CN114168515B - 一种多通道高速数据传输与切换系统及方法 - Google Patents

一种多通道高速数据传输与切换系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种多通道高速数据传输与切换系统及方法，包括8路SFP+光模块、模拟开关矩阵和2路QSFP+光模块；8路SFP+光模块的高速信号接入模拟开关矩阵；模拟开关矩阵包括第一模拟开关至第八模拟开关组合成的矩阵；第一模拟开关、第三模拟开关、第五模拟开关、第七模拟开关分别包括双端口1:2扇出器，第二模拟开关、第四模拟开关、第六模拟开关、第八模拟开关分别包括双端口2:1复用器；各双端口1:2扇出器输入端分别对应连接8路SFP+光模块，各双端口2:1复用器的输出端分别对应连接2路QSFP+光模块。本申请可实现40Gbps高速信号进行物理层高速切换和主从备份及根据LOS告警状态对多路输入信号进行独立选择和切换。

Description

一种多通道高速数据传输与切换系统及方法
技术领域
本发明涉及高速数据通信技术领域，特别涉及一种多通道高速数据传输与切换系统及方法。
背景技术
随着移动互联网、工业物联网及云计算中心的用户数据的海量增长，数据通信传输网络速率逐步从1Gbps、2.5Gbps、10Gbps到40Gbps过渡升级。目前，通信基站和通信机房的数据中心的网络单线数据容量需求普遍达到了10Gbps或40Gbps。除了增加设备和光纤数量来提高容量外，提高端口密度向40GE（Gigabit Ethernet，千兆以太网）转型，以及升级已有的1GE和2.5GE设备的业务板卡功能，都是节约成本同时升级系统容量可行的方法。
其中，10GE通信网络的光模块封装主要有XFP和SFP+两种，目前普遍采用SFP+光模块（10 Gigabit Small Form Factor Pluggable，10G小型可插拔模块）和LC光纤跳线，多模传输距离可达300m到500m，单模传输距离可达25km，具有成本低、体积小和兼容性强等优势。40GE通信网络的光模块主要采用QSFP+封装和MTP/MPO光纤跳线，具有四个通道，单个通道数据通信传输网络速率为10Gbps，采用OM3或OM4多模光纤时最大传输距离可达50m到100m，采用单模光纤时最大传输距离可达10km。
另外，原有的1GE和2.5GE设备的容量已经不能满足应用需求，需要升级到10GE和40GE。若采用SFP+光模块和QSFP+光模块（Quad Small Form-factor Pluggable Plus，四通道10G小型可插拔模块），升级会要求根据SFP+光模块端口的LOS（Lost Of Signal，信号丢失）信号或者链路来进行切换，且对传输业务为8路10GE、CPRI2~CPRI8的数据进行自适应切换、主从备份和强制链路倒换，以及选择链路后从2路QSFP+光模块之一或者分别输出。
现有的解决方案无法检测进来的光信号质量导致无法根据进来的光信号LOS信号进行主从备份或自适应切换；并且，需要对信号提取后再转发，存在较大的延时，而且该方案成本高，不利于大规模部署。因此，就目前来说，没有方案可以实现40Gbps高速信号进行物理层高速切换和主从备份，以及同时实现对QSFP+光模块信号中的每路输入信号根据LOS告警状态进行独立的选择和切换。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的主要在于提供一种多通道高速数据传输与切换系统及方法，采用双端口复用器和扇出器组成模拟开关矩阵，输入端接入8路SFP+光模块，输出端接2路QSFP+光模块，可实现8路10GE信号和2路40GE光信号的物理层之间进行通道的选择、切换、透传及控制功能，从而实现40Gbps高速信号进行物理层高速切换和主从备份，以及同时实现对QSFP+光模块信号中的每路输入信号根据LOS告警状态进行独立的选择和切换。
为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种多通道高速数据传输与切换系统，包括：8路SFP+光模块、模拟开关矩阵和2路QSFP+光模块；
所述8路SFP+光模块为SFP+万兆光通信接口电路，所述8路SFP+光模块的高速信号接入所述模拟开关矩阵；
所述模拟开关矩阵包括第一模拟开关至第八模拟开关组合成的矩阵，用于对每路输入高速信号基于状态信号或者链路切换需求信号，进行选择以实现接通、断开和切换；其中，所述第一模拟开关、第三模拟开关、第五模拟开关、第七模拟开关分别包括扇出器，第二模拟开关、第四模拟开关、第六模拟开关、第八模拟开关分别包括复用器，所述扇出器为双端口1:2扇出器，所述复用器为双端口2:1复用器；
各所述双端口1:2扇出器输入端分别对应连接所述8路SFP+光模块，各所述双端口2:1复用器的输出端分别对应连接所述2路QSFP+光模块；
所述2路QSFP+光模块为包括2个QSFP+光模块的接口电路，用于将经由所述模拟开关矩阵的高速信号输出。
在一些实施方式中，所述模拟开关矩阵中的所述第一模拟开关分别与所述第二模拟开关和所述第六模拟开关之间的连接、所述第三模拟开关分别与所述第四模拟开关和所述第八模拟开关之间的连接、所述第五模拟开关分别与所述第六模拟开关和所述第一模拟开关之间的连接、所述第七模拟开关分别与所述第二模拟开关和所述第八模拟开关之间的连接均采用背靠背连接方式。
在一些实施方式中，所述第一模拟开关、所述第三模拟开关、所述第五模拟开关、所述第七模拟开关分别包括2个双端口1:2扇出器，所述第二模拟开关、所述第四模拟开关、所述第六模拟开关、所述第八模拟开关分别包括2个双端口2:1复用器。
在一些实施方式中，所述第一模拟开关的输出端子分别与所述第二模拟开关的输入端子、所述第六模拟开关的输入端子连接；
所述第三模拟开关的输出端子分别与所述第四模拟开关的输入端子、所述第八模拟开关的输入端子连接；
所述第五模拟开关的输出端子分别与所述第六模拟开关的输入端子、所述第一模拟开关的输入端子连接；
所述第七模拟开关的输出端子分别与所述第二模拟开关的输入端子、所述第八模拟开关的输入端子连接。
在一些实施方式中，所述的模拟开关矩阵中的第一模拟开关的第一扇出器的通道1连接第二模拟开关的第一复用器的通道1，第一模拟开关的第一扇出器的通道2连接第六模拟开关的第一复用器的通道2，第一模拟开关的第二扇出器的通道1连接第二模拟开关的第二复用器的通道1，第一模拟开关的第二扇出器的通道2连接第六模拟开关的第二复用器的通道2；第三模拟开关的第一扇出器的通道1连接第四模拟开关的第一复用器的通道1，第三模拟开关的第一扇出器的通道2连接第八模拟开关的第一复用器的通道2，第三模拟开关的第二扇出器的通道1连接第四模拟开关的第二复用器的通道1，第三模拟开关的第二扇出器的通道2连接第八模拟开关的第二复用器的通道2；第五模拟开关的第一扇出器的通道1连接第六模拟开关的第一复用器的通道1，第五模拟开关的第一扇出器的通道2连接第二模拟开关的第一复用器的通道2，第五模拟开关的第二扇出器的通道1连接第六模拟开关的第二复用器的通道1，第五模拟开关的第二扇出器的通道2连接第二模拟开关的第二复用器的通道2；第七模拟开关的第一扇出器的通道1连接第八模拟开关的第一复用器的通道1，第七模拟开关的第一扇出器的通道2连接第四模拟开关的第一复用器的通道2，第七模拟开关的第二扇出器的通道1连接第八模拟开关的第二复用器的通道1，第七模拟开关的第二扇出器的通道2连接第四模拟开关的第二复用器的通道2。
在一些实施方式中，所述第一模拟开关的输入端子、所述第三模拟开关的输入端子、所述第五模拟开关的输入端子和所述第七模拟开关的输入端子分别对应连接所述8路SFP+光模块的各路光模块；
所述第二模拟开关的输出端子、所述第四模拟开关的输出端子、所述第六模拟开关的输出端子和所述第八模拟开关的输出端子分别对应连接所述2路QSFP+光模块的各路QSFP+光模块的各端口。
在一些实施方式中，所述的模拟开关矩阵中的第一模拟开关的第一扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块的第一SFP+光模块，第一模拟开关的第二扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块的第二SFP+光模块，第三模拟开关的第一扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块的第三SFP+光模块，第三模拟开关的第二扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块的第四SFP+光模块，第五模拟开关的第一扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块的第五SFP+光模块，第五模拟开关的第二扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块的第六SFP+光模块，第七模拟开关的第一扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块的第七SFP+光模块，第七模拟开关的第二扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块的第八SFP+光模块。
在一些实施方式中，所述的模拟开关矩阵中的第二模拟开关的第一复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块的第一QSFP+光模块的第一端口，第二复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块的第一QSFP+光模块的第二端口；
