一种多通道光模块及其模块结构的制作方法

本发明涉及光通信，具体地说，涉及一种多通道光模块及其模块结构。

背景技术：

1、光模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分，简单的说，光模块的作用就是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号，其中，多通道光模块，通常指的是能够同时传输多个数据通道的光模块，主要应用于高性能计算、数据中心互连和并行计算等领域，这种光模块可以实现多个独立的数据流在同一时间通过一个光模块进行传输，大大提高了数据传输的效率；

2、然而，温度的变化会影响光学组件的工作性能，导致多通道光模块的多个通道可能会出现不同的传输效率，特别是在高温或低温环境下，由于多通道位置的差异和制造的差异，光模块内部的热分布可能不均匀，即使外部环境温度相同，内部各部分的温度也可能有所不同，导致不同通道的性能差异，例如，某些通道可能更接近发热源，导致局部温度升高，从而影响性能，若传输多个数据流或者较大的数据流时，不方便考虑温度对传输效率的影响，鉴于此我们提出一种多通道光模块及其模块结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多通道光模块及其模块结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供多通道光模块，包括多通道状态监测单元、传输能力输出单元、调度分配单元和节点调整单元；

3、所述多通道状态监测单元用于建立多通道与温度关联的温度映射模型，检测环境温度并将其输入温度映射模型，输出每个通道内的温度信息；

4、所述传输能力输出单元用于建立温度与传输能力关联的能力映射模型，接收来自多通道状态监测单元的温度数据并输入能力映射模型，输出每个通道的传输能力，其中：

5、所述调度分配单元用于根据各通道的传输能力对数据流进行负载均衡划分，将数据流拆分为多个子流，并依据传输能力将子流分配至各通道；

6、所述节点调整单元用于预设时间窗口，时间窗口到达时传输重检信号至多通道状态监测单元，更新各通道的温度信息，对未传输的子流进行汇总并重新输入调度分配单元以重新分配通道。

7、优选的，所述多通道状态监测单元包括数据采集模块和模型训练模块；

8、所述数据采集模块用于多次采集每个通道及周围环境的温度数据，并对采集数据进行预处理以构建温度训练集；

9、所述模型训练模块用于接收数据采集模块提供的温度训练集，通过线性回归模型构建温度映射模型，以建立各通道温度与环境温度之间的线性关系，其数学表达式为：

10、

11、其中，表示每个通道的温度，表示环境温度，为截距，表示当环境温度为0时每个通道的温度值，为斜率，为误差项，使用最小二乘法求解目标函数的最小值，估计模型参数和，实时获取环境温度数据，并将其输入至已训练的线性回归模型中，模型根据训练得到的参数和 预测各通道的温度，输出模型预测的每个通道的温度值。

12、优选的，所述采集每个通道及周围环境的温度数据通过数字温度传感器获取，所述温度传感器由半导体材料制成，利用电阻值随温度变化的特性测量温度。

13、优选的，所述传输能力输出单元包括训练集获取模块和模型建立模块；

14、所述训练集获取模块用于采集a数据流在不同温度下的传输能力数据，并构建能力训练集；

15、所述模型建立模块用于接收训练集获取模块提供的能力训练集，通过神经网络模型构建能力映射模型，以建立温度与传输能力之间的映射关系，并在模型中输入实时温度数据，以预测各通道的传输能力。

16、优选的，所述调度分配单元包括数据流划分模块和分段传输模块；

17、所述数据流划分模块用于将模型建立模块输出的各通道传输能力进行量化，并根据多通道传输能力的比例将数据流划分为多个子流；

18、所述分段传输模块用于分别接收数据流划分模块划分的多个子流，将每个子流拆分为n份，并发出传输信号，依次通过相应比例的通道进行传输。

19、优选的，所述分段传输模块将每个子流拆分成n份，其包括以下步骤：

20、采集各通道的技术参数，技术参数包括最大带宽、最大数据包速率，并基于通道参数计算各通道的最大负载能力，根据数据流划分模块确定的子流比例及数据流总大小，计算每个子流的大小，并基于各通道的最大负载能力计算每个子流的传输时间，表达式为：

