光模块的状态监测方法、装置、系统及光模块与流程

本技术属于光模块监测，具体涉及一种光模块的状态监测方法、装置、系统及光模块。

背景技术：

1、随着数据中心向800g、1.6t速率演进，光模块内部集成度与功耗密度急剧攀升，内部关键部件（如dsp、激光器、调制器等）的供电网络与光电转换链路的健康状态直接影响系统可靠性。

2、现有光模块的状态监测方法通过采集光模块的电流参数并基于固定阈值进行故障判定，无法适应光模块的动态老化过程，导致误报率较高。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种光模块的状态监测方法、装置、系统及光模块，以解决现有技术中的光模块状态监测方法基于固定阈值进行故障判定，无法适应光模块的动态老化过程，导致误报率较高的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术第一方面提供了一种光模块的状态监测方法，包括：

3、获取光模块内部的至少一个异构节点的电流信号，并由所述电流信号中提取电流特征值；

4、对所述电流特征值进行温度补偿，得到温度归一化特征值；

5、获取归一化特征值基线，所述归一化特征值基线基于所述温度归一化特征值的历史数据生成；

6、比对上一周期的所述归一化特征值基线和当前周期的所述温度归一化特征值，并基于比对结果更新所述归一化特征值基线和/或生成故障报警信号。

7、在一个或多个实施方式中，所述对所述电流特征值进行温度补偿的步骤包括：

8、将采样温度和所述电流特征值输入预存储的补偿函数中，计算所述电流特征值在标准温度下的等效值，得到所述温度归一化特征值，所述补偿函数用于描述所述电流特征值与温度的映射关系。

9、在一个或多个实施方式中，所述比对上一周期的所述归一化特征值基线和当前周期的所述温度归一化特征值，并基于比对结果更新所述归一化特征值基线和/或生成故障报警信号的步骤包括：

10、基于上一周期的所述归一化特征值基线，确定稳态区间；确定当前周期的所述温度归一化特征值是否落入所述稳态区间；

11、若是，基于当前周期的所述温度归一化特征值更新所述归一化特征值基线。

12、在一个或多个实施方式中，所述基于所述归一化特征值基线，确定稳态区间的步骤包括：

13、计算所述归一化特征值基线对应的所述温度归一化特征值的历史数据的统计均值和标准差；

14、基于所述统计均值和所述标准差，生成所述稳态区间。

15、在一个或多个实施方式中，若当前周期的所述温度归一化特征值未落入所述稳态区间，还包括：

16、将当前周期标记为异常周期；

17、确定所述异常周期的连续出现次数是否达到第一周期阈值；

18、若是，生成电流异常报警信号。

19、在一个或多个实施方式中，若所述归一化特征值基线更新，所述状态监测方法还包括：

20、由所述电流信号中提取特定特征值；

21、获取特定特征值基线，所述特定特征值基线基于所述特定特征值的历史数据生成；

22、比对上一周期的所述特定特征值基线和当前周期的所述特定特征值，并基于比对结果更新所述特定特征值基线和/或生成故障报警信号。

23、在一个或多个实施方式中，所述异构节点包括激光器节点和调制器节点；

24、所述状态监测方法包括：

25、获取时钟同步的激光器节点的第一电流采样信号和调制器节点的第二电流采样信号；

26、分别由所述第一电流采样信号和所述第二电流采样信号中提取第一电流特征值和第二电流特征值；

27、分别对所述第一电流特征值和所述第二电流特征值进行温度补偿，得到第一归一化电流特征值和第二归一化电流特征值；

28、获取第一归一化特征值基线和第二归一化特征值基线，所述第一归一化特征值基线和所述第二归一化特征值基线分别基于所述第一归一化电流特征值和所述第二归一化电流特征值的历史数据生成；

