CN110474692A - 一种光通信设备、光通信系统、数据传输方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请适用于通信技术领域，提供了一种光通信设备、光通信系统、数据传输方法及存储介质，包括控制电路、探测器模块及发光器模块；控制电路用于与网络设备连接，控制电路分别与探测器模块和发光器模块电连接；探测器模块用于接收光信号；控制电路用于将探测模块接收的光信号进行处理后发送至网络设备；控制电路还用于将网络设备发送的数字信号进行处理后发送至发光器模块；发光器模块根据接收到的数据信号发出光信号，通过设置同步序列检测和时隙设置，只需一种波长的发光器和探测器就能实现数据收发的双向通信，且硬件电路简单、成本低，并能够通过以太网接口与网络设备连接通信，提高光通信设备的通用性。

Description

一种光通信设备、光通信系统、数据传输方法及存储介质

技术领域

本申请属于通信技术领域，尤其涉及一种光通信设备、光通信系统、数据传输方法及存储介质。

背景技术

由于水中存在各种杂质，使得电磁波在水中衰减很大，因此在水下环境无法通过一般的无线电设备进行通信。目前在水下无线通信应用中，一般使用声波通信，但是声波由于频率低，因此传输速率很低无法提高。由于光学通信技术由于可以克服水下声学通信的带宽窄、受环境影响大、可适用的载波频率低、传输的时延大等缺陷。无线光通信技术被广泛地应用在水下通信领域，然而目前水下光通信技术实现双向通信需要使用蓝绿两种颜色的光源和探测器，而且采集探测器输出时需要使用高速AD或采集卡，功耗高、成本高、实施困难且设备接口单一，无法与网络设备相连，通用性不强。

综上所述，目前无线水下光通信设备具有实现成本高和通用性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种光通信设备、光通信系统、数据传输方法及存储介质，以解决目前水下光通信设备具有实现成本高和通用性差的问题。

本申请的第一方面提供了一种光通信设备，包括：控制电路、探测器模块及发光器模块；

所述控制电路用于与网络设备连接，所述控制电路分别与所述探测器模块和所述发光器模块电连接；

所述探测器模块用于接收光信号；

所述控制电路用于将所述探测模块接收的光信号进行处理后发送至所述网络设备进行存储；

所述控制电路还用于将所述网络设备发送的数字信号进行处理后发送至发光器模块；

所述发光器模块根据接收到的数据信号发出光信号。

本申请的第二方面提供了一种光通信系统，包括：第一网络设备、第二网络设备、第一光通信设备以及第二光通信设备，所述第一光通信设备和所述第二光通信设备为如第一方面所述的光通信设备；

所述第一网络设备与所述第一光通信设备连接，所述第二网络设备与所述第二光通信设备连接；

所述第一光通信设备接收所述第二光通信设备发出的光信号，或向所述第二光通信设备发送光信号；

所述第二光通信设备接收所述第一光通信设备发出的光信号，或向所述第一光通信设备发送光信号。

本申请的第三方面提供了一种数据传输方法，应用于光通信系统，包括：

获取本端的工作模式，所述工作模式包括主模式和从模式；

若本端的工作模式为主模式，则在处于主端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于主端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号，所述第一光信号为本端根据数字信号产生的光信号，所述数字信号为本端从与本端连接的网络设备获取的数字信号；

若本端的工作模式为从模式，则在处于从端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于从端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号。

本申请的第四方面提供了一种通信设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取本端的工作模式，所述工作模式包括主模式和从模式；

若本端的工作模式为主模式，则在处于主端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于主端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号，所述第一光信号为本端根据数字信号产生的光信号，所述数字信号为本端从与本端连接的网络设备获取的数字信号；

若本端的工作模式为从模式，则在处于从端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于从端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号。

本申请的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取本端的工作模式，所述工作模式包括主模式和从模式；

若本端的工作模式为主模式，则在处于主端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于主端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号，所述第一光信号为本端根据数字信号产生的光信号，所述数字信号为本端从与本端连接的网络设备获取的数字信号；

若本端的工作模式为从模式，则在处于从端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于从端数据接收时隙时接收对端发送第二光信号。

本申请提供的一种光通信设备、光通信系统、数据传输方法及存储介质，通过设置同步序列检测和时隙设置，只需一种波长的发光器和探测器就能实现数据收发的双向通信，且硬件电路简单、成本低，并能够通过以太网接口与网络设备连接通信，提高光通信设备的通用性，有效地解决了目前水下光通信设备具有实现成本高和通用性差的问题，且经过处理后的信号抗干扰和纠错能力很强，光信号可在干扰源众多的开发环境下传输，特别适合水下无线光通信应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例一提供的一种光通信设备的结构示意图；

图2是本申请实施例一中控制电路的结构示意图；

图3是本申请实施例一中报文格式示意图；

图4是本申请实施例二提供的光通信系统的结构示意图；

图5是本申请实施例三提供的一种数据传输方法的实现流程示意图；

图6是本申请实施例三中数据发送过程的实现流程示意图；

图7是本申请实施例三中数据接收过程的实现流程示意图；

图8是本申请实施例三中调整判决电压的过程的实现流程示意图；

图9是本申请实施例三中数据收发时隙的示意图；

图10是本申请实施例四提供的通信设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种光通信设备100，其具体包括控制电路110、探测器模块120及发光器模块130。

