スマートフォトニックネットワーキング - Biblio

2015 年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会
BI-5-6
スマートフォトニックネットワーキング
- アプリケーションドリブンネットワーキングの世界を目指して Smart Photonic Networking – Toward Application Driven Networking –
岡本聡*1*2
Satoru Okamoto
*1
電気通信大学
The University of Electro-Communications
1. まえがき
2020 年以降の実現を目指すフォトニックネットワーク技
術のターゲットとして，スマートフォトニッククラウドが
提案されている[1]．文献[1]においては，スマートフォト
ニッククラウド実現に向けて，スケールフリーフォトニク
ス，スマートフォトニックネットワーキング(SPN)，シン
セティックトランスポートプラットフォーム，の 3S 技術
を立ち上げることが必要であるとされている．本稿では，
SPN を対象として，ターゲットとするアプリケーションド
リブンネットワーキングを目指した取り組みを紹介する．
*2
慶應義塾大学
Keio University
スフォトニックスライスでは，サービス毎に容量エラステ
ィックな“ハードスライス”（回線/パススイッチングで提
供）や“ソフトスライス”（フレームスイッチングで提供）
を提供する．光 L2 は，回線/パス，フレームの両方のスイ
ッチング技術の組合せが可能であり，提供するサービスス
ライスに対応してスイッチンング技術を適応的に組合せる．
PPE 及びマルチサービスフォトニックスライスより構成さ
れるネットワーク全体をフォトニック SDN と呼ぶ．
2. 伝達網向けネットワーキング
2.1 スマートフォトニックネットワーキング(SPN)
Software Defined Networking (SDN)を伝達網に適用し，マ
ルチプロトコル/マルチレイヤ SDN サービスネットワーク
を構築することが期待されている．データコム向けの SDN
と異なり，通信キャリアが求めるマルチプロトコル/マルチ
レイヤ SDN は，主に L2 以下を対象として，光技術を活用
した以下の特長を有することが求められている．
① 経済的な大容量 L1 及び L2 パスの提供
② 低遅延・低ジッタパスによる，遅延 QoS 保証
③ 他のトラヒックとアイソレートされた帯域保証
④ 容量自由なエラスティックパスの提供
⑤ プロトコルフリーネットワーク
これらの要求はネットワーク仮想化におけるスライスと
相通じるものが多い．
これらに要求を満たすために，伝達網に特化した光技術
を活用した新たなトランスポートプロトコルが必要となる
と考える．そのプトロコルを光 L2 プロトコルと仮称し，
光 L2 に基づいた新たな伝達網アーキテクチャをスマート
フォトニックネットワークアーキテクチャ(SPNA)と呼ぶ．
SPN は，光技術に基づいたパケット+伝達網サービス基盤
の実現を目標として，マルチサービスの提供，サービス毎
のスライス提供を行うものと言える．
2.2 スマートフォトニックネットワークアーキテク
チャ(SPNA)
提案する SPNA の概念を図 1 に示す．各種レイヤの伝達
網サービス，例えば IP，イーサネット， SDH， OTN，
MPLS-TP が，プログラマブル光エッジ(PPE)に収容される．
PPE は，複数のスライスを提供し，L1 以上の全サービスを
スライスとして提供する．ただし，上位レイヤのサービス
は，大容量性が要求されない場合は既存の SDN に収容し
た方が経済的と考える．PPE 間に設定されるマルチサービ
図 1．スマートフォトニックネットワークアーキテクチャ(SPNA)
2.3 光 L2 のコンセプト
光 L2 は，サービスノードから見ると，サービスが要求
するルータ（L3 サービス）やスイッチ（L2 サービスや L1
サービス）の機能を仮想的に提供する巨大なルータ/スイッ
チを伝達網が提供するコンセプトである．光 L2 は，コア
網部分がスイッチファブリック，エッジ部分がインタフェ
イスパッケージに相当する巨大装置である．その内部構造
の隠蔽は，光の広帯域性とその広帯域性を活かすために設
計される新たな光 L2 プロトコルで実現される．光 L2 は，
光の L1 伝送技術（λ/サーキット）と，光の L3 転送技術
（光パケット）の間を埋める新たな伝達網技術であるが，
純粋な光フレームスイッチを目指すものではない．また，
LAN 向けの L2 技術ではなく，光技術を最大限に活用する
伝達網指向の L2 技術であり，サービスからはこれまで L1
としか見えなかった伝達網を，L2 網（+L1 網）として見せ
ることが目的となる．光 L2 により，コア網が光 L2 網とな
り，L3 サービスに対してもコアルータを利用しない L3 ル
ータレス網を提供することで，シンプル化や省エネルギー
化，低コスト化を狙うことが期待される．
2.4 光 L2 の基本機能
光 L2 は，(1)多様化する上位層のプロトコルを，高性能
なワンホップ光 L2 にマッピングするエッジ機能を提供す
る“光 L2-MAC-E”，(2)光技術を活用する光 PHY の大容
SS-85
2015/9/8 〜 11　仙台市
（通信講演論文集 2 ）
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量低遅延性を最大限に引き出し，多様性を隠蔽し，光 L2ID（波長，周波数，タイムスロット，光ラベル，電気ラベ
ル等）に基づきスイッチングするブリッジ機能を提供する
“光 L2-MAC-B”，(3)プレミアム光 L2 として，超大容量，
遅延最小，低消費電力な光ネットワークを提供する“光
L2-PHY”，の三機能より定義付けられる．図 2 に光 L2 の
