CN113395114B - 光模块、数据中心系统以及数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种光模块，应用于光网络通信领域。本申请的光模块包括：第一下行端口，第二下行端口，定向耦合器，第一光衰减器，第一光电二级管PD以及第二PD。定向耦合器与第一下行端口相连，用于接收第一下行光信号。第二PD与定向耦合器相连，用于获取第一功率数值。若第一功率数值大于第一阈值，则第一光衰减器用于接收第一衰减控制信号，根据第一衰减控制信号衰减经过第二下行端口的光信号的功率。第一PD用于将第一下行光信号转化成第一下行电信号，将经过第二下行端口的光信号转化成电信号。其中，第一下行端口和第二下行端口都与第一PD相连，因此可以提升光模块的连接能力，降低光模块成本。

Description

光模块、数据中心系统以及数据传输方法

技术领域

本申请实施例涉及光网络通信领域，尤其涉及光模块、数据中心系统以及数据传输方法。

背景技术

数据中心网络(data center network,DCN)在办公电子化，数据的云存储以及数据的云处理等方面的优势让数据中心网络在各个行业中越来越普及。随着数据中心网络的蓬勃发展，数据中心网络的数据流也不断增长，一个交换机需要连接的交换机数量也越来越多。因为交换机与交换机通过光模块相连，因此光模块的光端口111数量也越来越多。光端口111是交换机上的光模块与其它交换机连接的光信号端口，电端口112是交换机上的光模块与该交换机连接的电信号端口。如图1所示，图示中的数据中心网络包括核心层，汇聚层和接入层，交换机110属于汇聚层。以第一设备为例，第一设备有4路电信号通过4个电端口112与光模块A1相连。光模块A1通过4个光端口111分别与汇聚层的交换机102-105相连。第一设备还有4路电信号通过4个电端口112与光模块A2相连，光模块A2通过1个光端口111与交换机110相连。

增加光端口111的数量可以提升交换机A的连接能力，即可以让交换机A连接更多的交换机，或者通过更多的光端口111连接到同一个交换机。一般交换机A的电端口112数量有限，且光端口111的数量又被光模块的电端口112数量限制。因此，如何在交换机A的电端口112数量有限的情况下，增加光端口111的数量，是一个急需解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种光模块，数据中心系统以及数据传输方法，应用于光网络通信领域，可以提升光模块的连接能力，降低光模块的成本。

本申请第一方面提供了一种光模块，包括：第一下行端口，第二下行端口，第一定向耦合器，第一光衰减器，第一光电二极管(photo-diode，PD)以及第二PD。其中，第一定向耦合器与第一下行端口相连，经过第一下行端口的第一下行光信号会经过第一定向耦合器，第一定向耦合器包括两个输出口，其中一个输出口向第一PD输送第一下行光信号。第一PD用于将第一下行光信号转化成第一下行电信号。另一个输出口向第二PD输送第一下行光信号耦合的光信号。第二PD检测该耦合的光信号的功率，获取第一功率数值。第一光衰减器与第二下行端口相连，经过第二下行端口的光信号会经过第一光衰减器，若第一功率数值大于第一阈值，则第一光衰减器可以接收第一衰减控制信号，根据第一衰减控制信号衰减经过第二下行端口的光信号的功率。第一PD还与第二下行端口相连，若第一功率数值小于或等于第一阈值，第一光衰减器没有阻断经过第二下行端口的光信号的功率，则第一PD还可以接收经过第二下行端口的光信号，并将其转化成电信号。

通过两个端口共用一个PD，本申请实施例可以提升光模块的连接能力。此外，光模块的结构设计简单，降低了光模块的成本。

基于本申请第一方面，在本申请第一方面的第一种实施方式中，光模块还包括第一控制器。第一控制器与第二PD相连，用于接收第二PD发送的第一功率数值。若第一功率数值大于第一阈值，则第一控制器可以生成第一衰减控制信号，向第一光衰减器发送第一衰减控制信号。

基于本申请第一方面，或本申请第一方面的第一种实施方式，在本申请的第一方面的第二种实现方式中，光模块还包括合波器。合波器的输入端与第一定向器，第一光衰减器相连。合波器的输出端与第一PD相连，第一下行光信号会经过合波器，合波器向第一PD输送第一下行光信号，或经过第二下行端口的光信号会经过合波器，合波器向第一PD输送经过第二下行端口的光信号。其中，第一PD可以只有一个输入端口。

基于本申请第一方面的第一种实施方式至第二种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第一方面的第三种实现方式中，第一控制器还用于获取停止衰减信号，停止衰减信号根据第一下行电信号的传输状态得到，传输状态为停止传输。第一控制器还用于向第一光衰减器发送停止衰减信号。第一光衰减器还用于根据停止衰减信号停止衰减经过第二下行端口的光信号的功率。其中，在第一下行端口没有光信号传输时，可以避免衰减第二下行端口的光信号，导致第二下行端口的光信号无法传输，造成传输资源的浪费。

基于本申请第一方面的第一种实施方式至第二种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第一方面的第四种实现方式中，第二PD还用于获取第二功率数值，向第一控制器发送第二功率数值。若第二功率数值小于或等于第二阈值，第一控制器还用于向第一光衰减器发送停止衰减信号。第一光衰减器还用于接收停止衰减信号，根据停止衰减信号停止衰减第二光信号的功率。若第二功率数值小于或等于第二阈值，则表明第一下行光信号的数据已经传输完成，或者停止传输，第一控制器便可以生成停止衰减信号，向第一光衰减器发送停止衰减信号。避免第一下行端口在没有光信号传输时，仍然衰减第二下行端口的光信号，导致第二下行端口的光信号无法传输，造成传输资源的浪费。