在具体应用中，控制电路110用于与网络设备200连接，控制电路110分别与探测器模块120和发光器模块130电连接。

在具体应用中，上述探测器模块120用于接收光信号。控制电路110用于将探测模块120接收的光信号进行处理后发送至网络设备200。控制电路110还用于将网络设备200发送的数字信号进行处理后发送至发光器模块130。发光器模块130根据接收到的数据信号发出光信号。

在具体应用中，上述网络设备200对接收到的信号进行存储、显示、转发、计算、分析等处理。

在具体应用中，上述控制电路110通过外部接口与网络设备200实现通信连接。在本实施例中，上述外部接口为以太网接口，可理解的上述外部接口还可以是其他能够实现通信连接的接口，在此不加以限制。

在一个实施例中，如图2所示，上述控制电路110包括数据接收模块111和数据发送模块112。

在具体应用中，上述数据接收模块111的输入端与探测器模块120的输出端连接，数据接收模块111的输出端用于与网络设备200连接，数据发送模块112的输入端用于与网络设备200连接，数据发送模块112的输出端与发光器模块130连接。

在具体应用中，上述控制电路110采用Xilinx ZYNQ系列，型号为：xc7z020clg400-2的FPGA可编程器件。控制电路110通过标准与外界(网络设备)连接，并输出低压差分信号(LVDS信号)到驱动电路模块，通过驱动电路模块输出驱动电压来驱动发光电路。探测器电路输出信号到电压比较电路。可调电压电路输出电压到电压比较电路，并通过SPI接口受控制电路110控制，电压比较电路输出信号到控制电路。

在一个实施例中，如图2所示，上述数据接收模块111包括串行接收模块11、定帧模块12、信道译码及解扰模块13、定长解封装模块14、净荷解封装模块15、发送缓存模块16、以太网发送模块17、PAUSE帧生成模块18、同步序列检测模块19、同步控制模块20、判决电压调整模块21、可调电位器模块22。

串行接收模块11的输入端与探测器模块120连接，串行接收模块11的输出端与定帧模块12连接，定帧模块12的输出端与信道译码及解扰模块13的输入端连接，信道译码及解扰模块13的输出端与定长解封装模块14的输入端连接，定长解封装模块14的输出端与净荷解封装模块15的输入端连接，净荷解封装模块15的输出端与发送缓存模块16的输入端连接，发送缓存模块16的输出端与以太网发送模块17的第一输入端连接，以太网发送模块17的第二输入端与PAUSE帧生成模块18的输出端连接，以太网发送模块17的输出端用于与网络设备200连接，PAUSE帧生成模块18的输入端与数据发送模块112连接，同步序列检测模块19的输入端与探测器模块120连接，同步序列检测模块19的输出端与同步控制模块20的输入端连接，同步控制模块20的第一输出端与数据发送模块112连接，同步控制模块20的第二输出端与串行接收模块11的控制端连接，判决电压调整模块21的输入端与串行接收模块11的输出端连接，判决电压调整模块21的输出端与可调电位器22模块的输入端连接，可调电位器模块22的输出端与探测器模块120连接。

在一个实施例中，上述数据发送模块112包括以太网接收模块23，净荷封装模块24、数据缓存模块25、流量探测模块26、背景流生成模块27、定长封装模块28、信道编码及加扰模块29、缓存反压模块30、串行发送模块31。

以太网接口接收模块23的输入接口用于与网络设备200连接，以太网接收模块23的输出端与净荷封装模块24的输入端连接相连，净荷封装模块24的输出端与数据缓存模块25的输入端连接，数据缓存模块25的输出端分别与定长封装模块28的第一输入端和流量探测模块26的输入端连接，流量探测模块26的第一输出端与背景流生成模块27的输入端连接，流量探测模块26的第二输出端与数据接收模块111连接，背景流生成模块27的输入端与定长封装模块28的第二输入端连接，定长封装模块28的输出端与信道编码及加扰模块29的输入端连接，信道编码及加扰模块29的输出端与缓存反压模块30的输入端连接，缓存反压模块30的第一输出端与串行发送模块31的输入端连接，缓存反压模块30的第二输出端与定长控制模块28的控制端连接，串行发送模块31的输出端与发光器模块130连接。

在一个实施例中，上述探测器模块120包括探测器121和电压比较模块122；发光器模块130包括驱动电路模块131和发光模块132。

在具体应用中，上述PAUSE帧生成模块18的输入端与流量探测模块26的第二输出端连接，上述同步控制模块20的第一输出端与串行发送模块31的控制端连接，串行发送模块31的输出端与驱动电路模块131的输入端连接，驱动电路模块131的输出端与发光模块132的输入端连接，可调电位器模块22的输出端与电压比较模块122的控制端连接，电压比较模块122的输入端与探测器121的输出端连接，电压比较模块122的输出端与串行接收模块11的输入端连接。

在具体应用中，上述串行接收模块11用于对电压比较模块122输出的串行数据进行解析，将1bit起始位和1bit停止位剥离，将8bit数据转换成并行1字节数据，并输出奇偶校验结果，当奇偶校验结果不正确时，误码统计值加1。每接收1字节数据，接收统计值加1，并将生成的并行数据发送至定帧模块12，将误码统计值和接收统计值发送至判决电压调整模块21。

