中継ネットワーク大容量化 100Gデジタルコヒーレント R&D パケットトランスポート 100Gパケットトランスポートシステム（100G-PTS） の実用化 NTTネットワークサービスシステム研究所 ほりぐち まこと しまざき だいさく ささくら 堀口 真 /島崎 大作 よしあき /笹倉 芳明 い な み まさあき /井波 政朗 やまもと しゅうと /山本 秀人 NTTネットワークサービスシステム研究所では，モバイルサービス，クラウドサー ビスの拡大などに伴い，急激なトラフィックの増加が見込まれるNTTグループの中 継ネットワークを経済的に構築するとともに，運用性，信頼性の向上にも資する 「100Gパケットトランスポートシステム（100G-PTS）」を開発しました．ここで は，本システムの概要および特長を紹介します． ■100Gデジタルコヒーレント技術に て開発を進めてきました． 100G-PTS開発のねらい NTTネットワークサービスシステム研 究所は，今後急激な増加が見込まれる 100G-PTSの 技 術 的 特 長と メリット よる大容量化 従来の波長分割多重伝送システムの 最 大 帯 域 は10 Gbit/sや40 Gbit/sで す 中継ネットワークのトラフィックを効率 100G-PTSの主な特長は，①100Gデジ が，今後の急増するトラフィック量に対 良く伝送するため，100Gデジタルコヒー タルコヒーレント技術による大容量化， 応するためには，装置増設による対応 ②高機能光スイッチによる運用性 ・ 信頼 では限界があり，伝送システムのさらな ＊ レント技術 とパケットトランスポート 技術を使った「100Gパケットトランス 性の向上，③MPLS-TP（Multi Proto る高速 ・ 大容量化が求められています． ポートシステム（100G-PTS） 」を開発 col Label Switching-Transport Profile） 100G-PTSでは，100Gデジタルコヒーレ しました．本システムでは，大容量化に による柔軟な帯域のパス設定と保守運 ント技術によって １ 波長当り100 Gbit/s 加えて，低消費電力化や運用性 ・ 信頼 用性の両立，④光波長スイッチ（L0機 性の向上をねらっており，今後の中継 能部）とパケットスイッチ（L2機能部） ネットワークの中核システムと位置付け の統合による低コスト化です（図 １ ） ． ③MPLS-TPによる柔軟な帯域のパス設定 と保守運用性の両立 リンクアグリゲーション GbE/10GbE /100GbE 10GbE/100GbE L2機能部 ④光波長スイッチとパケットスイッチ の統合による低コスト化 リンクアグリゲーション 大容量 ルータ トランス ポンダ ②高機能光スイッチによる運用性・信頼性の向上 波長 クロスコネクト 最大 8 方路 トランス ポンダ ⋮ L0機能部 ⋮ ①100Gデジタルコヒーレント技術による 大容量化 波長クロスコネクト 100G×80λ トランス ポンダ 波長 クロスコネクト L0機能部 ⋮ トランス ポンダ （SDH/Ether） ライン カード ライン カード ライン カード ライン カード L2機能部 トランス ポンダ ⋮ インターネット 100GbE 中継網・ 法人向けIP系 サービス網 10G×10 パケット スイッチ （MPLS-TP） ライン カード ⋮ 高速専用線網・ 法人向けIP系 サービス網 パケット スイッチ （MPLS-TP） EMS ⋮ ライン カード ライン カード ライン カード ライン カード NMSなど ＊デジタルコヒーレント技術：超高速デジタル信 号処理により，光ファイバにおける波形歪が原 因で生じる伝送距離制限を大幅に緩和する技術． 100G波長 MPLS-TP ラベルパス NMS: Network Management System EMS: Element Management System 図 1 100G-PTSの特長とメリット 54 NTT技術ジャーナル 2014.10 Ｒ ありましたが，デジタルコヒーレント技 ような大規模災害において，別に確保 高密度多重することにより， １ 本の光 術を適用した100G-PTSでは，こうした された ３ ルート目を使って，トラフィッ ファイバで 8 Tbit/sの大容量化を実現し 波形補正のための測定や設計，補正用 クを救済する場合などが想定されます． ています． 品コストの削減が可能となります（図 ２ ） ． ■MPLS-TPによる柔軟な帯域のパス 設定と保守運用性の両立 ■高機能光スイッチ技術による運用 伝送容量の拡大のためには，周波数 利用効率を向上することが必要であり， 性 ・ 信頼性の向上 無線通信分野で用いられる多値符号化 波長分割多重システムでは，サービ 従来，固定電話や専用線等のレガシー 系サービスのトラフィックを多重伝送す 技術を光伝送に取り入れています．