基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第四种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第一方面的第五种实现方式中，光模块还包括：第二定向耦合器，第二光衰减器以及第三PD。其中，第二定向耦合器的输入端与第一光衰减器相连，经过第一光衰减器的光信号会经过第二定向耦合器，第二定向耦合器包括两个输出口，其中一个输出口向第一PD输送经过第二下行端口的光信号。另一个输出口向第三PD输送经过第二下行端口的光信号耦合的光信号，第三PD检测该耦合的光信号的功率，获取第三功率数值。第二光衰减器的输入端第一下行端口相连，输出端与第一定向耦合器相连，经过第一下行端口的光信号会经过第二光衰减器，第二光衰减器还可以接收第二衰减控制信号，若第三功率数值大于第三阈值，则根据第二衰减控制信号衰减经过第一下行端口的光信号的功率。其中，结合本申请的第一方面，在检测到第一下行端口有光信号传输时，第一衰减器可以衰减经过第二下行端口的光信号的功率，因此提高了光信号传输的稳定性。

基于本申请第一方面，或第一方面的第一种实施方式至第五种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第一方面的第六种实现方式中，光模块还包括第一光源，第一调制器，第一开关，第一上行端口以及第二上行端口。其中，第一光源用于产生第一光束。第一调制器用于接收第一上行电信号，利用第一上行电信号调制第一光束获得第一上行光信号，向第一开关输送第一上行光信号。第一开关用于接收第一控制信号，根据第一控制信号向第一上行端口或第二上行端口传输第一上行光信号。其中，第一上行端口和第二上行端口属于光端口，且第一调制器只需要占用光模块的一个电端口，因此可以增加光端口的数量，提升光模块的连接能力。第一开关根据第一控制信号向第一上行端口或第二上行端口传输第一上行光信号，因此可以通过灵活配置第一控制信号，来灵活的控制第一上行光信号的传输方向。

基于本申请的第一方面的第六种实施方式中，在本申请的第一方面的第七种实现方式中，第一控制器还用于向第一开关发送第一控制信号。

基于本申请第一方面的第六种实施方式或第七种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第一方面的第八种实现方式中，光模块还包括：波分复用器，第二光源，第二调制器，第二开关以及第三上行端口。其中，第二光源用于产生第二光束。第二调制器用于接收第二上行电信号，利用第二上行电信号调制第二光束，获得第二上行光信号，向第二开光输送第二上行光信号。第二开关用于接收第二控制信号，根据第二控制信号向第一上行端口或第三上行端口输送第二上行光信号。若第二开关根据第二控制信号向第一上行端口输送第二上行光信号，经过第二开关的第二上行光信号会经过波分复用器，若第一开关根据第一控制信号向第一上行端口输送第一上行光信号，经过第一开关的第一上行光信号也会经过波分复用器，波分复用器合并第二上行光信号和第一上行光信号，获得第三上行光信号，向第一上行端口传输第三上行光信号。第一控制器还用于获取第二控制信号，向第二开关发送第二控制信号。

本申请中，波分复用器的输入端与第一开关，第二开关相连，输出端与第一上行端口相连，波分复用器可以将不同波长的两个光信号合并在一条光纤中传输，因此当第二上行光信号和第一上行光信号的接收方是同一个接收方时，可以减少接收方的端口数量。

基于本申请第一方面的第六种实施方式至第八种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第一方面的第九种实现方式中，光模块还包括：驱动放大器。驱动放大器与第一调制器相连，驱动放大器用于接收第一上行电信号，放大第一上行电信号，向第一调制器发送经过放大后的第一上行电信号。

基于本申请第一方面的第六种实施方式至第九种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第一方面的第十种实现方式中，第一控制器还用于调整第一调制器的工作波长，使第一调制器的工作波长与第一光束的波长相匹配。通过改变第一光束的波长来获得不同波长的第一上行光信号，增加光模块在不同波长需求的场景下的适应能力。

基于本申请第一方面的第六种实施方式至第九种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第一方面的第十一种实现方式中，第一调制器为电吸收调制器。其中，因为第一光信号在经过第一开关时可能会有损耗，因此希望可以降低第一光信号在其它方面的损耗。在使用电吸收调制器时，可以获得更低的损耗，提升光信号的强度。

本申请第二方面提供了一种数据中心系统。数据中心系统包括：汇聚层交换机组和接入层交换机组。其中，汇聚层交换机组包括一个光交换机和N个电交换机，N为大于0的整数。接入层交换机组包括第一设备，第一设备包括如上述第一方面，或第一方面任意一项实施方式所述的光模块。第一设备包括N+1个下行端口，N+1个下行端口包括一个第一下行端口和N个第二下行端口。第一下行端口与光交换机相连，每个第二下行端口与一个电交换机相连。第一定向耦合器用于接收光交换机发送的第一下行光信号。

本申请第三方面提供了一种数据传输方法。该方法包括：接收经过第一下行端口的第一下行光信号；检测第一下行光信号耦合的光信号的功率，获得第一功率数值；若第一功率数值大于第一阈值，则光模块衰减经过第二下行端口的光信号的功率；光模块将第一下行光信号转化为第一下行电信号；若第一功率数值小于或等于第一阈值，则光模块也可以接收经过第二下行端口的光信号，将经过第二下行端口的光信号转化成电信号。可选地，还可以执行第一方面的某一具体实现方式中提及的可选组件的步骤，例如：合并波长处理，电信号放大等，在此不再赘述。

