光アクセスシステムの標準化動向 と相互接続試験 2015年12月4日 鈴木 謙一*、小崎 成治** HATS推進会議 光アクセス相互接続試験連絡会 *日本電信電話(株) アクセスサービスシステム研究所 **三菱電機(株) 情報技術総合研究所 ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 1 目次 1. 2. 3. 4. 5. 背景 システムレベルEPONの標準化 光アクセスシステムの標準化の進展 相互接続試験活動 まとめ ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 2 PONを用いたブロードバンド サービス(FTTH)の普及 1. 2. ブロードバンドの普及に伴いPON(Passive Optical Network)を用いた光 アクセスシステムの利用が拡大 日本では特にEthernetベースのPON(EPON)が普及 4000 3724 加入者数(万加入) 3500 固定BB 3000 2500 2000 FTTH(全体) 2704 FTTH(NTT) 1893 1500 CATVイン ターネット 1000 500 DSL 661 358 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 西暦(年) 総務省報道資料「電気通信サービスの契約数及びシェアに関する四半期データの公表」より ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 3 PONシステムの概要 • PONシステムは,1台のOLTにユーザ宅内に複数のONUを接続することに より,通信事業者ビル側の通信設備と伝送路である光ファイバを複数のユ ーザで共有する経済的な光アクセスシステム. 現在,双方向のSHDTV(4K, 8K),遠隔教育/遠隔医療等のブロードバンドアプリケーショ ンが提供可能な10Gbps級の高速光アクセスシステムを提供 ユーザ宅内側 スマートフォン SD, HD, 4K, 8K ・上り信号はTDMAで多重(光スプリッタで 合流後,各ONUからの信号が衝突しな いようコネクションを確立) 通信事業者ビル側 上り HGW PC タブレット 10G-ONU 下り 電話 “光”ブロードバンド サービスの提供 ホームNW メトロ・ コアNW 光スプリッタ 10G-OLT ・下り信号はTDMで多重(全信号が光スプリッタ からブロードキャストされ,ONUは自分宛の信号 のみを選択) 1G-ONU 光アクセスNW メトロ・コアNW PON: Passive Optical Network OLT: Optical Line Terminal ONU: Optical Network Unit ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 4 Ethernetベースの標準化 とその課題 • IEEEにおいてEthernetベースのPONが標準化. 双方向のSHDTV,遠隔教育/遠隔医療等のブロードバンドアプリケーションが提供可能 な10Gbps級の高速光アクセスシステムの実現 • しかしながら,これまでのEPONの標準は物理層やMAC層に限定されてい るため,異ベンダ間の相互接続性を阻害 Client Management Client Management • SNMP, IGMP, MLD, IEEE 802.1x • SNMP, IGMP, MLD, IEEE 802.1x MAC Client • Forwarding • QoS • Priority Control OAM MAC MAC Control Client OAM Client • ONU Registration • GATE Generation • REPORT Handling … OAM MPCP … MAC • Alarm • Surveillance MAC Client • Forwarding • QoS • Priority Control MAC Control Client • ONU Registration • GATE Handling • REPORT Generation OAM OAM MPCP MAC RS MAC RS OLT ©2012-15, HATS Conference PCS PMA PMD OAM Client • Alarm • Surveillance Scope of IEEE 802.3 ONU HATSセミナ2015 PCS PMA PMD 5 システムレベルの標準化と 光アクセスアドホックWGの設置 • 2010年よりEPONの相互接続性の向上を目的としたシステムレベルの標準 化(※)が行われており,日本仕様がSIEPONパッケージBとして盛り込まれ 標準化. ※IEEE P1904.1 Service Interoperability in Ethernet Passive Optical Network (SIEPON) http://grouper.ieee.org/groups/1904/1/ • 日本仕様であるSIEPONパッケージBが,ITU-TにおいてG.epon(G.9801)と して勧告化. • それぞれの標準において適合性試験手順(SIEPON/Conformance)の制定 とその認定プログラム(SIEPON Certificate Program)の実施,相互接続試 験のための実装ガイドライン(G.epon Implementers’ guide)の制定を計画. EPONの相互接続性の確保のため,相互接続試験の実施とそれに付随す る課題を話し合う場として,HATS推進会議実施推進部会の下に光アクセ スアドホックWGを,2012年8月に設置. 2014年4月より,試験装置の範囲を光アクセス装置全体に拡大し,光アク セス相互接続試験連絡会として活動開始. ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 6 目次 1. 2. 3. 4. 5. 背景 システムレベルEPONの標準化 光アクセスシステムの標準化の進展 相互接続試験活動 まとめ ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 7 SIEPON/G.eponの標準化範囲 • SIEPONはシステムレベルのEPON標準化仕様 • G.epon(G.9801)はSIEPON Package BにITU標準で広く使われる汎用 OMCIを適用したITU-T版システムレベルのEPON標準化仕様 Common Ethernet services HN management BBF TR-142 (TR-069 for PON) Service model BBF TR-156, 200 (TR-101 for PON) G.988(Generic OMCI) G.986 (1G-P2P) G.987 (XG-PON) G.984 (G-PON) ITU-T Recommendations G.epon ©2012-15, HATS Conference eOAM PON management ( Ex. OAM) System level specification Higher layer specifications ( Ex. QoS management) 802.3av (10G-EPON) 802.3ah (GE-PON) MAC layer specifications ( Ex. Frame structure) Physical layer specifications ( Ex. Transmission bandwidth) IEEE standards HATSセミナ2015 SIEPON 8 SIEPON標準化パッケージ • 標準勧告のパッケージ化 • 事業者ごとに異なる仕様の配備済み1G-EPONとのインオペを実現するには規格の統一が困難 • SIEPONでは,マーケット毎に異なる3つのパッケージを規格化 ⇒パッケージの違いはファームで吸収できるようにしハードウエアの共通化を狙う Item RF RLC PLD MCC Packages Feature A B C REPORT MPCP format shall implement REPORT MPCPDU format per 8.4.1.3 shall implement REPROT MPCPDU format per 8.4.3.3 shall implement REPORT MPCPDU format per 8.4.2.3 Report queue length calculation shall implement report queue length calculation per 8.4.1.2 shall implement report queue length calculation per 8.4.3.2 shall implement report queue length calculation per 8.4.2.2 N/A shall implement UNI port loop detection per 9.1.8 UNI port loop detection multicast connectivity, coexistence N/A shall support multicast connectivity, coexistence per 7.4.1.1.2 ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 Profile Dedicated profile for each package (Different functions for packages) Given package supports a profile Common profile for packages (Same function for each package) 9 SIEPON/G.eponの狙い • 1G-EPON(IEEE 802.3ah),10G-EPON(IEEE 802.3av)で規定しなかった上 位レイヤの標準仕様を策定 Higher layer (Management Client) OAM client MAC client MAC control client ©2012-15, HATS Conference 項目 暗号・認証、プロテクション、パ ワーセーブ、サービス管理、シ ステム監視 OAMディスカバリー、警報処理 備考 監視制御系統 キュー制御、シェーパ、優先処 理、ポリシング、他 主信号系統 帯域制御, レポート生成, ディ スカバリー制御 PONアクセス 制御系統 HATSセミナ2015 10 SIEPON/G.eponの アーキテクチャモデル Service OLT Client OLT Line OLT NNI OLT_CI OLT_LI OLT_MDI OLT Service specific function UNI 802.3 layering model 802.3 client ONU_LI ONU_CI Service specific function Line-OLT/ONU Function blocks defined by IEEE 802.3 Client-OLT/ONU General function blocks provided by