し スノードなどの外部接続装置から受信 る場合，主に国際標準規格であるSDH かし，多値符号化を行うと光ファイバ した信号を波長多重するために適正な （Synchronous Digital Hierarchy） 技 術 内部で生じる雑音の影響を受けやすく 信号フォーマット，信号レベル，信号光 を適用してきました．SDHでは，回線 なり，伝送可能距離が短くなるという 波長に変換するトランスポンダと呼ばれ やパスを束ねる際に固定的な帯域を割 課題が生じます．また，光ファイバの る用品が必要となります．従来のシステ り当てるため，伝達する情報がない状態 偏波モード分散や波長分散による遅延 ムでは，トランスポンダの搭載位置に でも帯域を占有する必要がありました． 特性も伝送距離制限の要因となります． よって光の方路や波長が固定的に決 今回100G-PTSが採用したMPLS-TP デジタルコヒーレント技術では，これ まっていたため，災害などにより方路や 技術では，パケット多重によってきめ細 らの距離制限の原因となる課題を，超 波長を変更する必要が発生した場合は， かいパス帯域の設定ができ，かつ，従 高 速 な デ ジ タ ル 処 理（DSP: Digital 現地作業でトランスポンダの搭載位置 来技術と同様にエンド～エンドを指定し Signal Processing）による強力な信号 を変更し，光パスを再設定する必要が た仮想パスであるLSP（Label Switched 補正により，飛躍的に改善しています． ありました．これに対して100G-PTSで Path）の設定 ・ 管理が可能です． デジタルコヒーレント技術の適用は， は，高機能光スイッチをオペレーション 100G-PTSで は，複 数 のLSPを 波 長 ネットワークの構築作業や運用面におい システムから遠隔操作することにより， パスに多重する際，帯域保証型の高品 ても大きなメリットがあります．従来の 方路や波長の変更が可能であり，現地 質なLSPや帯域非保証型の低コストな 技術では，伝送装置の導入前に，高機 への作業員派遣なしに障害対応が可能 LSPを混在収容し，帯域の有効利用を 能な測定器を用いた光ファイバの測定 となります（図 ３ ） ． 図ることもできます．また，LSPは設定 こうした機能の利用シーンとしては， を行い，中継ビルの間隔に適した波形 障害発生時に50 ms以下の高速で切替が 冗長化された伝送路が二重障害となる 劣化を補正する用品を選定する必要が 区間ごとに冗長構成をとることができ， ・大容量化： 周波数利用効率の向上による大容量化 ・長距離化： 光コヒーレント検波の受信感度向上 ・分散補償： デジタル信号処理による受信端でのみの分散補償が可能 ②設計・管理 （a） 従来技術 Cビル用用品 Bビル用用品 Aビル用用品 光ケーブル （用品不要） 光ケーブル Aビル ①事前測定 Bビル （用品不要） （用品不要） 10/40 Gbit/s 信号 Aビル∼ Bビル 間でファイバ 測定 高機能 測定器類 （b） デジタルコヒーレント技術 100 Gbit/s 信号 伝送 装置 Cビル ③支障移転 対応 伝送 （支障移転） 装置 Bビル Aビル （高機能測定器 不要） ①導入前に，種々のファイバの測定が必要（高機能な測定 器の配備，全ビルでの測定稼動が必要） ②中継ビル間隔に適した波形劣化を補正する用品の選定が 必要（高度な設計スキル要） ．各ビル（装置）ごとの用 品の管理が必要（ 1 装置当り60用品程度） ③支障移転（道路工事等に伴うケーブル変更工事）でファ イバ種別が変更になった場合には①∼②の作業を再度実 施する場合あり 伝送 装置 （高機能測定器 不要） Cビル （高機能測定器 不要） 左記の①∼③に対して， デジタル信号処理技術により，高度な測定，設計，用品 の管理が不要（波形劣化の補正用品が不要） さらに，補正用品が不要になることにより伝送遅延が削減 図 2 デジタルコヒーレント技術の特長 NTT技術ジャーナル 2014.10 55 ＆Ｄホットコーナー の高速伝送レートで，80波長の信号を 可能な瞬断プロテクション機能，パケッ 可能です． Back） な ど， 豊 富 なOAM（Operation トロスなく切替が可能な無瞬断プロテク 保守運用面では，LSPの接続性を定 Administration and Maintenance） 機 能 ション機能を具備しており，用途に応じ 期的に確認するCC（Continuity Check） により，高い保守運用性を実現してい て異なる信頼性グレードのパスを提供 や折り返し試験を実現するLB（Loop ます（図 ４ ） ． ・波長パスの波長変更，経路変更を遠隔操作で実施可能 →迂回波長パスの設定を行う状況で，従来は必要であった現地作業が不要 （a） 既存システム（DWDMの場合） EMS （b） 100Gパケットトランスポートシステム ・設備登録（シェルフ，パッケージ等） ・光パス削除・再設定 EMS 現地作業員派遣 ・トランスポンダ搭載 ・新規配線接続 設計システム等と連動した 自動切替・手動切替 現地作業員派遣なし 現地作業員派遣 ・トランスポンダ搭載変更 ・配線変更 現地作業員派遣 ・トランスポンダ搭載変更 ・配線変更 方路 1 方路 2 方路 3 方路 1 方路 2 方路 3 光アンプ 波長スイッチ部・光アンプ 波長多重部 トランスポンダ 波長多重・切替部 トランスポンダ 多重故障時にも遠隔にて 波長切替可能 トランスポンダは搭載位置により方路，波長が固定される． 