上述定帧模块12用于将从串行接收模块11获取到的并行数据中实时检测帧头信息(本实施例为0x1ACFFC1D)，检测到后将0x1ACFFC1D以及后续1020字节的数据一同输出到信道译码及解扰模块，否则不输出任何数据。具体的，将接收的数据写入一个双口RAM，RAM大小为2048字节(不小于两倍数据帧长)，每写一个字节，地址计数E和接收计数D分别加1。同时将数据写入一个4字节移位寄存器的最低1个字节位置，每写一个字节，移位寄存器的低字节往高字节移位一次。当移位寄存器内容等于0x1ACFFC1D时将地址计数E保存至寄存器F，并将接收计数D置为帧头长度4。当接收计数等于1024字节时，将寄存器F的值和接收计数写入FIFO。当FIFO的非空指示为0时，读出FIFO数据，并从FIFO输出的数据中获取地址计数F和接收计数D。以地址计数F为起始地址G，从双口RAM中连续读取数据，每读取一个字节数据，起始地址G加1，当起始地址等于地址计数F加接收计数D时停止读取双口RAM输出，然后等待12个周期作为数据帧间隔。重复检测FIFO的非空指示，若为1则重复上述过程。

上述信道译码及解扰模块13用于对输入的数据进行解扰处理，解扰的范围是第5至第1024字节。然后进行译码处理，译码的范围是第5字节至第960字节，并输出译码结果统计，将译码和解扰后的数据输入到定长解封装模块14。需要说明的是，上述解扰处理和译码处理为现有技术，在此不加以赘述。

上述定长解封装模块14用于对输入数据进行解封装，将0x1ACFFC1D帧头去掉，判断数据类型是否为背景流数据(在本实施例中，背景流数据类型为0101)，如果是则丢弃。否则根据数据长度字段从第6字节开始截取相应长度数据并输出，其余填充数据丢弃，并将截取出来的数据送往净荷解封装模块15。

上述净荷解封装模块15用于实现以太网净荷数据的提取处理，过程为，两个0xC0间的数据为一个以太网报文，以太网报文的数据需连续输出，缓存连续输出的以太网报文，当输入数据内容为0xC0是结束符，则直接去掉0xC0，并将0xC0后第一个非0xC0字节作为以太网报文的起始数据，将后续数据中连续的DB和CC转换成0xC0、连续的DB和CD转换成0xDB，直到再次遇到0xC0则一个以太网报文接收完毕。将转换后的数据写入一个缓存中(本实施例为4096字节)。并进行帧统计计数，当缓存写入一个完整数据帧后帧统计加1，当缓存读出一帧数据后帧统计减1。

上述发送缓存模块16用于将净荷解封装模块15的输出数据进行缓存。

上述以太网发送模块17用于判断PAUSE帧生成模块18的缓存非空指示是否有效，如果有效，则从PAUSE帧生成模块18中读取数据，并在接收到的数据前面增加前导码，在数据末尾增加CRC校验，并发送至网络设备。当PAUSE帧生成模块18的缓存非空指示无效时，判断净荷解封装模块15输出的帧统计值，如果大于0时，则从净荷解封装模块15的缓存中连续读出一个报文的数据，并在接收到的数据前面增加前导码，发送至网络设备。

上述PAUSE帧生成模块18用于当输入的PAUSE帧使能信号有效时，产生一个标准的以太网PAUSE，写入一个小容量缓存(本实施例为1024字节)，小容量缓存的读取受以太网发送模块17控制，并将读取的数据和缓存非空指示发送至以太网发送模块17。

上述同步序列检测模块19用于接收电压比较模块122的数据，当串行数据中脉冲宽度大于阈值(本实施例为0.8毫秒)时，在脉冲的下降沿输出有效同步序列指示到同步控制模块20。

上述同步控制模块20用于通过计数器产生时间信息，10毫秒为一个时隙单位，10个时隙单位为一个循环周期，循环周期一个接一个不停重复。当本端设备配置为主模式时，在每个循环的第一个时隙时产生相同时间的有效同步序列发送使能信号。在第2至4时隙时产生相同时间的有效数据发送使能信号。当本端设备配置为从模式时，在第6至8时隙时产生相同时间的有效发送信号。第1、第9时隙为保护时隙，不发送数据。同步序列发送使能信号和数据发送使能信号送往串行发送模块31和串行接收模块11。主端在从端数据发送时隙前1ms至时隙后1ms这段时间进行串行数据接收。从端在主端数据发送时隙前1ms至时隙后1ms这段时间进行串行数据接收。当收到同步序列检测模块19的有效同步序列指示消失时，将计数器设置为第1个时隙的开始，用于保证主从两端的同步控制模块20的计数器值基本保持一致。

上述判决电压调整模块21用于接收串行接收模块11发送的接收统计值和误码统计值，记录固定时间内这两个统计值的增量，并通过除法器计算误码增量和接收增量的比值，计算出误码率。通过SPI接口控制可调电位器模块22对判决电压进行调整。在本实施例中，上述固定时间为10毫秒。