所述的模拟开关矩阵中的第四模拟开关的第一复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块的第一QSFP+光模块的第三端口，第二复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块的第一QSFP+光模块的第四端口；
所述的模拟开关矩阵中的第六模拟开关的第一复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块的第二QSFP+光模块的第一端口，第二复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块的第二QSFP+光模块的第二端口；
所述的模拟开关矩阵中的第八模拟开关的第一复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块的第二QSFP+光模块的第三端口，第二复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块的第二QSFP+光模块的第四端口。
在一些实施方式中，还包括：第一控制单元，用于基于所述状态信号或者链路切换需求信号，控制所述第一模拟开关至所述第八模拟开关进行独立选择以实现接通、断开和切换；MCU控制单元，分别与所述8路SFP+光模块、2路QSFP+光模块、第一控制单元连接，用于实现系统管理和通信控制；
所述第一控制单元分别与所述模拟开关矩阵、所述MCU控制单元、所述8路SFP+光模块、所述2路QSFP+光模块连接。
在一些实施方式中，所述状态信号包括LOS告警信号；
所述8路SFP+光模块的输入信号包括多路输入光信号，所述8路SFP+光模块的输出信号包括电口高速信号、SFP+光模块的通信信号和SFP+光模块的状态信号；
所述2路QSFP+光模块的输入信号包括切换后的电口高速信号、QSFP+光模块的通信信号和QSFP+光模块的状态信号，所述2路QSFP+光模块的输出信号包括多路输出光信号；
所述SFP+光模块的通信信号接入所述MCU控制单元，所述SFP+光模块的状态信号接入所述第一控制单元；
所述QSFP+光模块的通信信号接入所述MCU控制单元，所述QSFP+光模块的状态信号接入所述第一控制单元。
在一些实施方式中，所述状态信号包括LOS告警信号；
所述MCU控制单元与所述第一控制单元之间有通信接口，用于获取所述第一控制单元的状态信息；所述MCU控制单元对所述第一控制单元进行管理和控制；
所述第一控制单元将所述8路SFP+光模块的工作信息反馈给所述MCU控制单元；所述第一控制单元输出开关切换控制信号给所述模拟开关矩阵，用于控制所述模拟开关矩阵。
在一些实施方式中，所述系统包括三种工作模式，分别为第一主备模式、第二主备模式和全透传模式。
在一些实施方式中，当所述工作模式为第一主备模式的情况下，所述8路SFP+光模块的第一至第四SFP+光模块的通道与第五至第八SFP+光模块的通道分别一一对应互为主备通道，所述高速信号预设通过主通道进行传输，所述第一控制单元根据第一至第八SFP+光模块的所述状态信号或所述链路切换需求信号控制所述模拟开关矩阵进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给所述2路QSFP+光模块的第一QSFP+光模块；
当所述工作模式为第二主备模式的情况下，所述8路SFP+光模块的第一至第四SFP+光模块的通道与第五至第八SFP+光模块的通道一一对应互为主备通道，所述高速信号预设通过主通道进行传输，所述第一控制单元根据第一至第八SFP+光模块的所述状态信号或所述链路切换需求信号控制所述模拟开关矩阵进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给所述2路QSFP+光模块的第二QSFP+光模块；
当所述工作模式为全透传模式的情况下，所述8路SFP+光模块的第一至第四SFP+光模块的通道与第五至第八SFP+光模块的通道一一对应互相独立，所述第一至第四SFP+光模块的通道传输的高速信号全透传到所述第一QSFP+光模块，所述第五至第八SFP+光模块的通道传输的高速信号全透传到所述第二QSFP+光模块。
在一些实施方式中，当所述工作模式为第一主备模式的情况下，
所述MCU控制单元预设所述第一至第四SFP+光模块的通道为主通道，所述第五至第八SFP+光模块的通道为备通道；
当所述第一控制单元收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自所述第一SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，通过所述第五SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第一QSFP+光模块，
当所述第一控制单元收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第二SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，通过第六SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第一QSFP+光模块；
当所述第一控制单元收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第三SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，切换到第七SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第一QSFP+光模块；
当所述第一控制单元收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自所述第四SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，切换到所述第八SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第一QSFP+光模块；
当作为备通道的所述第五至第八SFP+光模块中任一个产生状态信号时，则所述模拟开关矩阵切换到与该产生状态信号的光模块相对应的作为主通道的所述第一至第四SFP+光模块中的相应通道来传输光信号。
在一些实施方式中，当所述工作模式为第二主备模式的情况下，
所述MCU控制单元预设所述第一至第四SFP+光模块的通道为主通道，所述第五至第八SFP+光模块的通道为备通道；
当所述第一控制单元收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第一SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，通过第五SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第二QSFP+光模块，
当所述第一控制单元收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第二SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，通过第六SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第二QSFP+光模块；
当所述第一控制单元收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第三SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，切换到第七SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第二QSFP+光模块；
当所述第一控制单元收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第四SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，切换到第八SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第二QSFP+光模块；
当作为备通道的所述第五至第八SFP+光模块中任一个产生状态信号时，则所述模拟开关矩阵切换到与该产生状态信号的光模块相对应的作为主通道的所述第一至第四SFP+光模块中的相应通道来传输光信号。
为解决上述技术问题，本发明的第二方面提供了一种利用上述实施方式中的多通道高速数据传输与切换系统的多通道高速数据传输与切换方法，该方法包括：通过模拟开关矩阵接收来自8路SFP+光模块的高速信号；
基于链路切换需求或所述8路SFP+光模块中的至少一路输出的状态信号，在三种工作模式中的任一种模式下控制所述模拟开关矩阵中的相应模拟开关进行选择以实现接通、断开和切换；
通过2路QSFP+光模块将经由所述模拟开关矩阵的高速信号输出；
其中，所述三种工作模式分别为第一主备模式、第二主备模式和全透传模式。
在一些实施方式中，当所述工作模式为第一主备模式的情况下，所述8路SFP+光模块中的第一至第四SFP+光模块的通道与第五至第八SFP+光模块的通道分别一一对应互为主备通道，所述高速信号预设通过主通道进行传输，根据第一至第八SFP+光模块的所述状态信号或所述链路切换需求信号控制所述模拟开关矩阵进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给所述2路QSFP+光模块的第一QSFP+光模块；