本申请第四方面提供了一种光发送模块。光发送模块包括第一光源，第一调制器，第一开关，第一上行端口以及第二上行端口。其中，第一光源用于产生第一光束。第一调制器用于接收第一上行电信号，利用第一上行电信号调制第一光束获得第一上行光信号，向第一开关输送第一上行光信号。第一开关用于接收第一控制信号，根据第一控制信号向第一上行端口或第二上行端口传输第一上行光信号。

本申请中，第一上行端口和第二上行端口属于光端口，且第一调制器只需要占用光模块的一个电端口，因此可以增加光端口的数量，提升光模块的连接能力。其中，第一开关根据第一控制信号向第一上行端口或第二上行端口传输第一上行光信号，因此可以通过灵活配置第一控制信号，来灵活的控制第一上行光信号的传输方向。

基于本申请的第四方面，在本申请的第四方面的第一种实现方式中，光发送模块还包括第一控制器，第一控制器用于向第一开关发送第一控制信号。

基于本申请第四方面的第一种实施方式，在本申请的第四方面的第二种实现方式中，光发送模块还包括：波分复用器，第二光源，第二调制器，第二开关以及第三上行端口。其中，第二光源用于产生第二光束。第二调制器用于接收第二上行电信号，利用第二上行电信号调制第二光束，获得第二上行光信号，向第二开光输送第二上行光信号。第二开关用于接收第二控制信号，根据第二控制信号向第一上行端口或第三上行端口输送第二上行光信号。波分复用器用于接收经过第二开关的第二上行光信号，还用于接收经过第一开关的第一上行光信号，合并第二上行光信号和第一上行光信号，获得第三上行光信号，向第一上行端口传输第三上行光信号。第一控制器还用于获取第二控制信号，向第二开关发送第二控制信号。其中，当第二上行光信号和第一上行光信号的接收方是同一个接收方时，可以减少接收方的端口数量。

基于本申请第四方面，或第四方面的第一种实施方式至第二种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第四方面的第三种实现方式中，光发送模块还包括：驱动放大器。驱动放大器与第一调制器相连，用于放大第一上行电信号，向第一调制器发送经过放大后的第一上行电信号。

基于本申请第四方面，或第四方面的第一种实施方式至第三种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第四方面的第四种实现方式中，第一控制器还用于调整第一调制器的工作波长，以使第一调制器的工作波长与第一光束的波长相匹配。其中，第一控制器可以调整第一调制器的工作波长，使第一调制器的工作波长与第一光束的波长相匹配。第一光束的波长可以灵活改变，第一上行光信号的波长也可以随着第一光束的波长改变而改变。因此可以灵活的调制出不同波长的第一上行光信号，增加光模块在不同波长需求的场景下的适应能力。

基于本申请第四方面，或第四方面的第一种实施方式至第三种实施方式中的任意一种实施方式，在本申请的第四方面的第五种实现方式中，第一调制器为电吸收调制器。

附图说明

图1为本申请实施例的网络框架示意图；

图2为本申请实施例提供的单通道下光发送模块的一个结构示意图；

图3为本申请实施例提供的两通道下光发送模块的一个结构示意图；

图4为本申请实施例提供的四通道下光发送模块的一个结构示意图；

图5为本申请实施例提供的单通道下光接收模块的一个结构示意图；

图6为本申请实施例提供的四通道下光接收模块的一个结构示意图；

图7为本申请实施例提供的网络中心系统的一个结构示意图；

图8为本申请实施例提供的数据传输方法的一个流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种光模块、数据中心系统以及数据传输方法，应用于光网络通信领域，可以提升光模块的连接能力，降低光模块的成本。

光通信是以光波作为载波的通信方式。随着网络的快速发展，网络中需要传输的数据量也越来越大，相比于电通信，光通信有着更高的工作频率，因此可以拥有更高的传输速度。在光通信中，一般使用光纤作为光波的传输介质，因此光通信也叫光纤通信。在光纤通信中，发送端需要将电信号转化成光信号，并通过光纤将光信号发送出去，接收端将接收到的光信号转化成电信号。

光模块包括光接收模块或光发送模块，光发送模块用于在发送端将电信号转化成光信号，原理是通过激光器产生光束，调制器利用电信号调制该光束，使光束的强度，或相位，或强度和相位发生变化。光模块可以同时包括光接收模块和光发送模块，也叫光收发一体模块。调制器是光通信的基础性器件之一。常见的调制器有基于自由载流子色散效应的调制器和基于电吸收的调制器。目前，基于自由载流子色散效应的调制器主要有两种：一是马赫增德尔(Mach-Zehnder modulator，MZM)调制器；二是微环调制器。基于电吸收的调制器是指利用半导体中的电光效应制作而成的光信号调制器件，通常，电吸收调制器调制由激光器产生的光束，电吸收调制器一般根据电信号的变化改变光束的强度来调制光束。

在一根光纤中可以传输多路不同波长的光信号，就是波分复用技术(wavelength-division multiplexing,WDM)。WDM技术使用波分复用器。在发送端，波分复用器将多个不同波长的光信号耦合到一个一根光纤中传输。不同波长的光信号传输到接收端后，解复用器将各种波长的光信号分离，解复用器也称分波器或称去复用器。

在光纤通信中，发送端和接收端并不一定直接连接，中间可能会有网络节点，例如交换机，路由器等。此时，网络节点承载了信号接收功能和信号发送功能，因此网络节点也有光模块，也叫光转发模块。发送端的光模块将电信号转化成了光信号，然后通过光纤往接收端输送，因此，网络节点接收到的是光信号。若网络节点为交换机，网络节点直接向接收端转发光信号，则该交换机为光交换机；若网络节点将光信号转化成电信号，再将电信号转发成光信号，然后向接收端转发光信号，则该交换机为电交换机。