アプリケーション例として，イーサネット over 光 L2 を示
す．PPE の UNI がイーサネットであり，イーサネットを光
L2 にマッピングして NNI 側には光 L2 が出力され，エッジ
間を転送される．ブリッジノードにおいては，光 L2-MACB でのフレームスイッチ機能に加えて，プレミアム光 L2
として光 L2-PHY におけるλでのバイパススイッチングも
想定する．光 L2 網の規模としては 100 万 UNI ポートが期
待されており，新たなアドレッシング体系[2,3]の実現が要
求されている．
図 2．光 L2 のアプリケーション例（イーサネット over 光 L2）
3. フォトニックネットワークプロセッサによ
る光 L2 ノード構成
光 L2 のノードを実現する手法としてフォトニックネッ
トワークプロセッサ(PNP)を提案する[1]．PNP は，図 3 に
示すように，再構成可能光インターコネクト（シリコンフ
ォトニクスインターポーザ[4])を中心に，長距離伝送イン
タフェイスプール，ネットワークプロセッサ(NP)/CPU プ
ール，スイッチプール，他の PNP と接続するための超短距
離インタフェイス(VSR-IF)プールが接続され，インターポ
ーザでのデバイスプール接続変更， DSP ，スイッチ，
NP/CPU の設定やプログラム変更で様々なネットワーク機
能を提供する．
図 3 では，比較的大きな機能モジュールを示しているが，
Long Reach IF 部と DSP プールと VSR-IF 部からなる DSP
コアモジュール，NP/CPU プールと VSR-IF 部からなる NP
コアモジュール，NP/CPU プールと SW プールと VSR-IF 部
からなるクライアント処理用の UNI モジュールに細分化す
ることでよりフレキシブルな PNP が構成可能と考える．
PNP を組合せることで，図 2 の光 L2 ノードや，Multi-flow
Optical Transponder [5]のようなネットワーク機能を構成す
ることができる．
4. 光 L2 によるアプリケーションドリブンネッ
トワーキング: ACTION
アプリケーションに対して必要十分な QoE を提供するこ
とで，仮想レイヤ 2 スライスに割り当てる資源を最小化さ
せる取組である ACTION が提案されている[6]．ACTION
では，ACTION エッジノードにおいてフローのアプリケー
ション種別を判別する．アプリケーション種別毎に異なる
QoE が要求されるが，ACTION エッジ間には，必要十分な
QoE を提供するための必要十分な QoS を提供する仮想レイ
ヤ 2 網であるスライスが複数用意される．スライスに対し
ては動的な資源割当が行われ，① 資源割当で QoS の維持
の実現，あるいは②フローの所属するスライスを動的に変
更，の二つの方式により，QoE の必要十分性を担保する．
ACTION エッジ間のネットワークに対して SPNA を適用す
ると，PPE が動的に資源割当を行うことで光 L2 が複数の
QoS スライスを生成し，QoS 制御機構を PNP により動的に
再構成することで資源割当の最適化を実現することが可能
となる．
PNP により，単純なイーサネット over 光 L2 から，複雑
な QoS 割当を行うことが必要な ACTION エッジまで幅広
いエッジノードを，ネットワーク仮想化，ネットワーク機
能仮想化(NFV)，サービス機能チェイン(SFC)といった技術
を取り込むことで実現可能となる．
5. まとめ
本稿では，アプリケーションドリブンネットワーキング
を目指すためのツールとしてスマートフォトニックネット
ワーキングと光 L2 を紹介した．
謝辞
本研究の一部は，NICT 委託研究「将来ネットワークの
実現に向けた超大規模情報ネットワーク基盤技術に関する
研究」の成果です．
参考文献
[1] K. Kitayama, et. al., “Photonic Network Vision 2020 – Toward
Smart Photonic Cloud,” IEEE JLT, Vol. 32, No. 16, pp. 27602770, Aug. 2014.
[2] 岡本他，“新世代広域レイヤ2網におけるアドレッシング及び
エッジクロスコネクション設定手法の検討， ” 信学技報，
PN2010-15，2010年9月．
[3] 中島他，“光レイヤ2ネットワークにおけるスケーラブルなア
ドレス解決手法の提案，”信学会PN研究会学生WS，No.2，
2015年3月．
[4] Y. Arakawa, et. al., “Silicon photonics for next generation
system integration platform,” IEEE Comm. Mag., Vol.51, No.3,
pp.72-77, Mar. 2013.
[5] M. Jinno, et. al., “Multiflow Optical Transponder for Efficient
Multilayer Optical Networking,” IEEE Comm. Mag., Vol.50, No.5,
pp.56-65, May 2012.
[6] N. Yamanaka, et. al., “Application-centric, energy-efficient
network architecture, ACTION, based on flexible optical
network,” Proc. COIN2014, TB1-3, Aug. 2014
図 3．フォトニックネットワークプロセッサ概念図
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2015/9/8 〜 11　仙台市
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