PON ASIC chips Service-OLT/ONU Products provided by system vendors ONU 802.3 layering model 802.3 client Coverage of IEEE Std 1904.1 ONU_MDI Coverage of IEEE Std 802.3 Line ONU Client ONU Service ONU ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 11 SIEPON/G.eponの 論理コネクションモデル • EPON Service Path(ESP) – サービスにおけるコネクシ ョンやQoSを実現する最小 単位 – ONUのシングルLLID/マル チLLID等の実装差分を抽 象化 – OLT/ONU 内 の 片 方 向 の み Output [O] Scheduler [S] Queues [Q] [C] [M] [PS] [X] [Q] [S] [O] ESP #3 CrossConnect [X] 【ONU】 ESP #1 [O] [S] [Q] [X] [PS] [M] [C] Policer/Shaper [PS] [I] Modifier [M] Classifier [C] Provisioning / Alarms & Status ESPの例 – 双方向ユニキャストコネクション 【OLT】 ©2012-15, HATS Conference Input [I] • EPON Service Path(ESP) [I] [I] コネクティビティに関わるブロック サービス品質に関わるブロック ESP #2 [C] [M] [PS] [X] [Q] [S] [O] [O] [S] [Q] [X] [PS] [M] [C] DBA HATSセミナ2015 [I] ESP #4 12 関連するEPON標準化文書 • IEEE P1904.1 SIEPON – Package A: System level EPON specifications for North American MSO market – Package B: System level EPON specifications for Japan market – Package C: System level EPON specifications for China market • IEEE P1904.1 SIEPON/Conformance – Conformance 01: Conformance Test case for Package A – Conformance 02: Conformance Test case for Package B – Conformance 03: Conformance Test case for Package C • ITU-T G.9801 (G.epon) – ITU-T EPON standards based on IEEE P1904.1 SIEPON package B and ITU-T G.988 generic OMCI for EPON • ITU-T G.9801 Implementers’ guide – Conformance and interoperability test specification for G.epon • IEEE 802.3ah: Ethernet First Mile, Ethernet Standards for Access System including 1G-EPON PHY and MAC layer specifications • IEEE 802.3av: Optical Interfaces and PHY layer specifications for 10GEPON ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 13 目次 1. 背景 2. システムレベルEPONの標準化 3. 光アクセスシステムの標準化の進展 PONシステム Ethernetベースの無線アクセスシステム 4. 相互接続試験活動 5. まとめ ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 14 PONシステム標準化の進展 Now 400GbE(2014~) 100GbE 100G Total bandwidth [bit/s] 40GbE 10GbE 10G-EPON NG-PON2(2015) NG-EPON(2015~) SIEPON(2013) 10G XG-PON G.epon(2013) G-PON 1GbE 1G 100M IEEE Ethernet IEEE PON ITU-T PON GE-PON 100BASE-T B-PON 10M 10BASE-T 1990 ©2012-15, HATS Conference 2000 2010 HATSセミナ2015 2020 15 WDM/TDMアクセス(TWDM-PON) • • WDM/TDMアクセス(TWDM-PON)は,波長増設による柔軟な帯域増設性(またはサービス追 加)と,P2MP(Point to multi-point)構成による経済性を併せ持つため,様々なサービスを統合 的に運用できる将来の光アクセス方式として期待されている. 標準化はNG-PON2としてITU-T(G.989シリーズ)で行われ,2015年7月にコンセントされた.主 なシステム要求条件として,(1)上り10G(2.5Gx4波)~40G(10Gx4波),下り40G(10Gx4波) , (2)64~256分岐,(3)無中継で40km,中継アンプ有で60kmの最大伝送距離が挙げられている. 