在本申请中，光模块可以是光发送模块，光模块也可以是光接收模块，光发送模块和光接收模块的结构设计并不相同，下面对两种结构进行分别描述。示例性地，本申请实施例所涉及附图中的以虚线标识的特征或内容可理解为实施例可选的操作或可选的结构。

图2为本申请实施例提供的单通道下光发送模块的一个结构示意图。如图2所示，光模块包括第一光源201，第一调制器202，第一开关203，第一上行端口204以及第二上行端口205。其中，第一光源201用于产生第一光束。第一调制器202用于接收第一上行电信号，利用第一上行电信号调制第一光束获得第一上行光信号，向第一开关203输送第一上行光信号。第一开关用于接收第一控制信号，根据第一控制信号向第一上行端口204或第二上行端口205传输第一上行光信号。

第一光源201可以是激光器，例如分布反馈式(distributed feedback，DFB)激光器，法布里-珀罗(fabry-perot，FP)激光器。FP激光器的工作波长主要有两种波长，1310纳米和1550纳米，激光器的工作波长是指激光器发出的光谱的中心波长。

第一开关203可以包括一个光分路器，第一光波导以及第二光波导。光分路器包括一个输入端口和两个输出端口。光分路器通过输入端口接收到第一上行光信号后，光分路器分别向两个光输出端口输送第一上行光信号，一个光输出端口与第一光波导相连，另一个光输出端口与第二光波导相连，光波导可以根据第一控制信号允许或者阻止第一上行光信号通过。第一控制信号可以是施加一个电压，光波导可以根据电压的大小允许或者阻止第一上行光信号通过。第一光波导与第一上行端口相连，第二光波导与第二上行端口相连。例如，若第一光波导上施加的电压大于第四阈值，第二光波导上施加的电压小于第五阈值，则经过第一光波导的第一上行光信号被阻断，经过第二光波导的第一上行光信号正常通过，第一上行端口204则不会输出第一上行光信号。第一开关203中的第一光波导的功能和第二光波导的功能与光衰减器的功能类似，因此可以用光衰减器替代光波导。

第一开关203还可以使用马赫-曾德尔干涉仪(Mach–Zehnder interferometer，MZI)。MZI与端口a，端口c，端口d相连。由端口a输入MZI的光信号由分束器1分为两路，在MZI的两臂传输后，经2*2定向耦合器输出至端口c或端口d。MZI的两臂中一臂配有相位调节器，也可以两臂均配有相位调节器。该相位调节器可以是基于电光或热光效应，通过改变相位调节器的电压或者温度，改变在两臂中传输光信号的相位差，使得端口a输入的光信号全部由端口c或端口d输出。

第一上行端口204和第二上行端口205可以是光耦合器件。为了防止光纤与光模块之间的信号干扰，且光模块中的光波导的尺寸通常很小，其截面尺寸小于0.5微米，而普通单模光纤的芯径约为8-10微米，两者尺寸相差较大，需要设置光耦合器件。光耦合器件可以是模斑转换器或光栅耦合器。

第一调制器202可以是MZM、微环调制器或电吸收调制器。

可选地，光模块还可以包括第一控制器206，用于向第一开关203发送第一控制信号。第一控制器206可以是专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)、数字信号处理器(digital signal processing，DSP)或基带芯片。第一控制器206还可以是其它具体处理功能的芯片，例如可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，或网络处理器(network processor，NP)，或现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，FPGA)等，或其任意组合。

可选地，第一控制器206还用于调整第一调制器202的工作波长。第一光源201的工作波长一般是1310纳米附近的O波段或1550纳米附近的C波段。当第一光源201采用不同的工作波长时，第一调制器202也可以采用不同的工作波长，第一控制器206可以调整第一调制器202的工作波长，使第一调制器202的工作波长与第一光束的波长相匹配。第一光束的波长是指第一光源201的工作波长，第一调制器202的工作波长是一个波长范围。相匹配是指让第一调制器202的工作波长包括第一光束的波长。在输入相同的第一上行电信号时，第一调制器202输出的第一上行光信号的波长与输入的第一光束的波长相关，即第一调制器202有工作波长。输入的第一光束的波长如果偏离工作波长，将导致调制器的调制作用减弱甚至无法实现对第一上行电信号的调制作用。因此第一控制器206还可以调整第一调制器的工作波长，使其工作波长与第一光束的波长相匹配。可以基于热光效应，通过改变MZM一臂的光波导或微环调制器中的微环的温度来改变光波导的有效折射率，从而改变其工作波长。具体的，可以改变加载在微环调制器中的微环上的电压，使其温度发生变化，使微环的谐振波长发生移动，即微环调制器的工作波长发生变化。

可选地，光模块还包括驱动放大器207。驱动放大器207与第一调制器202相连，驱动放大器207用于接收第一上行电信号，放大第一上行电信号，向第一调制器202发送经过放大后的第一上行电信号。其中，因为有驱动放大器207，光模块接收的第一上行电信号的功率可以更小。