当所述工作模式为第二主备模式的情况下，所述第一至第四SFP+光模块的通道与所述第五至第八SFP+光模块的通道一一对应互为主备通道，所述高速信号预设通过主通道进行传输，根据所述第一至第八SFP+光模块的所述状态信号或所述链路切换需求信号控制所述模拟开关矩阵进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给所述2路QSFP+光模块的第二QSFP+光模块；
当所述工作模式为全透传模式的情况下，所述第一至第四SFP+光模块的通道与第五至所述第八SFP+光模块的通道一一对应互相独立，所述第一至第四SFP+光模块的通道传输的高速信号全透传到所述第一QSFP+光模块，所述第五至第八SFP+光模块的通道传输的高速信号全透传到所述第二QSFP+光模块。
通过上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
（1）通过8路高速信号输入模块、模拟开关矩阵和8路高速信号输出模块，实现了速率为10Gbps和40Gbps高速信号进行物理层高速切换、透传和主从备份；
（2）鉴于信号在传输和切换过程中不经过SerDes芯片或PHY芯片，而是直接在电信号物理层进行信号处理，因此信号传输过程中延时非常小，而且成本不高，比较利于大规模部署；
（3）实现了对输入光信号质量进行判断，可以根据LOS告警信号采用CPLD控制单元控制模拟开关矩阵实现高速的信号切换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种多通道高速数据传输与切换系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种多通道高速数据传输与切换系统的应用示意图；
图3为本发明实施例中的8路SFP+光模块的第一部分电路图；
图4为本发明实施例中的8路SFP+光模块的第二部分电路图；
图5为本发明实施例中的模拟开关矩阵第一部分电路图；
图6为本发明实施例中的模拟开关矩阵第二部分电路图；
图7为本发明实施例中的模拟开关矩阵第三部分电路图；
图8为本发明实施例中的模拟开关矩阵第四部分电路图；
图9为本发明实施例中的2路QSFP+光模块的接口电路图；
图10为图2中的MCU控制单元的STM32控制器电路图；
图11为图2中的MCU控制单元的以太网电路电路图；
图12为图2中的MCU控制单元的RS232电路电路图；
图13为图2中的CPLD控制单元的电路图；
图14为本发明实施例的测试配置框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图1为本发明实施例提供的一种多通道高速数据传输与切换系统。其提供的一种多通道高速数据传输与切换系统，包括：8路SFP+光模块101、模拟开关矩阵102和2路QSFP+光模块103；
8路SFP+光模块101为SFP+万兆光通信接口电路，8路SFP+光模块101的高速信号接入模拟开关矩阵102；
模拟开关矩阵102包括第一模拟开关SW1至第八模拟开关SW8组合成的矩阵，用于对每路输入高速信号基于状态信号或者链路切换需求信号，进行选择以实现接通、断开和切换。
其中，链路切换需求可以手动预设，根据预设需求进行高速信号切换；状态信号包括LOS告警信号，可以根据状态信号实现自动切换；第一模拟开关SW1、第三模拟开关SW3、第五模拟开关SW5、第七模拟开关SW7分别包括扇出器，第二模拟开关SW2、第四模拟开关SW4、第六模拟开关SW6、第八模拟开关SW8分别包括复用器；扇出器为双端口1:2扇出器，复用器为双端口2:1复用器。
各双端口1:2扇出器输入端分别对应连接8路SFP+光模块101，各双端口2:1复用器的输出端分别对应连接2路QSFP+光模块103。
2路QSFP+光模块103为包括2个QSFP+光模块的接口电路，用于将经由模拟开关矩阵102的高速信号输出。
其中，8路SFP+光模块101为SFP+光模块（10 Gigabit Small Form FactorPluggable）的接口电路，SFP+光模块电口的高速信号接入模拟开关矩阵（102）。SFP+光模块是一种可热插拔的，独立于通讯协议的光学收发器，通常传输波长为850nm，1310nm或者1550nm，用于10Gbps的SONET/SDH，Gigabit Ethernet，10 Gigabit Ethernet和其它应用中。
模拟开关矩阵102是由8只模拟开关组合成的开关矩阵，这里的模拟开关也称为是指一种双端口2:1复用器和1:2扇出器，模拟开关的1:2扇出器输入端口连接8路SFP+光模块101，2:1复用器的输出端口连接2路QSFP+光模块103。
2路QSFP+光模块103为由两个QSFP+光模块组成的接口电路。在一些实施例中，模拟开关矩阵102中的第一模拟开关SW1分别与第二模拟开关SW2和第六模拟开关SW6之间的连接、第三模拟开关SW3分别与第四模拟开关SW4和第八模拟开关SW8之间的连接、第五模拟开关SW5分别与第六模拟开关SW6和第一模拟开关SW1之间的连接、第七模拟开关SW7分别与第二模拟开关SW2和第八模拟开关SW8之间的连接均采用背靠背连接方式。
在一些实施例中，第一模拟开关SW1、第三模拟开关SW3、第五模拟开关SW5、第七模拟开关SW7分别包括2个双端口1:2扇出器，第二模拟开关SW2、第四模拟开关SW4、第六模拟开关SW6、第八模拟开关SW8分别包括2个双端口2:1复用器。
第一模拟开关SW1的输出端子分别与第二模拟开关SW2的输入端子、第六模拟开关SW6的输入端子连接；第三模拟开关SW3的输出端子分别与第四模拟开关SW4的输入端子、第八模拟开关SW8的输入端子连接；第五模拟开关SW5的输出端子分别与第六模拟开关SW6的输入端子、第一模拟开关SW1的输入端子连接；第七模拟开关SW7的输出端子分别与第二模拟开关SW2的输入端子、第八模拟开关SW8的输入端子连接。
通过背靠背的连接方式可以节约器件数量，以最少的器件数量来实现本发明实施例。另外，由于使用较少的器件，使得线路损耗也较少。
下面描述模拟开关矩阵102的内部直连和交叉连接线情况，模拟开关矩阵102中的第一模拟开关SW1的第一扇出器的通道1连接第二模拟开关SW2的第一复用器的通道1，第一模拟开关SW1的第一扇出器F1的通道2连接第六模拟开关SW6的第一复用器的通道2，第一模拟开关SW6的第二扇出器的通道1连接第二模拟开关SW2的第二复用器的通道1，第一模拟开关SW1的第二扇出器的通道2连接第六模拟开关SW6的第二复用器的通道2；第三模拟开关SW3的第一扇出器的通道1连接第四模拟开关SW4的第一复用器的通道1，第三模拟开关SW3的第一扇出器的通道2连接第八模拟开关SW8的第一复用器的通道2，第三模拟开关SW3的第二扇出器的通道1连接第四模拟开关SW4的第二复用器的通道1，第三模拟开关SW3的第二扇出器的通道2连接第八模拟开关SW8的第二复用器的通道2；第五模拟开关SW5的第一扇出器的通道1连接第六模拟开关SW6的第一复用器的通道1，第五模拟开关SW5的第一扇出器的通道2连接第二模拟开关SW2的第一复用器的通道2，第五模拟开关SW5的第二扇出器的通道1连接第六模拟开关SW6的第二复用器的通道1，第五模拟开关SW5的第二扇出器的通道2连接第二模拟开关SW2的第二复用器的通道2；第七模拟开关SW7的第一扇出器的通道1连接第八模拟开关SW8的第一复用器的通道1，第七模拟开关SW7的第一扇出器的通道2连接第四模拟开关SW4的第一复用器的通道2，第七模拟开关SW7的第二扇出器的通道1连接第八模拟开关SW8的第二复用器的通道1，第七模拟开关SW7的第二扇出器的通道2连接第四模拟开关SW4的第二复用器的通道2。
在一些实施例中，第一模拟开关SW1的输入端子、第三模拟开关SW3的输入端子、第五模拟开关SW5的输入端子和第七模拟开关SW7的输入端子分别对应连接8路SFP+光模块101的各路光模块；第二模拟开关SW2的输出端子、第四模拟开关SW4的输出端子、第六模拟开关SW6的输出端子和第八模拟开关SW8的输出端子分别对应连接2路QSFP+光模块103的各路QSFP+光模块的各端口。
在一些实施例中，模拟开关矩阵102中的第一模拟开关SW1的第一扇出器的输入端接8路SFP+光模块101的第一SFP+光模块S1，第一模拟开关SW1的第二扇出器的输入端接8路SFP+光模块101的第二SFP+光模块S2，第三模拟开关SW3的第一扇出器的输入端接8路SFP+光模块101的第三SFP+光模块S3，第三模拟开关SW3的第二扇出器的输入端接8路SFP+光模块101的第四SFP+光模块S4，第五模拟开关SW5的第一扇出器的输入端接8路SFP+光模块101的第五SFP+光模块S5，第五模拟开关SW5的第二扇出器的输入端接8路SFP+光模块101的第六SFP+光模块S6，第七模拟开关SW7的第一扇出器的输入端接8路SFP+光模块101的第七SFP+光模块S7，第七模拟开关SW7的第二扇出器的输入端接8路SFP+光模块101的第八SFP+光模块S8。
在一些实施例中，模拟开关矩阵102中的第二模拟开关SW2的第一复用器的输出端连接2路QSFP+光模块103的第一QSFP+光模块P1的第一端口Q1，第二复用器的输出端连接2路QSFP+光模块103的第一QSFP+光模块P1的第二端口Q2；模拟开关矩阵102中的第四模拟开关SW4的第一复用器的输出端连接2路QSFP+光模块103的第一QSFP+光模块P1的第三端口Q3，第二复用器的输出端连接2路QSFP+光模块103的第一QSFP+光模块P1的第四端口Q4；模拟开关矩阵102中的第六模拟开关SW6的第一复用器的输出端连接2路QSFP+光模块103的第二QSFP+光模块P2的第一端口Q5，第二复用器的输出端连接2路QSFP+光模块103的第二QSFP+光模块P2的第二端口Q6；模拟开关矩阵102中的第八模拟开关SW8的第一复用器的输出端连接2路QSFP+光模块103的第二QSFP+光模块P2的第三端口Q7，第二复用器的输出端连接2路QSFP+光模块103的第二QSFP+光模块P2的第四端口Q8。