29、比对上一周期的所述第一归一化特征值基线和当前周期的所述第一归一化电流特征值，并基于比对结果更新所述第一归一化特征值基线和/或生成故障报警信号；

30、比对上一周期的所述第二归一化特征值基线和当前周期的所述第二归一化电流特征值，并基于比对结果更新所述第二归一化特征值基线和/或生成故障报警信号；

31、若所述第一归一化特征值基线和所述第二归一化特征值基线均更新，则计算所述第一电流采样信号和所述第二电流采样信号的峰值时延，作为所述特定特征值。

32、在一个或多个实施方式中，所述计算所述第一电流采样信号和所述第二电流采样信号的峰值时延的步骤包括：

33、分别对所述第一电流采样信号和所述第二电流采样信号进行均值减法处理，得到第一零均值序列和第二零均值序列；

34、计算所述第一零均值序列和所述第二零均值序列的互相关函数，基于所述互相关函数的峰值索引和采样周期，确定所述峰值时延。

35、在一个或多个实施方式中，所述异构节点包括数字信号处理器的核心电源轨节点；

36、所述状态监测方法包括：

37、获取数字信号处理器的核心电源轨节点的第三电流采样信号；

38、由所述第三电流采样信号中提取第三电流特征值；

39、对所述第三电流特征值进行温度补偿，得到第三归一化电流特征值；

40、获取第三归一化特征值基线，所述第三归一化特征值基线基于所述第三归一化电流特征值的历史数据生成；

41、比对上一周期的所述第三归一化特征值基线和当前周期的所述第三归一化电流特征值，并基于比对结果更新所述第三归一化特征值基线和/或生成故障报警信号；

42、若所述第三归一化特征值基线更新，则对所述第三电流采样信号进行快速傅里叶变换，提取预设高频区间的电流纹波能量积分，作为所述特定特征值。

43、在一个或多个实施方式中，所述比对上一周期的所述特定特征值基线和当前周期的所述特定特征值，并基于比对结果更新所述特定特征值基线和/或生成故障报警信号的步骤包括：

44、基于上一周期的所述特定特征值基线，确定容差区间；

45、确定当前周期的所述特定特征值是否落入所述容差区间；

46、若是，基于当前周期的所述特定特征值更新所述特定特征值基线。

47、在一个或多个实施方式中，所述特定特征值由时钟同步的激光器节点的第一电流采样信号和调制器节点的第二电流采样信号中提取得到；

48、若当前周期的所述特定特征值未落入所述容差区间，还包括：

49、将当前周期标记为异常周期；

50、确定所述异常周期的连续出现次数是否达到第二周期阈值；

51、若是，生成光路异常报警信号。

52、在一个或多个实施方式中，所述特定特征值由数字信号处理器的核心电源轨节点的第三电流采样信号中提取得到；

53、若当前周期的所述特定特征值未落入所述容差区间，还包括：

54、获取连续m个周期的所述特定特征值，并确定是否均大于或者等于所述特定特征值基线的统计均值；

55、若连续m个周期的所述特定特征值均大于或者等于所述统计均值，确定所述特定特征值是否在连续m个周期内单调递增；

56、若所述特定特征值在连续m个周期内单调递增，获取所述核心电源轨节点的采样电压，并确定是否落入额定电压范围；

57、若所述核心电源轨节点的采样电压落入所述额定电压范围，生成电容老化报警信号。

58、在一个或多个实施方式中，在生成所述光路异常报警信号时，还包括：

59、确定电容老化报警信号是否使能；

60、若是，生成电源故障预警信号。

61、在一个或多个实施方式中，所述更新所述归一化特征值基线的步骤包括：

62、以预设学习率，将当前周期的所述温度归一化特征值与上一周期的所述归一化特征值基线进行加权合并，得到更新后的所述归一化特征值基线，所述预设学习率用于描述当前周期的所述温度归一化特征值的权重。

63、在一个或多个实施方式中，上一周期的所述归一化特征值基线基于滑动窗口内存储的所述温度归一化特征值的若干个历史周期数据生成，所述更新所述归一化特征值基线的步骤包括：