可选地，光模块还包括：波分复用器312，第二光源308，第二调制器309，第二开关310，第三上行端口311以及第一设备313。图3为本申请实施例提供的两通道下光发送模块的一个结构示意图。如图3所示，其中，第二光源308用于产生第二光束。第二调制器309用于接收第二上行电信号，利用第二上行电信号调制第二光束，获得第二上行光信号，向第二开光310输送第二上行光信号。第二开关310用于接收第二控制信号，根据第二控制信号向第一上行端口204或第三上行端口311输送第二上行光信号。波分复用器312用于接收经过第二开关310的第二上行光信号，还用于接收经过第一开关203的第一上行光信号，合并第二上行光信号和第一上行光信号，以获得第三上行光信号，向第一上行端口204传输第三上行光信号。第一控制器206还用于获取第二控制信号，向第二开关310发送第二控制信号。第一设备313是与光模块通过电端口相连的设备，第一设备可以是服务器，路由器，台式电脑等。为了清楚的显示数据流的流向，例如第一调制器202接收的第一上行电信号的来源，以及第二调制器309接收的第一上行电信号的来源，它们是来自同一个设备。在图3中添加了第一设备313。在实际应用中，在光模块未与某台设备相连时，第一设备313可以不存在。在光模块与某台设备相连时，该设备即为第一设备313。应当确定的是，第一控制器206可以设置与光模块内部，也可以设置在光模块的外部。当第一控制器206设置与光模块外部时，第一控制器206可以属于第一设备313，也可以不属于第一设备313。第一控制器206属于第一设备313是指第一设备313包括控制器，将该控制器作为第一控制器206，来实现第一控制器206可以实现的功能。

第二开关310的描述与第一开光203的描述类似，第二调制器309的描述与第一调制器202的描述类似。以此类推，为了说明简洁，在未做特殊说明的情况下，本申请下面将不再对重复的概念进行描述。例如第二控制信号，第三开关等。

波分复用器312的输入端与第一开关203，第二开关310相连，输出端与第一上行端口204相连，波分复用器312可以将不同波长的两个光信号合并在一条光纤中传输。波分复用器312可以是集成在光模块上的器件，如采用多级级联Mach-Zehnder结构的器件，或Bragg光栅定向耦合器，或微环滤波器构成的光分插复用器(optical add-dropmultiplexer，OADM)，或阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)。也可以是额外的光器件，如平面光波导(planar light wave circuit，PLC)波分复用器，或薄膜滤波器(thin film filter，TFF)等。

可选地，光模块包括普通上行端口。图4为本申请实施例提供的四通道下光发送模块的一个结构示意图。如图4所示，普通上行端口不包括并联的端口，上述第一上行端口204和第二上行端口205是两个并联的端口。因此可以通过配置普通上行端口和并联的端口的数量比，灵活的配置与第一上行端口204相连的电端口的数量，即第一上行端口204的网络带宽。图4中的光模块包括两个普通上行端口，即第四上行端口414和第五上行端口415，光模块还包括两对并联的端口，第一上行端口204和第二上行端口205并联，第一上行端口204与第三上行端口311并联。因此与第一上行端口204相连的电端口有两个，若每个电端口可以提供的网络带宽为10Gbps，则第一上行端口204的带宽为20Gbps。若光模块不包括普通上行端口，则有四个电端口与第一上行端口204相连，第一上行端口204的带宽可以达到40Gbps。

通过两个端口共用光源和调制器，光发送模块可以提高光模块的连接能力。此外，本实施例提供的光模块结构相较于现有技术的结构成本较低。

图5为本申请实施例提供的单通道下光接收模块的一个结构示意图。如图5所示，光模块包括第一下行端口505，第二下行端口506，第一定向耦合器502，第一光衰减器504，第一PD501和第二PD503。其中，第一定向耦合器502与第一下行端口505相连，用于接收第一下行光信号，经过第一下行端口505的第一下行光信号会经过第一定向耦合器502，第一定向耦合器502包括两个输出口，其中一个输出口向第一PD501输送第一下行光信号，第一PD501用于将第一下行光信号转化成第一下行电信号。另一个输出口向第二PD503输送第一下行光信号耦合的光信号，第二PD503根据耦合的光信号检测经过第一定向耦合器502的第一下行光信号的功率，获取第一功率数值。第一光衰减器504与第二下行端口506相连，经过第二下行端口506的光信号会经过第一光衰减器504，第一光衰减器504还可以接收第一衰减控制信号，若第一功率数值大于第一阈值，则根据第一衰减控制信号衰减经过第二下行端口506的光信号的功率。若第一光衰减器504没有阻断经过第二下行端口506的光信号的功率，第一PD501可以接收到经过第二下行端口506的光信号，并将其转化成电信号。

第一下行端口505和第二下行端口506也可以是光耦合器件，与第一上行端口204的描述类似，此处不再赘述。

第一定向耦合器502属于定向耦合器，定向耦合器是一种光学器件，它的本质是将光信号按一定的比例进行功率分配。定向耦合器包括至少一个输入端口和两个输出端口，输入端口通过主波导与一个输出端口相连，主波导与副波导耦合，副波导与另一个输出端口相连，该输出端口也称耦合端。当从输入端口输入第一下行光信号时，第一下行光信号的部分功率从与主波导相连的输出端口输出，因为副波导与主波导之间耦合，定向耦合器可以将主线中传输的第一下行光信号的功率部分耦合到副波导。第一定向耦合器502在接收到第一下行光信号后，可以通过耦合端向第二PD503传输耦合的光信号。

第一PD501和第二PD503具体可以为面接收PD和波导型PD，面接收PD和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。PD是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。波导型PD的光信号经由光波导传输至PD内，PD内也包含部分光波导，该部分光波导被制作成了PN结。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。在第二PD503接收到第一定向耦合器502传输的耦合的光信号后，根据耦合的光信号的功率大小，会生成大小不同的电流，也可以称为第一功率数值。