图2为本发明实施例提供的一种多通道高速数据传输与切换系统的应用示意图。其提供的一种多通道高速数据传输与切换系统，还包括：第一控制单元205（CPLD）和MCU控制单元204。
第一控制单元205（CPLD），用于基于状态信号1013或者链路切换需求信号，控制第一模拟开关SW1至第八模拟开关SW8进行独立选择以实现接通、断开和切换。
MCU控制单元204，分别与8路SFP+光模块101、2路QSFP+光模块103、第一控制单元205（CPLD）连接，用于实现系统管理和通信控制；第一控制单元205（CPLD）分别与模拟开关矩阵102、MCU控制单元204、8路SFP+光模块101、2路QSFP+光模块103连接。
其中，第一控制单元205（CPLD）包括CPLD控制单元，可以通过高低电平的控制来切换模拟开关的扇出信号和复用信号的输出通道；链路切换需求可以手动预设，根据预设需求进行高速信号切换；状态信号包括LOS告警信号，可以根据LOS告警信号实现自动切换。
在一些实施例中，8路SFP+光模块101的输入信号包括多路输入光信号1010，8路SFP+光模块101的输出信号包括电口高速信号1011、SFP+光模块的通信信号1012和SFP+光模块的状态信号1013；
2路QSFP+光模块103的输入信号包括切换后的电口高速信号1021、QSFP+光模块的通信信号2042和QSFP+光模块的状态信号2051，2路QSFP+光模块103的输出信号包括多路输出光信号1031；
SFP+光模块的通信信号1012接入MCU控制单元204，SFP+光模块的状态信号1013接入第一控制单元205（CPLD）；
QSFP+光模块的通信信号2042接入MCU控制单元204，QSFP+光模块的状态信号2051接入第一控制单元205（CPLD）。
在一些实施例中，MCU控制单元204与第一控制单元205（CPLD）之间有通信接口2041，用于获取第一控制单元205（CPLD）的状态信息；MCU控制单元204对第一控制单元205（CPLD）进行管理和控制；
第一控制单元205（CPLD）将8路SFP+光模块101的工作信息反馈给MCU控制单元204；第一控制单元205（CPLD）输出开关切换控制信号2052给模拟开关矩阵102，用于控制模拟开关矩阵102。
示例性的，MCU控制单元204包括微处理电路、以太网电路和RS232电路。其中，微处理器电路是MCU控制单元204的控制核心，用于控制以太网电路和RS232电路。
如图2所示，SFP+光模块的通信信号1012连接MCU控制单元204，SFP+光模块的通信信号1012包括TX_Disable信号、SDA信号、SCL信号，其中TX_Disable表示发送使能信号，用于控制对于的SFP+光模块接口的发送是否使能，SDA信号和SCL信号是I2C接口信号，用于获取SFP+光模块的工作信息。例如对应图3中的信号有：N1_Tx_Dis、N1_SDA、N1_SCL、N2_Tx_Dis、N2_SDA、N2_SCL、N3_Tx_Dis、N3_SDA、N3_SCL、N4_Tx_Dis、N4_SDA、N4_SCL，对应图4中的信号有：N5_Tx_Dis、N5_SDA、N5_SCL、N6_Tx_Dis、N6_SDA、N6_SCL、N7_Tx_Dis、N7_SDA、N7_SCL、N8_Tx_Dis、N8_SDA、N8_SCL。
SFP+光模块的状态信号1013连接第一控制单元205（CPLD），SFP+光模块的状态信号包括TX_Fault信号、Mod_ABS信号、RS_LOS信号，其中TX_Fault是表示发送故障指示信号，Mod_ABS是表示模式指示信号、RS_LOS信号是表示光信号是否丢失，第一控制单元205（CPLD）会根据RS_LOS信号去控制模拟开关矩阵102执行开关切换动作。例如对应附图3中的信号有：N1_Tx_Fau、N1_MOD、N1_RS_LOS、N2_Tx_Fau、N2_MOD、N2_RS_LOS、N3_Tx_Fau、N3_MOD、N3_RS_LOS、N4_Tx_Fau、N4_MOD、N4_RS_LOS，对应附图4中的信号有：N5_Tx_Fau、N5_MOD、N5_RS_LOS、N6_Tx_Fau、N6_MOD、N6_RS_LOS、N7_Tx_Fau、N7_MOD、N7_RS_LOS、N8_Tx_Fau、N8_MOD、N8_RS_LOS。
2路QSFP+光模块103的输入信号有切换后的电口高速信号1021、QSFP+光模块的通信信号2042、QSFP+光模块的状态信号2051，输出信号为多路输出光信号1031。
切换后的电口高速信号1021，具体包括第2模拟开关的第1复用器的收发信号、第2模拟开关的第2复用器的收发信号、第4模拟开关的第1复用器的收发信号、第4模拟开关的第2复用器的收发信号、第6模拟开关的第1复用器的收发信号、第6模拟开关的第2复用器的收发信号、第8模拟开关的第1复用器的收发信号、第8模拟开关的第2复用器的收发信号，这些信号都是经过模拟开关矩阵102切换后的输出高速信号。例如，对应图9，具体包括：Q1_RX+/Q1_RX-、Q1_TX+/Q1_TX-、Q2_RX+/Q2_RX-、Q2_TX+/Q2_TX-、Q3_RX+/Q3_RX-、Q3_TX+/Q3_TX-、Q4_RX+/Q4_RX-、Q4_TX+/Q4_TX-、Q5_RX+/Q5_RX-、Q5_TX+/Q5_TX-、Q6_RX+/Q6_RX-、Q6_TX+/Q6_TX-、Q7_RX+/Q7_RX-、Q7_TX+/Q7_TX-、Q8_RX+/Q8_RX-、Q8_TX+/Q8_TX-。
QSFP+光模块的通信信号2042包括ModSelL信号、ResetL信号、SCL信号、SDA信号，这些信号传输给MCU控制单元204，由MCU控制单元204对QSFP+光模块的通信信号2042进行通信和控制，例如控制模块的选择、复位，以及读取模块的工作信息。这里的ModSelL信号为模块选择管脚，ResetL信号为模块复位管脚，SDA信号和SCL信号是I2C接口信号，用于获取QSFP+光模块的工作信息。例如，对应图9，具体包括：Q1_ModSelL、Q1_ResetL、Q1_SCL、Q1_SDA、Q2_ModSelL、Q2_ResetL、Q2_SCL、Q2_SDA。
QSFP+光模块的状态信号2051包括ModPrsL信号、IntL信号、LPMode信号，这些信号传输给第一控制单元205（CPLD），由第一控制单元205（CPLD）对QSFP+光模块的状态进行获取，例如获取模块是否在位、是否有中断、是否进入低功耗模式。这里的ModPrsL信号为当前模块指示管脚，IntL信号为中断信号管脚，LPMode信号为低功耗模式管脚。例如，对应图9，具体包括：Q1_ModPrsL、Q1_IntL、Q1_LPMode、Q2_ModPrsL、Q2_IntL、Q2_LPMode。
MCU控制单元204除了获取SFP+光模块的通信信号1012和QSFP+光模块的通信信号2042以外，还与第一控制单元205（CPLD）之间有通信接口2041，用于获取第一控制单元205（CPLD）的状态信息，并对其进行管理和控制。
第一控制单元205（CPLD）除了获取SFP+光模块的状态信号(1013)和QSFP+光模块的状态信号2051，还将其工作信息通过通讯接口2041反馈给MCU控制单元204，同时还输出开关切换控制信号2052给模拟开关矩阵102，控制模拟开关矩阵的工作。开关切换控制信号2052主要是指模拟开关矩阵中每个扇出器和复用器的选择控制管脚，例如附图5中的SEL0_M1和SEL1_M1、SEL0_M2和SEL1_M2，附图6中的SEL0_M3和SEL1_M3、SEL0_M4和SEL1_M4，附图7中的SEL0_M5和SEL1_M5、SEL0_M6和SEL1_M6，附图8中的SEL0_M7和SEL1_M7、SEL0_M8和SEL1_M8。
切换后的电口高速信号1021为经过模拟开关矩阵102切换后输出的高速信号，包括第二模拟开关、第四模拟开关、第六模拟开关和第八模拟开关的复用器的收发信号。
图3为本发明实施例中的8路SFP+光模块的第一部分电路图。其提供了第一SFP+光模块S1、第二SFP+光模块S2、第三SFP+光模块S3和第四SFP+光模块S4的接口电路连接图，上述模块的接口电路是按照SFP+光模块的标准接口定义的电路。
第一至第四SFP+光模块S1至S4的接口电信号分别有20个管脚。其中：PIN18和PIN19为电信号的差分接收端子TD+和TD-，对应光信号的发送端口；PIN12和PIN13为电信号的差分发送端子RD+和RD-，对应光信号的接收端口；PIN15和PIN16通过LC滤波电路接供电电源3.3V；PIN1、PIN10、PIN11、PIN14、PIN17、PIN20接信号地；PIN2、PIN3、PIN6、PIN7、PIN8、PIN9为第一至第四SFP+光模块的状态指示管脚；PIN4和PIN5为第一至第四SFP+光模块的I2C通讯和管理的管脚，MCU控制单元204通过这两个管脚可以获取第一至第四SFP+光模块的工作状态信息。
其中，在8路SFP+光模块中，SFP+光模块的通信信号包括TX_Disable信号、SDA信号和FL信号；SFP+光模块的状态信号包括TX_Fault信号、Mod_ABS信号和RS_LOS信号。
图4为本发明实施例中的8路SFP+光模块的第二部分电路图。其提供了第五SFP+光模块S5、第六SFP+光模块S6、第七SFP+光模块S7和第八SFP+光模块S8的接口电路连接图，上述模块的接口电路是按照SFP+光模块的标准接口定义的电路。
