，以及(2)在所述备用电发送器与来自所述第二多个电发送器的与所述光学收发器内的所述故障相关联的所述至少一个电发送器之间的电发送器。
5.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述开关被配置为将来自所述多个电信号的所述电信号切换到针对所述多个电信号的所述第二多个电发送器内的备用电发送器。
6.根据权利要求1所述的装置，其中：
来自所述多个光学发送器的每个光学发送器被配置为以来自多个波长的唯一波长进行发送，
来自所述多个电信号的每个电信号与来自所述多个光学发送器的光学发送器唯一地对应，
所述多个光学发送器被组合到共同光纤上。
7.一种装置，包括：
光学收发器，所述光学收发器具有电学部分和光学部分，所述光学部分操作地耦合到所述光学收发器的所述电学部分，所述电学部分包括开关，
所述光学收发器被配置为自动标识所述光学收发器内的故障并且响应于来自所述光学收发器的发送器或接收器中的至少一个的所述故障而发送控制信号，
所述开关被配置为接收与第一多个电发送器相关联的多个电信号，来自所述多个电信号的每个电信号与来自所述第一多个电发送器的电发送器唯一地关联，所述开关被配置为切换来自所述多个电信号的电信号，使得所述多个电信号响应于所述控制信号而经由第二多个电发送器被发送。
8.根据权利要求7所述的装置，其中：
所述光学收发器的所述光学部分包括多个光学发送器和光学多路复用器，所述故障与来自所述多个光学发送器的光学发送器或所述光学多路复用器中的至少一个相关联，所述第二多个电发送器包括备用电发送器。
9.根据权利要求7所述的装置，其中：
所述光学收发器是第一光学收发器；
所述第一光学收发器包括控制器和可变光学衰减器，
所述控制器操作地耦合到所述开关和所述第一光学收发器的所述光学部分，所述控制器被配置为自动标识所述第一光学收发器内的故障并且响应于所述故障而向所述开关发送第一控制信号，
所述控制器被配置为向所述可变光学衰减器发送第二控制信号，使得所述可变光学衰减器利用表示针对第二光学收发器的控制信息的信号进行调制，所述第二光学收发器操作地耦合到所述第一光学收发器，所述控制信息与所述故障相关联。
10.根据权利要求7所述的装置，其中：
所述光学收发器是第一光学收发器；
所述第一光学收发器包括光学分接头、操作地耦合到所述光学分接头的光学检测器以及操作地耦合到所述光学检测器的控制器，
所述光学分接头被配置为接收从操作地耦合到所述第一光学收发器的第二光学收发器接收到的光学信号的一部分，所述光学检测器被配置为检测所述光学信号以产生检测信号，所述控制器被配置为解码所述检测信号以提取来自所述电信号的并且与所述故障相关联的经编码的信号。
11.根据权利要求7所述的装置，其中：
所述开关被配置为切换包括来自所述多个电信号的所述电信号的一组电信号，使得所述一组电信号通过来自所述第二多个电发送器的一组电发送器被发送，
所述一组电发送器包括：(1)来自所述第二多个电发送器的备用电发送器，以及(2)在所述备用电发送器与来自所述第二多个电发送器的与所述故障相关联的至少一个电发送器之间的电发送器。
12.根据权利要求7所述的装置，其中：
所述开关被配置为将来自所述多个电信号的所述电信号切换到针对所述多个电信号的所述第二多个电发送器内的备用电发送器。
13.一种装置，包括：
第一光学收发器，所述第一光学收发器具有电学部分和光学部分，所述光学部分操作地耦合到所述第一光学收发器的所述电学部分，所述电学部分包括开关，
所述第一光学收发器被配置为响应于在所述第一光学收发器和操作地耦合到所述第一光学收发器的第二光学收发器中的至少一个光学收发器中或者在所述第一光学收发器与操作地耦合到所述第一光学收发器的第二光学收发器之间检测到故障而向所述开关发送控制信号，
所述开关被配置为接收与第一多个电发送器相关联的多个电信号，来自所述多个电信号的每个电信号与来自所述第一多个电发送器的电发送器唯一地关联，所述开关被配置为切换来自所述多个电信号的电信号，使得所述多个电信号响应于来自所述光学接收器的发送器或接收器中的至少一个的控制信号而经由第二多个电发送器被发送。
14.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述故障处于所述第一光学收发器内，所述控制器被配置为自动标识所述第一光学收发器内的故障并且响应于所述故障而向所述开关发送所述控制信号。
15.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述故障处于所述第二光学收发器内，所述控制器被配置为从所述第二光学收发器接收与所述故障相关联的信息，所述控制器被配置为基于所述信息来向所述开关发送所述控制信号。
16.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述控制信号是第一控制信号，
所述第一光学收发器包括控制器和可变光学衰减器，
所述控制器操作地耦合到所述开关和所述第一光学收发器的所述光学部分，所述控制器被配置为自动标识所述第一光学收发器内的故障并且响应于所述故障而向所述开关发送所述第一控制信号，
所述控制器被配置为向所述可变光学衰减器发送第二控制信号，使得所述可变光学衰减器对表示针对第二光学收发器的控制信息的信号进行编码，所述第二光学收发器操作地耦合到所述第一光学收发器，所述控制信息与所述故障相关联。
17.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述第一光学收发器包括光学分接头、操作地耦合到所述光学分接头的光学检测器以及操作地耦合到所述光学检测器的控制器，
所述光学分接头被配置为接收从操作地耦合到所述第一光学收发器的第二光学收发器接收到的光学信号的一部分，所述光学检测器被配置为检测所述光学信号以产生检测信号，所述控制器被配置为解码所述检测信号以提取来自所述电信号的并且与所述故障相关联的经编码的信号。
18.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述开关被配置为切换包括来自所述多个电信号的所述电信号的一组电信号，使得所述一组电信号通过来自所述第二多个电发送器的一组电发送器被发送，
所述一组电发送器包括：(1)来自所述第二多个电发送器的备用电发送器，以及(2)在所述备用电发送器与来自所述第二多个电发送器的与所述光学收发器内的所述故障相关联的至少一个电发送器之间的电发送器。
19.根据权利要求13所述的装置，其中：
所述开关被配置为将来自所述多个电信号的所述电信号切换到针对所述多个电信号的所述第二多个电发送器内的备用电发送器。
20.一种装置，包括：
光学收发器，所述光学收发器具有操作地耦合到开关的第一多个电接收器，来自所述第一多个电接收器的每个电接收器被配置为接收来自多个电信号的电信号，
所述开关被配置为切换来自所述多个电信号的电信号，使得所述多个电信号经由第二多个电接收器被输出，
来自所述第一多个电接收器的每个电接收器操作地耦合到来自多个光学接收器的光学接收器，所述多个光学接收器操作地耦合到光学解复用器，所述光学解复用器经由共同光纤接收多个光学信号，
来自所述第一多个电接收器的至少一个电接收器与所述光学收发器内的故障相关联。
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