64、将当前周期的所述温度归一化特征值存储至所述滑动窗口内，并剔除所述滑动窗口内最早的所述历史周期数据，得到更新后的所述滑动窗口；

65、基于更新后的所述滑动窗口，生成更新后的所述归一化特征值基线。

66、为实现上述目的，本技术第二方面提供了一种光模块的状态监测装置，包括：

67、特征提取模块，用于获取光模块内部的至少一个异构节点的电流信号，并由所述电流信号中提取当前周期的电流特征值；

68、温度补偿模块，用于对当前周期的所述电流特征值进行温度补偿，得到当前周期的温度归一化特征值；

69、基线获取模块，用于获取上一周期的归一化特征值基线，所述归一化特征值基线基于所述温度归一化特征值的历史数据生成；

70、更新监测模块，用于比对上一周期的所述归一化特征值基线和当前周期的所述温度归一化特征值，并基于比对结果更新所述归一化特征值基线和/或生成故障报警信号。

71、为实现上述目的，本技术第三方面提供了一种光模块的状态监测系统，包括：

72、传感器，被配置为采样所述光模块内部的至少一个异构节点的电流信号；

73、控制器，与所述传感器信号连接；

74、其中，所述控制器包括至少一个处理器以及存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如上任一实施方式所述的光模块的状态监测方法。

75、在一个或多个实施方式中，所述传感器被配置为基于统一的采样时钟同步采样激光器节点和调制器节点的电流信号；和/或，

76、所述传感器被配置为采样数字信号处理器的核心电源轨节点的电流信号；和/或，

77、所述传感器被配置为基于统一的采样时钟同步采样激光器节点、调制器节点和数字信号处理器的核心电源轨节点的电流信号。

78、为实现上述目的，本技术第四方面提供了一种光模块，包括如上任一实施方式所述的光模块的状态监测系统，和/或，采用如上任一实施方式所述的光模块的状态监测方法进行状态监测。

79、区别于现有技术，本技术的有益效果是：

80、本技术通过对电流特征值进行温度补偿，将温度与特征值解耦，使不同温度工况下的电流特征值归一化至标准温度下的等效值，消除了温度对特征值的干扰；同时，基于温度归一化特征值的历史数据构建基于统计学特征的动态基线，并进行动态基线的迭代更新，将固定的绝对阈值转化为随工况漂移的动态包络线，使故障判定阈值能够自适应地跟随器件的慢老化漂移和环境温度变化，通过基于统计均值与标准差的稳态区间对特征值进行统计过滤，将瞬态扰动排除在基线更新之外，避免其污染基线；有效克服了静态阈值在动态老化过程中因容差窗口过窄导致误报、窗口过宽导致漏报的问题，显著降低了误报率与漏报率；

81、本技术以激光器驱动电流与调制器工作电流之间的时序相位关系作为光路健康度特征，由于时序相位关系由电路rc常数决定，不依赖任何绝对电流阈值，从根本上规避了温度对电流幅值的干扰；且激光器与调制器位于同温区，温度变化对两者的延迟影响是共模的，通过求取峰值时延能够抵消共模温度漂移，无需复杂的温度补偿；峰值时延对光路耦合效率下降、驱动输出阻抗增大等尚未引起电流幅值显著变化的早期失效事件极其敏感，因此能够实现故障前预测而非事后告警，结合连续多个周期超差的周期阈值判据，还可剔除偶发扰动，保证监测的鲁棒性与前置性；

82、本技术通过监测dsp核心电源轨的电流信号，对其执行快速傅里叶变换后在频域提取预设高频区间的电流纹波能量积分，将反映电源完整性退化的高频纹波能量从总电流中解耦出来，由于电压调节模块的闭环补偿仅作用于电压且仅在其环路带宽内有效，去耦电容等效串联电阻增大或电源分配网络阻抗恶化时直流电压在故障潜伏期仍保持稳定而呈现伪正常，而高频电流纹波能量会先于电压跌落发生明显变化，能够克服传统电压监测存在的长达数百小时的失效空窗期，实现电路故障的早期预警；通过高频纹波能量积分连续多个周期单调递增且采样电压仍落入容差区间的组合判据，能够唯一指向去耦电容等效串联电阻增大或电源分配网络阻抗恶化，排除瞬时负载波动与直流供电异常等干扰；进一步通过核心电源轨与慢速i/o轨的非对称采样，优化算力分配，在保证诊断能力的同时降低数据量与算力开销；

83、本技术通过融合判决机制对光路与电路特征进行联合诊断，能够区分光路失调、电容老化与电源总供电崩溃前兆等不同失效机理，实现故障精准预警。