第五至第八SFP+光模块S5至S8的接口电信号分别有20个管脚。其中：PIN18和PIN19为电信号的差分接收端子TD+和TD-，对应光信号的发送端口；PIN12和PIN13为电信号的差分发送端子RD+和RD-，对应光信号的接收端口；PIN15和PIN16通过LC滤波电路接供电电源3.3V；PIN1、PIN10、PIN11、PIN14、PIN17、PIN20接信号地；PIN2、PIN3、PIN6、PIN7、PIN8、PIN9为第五至第八SFP+光模块的状态指示管脚；PIN4和PIN5为第五至第八SFP+光模块的I2C通讯和管理的管脚，MCU控制单元204通过这两个管脚可以获取第五至第八SFP+光模块的工作状态信息。
其中，在8路SFP+光模块中，SFP+光模块的通信信号包括TX_Disable信号、SDA信号、FL信号；SFP+光模块的状态信号包括TX_Fault信号、Mod_ABS信号、RS_LOS信号。
图5为本发明实施例中的模拟开关矩阵第一部分电路图。其提供了第一模拟开关SW1和第二模拟开关SW2的电路图。模拟开关采用背靠背的连接方式，即第一模拟开关SW1的输出端子（也称为扇出器输入端子）连接到第二模拟开关SW2和第六模拟开关SW6的输入端子（也称为复用器输入端子），模拟开关与模拟开关之间的端子连接经过了隔离电容，隔离电容可以起到隔离直流信号和通过交流信号的作用。第一模拟开关SW1的输入端子连接第一SFP+光模块S1和第二SFP+光模块S2，第二模拟开关SW2的输出端子连接第一QSFP+光模块P1，第六模拟开关SW6的输出端子连接第二QSFP+光模块P2。第一模拟开关SW1有管脚23(SEL0)和管脚26(SEL1)，分别对应网络信号名SEL0_M1和SEL1_M1，并连接到第一控制单元205（CPLD），第一控制单元205（CPLD）通过高低电平的控制可以切换第一模拟开关SW1的扇出信号输出通道。第二模拟开关SW2有管脚23(SEL0)和管脚26(SEL1)，对应网络信号名SEL0_M2和SEL1_M2，并连接到第一控制单元205（CPLD），第一控制单元205（CPLD）通过高低电平的控制可以切换第二模拟开关SW2的复用信号输出通道。
图6为本发明实施例中的模拟开关矩阵第二部分电路图。其提供了第三模拟开关SW3和第四模拟开关SW4的电路图。模拟开关采用背靠背的连接方式，即第三模拟开关SW3的输出端子（也称为扇出器输出端子）连接到第四模拟开关SW4和第八模拟开关SW8的输入端子（也称为复用器输入端子），模拟开关与模拟开关之间的端子连接经过了隔离电容，隔离电容起到隔离直流信号和通过交流信号的作用。第三模拟开关SW3的输入端子连接第三SFP+光模块S3和第四SFP+光模块S4，第四模拟开关SW4的输出端子连接第一QSFP+光模块P1，第八模拟开关SW8的输出端子连接第二QSFP+光模块P2。第三模拟开关SW3有管脚23(SEL0)和管脚26(SEL1)，分别对应网络信号名SEL0_M3和SEL1_M3，并连接到第一控制单元205（CPLD），第一控制单元205（CPLD）通过高低电平的控制可以切换第三模拟开关SW3的扇出信号输出通道。第四模拟开关SW4有管脚23(SEL0)和管脚26(SEL1)，对应网络信号名SEL0_M4和SEL1_M4，并连接到第一控制单元205（CPLD），第一控制单元205（CPLD）通过高低电平的控制可以切换第四模拟开关SW4的复用信号输出通道。
图7为本发明实施例中的模拟开关矩阵第三部分电路图。其提供了第五模拟开关SW5和第六模拟开关SW6的电路图。模拟开关采用背靠背的连接方式，即第五模拟开关SW5的输出端子（也称为扇出器输出端子）连接到第二模拟开关SW2和第六模拟开关SW6的输入端子（也称为复用器输入端子），模拟开关与模拟开关之间的端子连接经过了隔离电容，隔离电容起到隔离直流信号和通过交流信号的作用。第五模拟开关SW5的输入端子连接第五SFP+光模块S5和第六SFP+光模块S6，第六模拟开关SW6的输出端子连接第二QSFP+光模块P2，第一模拟开关SW1的输出端子连接第一QSFP+光模块P1。第五模拟开关SW5有管脚23(SEL0)和管脚26(SEL1)，分别对应网络信号名SEL0_M5和SEL1_M5，并连接到第一控制单元205（CPLD），第一控制单元205（CPLD）通过高低电平的控制可以切换第五模拟开关SW5的扇出信号输出通道。第六模拟开关SW6有管脚23(SEL0)和管脚26(SEL1)，对应网络信号名SEL0_M6和SEL1_M6，并连接到第一控制单元205（CPLD），第一控制单元205（CPLD）通过高低电平的控制可以切换第六模拟开关SW6的复用信号输出通道。
图8为本发明实施例中的模拟开关矩阵第四部分电路图。其提供了第七模拟开关SW7和第八模拟开关SW8的电路图。模拟开关采用背靠背的连接方式，即第七模拟开关SW7的输出端子（也称为扇出器输出端子）连接到第四模拟开关SW4和第八模拟开关SW8的输入端子（也称为复用器输入端子），模拟开关与模拟开关之间的端子连接经过了隔离电容，隔离电容起到隔离直流信号和通过交流信号的作用。第七模拟开关SW7的输入端子连接第七SFP+光模块S7和第八SFP+光模块S8，第八模拟开关SW8的输出端子连接第二QSFP+光模块P2，第四模拟开关SW4的输出端子连接第一QSFP+光模块P1。第七模拟开关SW7有管脚23(SEL0)和管脚26(SEL1)，分别对应网络信号名SEL0_M7和SEL1_M7，并连接到第一控制单元205（CPLD），第一控制单元205（CPLD）通过高低电平的控制可以切换第七模拟开关SW7的扇出信号输出通道。第八模拟开关SW8有管脚23(SEL0)和管脚26(SEL1)，对应网络信号名SEL0_M8和SEL1_M8，并连接到第一控制单元205（CPLD），第一控制单元205（CPLD）通过高低电平的控制可以切换第八模拟开关SW8的复用信号输出通道。
2路QSFP+光模块为由2个QSFP+光模块组成的接口电路，QSFP+光模块的通信信号连接MCU控制单元204，QSFP+光模块的状态信号连接第一控制单元205（CPLD）。QSFP+光模块具有四个独立的全双工收发通道。
图9为本发明实施例中的2路QSFP+光模块的接口电路图。其是按照QSFP+光模块的标准接口定义的电路。第一QSFP+光模块P1和第二QSFP+光模块P1的电接口分别有38个管脚，其中：PIN17和PIN18为第一路电信号发送端子，对应光信号接收；PIN36和PIN37为第一路电信号接收端子，对应光信号发送；PIN21和PIN22为第二路电信号发送端子，对应光信号接收；PIN2和PIN3为第二路电信号接收端子，对应光信号发送；PIN14和PIN15为第三路电信号发送端子，对应光信号接收，PIN33和PIN34为第三路电信号接收端子，对应光信号发送；PIN24和PIN25为第四路电信号发送端子，对应光信号接收；PIN5和PIN6为第四路电信号接收端子，对应光信号发送；PIN1、PIN4、PIN7、PIN13、PIN16、PIN19、PIN20、PIN23、PIN26、PIN32、PIN35、PIN38管脚为信号地；PIN10、PIN29、PIN30为电源管脚，通过LC滤波电路接3.3V电源；PIN11和PIN12为第一和第二QSFP+光模块的I2C状态管理信号管脚，MCU控制单元204通过这两个管脚可以获取QSFP+光模块的工作状态信息。图中第一QSFP+光模块P1的图号为U20A和U20B，第二QSFP+光模块P2的图号为U21A和U21B。
其中，2路QSFP+光模块103中，QSFP+光模块的通信信号包括ModSelL信号、ResetL信号、FL信号、SDA信号；QSFP+光模块的状态信号包括ModPrsL信号、IntL信号、LPMode信号。
图10为图2中的MCU控制单元的STM32控制器电路图。其芯片连接第一QSFP+光模块P1、第二QSFP+光模块P2及第一至第八SFP+光模块S1至S8。
图11为图2中的MCU控制单元的以太网电路电路图。以太网电路是一个10BASE-T、100BASE-TX自适应的接口控制电路，可以采用MICREL公司的KS8721BL提供MII/RMII接口到MACs的物理层连接。以太网电路芯片的控制信号连接到MCU控制单元的STM32控制器芯片管脚。
图12为图2中的MCU控制单元的RS232电路电路图。RS232电路是一种提供RS232通信的接口电路，可以采用SP3232芯片构成的电路。其中：TXD1和RXD1信号连接到MCU控制单元的STM32控制器芯片管脚。
图13为图2中的CPLD控制单元的电路图。第一控制单元205（CPLD）与模拟开关矩阵102和MCU控制单元204连接，用于控制模拟开关矩阵102，以及接收或者反馈控制状态信号给MCU控制单元204。第一控制单元205（CPLD）与模拟开关矩阵102中的第一至第八模拟开关连接，用于控制第一至第八扇出器的通道一和/或通道二，以及用于控制第一至第八复用器通道一和/或通道二，并且为模拟开关提供复位信号。并且，第一控制单元205（CPLD）与8路SFP+光模块和2路QSFP+光模块连接，用于获取状态信号。其中：SFP+光模块的状态信号包括RX_LOS信号、TX_FAULT信号和MOD_ABS信号；QSFP+光模块的状态信号包括ModPrsL信号、IntL信号和LPMode信号。
在一些实施例中，系统包括三种工作模式，分别为第一主备模式、第二主备模式和全透传模式。
具体的，当工作模式为第一主备模式的情况下，8路SFP+光模块101的第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道与第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道分别一一对应互为主备通道，高速信号预设通过主通道进行传输，第一控制单元205根据第一至第八SFP+光模块S1至S8的状态信号1013或链路切换需求信号控制模拟开关矩阵102进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给2路QSFP+光模块103的第一QSFP+光模块P1。