第一光衰减器504属于光衰减器，光衰减器是一种非常重要的光学无源器件。光衰减器可以将光信号能量进行预期地衰减,具体的实现方式是吸收或反射掉光信号的功率。光衰减器的类型主要有位移型光衰减器，吸收型光衰减器。第一光衰减器504受到第一衰减控制信号的控制，第一衰减控制信号根据第一功率数值得到。若第一功率数值大于第一阈值，则第一光衰减器504进入衰减状态，衰减经过第二下行端口506的光信号。

可选地，光模块还可以包括第一控制器511。第一控制器511与第二PD503相连，用于接收第二PD503发送的第一功率数值。若第一功率数值大于第一阈值，则第一控制器511可以生成第一衰减控制信号，向第一光衰减器504发送第一衰减控制信号。

可选地，光模块还可以包括合波器507。合波器507的输入端与第一定向耦合器502，第一光衰减器504相连，合波器507的输出端与第一PD501相连。合波器507可以用于接收第一下行光信号，向第一PD501输送第一下行光信号，或合波器507可以用于接收经过第二下行端口506的光信号，向第一PD501输送经过第二下行端口506的光信号。当光模块不包括合波器507时，第一PD501可以包括两个输入端，一个输入端与第一定向耦合器502相连，另一输入端与第一光衰减器504相连。

可选地，第一控制器511还用于获取停止衰减信号，停止衰减信号根据第一下行电信号的传输状态得到，传输状态为停止传输。第一控制器511还用于向第一光衰减器504发送停止衰减信号。第一光衰减器504还用于根据停止衰减信号停止衰减经过第二下行端口506的光信号的功率。其中，第一PD501将第一下行光信号转化成第一下行电信号后，可以向某个设备发送该第一下行电信号，该设备可以获知该第一下行电信号的传输状态。当该设备确定第一下行电信号传输完成后，即停止传输后，若第一控制器511属于该设备，该设备可以通过第一控制器511向第一光衰减器发送停止衰减信号。若第一控制器511不属于该设备，该设备可以向第一控制器511发送停止衰减信号，第一控制器511再向第一光衰减器504发送停止衰减信号。

可选地，第二PD503还用于获取第二功率数值，向第一控制器511发送第二功率数值。若第二功率数值小于或等于第二阈值，第一控制器511还用于向第一光衰减器504发送停止衰减信号。第一光衰减器504还用于接收停止衰减信号，根据停止衰减信号停止衰减第二光信号的功率。其中，第二PD503可以检测第一下行光信号耦合的光信号的功率，以获得第二功率数值。若第二功率数值小于或等于第二阈值，则表明第一下行光信号的数据已经传输完成，或者停止传输。第一控制器511可以生成停止衰减信号，向第一光衰减器504发送停止衰减信号。第一光衰减器504在接收到停止衰减信号后，可以停止衰减经过第二下行端口506的光信号的功率。

可选地，光模块还包括：第二定向耦合器508，第二光衰减器510和第三PD509。其中，第二定向耦合器508的输入端与第一光衰减器504相连，用于接收经过第二下行端口506的光信号。第二定向耦合器508包括两个输出口，其中一个输出口向第一PD501输送经过第二下行端口506的光信号。另一个输出口向第三PD509输送经过第二下行端口506的光信号耦合的光信号。第三PD509检测该耦合的光信号的功率，获取第三功率数值。第二光衰减器510的输入端第一下行端口505相连，输出端与第一定向耦合器502相连。经过第一下行端口505的光信号会经过第二光衰减器510，第二光衰减器510还可以接收第二衰减控制信号。若第三功率数值大于第三阈值，则根据第二衰减控制信号衰减经过第一下行端口的光信号的功率。

可选地，光模块还可以包括普通下行端口，普通下行端口不包括并联的端口，上述第一下行端口505与第二下行端口506共用第一PD，第一下行端口505与第二下行端口506属于并联的两个端口。因此可以通过配置普通下行端口和并联的下行端口的数量比，灵活的配置与第一下行端口相连的PD的数量，即第一下行端口506的网络带宽。图6为本申请实施例提供的四通道下光接收模块的一个结构示意图。图6中的光模块包括三个普通上行端口，即第三下行端口612，第四下行端口613以及第五下行端口614，光模块还包括一对并联的端口，第一下行端口505和第二下行端口506。因此与第一下行端口505相连的PD只有1个，若每个PD可以提供的网络带宽为10Gbps，则第一下行端口的带宽为10Gbps。当与第一下行端口相连的PD的数量大于1时，例如包括第一PD和第二PD，可以在第一下行端口与第一PD，第二PD之间设立分波器，通过分波器，将经过第一下行端口的第一下行光信号分成两个不同波长的光信号，分别向第一PD和第二PD传输。

通过两个端口共用一个PD，光发送模块可以提高光模块的连接能力。此外，本实施例提供的光模块结构相较于现有技术的结构成本较低。

上面对光模块为光发送模块或光接收模块的情况进行了分别说明。应理解，在实际应用中，光模块可以包括光发送模块和光接收模块，下面将举例进行说明。

光模块既包括图3中的光发送模块314，也包括图6中的光接收模块615。光发送模块314包括：第一光源201，第一调制器202，第一开关203，第一上行端口204以及第二上行端口205。可选地，光发送模块314还包括波分复用器312，第一控制器206，第一设备313，驱动放大器207。光接收模块615包括：第一下行端口505，第二下行端口506，第一定向耦合器502，第一光衰减器504，第一PD501和第二PD503。可选地，光接收模块615还包括合波器507，第二定向耦合器508，第三PD509，第二光衰减器510，第一设备616。其中，第一设备616与第一PD501相连，第一设备313与第一调制器202相连。第一设备616和第一设备313属于同一设备。第一控制器206和第一控制器511可以是一个控制器，也可以两个控制器。应当确定的是，第一控制器可以设置与光模块内部，也可以设置在光模块的外部。当第一控制器设置与光模块外部时，第一控制器可以属于第一设备，也可以不属于第一设备。