2.5~10 Gbit/s/λ (TDMA) WDM ONU (more than 4 wavelengths) … … … l1 OLT OLT ONU l4 Splitter (Power splitter) WDM splitter Optical amplifier ©2012-15, HATS Conference l HATSセミナ2015 Time 16 WDM/TDMアクセス (TWDM-PON)の波長配置 • • パワースプリッタ網での既存PONやRF-Videoシステムとの共存可能な波長配置 次世代移動体通信のリモート基地局(RRH: Remote Radio Head)を接続する CPRI(Common Public Radio Interface)の収容やビジネスユーザ収容を想定し,波 長占有型アクセス(Virtual Point To Point)のオプションを設定 Video: 1550-1560 nm 1595-1603 nm Wide: 1524-1544 nm Un-calibrated ONU NG-PON2 UP Shared spectrum: 1603-1625 nm Narrow: 1524-1540 nm Calibrated ONU:1530-1540 P2P WDM overlay Full spectrum: 1524-1625 nm UP 10G-EPON XG-PON DN DN 1260-1280 1575-1580 DN GE-PON, G-PON Regular: 1260-1360 nm GE-PON G-PON DN Reduced: 1290-1330 nm Narrow: 1300-1320 nm 1200 1260 ©2012-15, HATS Conference 1300 1360 1400 1480 HATSセミナ2015 1500 1600 (nm) 17 Next Generation E-PON (NG-EPON)標準化 • • • NG-EPONは,EthernetベースのWDM/TDMアクセスシステムであり,IEEE 802.3 WGにおいて,2015年5月より標準化が始まった. まだ標準化仕様は固まっていないが,1波長当たり25Gbit/s,システム全体で 100Gbit/sの伝送容量を視野に入れて議論が行われている. WDM/TDMアクセスシステムの光トランシーバ市場の発展を考慮し,波長を始めと した物理層仕様の共通化が課題となっている. SG starts Now CFI 1 4 7 2014 ©2012-15, HATS Conference 10 1 4 7 2015 10 1 PAR will be submitted to NesCom. during SG period. After PAR approved, TF will be established in IEEE 802.3 WG. 4 7 10 2016 HATSセミナ2015 1 4 7 10 2017 18 目次 1. 背景 2. システムレベルEPONの標準化 3. 光アクセスシステムの標準化の進展 PONシステム Ethernetベースの無線アクセスシステム 4. 相互接続試験活動 5. まとめ ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 19 モバイルトラフィックの増加と 無線アクセス技術 • 近年の爆発的なモバイルトラフィックの増加に伴い,現在の100 倍の高速化をターゲットにした無線アクセスの検討を開始. 加入者数 [万人] 7000 6000 FTTH 5000 DSL 4000 CATV 3000 LTE 2000 1000 0 年度 (総務省情報通信統計データベースより抜粋) ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 20 MFHの現状とEthernetベースの 無線信号収容技術 • • • 5G無線アクセスにおいて,現在の 技 術 の 延 長 で MFH ( Mobile Fronthaul)を構築した場合,必要帯 域が大幅に増加. モバイル基地局間の無線ヘッドと ベースバンド処理ユニットの機能 配備の見直し等,MFH伝送帯域削 減に関する取り組み※を開始. 安価なEthernetへの無線信号収容 技 術 の 標 準 化 が , IEEE P1904.3 Radio over Ethernet (RoE)として行 われている. コアネットワーク ベースバンド信号処理 CPRI ディジタル化により信 号速度が16倍程度に 無線信号送受信 RRH RRH RRH MFH: Mobile Fronthaul CPRI: Common Public Radio Interface BBU: Baseband Unit RRH: Remote Radio Head ※「将来のモバイルネットワーキングに関する検討会」ホワイトペーパー http://www.ttc.or.jp/j/info/topics/fmn-ah_wp/ ©2012-15, HATS Conference BBU MFH RRH RRH C-RAN※ による基地局構成 ※Centralized /Cloud Radio Access Network HATSセミナ2015 21 Radio over Ethernet (RoE)標準化 • RoEは,IEEE 1904 Access Network Working Group (ANWG)配下に設置さ れた標準化Task Force (TF)で検討されており,Ethernetへの無線信号収容 及びその転送規定を標準化. • また,ビットレート,システム無依存な転送規定を目指し,CPRIの他,将来 