当工作模式为第二主备模式的情况下，8路SFP+光模块101的第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道与第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道一一对应互为主备通道，高速信号预设通过主通道进行传输，第一控制单元205根据第一至第八SFP+光模块S1至S5的状态信号1013或链路切换需求信号控制模拟开关矩阵102进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给2路QSFP+光模块103的第二QSFP+光模块P2。
当工作模式为全透传模式的情况下，8路SFP+光模块101的第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道与第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道一一对应互相独立，第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道传输的高速信号全透传到第一QSFP+光模块P1，第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道传输的高速信号全透传到第二QSFP+光模块P2。
其中，当工作模式为第一主备模式的情况下，MCU控制单元204预设第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道为主通道，第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道为备通道。
当第一控制单元205收到来自MCU控制单元204的链路切换需求信号或来自第一SFP+光模块S1的状态信号1013的情况下，第一控制单元205控制模拟开关矩阵102进行主备通道切换，通过第五SFP+光模块S5的通道，将高速信号传输给第一QSFP+光模块P1。
当第一控制单元205收到来自MCU控制单元204的链路切换需求信号或来自第二SFP+光模块S2的状态信号1013的情况下，第一控制单元205控制模拟开关矩阵102进行主备通道切换，通过第六SFP+光模块S6的通道，将高速信号传输给第一QSFP+光模块P1。
当第一控制单元205收到来自MCU控制单元204的链路切换需求信号或来自第三SFP+光模块S3的状态信号1013的情况下，第一控制单元205控制模拟开关矩阵102进行主备通道切换，切换到第七SFP+光模块S7的通道，将高速信号传输给第一QSFP+光模块P1。
当第一控制单元205收到来自MCU控制单元204的链路切换需求信号或来自第四SFP+光模块S4的状态信号1013的情况下，第一控制单元205控制模拟开关矩阵102进行主备通道切换，切换到第八SFP+光模块S8的通道，将高速信号传输给第一QSFP+光模块P1。
当作为备通道的第五至第八SFP+光模块S5至S8中任一个产生状态信号时，则模拟开关矩阵102切换到与该产生状态信号的光模块相对应的作为主通道的第一至第四SFP+光模块S1至S4中的相应通道来传输光信号。
另外，当工作模式为第二主备模式的情况下，MCU控制单元204预设第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道为主通道，第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道为备通道。
当第一控制单元205收到来自MCU控制单元204的链路切换需求信号或来自第一SFP+光模块S1的状态信号1013的情况下，第一控制单元205控制模拟开关矩阵102进行主备通道切换，通过第五SFP+光模块S5的通道，将高速信号传输给第二QSFP+光模块P2。
当第一控制单元205收到来自MCU控制单元204的链路切换需求信号或来自第二SFP+光模块S2的状态信号1013的情况下，第一控制单元控205制模拟开关矩阵102进行主备通道切换，通过第六SFP+光模块S6的通道，将高速信号传输给第二QSFP+光模块P2。
当第一控制单元205收到来自MCU控制单元204的链路切换需求信号或来自第三SFP+光模块S3的状态信号1013的情况下，第一控制单元205控制模拟开关矩阵102进行主备通道切换，切换到第七SFP+光模块S7的通道，将高速信号传输给第二QSFP+光模块P2。
当第一控制单元205收到来自MCU控制单元204的链路切换需求信号或来自第四SFP+光模块S4的状态信号的情况下，第一控制单元205控制模拟开关矩阵102进行主备通道切换，切换到第八SFP+光模块S8的通道，将高速信号传输给第二QSFP+光模块P2。
当作为备通道的第五至第八SFP+光模块S5至S8中任一个产生状态信号1013时，则模拟开关矩阵102切换到与该产生状态信号的光模块相对应的作为主通道的第一至第四SFP+光模块S1至S4中的相应通道来传输光信号。
为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种利用上述实施例系统的多通道高速数据传输与切换方法，该方法包括：
通过模拟开关矩阵102接收来自8路SFP+光模块101的高速信号；
基于链路切换需求或8路SFP+光模块中101的至少一路输出的状态信号1013，在三种工作模式中的任一种模式下控制模拟开关矩阵102中的相应模拟开关进行选择以实现接通、断开和切换；
通过2路QSFP+光模块103将经由模拟开关矩阵102的高速信号输出；
其中，三种工作模式分别为第一主备模式、第二主备模式和全透传模式。
在一些实施例中，当工作模式为第一主备模式的情况下，8路SFP+光模块101中的第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道与第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道分别一一对应互为主备通道，高速信号预设通过主通道进行传输，根据第一至第八SFP+光模块S1至S8的状态信号1013或链路切换需求信号控制模拟开关矩阵102进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给2路QSFP+光模块103的第一QSFP+光模块P1；
当工作模式为第二主备模式的情况下，第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道与第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道一一对应互为主备通道，高速信号预设通过主通道进行传输，根据第一至第八SFP+光模块S1至S8的状态信号1013或链路切换需求信号控制模拟开关矩阵102进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给2路QSFP+光模块103的第二QSFP+光模块P2；
当工作模式为全透传模式的情况下，第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道与第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道一一对应互相独立，第一至第四SFP+光模块S1至S4的通道传输的高速信号全透传到第一QSFP+光模块P1，第五至第八SFP+光模块S5至S8的通道传输的高速信号全透传到第二QSFP+光模块P2。
图14为本发明实施例的测试配置框图。其中，测试仪器为40G的SDH/ONT网络分析仪。测试仪器连接的光模块为XFP光模块，采用光纤连接到上述实施例电路中的一个SFP+光模块。QSFP+光模块的输出光信号采用环回方式，采用此种方案测试，相当于电信号发送和接收经过了四次模拟开关芯片。
以上描述的SFP+光模块和QSFP+光模块的测试光纤可以采用多模光纤，对应的测试光纤线采用多模光纤。并且，也可以采用单模光模块，则此时对应的光纤线采用的是单模光纤。
在速率4.25Gbps时，经过上述环回测试系统后，根据输出信号的眼图情况，可以看出：输出眼图张开比较明晰，且抖动和过冲小；上升时间约为100ps，下降时间约为100ps，电压幅值为670.6mV。另外，发送光信号速率为10.313GB/s（即10GigE），端口为XFP，发送波长为850nm；接收端速率为10.313Gb/s（即10GigE），端口为XFP，接收光功率为-3.0dBm，接收频偏为0ppm。测试结果为“All Layers OK”，表示环路测试无丢包。
通过本发明实施例的技术方案，使用8路高速信号输入模块、模拟开关矩阵和8路高速信号输出模块，实现了速率为10Gbps和40Gbps高速信号进行物理层高速切换、透传和主从备份；另外，鉴于信号在传输和切换过程中不经过SerDes芯片或PHY芯片，而是直接在电信号物理层进行信号处理，因此信号传输过程中延时非常小，而且成本不高，利于大规模部署；而且还实现了对输入光信号质量进行判断，可以根据LOS告警信号采用CPLD控制单元控制模拟开关矩阵实现高速的信号切换。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (17)

1.一种多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，包括：8路SFP+光模块（101）、模拟开关矩阵（102）和2路QSFP+光模块（103）；
所述8路SFP+光模块（101）为SFP+万兆光通信接口电路，所述8路SFP+光模块（101）的高速信号接入所述模拟开关矩阵（102）；