需要说明的是，判决电压调整流程是将判决电压设置为最低电压0V，每10毫秒计算一次误码率，然后判决电压增加0.1V，将判决电压值转换成二进制，并根据SPI接口时序要求产生SPI接口信号对可调电位器进行配置，直至判决电压为最高电压1V，记录误码率最小的判决电压为A。将判决电压设置为A-0.05V，每10毫秒计算一次误码率，然后判决电压增加0.01V，直至判决电压为A+0.05V，记录误码率最小的判决电压B。最后将判决电压设置为B。运行过程中当误码率大于10^-5时，重复上述调整过程。

上述可调电位器模块22采用AD5270数字电位器芯片实现，该电位器的SPI接口与控制电路中的判决电压调整模块21连接。

上述以太网接收模块23用于从网络设备中接收以太网报文，并将接收到的以太网报文去掉前导码，并校验CRC32是否正确，如果正确则将数据送往净荷封装模块24，否则将以太网报文丢弃。

上述净荷封装模块24用于将以太网接收模块23输出的以太网报文的开头和结尾各增加一个字节0xC0(结束字符)数据，并将报文中数据为0xC0的数据替换为DB(转义字符)和CC(替换字符1)，并将报文中值为DB的数据替换为DB和CD(替换字符2)。经过处理后的数据仅从数据内容中就可判断出数据帧的起始位置。然后将数据送往数据缓存模块25。

上述数据缓存模块25用于对净荷封装模块24的输出数据进行缓存，并且实时输出数据缓存模块25的当前有效数据的数量指示，当写入1字节时数量指示加1，当读出1字节时数量指示减1。

上述流量探测模块26用于接收数据缓存模块25输出的数量指示，当数量指示等于缓存最大值(本实施例为65536字节)时，产生有效的PAUSE帧使能信号，并将PAUSE帧使能信号发送到PAUSE帧生成模块18，每10毫秒最多只产生1次有效PAUSE帧使能信号。当数据指示等于0且持续时间大于一定时间间隔(本实施例为10毫秒)时，产生有效的背景流使能信号，将背景流使能信号发送到背景流生成模块27。

上述背景流生成模块27用于当输入的背景流使能信号有效时，产生固定长度数据(本实施例为954字节)，写入一个小容量缓存(本实施例为1024字节)，小容量缓存的读取受定长封装模块28控制，并将产生的数据和缓存非空指示发送至定长封装模块28。

上述定长封装模块28仅在缓存反压模块30输出的反压指示无效时工作，当数据缓存模块25的数量指示大于阈值954时，将954字节数据从数据缓存模块25读出，并在读出的数据前添加固定4字节0x1ACFFC1D和4bit数据类型0000、12bit数据长度，并在数据后面添加64字节0给后续信道编码校验数据预留位置。或距离上一次读取时间间隔大于阈值时且数量指示大于0时，将现有数据全部从数据缓存模块25中读出，并在读出的数据前添加固定4字节0x1ACFFC1D帧头和4bit数据类型、12bit数据长度，并在数据后面添加0至总数据量为1024字节(包括4字节0x1ACFFC1D和4bit数据类型0000、12bit数据长度)。当数据数量指示等于0时且背景流生成模块的数据量指示不为0时，从背景流生成模块27读出数据，对从背景流生成模块27读取的数据的处理过程与从数据缓存模块25读出的数据的处理过程相同，但4bit数据类型为0101。当缓存反压模块30输出的反压指示有效时，定长封装模块28处于等待状态。

上述信道编码及加扰模块29用于将定长封装模块28输出的数据进行RS编码和扰码处理，处理的区域为除0x1ACFFC1D帧头以外的所有数据，并将处理后的数据发送至缓存反压模块30。需要说明的是，RS编码和扰码为现有技术，在此不加以限制。

在本实施例中，以太网报文经过以太网接收模块23、净荷封装模块24、定长封装模块28以及信道编码及加扰模块29处理后得到的报文格式如图3所示。

上述缓存反压模块30用于对信道编码及加扰模块29输出的数据写入并缓存，并且当缓存剩余空间不足2048字节时，输出有效反压信号到定长封装模块28，禁止定长封装模块28输出数据。

上述串行发送模块31用于在同步控制模块20控制的数据发送使能信号有效时，从缓存反压模块30读出并行数据，并将其转换成串行数据，每字节串行数据包括1bit高电平起始比特，8bit数据，1bit奇偶校验位，1bit低电平结束比特。当同步控制模块20控制同步序列发送使能信号有效时，直接输出长度为1毫秒的脉冲信号至驱动电路模块131。

在一个实施例中，上述电压比较电路122用于将探测器121输出的电压与可调电压器模块22输出的电压进行比较。上述电压比较电路采用TL331比较器芯片实现。

在具体应用中，当探测器探测到光信号时，将光信号转换为电信号(模拟信号)并输出模拟信号时，通过判决电压调整模块和可调电位器模块将输出的模拟信号转换为数字信号。具体地，通过判决电压调整模块控制可调电位器模块调整可调电位器模块的输出电压，通过电压比较模块，将探测器输出的电信号(模拟信号)与可调电位器的输出电压进行比较，如果前者大于后者则电压比较模块输出高电平，否则输出低电平，实现将模拟信号转换为数字信号，无需采用高速的A/D转换器或采集卡就能实现模数转换，有效地降低硬件成本。

本实施例提供的光通信设备，通过设置同步序列检测和时隙设置，只需一种波长的发光器和探测器就能实现数据收发的双向通信，且硬件电路简单、成本低，并能够通过以太网接口与网络设备连接通信，提高光通信设备的通用性，有效地解决了目前水下光通信设备具有实现成本高和通用性差的问题。