災害等により方路や波長を変更する場合には，トランス ポンダの搭載位置の変更が必要 DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexer 図 3 高機能光スイッチ技術の特長 ・さまざまなQoSに対応 ・柔軟な帯域設定 ・豊富なOAM機能による高い運用性 QoS 帯域保証型の高品質パスから統計多重効果をねらった帯域 非保証型の低コストパスまでさまざまな品質のパスに対応 可能 波長パス容量を 10G（帯域非保証） 超える低優先の パケットは廃棄 優先度（低） max min 10G（一部帯域保証） 優先度（中） 優先度（高） 10G（帯域保証） ⋮ 優先度（高） OAM機能 各種OAMフレームによりSDH，ATMと同等の保守運用性を実現 ・Continuity Check（CC） ⇒正常性を定期的に確認 ・Loop Back（LB） ⇒指定したノードに対する応答確認 ・Delay and Loss Measurement ⇒遅延，ロス測定 など EMS 優先度（低） 優先度（中） 優先度（高） 帯域設定 パス帯域はきめ細かく設定でき，SDHと 比較して収容効率が向上 波長パス（100G） CC CC 部品コスト クロスコネクト部にパケットスイッチの部品を流 用でき低コスト．SDH部品枯渇後も長期間の運用 が可能 パケットトランスポート網 図 4 MPLS-TP技術の特長 56 NTT技術ジャーナル 2014.10 Ｒ ＆Ｄホットコーナー 中継ネットワークにおける多様な領域に適用し， ①ネットワークの効率化，②高品質・高信頼化，③運用性の向上，に寄与する EMS NMS 多様なインタフェース 激甚災害時の遠隔第 3 経路切替 ・GE ∼ 100GE （論理パス多重可） DCN 遠隔機能拡張 （FWバージョンアップなど） 専用線 L2スイッチ ルータ 100G×80λ 大容量化・ レイヤ統合 ①効率化ポイント DCN: Data Communication Network FW: Firmware PTS（L2機能部） ②高品質・高信頼化ポイント PTS（L0機能部） ③運用性向上ポイント 図 5 100G-PTSの中継ネットワーク適用イメージ ■光波長スイッチ（L0機能部）とパケッ トスイッチ（L₂機能部）の統合によ る低コスト化 従来は，光波長多重系の伝送装置と 電気多重系の伝送装置はそれぞれ別の 今後の展開 100G-PTSは，今後の伝送インフラの 基盤システムとして開発を進め，現時点 までに基礎となる部分は完成しました． 装置であり，両者を接続してネットワー 今後は，装置をさらに機能アップさせて クを構築する際は，装置間に高額なトラ いき，ネットワークを一層効率化してい ンスポンダがインタフェースとして必要 きたいと考えています．また将来的には， でした．100G-PTSではL0機能部とL2 400Gや1Tといった大容量化を実現して 機能部を一体化した装置構成が可能で， いきます． 装置間のトランスポンダが不要となり， 従来よりも安価にネットワークの構築が 可能となります．また，L0機能部とL2 機能部の統合は，設置スペースや消費 電力の削減にもつながります． 100G-PTSは大容量でサポートするイ ンタフェースも多く，方路も多数設定で きるため，ネットワークのさまざまな場 所に適用することができます．例えば， 図 ₅ に示した中継ネットワークへの適用 イメージでは複数のリングネットワーク 間の効率的な接続や，大規模災害など を想定した信頼性向上のための第 ３ 経 路切替を100G-PTSで実現しています． （左から）堀口 真/ 島崎 大作/ 笹倉 芳明/ 井波 政朗/ 山本 秀人 中継ネットワーク構築 ･ 運用コスト削減 に向けて，さらなる大容量化等の研究開発 を進めていきます． ◆問い合わせ先 NTTネットワークサービスシステム研究所 ネットワーク伝送基盤プロジェクト TEL ₀₄₂₂-₅₉-₆₇₁₅ FAX ₀₄₂₂-₅₉-₃₄₉₄ E-mail horiguchi.makoto lab.ntt.co.jp NTT技術ジャーナル 2014.10 57
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