上面对光模块进行了描述，下面对数据中心系统进行描述。

图7为本申请实施例提供的网络中心系统的一个结构示意图。如图7所示，数据中心系统包括汇聚层交换机组和接入层交换机组。汇聚层交换机组包括一个光交换机和N个电交换机，N为大于0的整数。接入层交换机组包括第一设备，第一设备包括N+1个下行端口711。N+1个下行端口包括一个第一下行端口和N个第二下行端口，第一下行端口与光交换机相连，每个第二下行端口与一个电交换机相连，第一设备包括图5至图6中任意一副图中所示的光接收模块。光接收模块中的第三下行端口，第四下行端口，第五下行端口为第二下行端口。第二下行端口与电交换机102相连，第三下行端口与电交换机103相连，第四下行端口与电交换机104相连，第五下行端口与电交换机105相连。

可选地，第一设备还包括N+1个上行端口，N+1个上行端口包括一个第一上行端口和N个第二上行端口，第一上行端口与光交换机相连，每个第二上行端口与一个电交换机相连，第一设备还包括图2至图4中任意一副图中所示的光发送模块。光发送模块中的第二上行端口，第三上行端口，第四上行端口以及第五上行端口为第二上行端口。第二上行端口与电交换机102相连，第三上行端口与电交换机103相连，第四上行端口与电交换机104相连，第五上行端口与电交换机105相连。

上面对数据中心系统进行了描述，下面对数据传输方法进行描述。

图8为本申请实施例提供的数据传输方法的一个流程示意图。如图8所示，该方法由光模块执行，包括如下多个步骤。

步骤801：接收经过第一下行端口的第一下行光信号。

步骤802：检测第一下行光信号耦合的光信号的功率，获得第一功率数值。

步骤803：若第一功率数值大于第一阈值，则衰减经过第二下行端口的光信号的功率。

步骤804：将第一下行电信号转化成第一下行光信号。

步骤805：在没有衰减经过第二下行端口的光信号的功率时，接收经过第二下行端口的光信号，将经过第二下行端口的光信号转化成电信号。

可选地，若第一功率数值大于第一阈值，则获取衰减控制信号。光模块根据衰减控制信号衰减经过第二下行端口的光信号的功率。

可选地，光模块通过合波器接收第一下行光信号。在光模块没有衰减经过第二下行端口的光信号的功率时，光模块还可以通过合波器接收经过第二下行端口的光信号。将经过第二下行端口的光信号转化为电信号。

可选地，光模块接收停止衰减信号，停止衰减信号根据第一下行电信号的传输状态得到，传输状态为停止传输。光模块根据停止衰减信号停止衰减经过第二下行端口的光信号的功率。其中，光模块将第一下行光信号转化成第一下行电信号后，向某个设备发送该第一下行电信号，该设备可以获知该第一下行电信号的传输状态。

可选地，光模块检测经过第一下行端口的光信号的功率，获得第二功率数值；若第二功率数值小于或等于第二阈值，则光模块生成停止衰减信号。光模块根据停止衰减信号停止衰减经过第二下行端口的光信号的功率。

可选地，光模块还检测经过第二下行端口的光信号的功率，获得第三功率数值；若第三功率数值大于第三阈值，则光模块衰减经过第一下行端口的光信号的功率。

可选地，光模块还生成第一光束。光模块接收第一上行电信号，利用第一上行电信号调制第一光束，获得第一上行光信号。光模块根据第一控制信号向第一上行端口或第二上行端口传输第一上行光信号。

可选地，光模块还可以生成第二光束；光模块接收第二上行电信号，利用第二上行电信号调制第二光束，获得第二上行光信号；光模块根据第二控制信号向第一上行端口或第三上行端口传输第二上行光信号。若光模块根据第二控制信号向第一上行端口传输第二上行光信号，光模块根据第一控制信号向第一上行端口传输第一上行光信号，则光模块合并第二上行光信号和第一上行光信号，获得第三上行光信号。光模块向第一上行端口传输第三上行光信号。

可选地，光模块利用驱动放大器放大第一上行电信号。光模块利用放大后的第一上行电信号调制第一光束，获得第一上行光信号。

可选地，光模块通过第一调制器，利用第一上行电信号调制第一光束，获得第一上行光信号。光模块还可以调整第一调制器的工作波长，以使第一调制器的工作波长与第一光束的波长相匹配。

可选地，光模块通过第一调制器，利用第一上行电信号调制第一光束，获得第一上行光信号，第一调制器为电吸收调制器。

本申请实施例中的数据传输方法可以参考前述图2-6中所述的光模块的描述，此处不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例的范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种光模块，其特征在于，包括：第一下行端口，第二下行端口，第一定向耦合器，第一光衰减器，第一光电二极管PD和第二PD；其中：

所述第一定向耦合器与所述第一下行端口相连，用于接收第一下行光信号；

所述第二PD与所述第一定向耦合器相连，用于获取第一功率数值；

若所述第一功率数值大于第一阈值，则所述第一光衰减器用于根据第一衰减控制信号衰减经过所述第二下行端口的光信号的功率；

所述第一PD用于将所述第一下行光信号转化成第一下行电信号，若所述第一功率数值小于或等于所述第一阈值，则还用于将经过所述第二下行端口的光信号转化成电信号。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括第一控制器，用于接收所述第一功率数值，若所述第一功率数值大于所述第一阈值，则所述第一控制器向所述第一光衰减器发送所述第一衰减控制信号。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括合波器，用于接收所述第一下行光信号，向所述第一PD发送所述第一下行光信号，或用于接收经过所述第二下行端口的光信号，向所述第一PD发送所述经过所述第二下行端口的光信号。

