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