所述模拟开关矩阵（102）包括第一模拟开关至第八模拟开关组合成的矩阵，用于对每路输入高速信号基于状态信号或者链路切换需求信号，进行选择以实现接通、断开和切换；其中，所述第一模拟开关、第三模拟开关、第五模拟开关、第七模拟开关分别包括扇出器，第二模拟开关、第四模拟开关、第六模拟开关、第八模拟开关分别包括复用器，所述扇出器为双端口1:2扇出器，所述复用器为双端口2:1复用器；
各所述双端口1:2扇出器输入端分别对应连接所述8路SFP+光模块（101），各所述双端口2:1复用器的输出端分别对应连接所述2路QSFP+光模块（103）；
所述2路QSFP+光模块（103）为包括2个QSFP+光模块的接口电路，用于将经由所述模拟开关矩阵（102）的高速信号输出。
2.根据权利要求1所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，所述模拟开关矩阵中的所述第一模拟开关分别与所述第二模拟开关和所述第六模拟开关之间的连接、所述第三模拟开关分别与所述第四模拟开关和所述第八模拟开关之间的连接、所述第五模拟开关分别与所述第六模拟开关和所述第一模拟开关之间的连接、所述第七模拟开关分别与所述第二模拟开关和所述第八模拟开关之间的连接均采用背靠背连接方式。
3.根据权利要求2所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，所述第一模拟开关、所述第三模拟开关、所述第五模拟开关、所述第七模拟开关分别包括2个双端口1:2扇出器，所述第二模拟开关、所述第四模拟开关、所述第六模拟开关、所述第八模拟开关分别包括2个双端口2:1复用器。
4.根据权利要求2所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
所述第一模拟开关的输出端子分别与所述第二模拟开关的输入端子、所述第六模拟开关的输入端子连接；
所述第三模拟开关的输出端子分别与所述第四模拟开关的输入端子、所述第八模拟开关的输入端子连接；
所述第五模拟开关的输出端子分别与所述第六模拟开关的输入端子、所述第一模拟开关的输入端子连接；
所述第七模拟开关的输出端子分别与所述第二模拟开关的输入端子、所述第八模拟开关的输入端子连接。
5.根据权利要求1或2所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
所述的模拟开关矩阵（102）中的第一模拟开关的第一扇出器的通道1连接第二模拟开关的第一复用器的通道1，第一模拟开关的第一扇出器的通道2连接第六模拟开关的第一复用器的通道2，第一模拟开关的第二扇出器的通道1连接第二模拟开关的第二复用器的通道1，第一模拟开关的第二扇出器的通道2连接第六模拟开关的第二复用器的通道2；第三模拟开关的第一扇出器的通道1连接第四模拟开关的第一复用器的通道1，第三模拟开关的第一扇出器的通道2连接第八模拟开关的第一复用器的通道2，第三模拟开关的第二扇出器的通道1连接第四模拟开关的第二复用器的通道1，第三模拟开关的第二扇出器的通道2连接第八模拟开关的第二复用器的通道2；第五模拟开关的第一扇出器的通道1连接第六模拟开关的第一复用器的通道1，第五模拟开关的第一扇出器的通道2连接第二模拟开关的第一复用器的通道2，第五模拟开关的第二扇出器的通道1连接第六模拟开关的第二复用器的通道1，第五模拟开关的第二扇出器的通道2连接第二模拟开关的第二复用器的通道2；第七模拟开关的第一扇出器的通道1连接第八模拟开关的第一复用器的通道1，第七模拟开关的第一扇出器的通道2连接第四模拟开关的第一复用器的通道2，第七模拟开关的第二扇出器的通道1连接第八模拟开关的第二复用器的通道1，第七模拟开关的第二扇出器的通道2连接第四模拟开关的第二复用器的通道2。
6.根据权利要求1或2所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
所述第一模拟开关的输入端子、所述第三模拟开关的输入端子、所述第五模拟开关的输入端子和所述第七模拟开关的输入端子分别对应连接所述8路SFP+光模块（101）的各路光模块；
所述第二模拟开关的输出端子、所述第四模拟开关的输出端子、所述第六模拟开关的输出端子和所述第八模拟开关的输出端子分别对应连接所述2路QSFP+光模块（103）的各路QSFP+光模块的各端口。
7.根据权利要求1或2所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
所述的模拟开关矩阵（102）中的第一模拟开关的第一扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块（101）的第一SFP+光模块S1，第一模拟开关的第二扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块（101）的第二SFP+光模块S2，第三模拟开关的第一扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块（101）的第三SFP+光模块S3，第三模拟开关的第二扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块（101）的第四SFP+光模块S4，第五模拟开关的第一扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块（101）的第五SFP+光模块S5，第五模拟开关的第二扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块（101）的第六SFP+光模块S6，第七模拟开关的第一扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块（101）的第七SFP+光模块S7，第七模拟开关的第二扇出器的输入端接所述8路SFP+光模块（101）的第八SFP+光模块S8。
8.根据权利要求1或2所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
所述的模拟开关矩阵（102）中的第二模拟开关的第一复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块（103）的第一QSFP+光模块的第一端口Q1，第二复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块（103）的第一QSFP+光模块的第二端口Q2；
所述的模拟开关矩阵（102）中的第四模拟开关的第一复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块（103）的第一QSFP+光模块的第三端口Q3，第二复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块（103）的第一QSFP+光模块的第四端口Q4；
所述的模拟开关矩阵（102）中的第六模拟开关的第一复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块（103）的第二QSFP+光模块的第一端口Q5，第二复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块（103）的第二QSFP+光模块的第二端口Q6；
所述的模拟开关矩阵（102）中的第八模拟开关的第一复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块（103）的第二QSFP+光模块的第三端口Q7，第二复用器的输出端连接所述2路QSFP+光模块（103）的第二QSFP+光模块的第四端口Q8。
9.根据权利要求1所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，还包括：
第一控制单元（205），用于基于所述状态信号或者链路切换需求信号，控制所述第一模拟开关至所述第八模拟开关进行独立选择以实现接通、断开和切换；
MCU控制单元（204），分别与所述8路SFP+光模块（101）、2路QSFP+光模块（103）、第一控制单元（205）连接，用于实现系统管理和通信控制；
所述第一控制单元（205）分别与所述模拟开关矩阵（102）、所述MCU控制单元（204）、所述8路SFP+光模块（101）、所述2路QSFP+光模块（103）连接。
10.根据权利要求9所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
所述状态信号包括LOS告警信号；
所述8路SFP+光模块（101）的输入信号包括多路输入光信号（1010），所述8路SFP+光模块（101）的输出信号包括电口高速信号（1011）、SFP+光模块的通信信号（1012）和SFP+光模块的状态信号（1013）；
所述2路QSFP+光模块（103）的输入信号包括切换后的电口高速信号（1021）、QSFP+光模块的通信信号（2042）和QSFP+光模块的状态信号（2051），所述2路QSFP+光模块（103）的输出信号包括多路输出光信号（1031）；
所述SFP+光模块的通信信号（1012）接入所述MCU控制单元（204），所述SFP+光模块的状态信号（1013）接入所述第一控制单元（205）；
所述QSFP+光模块的通信信号（2042）接入所述MCU控制单元（204），所述QSFP+光模块的状态信号（2051）接入所述第一控制单元（205）。
11.根据权利要求9所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
所述状态信号包括LOS告警信号；
所述MCU控制单元（204）与所述第一控制单元（205）之间有通信接口（2041），用于获取所述第一控制单元（205）的状态信息；所述MCU控制单元（204）对所述第一控制单元（205）进行管理和控制；