4.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一控制器还用于获取停止衰减信号，所述停止衰减信号根据所述第一下行电信号的传输状态得到，所述传输状态为停止传输，向所述第一光衰减器发送所述停止衰减信号；

所述第一光衰减器还用于根据所述停止衰减信号停止衰减所述经过所述第二下行端口的光信号的功率。

5.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第二PD还用于获取第二功率数值，向所述第一控制器发送所述第二功率数值；

若所述第二功率数值小于或等于第二阈值，则所述第一控制器还用于向所述第一光衰减器发送停止衰减信号；

所述第一光衰减器还用于接收所述停止衰减信号，根据所述停止衰减信号停止衰减经过所述第二下行端口的光信号的功率。

6.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：第二定向耦合器，第二光衰减器和第三PD；其中：

所述第二定向耦合器与所述第二下行端口相连；

所述第三PD与所述第二定向耦合器相连，用于获取第三功率数值；

若所述第三功率数值大于第三阈值，则所述第二光衰减器用于接收第二衰减控制信号，根据所述第二衰减控制信号衰减所述第一下行光信号的功率。

7.根据权利要求2至6任意一项所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：第一光源，第一调制器，第一开关，第一上行端口和第二上行端口；其中：

所述第一光源用于产生第一光束；

所述第一调制器用于接收第一上行电信号，利用所述第一上行电信号调制所述第一光束获得第一上行光信号，向所述第一开关输送所述第一上行光信号；

所述第一开关用于接收第一控制信号，根据所述第一控制信号向所述第一上行端口或所述第二上行端口传输所述第一上行光信号。

8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述第一控制器还用于向所述第一开关发送所述第一控制信号。

9.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：波分复用器，第二光源，第二调制器，第二开关和第三上行端口；

其中，所述第二光源用于产生第二光束；

所述第二调制器用于接收第二上行电信号，利用所述第二上行电信号调制所述第二光束，获得第二上行光信号，向所述第二开关输送所述第二上行光信号；

所述第二开关用于接收第二控制信号，根据所述第二控制信号向所述第一上行端口或所述第三上行端口输送所述第二上行光信号；

所述波分复用器用于合并经过所述第二开关的所述第二上行光信号和经过所述第一开关的所述第一上行光信号，以获得第三上行光信号，向所述第一上行端口传输所述第三上行光信号；

所述第一控制器还用于向所述第二开关发送所述第二控制信号。

10.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：

驱动放大器，所述驱动放大器与所述第一调制器相连，用于放大所述第一上行电信号，向所述第一调制器发送经过放大后的所述第一上行电信号。

11.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述第一控制器还用于调整所述第一调制器的工作波长，以使所述第一调制器的工作波长与所述第一光束的波长相匹配。

12.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述第一调制器为电吸收调制器。

13.一种数据中心系统，其特征在于，包括：汇聚层交换机组和接入层交换机组；其中：

所述汇聚层交换机组包括一个光交换机和N个电交换机，所述N为大于0的整数；

所述接入层交换机组包括第一设备，所述第一设备包括如权利要求1至12任意一项所述的光模块，所述第一设备包括N＋1个下行端口，所述N＋1个下行端口包括一个所述第一下行端口和N个所述第二下行端口，所述第一下行端口与所述光交换机相连，每个所述第二下行端口与一个所述电交换机相连；

所述第一定向耦合器用于接收所述光交换机发送的所述第一下行光信号。

14.一种数据传输方法，其特征在于，包括：

接收经过第一下行端口的第一下行光信号；

检测所述第一下行光信号耦合的光信号的功率，获得第一功率数值；

若所述第一功率数值大于第一阈值，则衰减经过第二下行端口的光信号的功率；

将所述第一下行光信号转化为第一下行电信号；

若所述第一功率数值小于或等于所述第一阈值，则接收经过第二下行端口的光信号；

将经过所述第二下行端口的光信号转化成电信号。

15.根据权利要求14所述的数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收停止衰减信号，所述停止衰减信号根据所述第一下行电信号的传输状态得到，所述传输状态为停止传输；

根据所述停止衰减信号停止衰减经过所述第二下行端口的光信号的功率；

或，所述方法还包括：

检测所述经过所述第一下行端口的光信号的功率，获得第二功率数值；

若所述第二功率数值小于或等于第二阈值，则生成停止衰减信号；

根据所述停止衰减信号停止衰减经过所述第二下行端口的光信号的功率。

16.根据权利要求14至15任意一项所述的数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：

生成第一光束；

接收第一上行电信号；

利用所述第一上行电信号调制所述第一光束，获得第一上行光信号；

根据第一控制信号向第一上行端口或第二上行端口传输所述第一上行光信号。

17.根据权利要求16所述的数据传输方法，其特征在于，所述方法还包括：

生成第二光束；

接收第二上行电信号；

利用所述第二上行电信号调制所述第二光束，获得第二上行光信号；

根据第二控制信号向所述第一上行端口或第三上行端口传输所述第二上行光信号；

若根据所述第二控制信号向所述第一上行端口传输所述第二上行光信号，根据所述第一控制信号向所述第一上行端口传输所述第一上行光信号，则合并所述第二上行光信号和所述第一上行光信号，获得第三上行光信号；

向所述第一上行端口传输所述第三上行光信号。

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