MFHインターフェースの収容も視野に入れて活動. IEEE 1904.1 SIEPON* WG IEEE 1904 ANWG Ethernetベースのアクセ スシステムの標準化 相互接続性向上のた めのEPONのシステム レベル標準化 1904.2 UMT TF 光加入者NWに接続され たCPEのための管理チャ ネルの標準化 *Service Interoperability of EPON 1904.3 RoE TF Ethernetによる無線信号 収容及びその転送規定 の標準化 Revision & Maintenance TF SIEPON標準の改訂及び メンテナンス 改組 ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 22 Radio over Ethernet (RoE) 標準化スケジュール • • 2014年12月にPAR(Project Authorization Request)承認. 当初予定では,2015年8月までにRoE制御チャネル及びヘッダ構成(RoEフレーム 構成)及びCPRIの収容規定についてベースライン提案を決めドラフト1.0発行の予 定.2016年10月のドラフト3.0発行,2017年5月の標準化承認を目指している.⇒8月 会議終了時点でスケジュール遅延.現在ドラフト0.1を発行予定. Schedule delayed but not yet announced the revised schedule Draft 2.0 WG ballot Draft 3.0 Sponsor ballot Now Draft 1.0 PAR approved TF starts 1 4 7 2014 ©2012-15, HATS Conference Draft Standard to RevCom Standard Approved to produce D0.1 in the August meeting 10 1 4 7 2015 10 1 4 7 10 2016 HATSセミナ2015 1 4 7 10 2017 23 Radio over Ethernet (RoE) のスコープ • スコープ (a) 時間条件の厳しい無線信号ストリームや制御信号を収容するためのヘッダフォーマット (b) 独立したストリームの多重化 (c) RoEパケットの時刻同期や,ストリームの時間アラインメントを可能とするタイムスタンプ やシーケンスナンバー (d) CPRI信号の収容法 (e) 不透明なデータストリームの収容法や転送方法 無線信号⇔Ethernet Ethernet⇔無線信号 Ethernet based Transport Network Radio head end ©2012-15, HATS Conference Radio processing end HATSセミナ2015 24 Radio over Ethernet (RoE) のフレーム構成 • ヘッダ構成:バージョン情報, パケットタイプ,拡張ヘッダの 有無,フレームの開始/終了等 の情報,タイムスタンプとシー ケンスナンバーの選択を記載 . • 非制御パケット(pkt_type≠0): ペイロードに無線信号ストリー ムを収容. • 制御パケット(pkt_type=0):ペ イロードにTLV※を収容. • 現時点では,CPRIの収容用に ,CPRIのリンクセットアップや, CPRI制御ワードに関するTLV の定義を検討. ver pkt_type flow_id Timestamp/sequnum C S&E T 項 番 フィールド名 サイズ (ビット) フィールドの 説明 値 値の説明 1 ver 2 バージョン 00b 現バージョン 2 C 1 拡張ヘッダ領 域の有無 0 無 1 有 0 制御信号パケット 1-31 その他のパケット 10b Start of frame 01b End of frame 00b Middle part of a frame 11b Whole frame within the payload 3 4 pkt_type S & E bits 5 2 RoEパケットタ イプ ハイパーフ レームの開 始/終了等の 表示 5 flow_id 6 フローID - 6 T 1 タイムスタン プまたはシー ケンスナン バーの選択 0 シーケンスナンバー 1 タイムスタンプ 7 time stamp /sequnum 31 ※TLV: Type, Length, and Value ©2012-15, HATS Conference Payload HATSセミナ2015 タイムスタン プまたはシー ケンスナン バー - 25 目次 1. 2. 3. 4. 5. 背景 システムレベルEPONの標準化 光アクセスシステムの標準化の進展 相互接続試験活動 まとめ ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 26 SIEPON/G.eponシステムの 相互接続の狙い • マルチベンダ環境下でのSIEPON/G.epon準拠システムの運用 – 日本で成熟させた光アクセス技術を安く新興国に提供することで,新興国の通信インフラ の発展に寄与する. Experience of Optical Access in Japan IOP VERIFICATION under Multivendor Environment SYSTEM LEVEL STANDARD IEEE1904.1(SIEPON)Package-B ITU-T G.9801 (G.epon) HATS Optical Access Ad-hoc WG Pilot Test etc. Your PON System Deployment Feedback • 光アクセス相互接続試験連絡会 – 日本発の光アクセス装置のグローバルスタンダードとしての地位の向上と国内外のビ ジネス機会の確保 – 光アクセス装置間の相互接続性の確保とその検証実施に向けた課題の検討,抽出, 及び必要に応じた連絡会の成果の標準化へのフィードバック ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 27 光アクセスアドホックWG/相互接続試験 連絡会の活動 • • • 2012年8月にアドホックWGを設立し,WGの本格運用(関連標準化の完了前)に先立ちマルチベンダ環境 下での基本的な相互接続性を確認するためパイロット試験の実施を計画. 