所述第一控制单元（205）将所述8路SFP+光模块的工作信息反馈给所述MCU控制单元（204）；所述第一控制单元（205）输出开关切换控制信号（2052）给所述模拟开关矩阵（102），用于控制所述模拟开关矩阵（102）。
12.根据权利要求9所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
所述系统包括三种工作模式，分别为第一主备模式、第二主备模式和全透传模式。
13.根据权利要求12所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
当所述工作模式为第一主备模式的情况下，所述8路SFP+光模块（101）的第一至第四SFP+光模块的通道与第五至第八SFP+光模块的通道分别一一对应互为主备通道，所述高速信号预设通过主通道进行传输，所述第一控制单元（205）根据第一至第八SFP+光模块的所述状态信号或所述链路切换需求信号控制所述模拟开关矩阵进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给所述2路QSFP+光模块（103）的第一QSFP+光模块；
当所述工作模式为第二主备模式的情况下，所述8路SFP+光模块（101）的第一至第四SFP+光模块的通道与第五至第八SFP+光模块的通道一一对应互为主备通道，所述高速信号预设通过主通道进行传输，所述第一控制单元（205）根据第一至第八SFP+光模块的所述状态信号或所述链路切换需求信号控制所述模拟开关矩阵进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给所述2路QSFP+光模块（103）的第二QSFP+光模块；
当所述工作模式为全透传模式的情况下，所述8路SFP+光模块（101）的第一至第四SFP+光模块的通道与第五至第八SFP+光模块的通道一一对应互相独立，所述第一至第四SFP+光模块的通道传输的高速信号全透传到所述第一QSFP+光模块，所述第五至第八SFP+光模块的通道传输的高速信号全透传到所述第二QSFP+光模块。
14.根据权利要求13所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
当所述工作模式为第一主备模式的情况下，
所述MCU控制单元预设所述第一至第四SFP+光模块的通道为主通道，所述第五至第八SFP+光模块的通道为备通道；
当所述第一控制单元（205）收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自所述第一SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元（205）控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，通过所述第五SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第一QSFP+光模块，
当所述第一控制单元（205）收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第二SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元（205）控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，通过第六SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第一QSFP+光模块；
当所述第一控制单元（205）收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第三SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元（205）控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，切换到第七SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第一QSFP+光模块；
当所述第一控制单元（205）收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自所述第四SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元（205）控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，切换到所述第八SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第一QSFP+光模块；
当作为备通道的所述第五至第八SFP+光模块中任一个产生状态信号时，则所述模拟开关矩阵切换到与该产生状态信号的光模块相对应的作为主通道的所述第一至第四SFP+光模块中的相应通道来传输光信号。
15.根据权利要求13所述的多通道高速数据传输与切换系统，其特征在于，
当所述工作模式为第二主备模式的情况下，
所述MCU控制单元预设所述第一至第四SFP+光模块的通道为主通道，所述第五至第八SFP+光模块的通道为备通道；
当所述第一控制单元（205）收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第一SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元（205）控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，通过第五SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第二QSFP+光模块，
当所述第一控制单元（205）收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第二SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元（205）控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，通过第六SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第二QSFP+光模块；
当所述第一控制单元（205）收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第三SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元（205）控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，切换到第七SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第二QSFP+光模块；
当所述第一控制单元（205）收到来自MCU控制单元的所述链路切换需求信号或来自第四SFP+光模块的状态信号的情况下，所述第一控制单元（205）控制所述模拟开关矩阵进行主备通道切换，切换到第八SFP+光模块的通道，将高速信号传输给所述第二QSFP+光模块；
当作为备通道的所述第五至第八SFP+光模块中任一个产生状态信号时，则所述模拟开关矩阵切换到与该产生状态信号的光模块相对应的作为主通道的所述第一至第四SFP+光模块中的相应通道来传输光信号。
16.一种利用权利要求1至15中任一项所述的多通道高速数据传输与切换系统的多通道高速数据传输与切换方法，其特征在于，该方法包括：通过模拟开关矩阵接收来自8路SFP+光模块（101）的高速信号；
基于链路切换需求或所述8路SFP+光模块中的至少一路输出的状态信号，在三种工作模式中的任一种模式下控制所述模拟开关矩阵中的相应模拟开关进行选择以实现接通、断开和切换；
通过2路QSFP+光模块（103）将经由所述模拟开关矩阵的高速信号输出；
其中，所述三种工作模式分别为第一主备模式、第二主备模式和全透传模式。
17.根据权利要求16所述的多通道高速数据传输与切换方法，其特征在于，
当所述工作模式为第一主备模式的情况下，所述8路SFP+光模块中的第一至第四SFP+光模块的通道与第五至第八SFP+光模块的通道分别一一对应互为主备通道，所述高速信号预设通过主通道进行传输，根据第一至第八SFP+光模块的所述状态信号或所述链路切换需求信号控制所述模拟开关矩阵进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给所述2路QSFP+光模块（103）的第一QSFP+光模块；
当所述工作模式为第二主备模式的情况下，所述第一至第四SFP+光模块的通道与所述第五至第八SFP+光模块的通道一一对应互为主备通道，所述高速信号预设通过主通道进行传输，根据所述第一至第八SFP+光模块的所述状态信号或所述链路切换需求信号控制所述模拟开关矩阵进行主备通道选择，将所选择的4路高速信号传输给所述2路QSFP+光模块（103）的第二QSFP+光模块；
当所述工作模式为全透传模式的情况下，所述第一至第四SFP+光模块的通道与第五至所述第八SFP+光模块的通道一一对应互相独立，所述第一至第四SFP+光模块的通道传输的高速信号全透传到所述第一QSFP+光模块，所述第五至第八SFP+光模块的通道传输的高速信号全透传到所述第二QSFP+光模块。
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