实施例二：

如图4所示，本实施例提供了一种光通信系统40，包括第一网络设备41、第二网络设备42、第一光通信设备43以及第二光通信设备44，第一光通信设备43和第二光通信设备44与实施例一提供的光通信设备的结构相同。

第一网络设备41与第一光通信设备43连接，第二网络设备42与第二光通信设备44连接。

第一光通信设备43接收第二光通信设备44发出的光信号，或向第二光通信设备44发送光信号。

第二光通信设备44接收第一光通信设备43发出的光信号，或向第一光通信设备43发送光信号。

在具体应用中，上述第一网络设备41与第一光通信设备43通过标准以太网接口连接，上述第二网络设备42与第二光通信设备44通过标准以太网接口连接，第一光通信设备43根据第一网络设备41的以太网报文向第二光通信设备44发送光信号，第二光通信设备44根据第二网络设备42的以太网报文向第一光通信设备43发送光信号，上述第一光通信设备43将接收到的光信号转换为数字信号并发送至第一网络设备41，上述第二光通信设备44将接收到的光信号转换为数字信号并在第二网络设备42中。

在具体应用中，上述第一网络设备41对接收到的数字信号进行存储、转发、显示、计算、分析等多种处理。上述第二网络设备42同样能够对接收到的数字信号进行存储、转发、显示、计算、分析等多种处理。

由于本实施例提供的光通信系统与本申请图1所示的光通信设备是基于同一构思，其带来的技术效果与本申请图1所示的光通信设备实施例相同，具体内容可参加实施例一的叙述，此处不再赘述。

因此，本实施例提供的光通信设备，同样能够通过设置同步序列检测和时隙设置，只需一种波长的发光器和探测器就能实现数据收发的双向通信，且硬件电路简单、成本低，并能够通过以太网接口与网络设备连接通信，提高光通信设备的通用性，有效地解决了目前水下光通信设备具有实现成本高和通用性差的问题。

实施例三：

如图5所示，本实施例提供了一种数据传输方法，应用于光通信系统，其具体包括：

步骤S101：获取本端的工作模式。

在具体应用中，所述工作模式包括主模式和从模式。

在具体应用中，在通过两台光通信设备进行数据通信时，首先设置通信波特率，使得本端的波特率与对端的波特率一致。在本实施例中，波特率范围为：1Mbps至50Mbps。

在具体应用中，通过设置主从模式来确定两台光通信设备的工作模式，需要说明的是，通信两端的设备的主从模式设置必须一端为主模式，一端为从模式。即若本端的工作模式为主模式，则对端的工作模式为从模式，若本端的工作模式为从模式，则对端的工作模式为主模式。

步骤S102：若本端的工作模式为主模式，则在处于主端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于主端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号。

在具体应用中，第一光信号为本端根据数字信号产生的光信号，所述数字信号为本端从与本端连接的网络设备获取的数字信号。

步骤S103：若本端的工作模式为从模式，则在处于从端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于从端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号。

在具体应用中，如图6所示，本实施例中数据发送过程如下：

步骤S61：设置通信波特率；

步骤62：设置主从模式；

步骤63：接收二层以太网报文，并对标准的二层以太网报文进行解封装，提取有效数据；

步骤64：对有效数据进行净荷封装处理。

具体的，在数据帧的开始和结尾处各插入一个结束字符，并将原数据帧中与结束字符相同的字符替换成两个字符：转义字符和替换字符1，将原数据帧中与转义字符相同的字符替换为两个字符：转义字符和替换字符2。

需要说明的是，净荷封装处理使数据中含有标识数据起始信息，便于经过串行数据传输后，接收端恢复数据帧结构。

步骤65：对数据进行缓存，产生数量指示。

具体的，数量指示是为了便于后续处理将数据封装成固定长度(1024字节)的数据帧而设置的。

步骤66：判断反压信号是否有效，若反压信号有效，则返回执行步骤63；若反压信号无效，则执行步骤67。

步骤67：判断数据缓存模块的数量指示是否大于阈值(954字节)，若是，则从缓存模块读出阈值数量字节的数据，并执行步骤611，否则，执行步骤68。

步骤68：判断距离上一次读取时间间隔是否大于阈值(10毫秒)且缓存模块的数量指示不等于0，若是，则将现有数据全部从缓存模块读出，并执行步骤69；否则，返回执行步骤63。

步骤69：判断缓存数据量是否小于最小值阈值(0字节)，若是，则执行步骤610。否则，返回执行步骤63。

步骤610：产生数量的背景流数据.