21、n=。

22、优选的，所述节点调整单元包括时间窗口确定模块、通信截停模块和更新触发模块；

23、所述时间窗口确定模块用于根据通道使用时间与温度变化节点的关联性构建温度调整模型，接收分段传输模块中的传输时间并输入温度调整模型，输出温度变化节点；

24、所述通信截停模块用于接收分段传输模块的传输起始时间，当时间点达到温度变化节点时，检测未传输的子流份数，若存在未传输子流，则发出重检信号，若不存在未传输子流，则发出结束信号；

25、所述更新触发模块用于接收到重检信号后，触发数据采集模块循环工作，直至分段传输模块再次发出传输信号。

26、本发明的目的之二在于，提供了多通道光模块结构，包括上述中任意一项所述的多通道光模块，进一步包括处理器，所述处理器用于控制多通道状态监测单元、传输能力输出单元、调度分配单元和节点调整单元的运行；

27、所述处理器两端连通设有多通道结构，所述多通道结构的两端分别设有四个用于信号收发的通道接口，并在相对的两个通道接口之间形成通信通道。

28、优选的，所述处理器采用微控制单元mcu，多个通道接口形成的一发一收信道由同一个微控制单元mcu驱动；

29、所述微控制单元mcu输出端电性连接有用于提供能量的动力源power。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果：通过温度映射模型输出每个通道内的温度，在结合能力映射模型，输出每个通道的传输能力，有利于根据每个通道的传输能力负载均衡的划分数据流成多个子流，使多个子流根据传输能力分配到多通道上，有效地平衡各个通道的负载，提高系统整体性能，避免某些通道过载而其他通道闲置的情况，提高系统整体效率；

31、并且，预设时间窗口，在达到时间窗口后传输重检信号至多通道状态监测单元，更新每个通道内的温度，对未传输的子流汇总后重新输入调度分配单元分配通道，可以根据通道温度的动态变化，动态调整通道分配，以适应不断变化的环境，且定期重检通道状态，可以及时发现和处理传输过程中出现的错误，提高数据传输的可靠性。

技术特征：

1.一种多通道光模块，其特征在于：包括多通道状态监测单元（100）、传输能力输出单元（200）、调度分配单元（300）和节点调整单元（400）；

2.根据权利要求1所述的多通道光模块，其特征在于：所述多通道状态监测单元（100）包括数据采集模块（110）和模型训练模块（120）；

3.根据权利要求2所述的多通道光模块，其特征在于：所述采集每个通道及周围环境的温度数据采用数字温度传感器获取，所述温度传感器由半导体材料制成，利用电阻值随温度变化的特性测量温度。

4.根据权利要求2所述的多通道光模块，其特征在于：所述传输能力输出单元（200）包括训练集获取模块（210）和模型建立模块（220）；

5.根据权利要求4所述的多通道光模块，其特征在于：所述调度分配单元（300）包括数据流划分模块（310）和分段传输模块（320）；

6.根据权利要求5所述的多通道光模块，其特征在于：所述分段传输模块（320）将每个子流拆分成n份，其包括以下步骤：

7.根据权利要求5所述的多通道光模块，其特征在于：所述节点调整单元（400）包括时间窗口确定模块（410）、通信截停模块（420）和更新触发模块（430）；

8.一种多通道光模块结构，应用于权利要求1-7中任意一项所述的多通道光模块，其特征在于：进一步包括处理器（500），所述处理器（500）用于控制多通道状态监测单元（100）、传输能力输出单元（200）、调度分配单元（300）和节点调整单元（400）的运行；

9.根据权利要求8所述的多通道光模块结构，其特征在于：所述处理器（500）采用微控制单元mcu，多个通道接口（610）形成的一发一收信道由同一个微控制单元mcu驱动；

技术总结本发明涉及光通信技术领域，具体地说，涉及一种多通道光模块及其模块结构。包括多通道状态监测单元、传输能力输出单元、调度分配单元和节点调整单元。本发明通过温度映射模型输出每个通道内的温度，结合能力映射模型，输出每个通道的传输能力，有利于根据每个通道的传输能力负载均衡的划分数据流成多个子流，使多个子流根据传输能力分配到多通道上，有效地平衡各个通道的负载，提高系统整体性能，避免某些通道过载而其他通道闲置的情况，提高系统整体效率；同时在达到时间窗口后更新每个通道内的温度，动态调整通道分配，以适应不断变化的环境，且定期重检通道状态，及时发现和处理传输过程中出现的错误，提高通信可靠性。技术研发人员：徐言根,陈俊良受保护的技术使用者：成都芯瑞科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4