2013年2月,1:1のOLT-ONU接続によるパイロット試験を実施,2013年6月,1:nのOLT-ONU接続による第 二回,2014年2月第三回試験を実施.2015年3月,関連試験標準化完了後初めての相互接続試験を実施. 2014年4月より,試験対象装置の範囲を光アクセス装置全体に拡大し,光アクセス相互接続試験連絡会と して活動開始. 2012FY 2013FY IEEE P1904.1 SIEPON SIEPON/ Conformance Approve (June) D3.0 (August) ITU-T G.epon (G.9801) G.epon Implementers’ guide Proposed (Feb.) (to be proposed by TTC) HATS Optical Access Ad-hoc WG Kick off (August) ©2012-15, HATS Conference 1st Pilot Test (February) Pilot test program (to be planed) SIEPON Certificate Program D2.0(Apr.) Consent (July) Before full-scale operation, WG conducts some pilot tests. 2015FY 2014FY Approved(Nov.) D3.0(Fb.) IEEE P1904 Approved(Dec.) ITU-APT CEATEC C&I event Japan (Sep.) (Oct.) 2nd Pilot Test (June) 3rd Pilot Test (Feb) CEATEC Japan (Oct.) Optical Access TILC 4th IOP Test for Convention HATSセミナ2015 5th IOP Test (Mar.) 6th IOP Test (Feb) 28 第5回10G-EPON装置相互接続試験 (2015年3月5日) • • • • • EPON試験仕様の標準化完了後、初めての相互接続試験を実施 参加企業:沖電気工業株式会社(OKI),三菱電機株式会社 対象装置:IEEE 1904.1-2013 SIEPON Package B準拠10G-EPON OLT 装置,同ONU装置 試験方法:光アクセスネットワーク装置相互接続試験実施要領( HATS-J-105-V1.3)に従い、拡張OAMメッセージ、データの暗号化につ いて、1台のOLTに複数ONUを同時接続し総当たり試験を実施 試験結果:参加2社、OLT2社2機種、ONU2社2機種の全てで、OLTONU間(1:2接続)の相互接続を確認 ユーザ宅 内側装置 通信事業者 ビル側装置 ユーザデータ信号 A@10G 上り信号はTDMAで多重(光スプリッ タで合流後,各ONUからの信号が衝 突しないようコネクションを確立) ONU 1 光ファイバ マルチベンダ環境下で 1:nのOLT-ONU接続構 成における • 制御メッセージによる OLTからのONU制御の 確認 • 暗号化コネクションの正 常性の確認(導通確認) A@10G C@10G 試験毎に OLTをつなぎ 替える B@10G OLT2 ONU 2 ... 光スプリッタ C@10G ONU i ©2012-15, HATS Conference B@10G OLT1 A@10G B@10G C@10G 下り信号はTDMで多重(全信号がブ ロードキャストされ,ONUは自分宛 の信号のみを選択) HATSセミナ2015 ... OLTn 29 目次 1. 2. 3. 4. 5. 背景 システムレベルEPONの標準化 光アクセスシステムの標準化の進展 相互接続試験活動 まとめ ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 30 まとめ • 背景 – 固定ブロードバンドサービスの進展,PONシステムの概要,EPON標準化の問題点とシス テムレベルのEPON標準化の必要性 • SIEPON/G.epon標準化(システムレベルのEPON標準化) – SIEPONとG.eponの違い,SIEPON/G.eponの特徴 • 光アクセスシステム標準化の進展 – PONシステム標準化の進展,WDM/TDMアクセスの概要/波長配置,NG-EPON標準化, RoE標準化 • HATSにおける相互接続試験活動 – HATSにおける相互接続試験活動,第5回10G-EPON装置相互接続試験の概要 • これらの活動を通じて光アクセスシステムの相互接続性の一層の向上に 貢献していく予定です. ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 31 ©2012-15, HATS Conference HATSセミナ2015 32
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