上述背景流数据用于维持系统内最低的数据量。

步骤611：对数据进行定长数据帧封装。

具体为：对背景流数据进行读出和封装。或对缓存模块数据进行读出和封装。定长封装过程是根据数据缓存的数量指示，读出相应长度的数据，当数据量大于数据帧最大的数据封装长度时，仅读取固定的最大数据封装长度(954字节)。当数据量小于或等于最大数据封装长度时，将缓存数据全部读出。在读出数据前添加固定内容4字节帧头(0x1ACFFC1D)和2字节数据信息，2字节数据信息包含4bit数据类型和16bit数据长度，当封装数据不为背景流数据时4bit数据类型为0000，当封装数据为背景流时4bit数据类型为0101。16bit数据长度为本数据帧中数据的字节数，如果数据量小于封装的最大长度(954字节)时，需要在数据后填充0。并在数据后面添加固定长度(64字节)内容为0的填充字节给信道编码冗余校验数据预留位置，定长封装完成后数据帧整体长度为固定字节数(1024字节)。

步骤612：对数据进行信道编码(RS编码)处理。

具体为：将除4字节帧头和预留冗余校验数据以外的所有有效数据(第5字节至第956字节)进行编码处理。编码处理将数据后的预留全0数据替换为冗余校验数据。信道编码可有限度的恢复错误数据，有利于降低数据传输过程的误码率。

步骤613：对数据进行扰码处理。

具体为，将除帧头以外的所有数据(第5字节至第1024字节)进行扰码处理。扰码处理可避免串行数据长0或长1，有利于降低数据传输过程的误码率。加扰后的数据不会出现与帧头相同的内容，避免接收端误检测到帧头的情况。

步骤614：对数据帧进行缓存。

需要说明的是，由于光通信设备的输入和输出速率不一致，因此必须在缓存大于阈值时输出有效反压信号禁止步骤64接收数据帧，避免数据在发送过程中因缓存溢出而导致数据丢失。如果缓存数据量小于阈值则执行步骤615。否则，在步骤614等待。

步骤615：判断当前是否为数据发送时隙，若是则进入步骤617；否则进入步骤616。

步骤616：判断当前是否为同步序列发送时隙，若是则进入步骤619；否则返回步骤63。

步骤617：将并行数据从数据缓存中读出，转换成串行数据。

上述转换过程为，每字节数据转换成串行8bit，并在8bit前增加1bit高电平，在8bit后增加1bit奇偶校验位和1bit低电平，奇偶校验位通过将8bit数据逐位进行异或运算。

步骤618：将串行数据发往驱动电路并返回执行步骤63。

步骤619：将串行同步序列发往驱动电路并返回执行步骤63。

在具体应用中，如图7所示，本实施例中数据接收过程如下：

步骤71：设置通信波特率。

具体的，波特率范围为：1Mbps至50Mbps，将通信两端的波特率设置一致。

步骤72：设置主从模式。

步骤73：通过探测器将光信号转换成电信号。

步骤74：通过电平比较电路，将探测器输出电平与可调电压电路输出电平进行比较，判断探测器电平是否大于可调电压电路输出电平，若是，则输出高电平，否则输出低电平。

步骤75：接收电平比较电路产生的串行数字信号。

步骤76：判断本端是否为从模式且接收的串行数据是否与同步序列匹配，若是，则执行步骤77；否则，执行步骤78。

步骤77：对同步计数进行清零操作，使其与主端的同步计数相同。

步骤78：根据同步计数判断是否处于接收时隙，若是，则执行步骤79；否则，返回执行步骤73。

步骤79：对接收到的数据进行串并转换。

具体的，上述串并转换过程为：以信号的上升沿后1.5个波特率周期为起始时间，以波特率周期为间隔，采样9次，前8次采样结果通过移位寄存器转换为1字节并行数据。9次采样结果进行异或运算，如果为1则认为奇偶校验错误，如果为0则认为奇偶校验结果正确。对接收的数据字节数和误码个数进行累加统计。

步骤710：对输入的数据进行定帧处理。

具体为，定帧过程为：将数据写入一个双口RAM，每写一个字节，地址计数和接收计数分别加1。同时将数据写入一个与帧头位宽一致的移位寄存器的低位，每写一个字节，移位寄存器左移1个字节。当移位寄存器内容等于帧头(0x1ACFFC1D)时将地址计数保存至寄存器E，并将接收计数置为帧头长度。当接收计数等于固定帧长时(固定帧长为1024字节)，将寄存器E的值和接收计数写入FIFO，并对接收计数进行清零处理。当FIFO为非空时，读出FIFO数据，并从FIFO输出的数据中获取地址计数和接收计数。以地址计数为起始地址，从双口RAM中连续读取数据，当读取数据的个数与接收计数相同时停止读取RAM。

步骤711：对数据帧进行解扰处理。

具体的，解扰的范围为数据帧除帧头以外的所有数据(本实施例为第5字节至第1024字节)。解扰后仅数据内容发生变化，数据帧格式不变。

步骤712：对数据帧进行信道译码处理。

具体的，译码范围为数据帧除帧头以外的所有数据。译码功能会根据冗余校验数据(本实施例为第961字节至第1024字节)对数据区域(本实施例为第5字节至第960字节)进行纠错处理，译码后仅数据内容发生变化，减少误码数量，数据帧格式不变。

步骤713：对数据进行定长解封装处理。

具体的，将数据帧的数据帧头、数据类型和冗余校验数据去掉，将剩余的有效数据发往下一级(本实施例为954字节)。

步骤714：对数据进行净荷数据解封装处理。

具体的，将帧结束字符(本实施例中为C0)去掉，并将结束字符后第一个数据作为一个以太网报文的起始，将数据帧内容为转义字符和替换字符1的连续两个字符转换成结束字符，将数据帧内容为转义字符和替换字符1的连续两个字符转换成转义字符。经过上述转换后的数据先写入缓存，当检测到下一个结束符后，将缓存的数据连续输出。

步骤715：判断缓存数据量是否大于最大值，若是，则执行步骤716；否则，执行步骤717。

步骤716：生成标准以太网PAUSE帧。

步骤717：对净荷解封装处理后的数据进行标准二层以太网封装，并发送至与其连接的网络设备，返回执行步骤73。

步骤718：发送以太网PAUSE帧，并返回执行步骤73。

在具体应用中，根据误码率来调整判决电压，如图9所示，调整判决电压的过程如下：

步骤81：将判决电压调整至最小值A。

步骤82：检测当前误码率。

步骤83：判断当前误码率是否小于最小误码率，若是，则执行步骤84；否则，执行步骤86。

步骤84：将最小误码率替换为当前误码率。

步骤85：记录当前判决电压值为C。

步骤86：调整判决电压在当前值基础上增加0.1V。

步骤87：判断当前判决电压是否大于最大电压B，若是，则执行步骤88；否则，返回执行步骤82。

步骤88：将判决电压调整为C-0.05V。

步骤89：检测当前误码率。

步骤810：判断当前误码率是否小于最小误码率，若是，则执行步骤811；否则，执行步骤813。

步骤811：将最小误码率替换为当前误码率。

步骤812：记录当前判决电压值为C。

步骤813：调整判决电压在当前值基础上增加0.01V。

步骤814：判断当前判决电压是否大于电压C+0.05V，若是，则执行步骤815；否则，返回执行步骤89。

步骤815：将判决电压调整为D。

步骤816：检测当前误码率。

步骤817：判断误码率是否大于阈值，若是，则返回执行步骤82；否则，则返回执行步骤816。

在一个实施例中，上述数据传输方法还包括建立数据收发时隙。

在具体应用中，如图9所示，上述数据收发时隙包括主端同步序列发送时隙、主端数据发送时隙、从端数据接收时隙、主端数据接收时隙、从端数据发送时隙及时隙间的保护时隙。

在具体应用中，若主端设备和从端设备同时发送数据，则会造成光信号叠加，导致双向通信中断。为了避免上述情况发生，通过采用双向分时通信方式来建立数据收发时隙。将一小段固定时间(本实施例中为10毫秒)作为一个时隙单位，若干个(本实施例中为10个)时隙单位为一个循环周期，循环周期一个接一个不停重复，选取固定的时隙作为同步序列发送和数据发送的时隙。

在具体应用中，当本端配置为主模式时，在每个循环的主端同步序列发送时隙(91)时发送同步序列信号。在每个循环的主端数据发送时隙(92)时发送串行数据。当本端配置为从模式时，在每个循环的从端数据发送时隙(94)时发送串行数据。

主端数据发送时隙前和后各增加固定长度的覆盖时间(97)，这段时间作为从端数据接收时隙(96)，需要说明的是，设置覆盖时间是必要的，可保证接收时隙完全覆盖发送时隙。

从端数据发送时隙前和后各增加固定长度的覆盖时间(97)，这段时间作为主端数据接收时隙(93)。

主端数据发送时隙和从端数据发送时隙之间需间隔有保护时隙(98)，以保证主端和从端发送信号间互不干扰，并能消除主从计数器之间的因微小偏差导致的接收错误，处于保护时隙时，主端和从端均不收发信号。

由于本实施例提供的光通信系统与本申请图1所示的光通信设备是基于同一构思，其带来的技术效果与本申请图1所示的光通信设备实施例相同，具体内容可参加实施例一的叙述，此处不再赘述。

因此，本实施例提供的光通信设备，同样能够通过设置同步序列检测和时隙设置，只需一种波长的发光器和探测器就能实现数据收发的双向通信，且硬件电路简单、成本低，并能够通过以太网接口与网络设备连接通信，提高光通信设备的通用性，有效地解决了目前水下光通信设备具有实现成本高和通用性差的问题。

实施例四：

图10是本申请实施例四提供的通信设备的示意图。如图10所示，该实施例的通信设备10包括：处理器100、存储器101以及存储在所述存储器101中并可在所述处理器100上运行的计算机程序102，例如程序。所述处理器100执行所述计算机程序102时实现上述各个图片处理方法实施例中的步骤，例如图5所示的步骤S101至S103。

示例性的，所述计算机程序102可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器101中，并由所述处理器100执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序102在所述通信设备10中的执行过程。例如，所述计算机程序102可以被分割成获取模块、第一工作模块和第二工作模块，各模块具体功能如下：

获取模块，用于获取本端的工作模式，所述工作模式包括主模式和从模式；

第一工作模块，用于若本端的工作模式为主模式，则在处于主端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于主端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号，所述第一光信号为本端根据数字信号产生的光信号，所述数字信号为本端从与本端连接的网络设备获取的数字信号；

第二工作模块，用于若本端的工作模式为从模式，则在处于从端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于从端数据接收时隙时接收对端发送第二光信号。

所述通信设备10可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端管理服务器等计算设备。所述通信设备可包括，但不仅限于，处理器100、存储器101。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是通信设备10的示例，并不构成对通信设备10的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述通信设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器100可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器101可以是所述通信设备10的内部存储单元，例如通信设备10的硬盘或内存。所述存储器101也可以是所述通信设备10的外部存储设备，例如所述通信设备10上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器101还可以既包括所述通信设备10的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器101用于存储所述计算机程序以及所述通信设备所需的其他程序和数据。所述存储器101还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述无线终端中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/通信设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/通信设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述设置为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，设置为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并设置为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光通信设备，其特征在于，包括所述光通信设备包括控制电路、探测器模块及发光器模块；

所述控制电路用于与网络设备连接，所述控制电路分别与所述探测器模块和所述发光器模块电连接；

所述探测器模块用于接收光信号；

所述控制电路用于将所述探测模块接收的光信号进行处理后发送至所述网络设备；

所述控制电路还用于将所述网络设备发送的数字信号进行处理后发送至发光器模块；

所述发光器模块根据接收到的数据信号发出光信号。

2.根据权利要求1所述的光通信设备，其特征在于，所述控制电路包括数据接收模块和数据发送模块；

所述数据接收模块的输入端与所述探测器模块的输出端连接，所述数据接收模块的输出端用于与网络设备连接，所述数据发送模块的输入端用于与所述网络设备连接，所述数据发送模块的输出端与所述发光器模块连接。

3.根据权利要求2所述的光通信设备，其特征在于，所述数据发送模块包括以太网接收模块，净荷封装模块、数据缓存模块、流量探测模块、背景流生成模块、定长封装模块、信道编码及加扰模块、缓存反压模块、串行发送模块；

所述以太网接口接收模块的输入接口用于与网络设备连接，所述以太网接收模块的输出端与所述净荷封装模块的输入端连接相连，所述净荷封装模块的输出端与所述数据缓存模块的输入端连接，所述数据缓存模块的输出端分别与所述定长封装模块的第一输入端和所述流量探测模块的输入端连接，所述流量探测模块的第一输出端与所述背景流生成模块的输入端连接，所述流量探测模块的第二输出端与数据接收模块连接，所述背景流生成模块的输入端与所述定长封装模块的第二输入端连接，所述定长封装模块的输出端与所述信道编码及加扰模块的输入端连接，所述信道编码及加扰模块的输出端与所述缓存反压模块的输入端连接，所述缓存反压模块的第一输出端与所述串行发送模块的输入端连接，所述缓存反压模块的第二输出端与所述定长封装模块的控制端连接，所述串行发送模块的输出端与发光器模块连接。

4.根据权利要求2所述的光通信设备，其特征在于，所述数据接收模块包括串行接收模块、定帧模块、信道译码及解扰模块、定长解封装模块、净荷解封装模块、发送缓存模块、以太网发送模块、PAUSE帧生成模块、同步序列检测模块、同步控制模块、判决电压调整模块、可调电位器模块；

串行接收模块的输入端与探测器模块连接，所述串行接收模块的输出端与定帧模块连接，所述定帧模块的输出端与信道译码及解扰模块的输入端连接，所述信道译码及解扰模块的输出端与所述定长解封装模块的输入端连接，所述定长解封装模块的输出端与净荷解封装模块的输入端连接，所述净荷解封装模块的输出端与所述发送缓存模块的输入端连接，所述发送缓存模块的输出端与所述以太网发送模块的第一输入端连接，所述以太网发送模块的第二输入端与所述PAUSE帧生成模块的输出端连接，所述以太网发送模块的输出端用于与网络设备连接，所述PAUSE帧生成模块的输入端与所述数据发送模块连接，所述同步序列检测模块的输入端与所述探测器模块连接，所述同步序列检测模块的输出端与所述同步控制模块的输入端连接，所述同步控制模块的第一输出端与所述数据发送模块连接，所述同步控制模块的第二输出端与所述串行接收模块的控制端连接，所述判决电压调整模块的输入端与所述串行接收模块的输出端连接，所述判决电压调整模块的输出端与可调电位器模块的输入端连接，所述可调电位器模块的输出端与所述探测器模块连接。

5.根据权利要求1所述的光通信设备，其特征在于，所述探测器模块包括探测器和电压比较模块；所述发光器模块包括驱动电路模块和发光模块。

6.一种光通信系统，其特征在于，所述光通信系统包括第一网络设备、第二网络设备、第一光通信设备以及第二光通信设备，所述第一光通信设备和所述第二光通信设备为如权利要求1至5任意一项所述的光通信设备；

所述第一网络设备与所述第一光通信设备连接，所述第二网络设备与所述第二光通信设备连接；

所述第一光通信设备接收所述第二光通信设备发出的光信号，或向所述第二光通信设备发送光信号；

所述第二光通信设备接收所述第一光通信设备发出的光信号，或向所述第一光通信设备发送光信号。

7.一种数据传输方法，其特征在于，应用于光通信系统，包括：

获取本端的工作模式，所述工作模式包括主模式和从模式；

若本端的工作模式为主模式，则在处于主端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于主端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号，所述第一光信号为本端根据数字信号产生的光信号，所述数字信号为本端从与本端连接的网络设备获取的数字信号；

若本端的工作模式为从模式，则在处于从端数据发送时隙时向对端发送第一光信号，在处于从端数据接收时隙时接收对端发送的第二光信号。

8.根据权利要求7所述的数据传输方法，其特征在于，还包括：

建立数据收发时隙；

所述数据收发时隙包括主端同步序列发送时隙、主端数据发送时隙、从端数据接收时隙、主端数据接收时隙、从端数据发送时隙及时隙间的保护时隙。

9.一种通信设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7至8任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至8任一项所述方法的步骤。