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基幹系ネットワークを支える要素技術とパケット光統合トランスポート装置

Vol.66 No.1 2013年8月 社会的課題解決に貢献するNECの事業活動特集

近年の急激な移動通信トラヒックの増加に伴い、バックボーンで支える基幹系ネットワーク装置に対しても大容量化が求められています。また、大容量化のみならず、設備費用(CAPEX/OPEX)を抑え、かつ、災害時にも強靭な高信頼のネットワークであることも重要視されています。

本稿では、NECにおける大容量/高信頼な光ネットワーク構築に向けた要素技術と最新のネットワーク装置、及び今後の取り組みについて紹介します。

1. はじめに

基幹系ネットワーク装置において、大容量化を実現するための技術として、デジタル信号処理を用いて実用的なコヒーレント検波を可能とするデジタルコヒーレント技術が注目され、研究開発・実用化が活発に行われています。

更に、CAPEX(設備投資:Capital Expenditure)とOPEX(運用コスト:Operating Expenditure)を抑え、かつ、高信頼のネットワーク装置を実現するための技術として、WDM(L0)/OTN(L1)/パケット(L2)からなるマルチレイヤ統合トランスポート(パケット光統合トランスポート)が注目されています。

本稿では、NECにおける大容量/高信頼な光ネットワーク構築に向けた要素技術と、パケット光統合トランスポート装置「SpectralWave DW7000」について紹介します。

2. パケット光統合トランスポートの構成

パケット光統合トランスポートの構成を図1に示します。本装置は、パケットスイッチ部と光スイッチ部により構成されます。

図1 パケット光統合トランスポート装置

パケットスイッチ部と光スイッチ部が統合されることで、統一してネットワーク監視することが可能となります。光スイッチ部で、複数の伝送路を有する光波長多重システムにおいて、入力されるクライアント信号の波長を自由に変換し、任意の伝送路への経路制御が可能となるCDC機能(Colorless/Directionless/Contentionless)を適用することにより、L0からL2まで含めたマルチレイヤのパス設定が可能となり、ネットワーク資源の効率化を図った経済的で柔軟なネットワークを構築することができます。

3. 大容量/高信頼の要素技術

(1)デジタルコヒーレント技術

大容量化に向けてデジタルコヒーレント技術が有効です。無線分野で実用化されているデジタル信号処理を光ファイバ通信に応用させ、旧来のコヒーレント光通信技術の課題であった位相雑音や、WDM伝送した際に伝送路で発生する波形歪みを電気領域でデジタル処理にて補正する技術です。

(2)LOセレクション(特許申請中)

通常、受信WDM信号をトランスポンダに接続するときに、AWG(Arrayed Waveguide Grating)などの光フィルタが必要とされていますが、トランスポンダ内部の局部発振光を所望の受信波長に設定し、コヒーレント検波を行うことで、光フィルタ無しで所望の信号の受信を行うことができます。図2に原理のイメージを示します。このLOセレクション制御を最適化することで、光フィルタを用いた場合と比べ、消費電力、サイズともに約50%に削減することができます。

図2 LOセレクションの原理

また、更なる大容量化に向け、1つの周波数領域に複数のキャリア信号を重畳するスーパーチャネル伝送においては、特定のキャリア信号を受信するのに極めて有効な技術となります。弊社は他社に先駆けて研究開発を行い、実用化に成功しています。

(3)CDC-ROADM技術

CDC-ROADM機能(CDC:Colorless Directionless Contentionless、ROADAM:Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer)により、入出力インタフェース条件以外の他の制約条件に縛られることなく(ノンブロッキング)、複数方路に対して光パスを切り替えることができます。図3に示すように、トランスポンダ群を複数方路向けに共有することで、柔軟な光パス構築が可能となります。

図3 CDC-ROADM

(4)MPLS-TP技術

パケットスイッチ部では、トランスポートプロトコルとしてMPLS-TP方式を採用し、ネットワーク監視システムからの設定により、A端点及びZ端点とするMPLS-TP LSPを任意の経路で設定できます。また、OAM機能による故障検出を切り替えトリガーとして用いることにより、SDH(Synchronous Digital Hierarchy)網と同程度の50ms以内の高速パス切り替えが可能です。

(5)マルチレイヤ設計技術

効率的かつ高信頼のネットワークを設計するためには、L0からL2までのマルチレイヤでの最適なシステム構成を作成する必要があります。コストシミュレーションによる経済性、プロテクション構成における回線の異ルート化や広域災害時のバックアップ回線(第三ルート切り替え)による信頼性を考慮することで、最適なマルチレイヤネットワークが実現されます。図4に、これらを考慮したマルチレイヤ設計の一例を示します。

図4 マルチレイヤ設計のイメージ

4. SpectralWave DW7000の特長

SpectralWave DW7000は、上述した要素技術を適用することにより世界最高レベルのパケット光統合トランスポートを実現しています。

主要諸元をに、装置の外観を写真に示します。

表 主要諸元

写真 SpectralWave DW7000装置の外観写真

5. 将来拡張への取り組み

DW7000の更なる大容量化と、更なる高信頼化についての取り組みを紹介します。

(1)大容量ネットワーク

大容量化への研究開発として、弊社はアメリカのVerizon Communications社と協業し、2011年から3年連続ワールドレコードを樹立しています。2013年3月のOFC/NFOEC(PDP5A4)では、54Tbsのフィールドトライアルに成功したことを報告しました。

大容量化に必要なスーパーチャネルに対応するためには、次の2つが重要です。

  • 従来の信号波長が固定されているFixed GridではなくFlexible Gridに対応すること
  • 伝送距離に応じて変調方式を変えるVariable format transponder(近距離伝送する場合はスペクトラムを狭く(多値変調8QAM/16QAM/64QAMなど)し、長距離伝送する場合は広く(BPSK/QPSKなど)することによって波長利用効率を最適化できる技術)

SpectralWave DW7000は、既に上記の2つの技術に対応したアーキテクチャを採用しています。

(2)SDN

トランスポートSDNシステムでは、以下のような対応によりCAPEX/OPEXを削減することができます。

  • 1)
    ネットワーク制御運用管理の自動化/簡素化
  • 2)
    IP網などの仮想ネットワークの迅速提供
  • 3)
    ネットワーク利用効率向上

更に、トランスポートSDNシステム内にルーティング機能を搭載し、トランスポート上でルータ機能を実現することで、ルータ機器不要の下記が可能になります。

  • 4)
    ルータレスネットワークの構築

上記「4」は、既存のSDNコントローラ(SDN-C)と組み合わせて、トランスポートSDNシステムへと拡張可能です。図5を用いて、トランスポートSDNシステムの構成について説明します。

図5 トランスポートSDNシステム

SDN-Cは、サービス開通オーダに基づいてパケットスイッチ部のネットワークリソースを割り当て、仮想ネットワークを構築します。仮想ネットワークは、例に示すように、イーサネット(L2)、IP(L3)、MPLSなどさまざまなレイヤで構成可能です。

SDN-CでのC-Plane機能の集中配備により、統合トランスポートシステム全体にルータ機能を持たせることができ、ルータを削減して、ネットワーク全体のランニングコスト(消費電力/管理運用コスト)を抑制することができます。

6. むすび

以上、基幹系伝送システムにおける大容量/高信頼要素技術とパケット光統合トランスポート装置SpectralWave DW7000について紹介しました。また、スーパーチャネル対応やSDNによる統合制御により、更なる大容量、高信頼ネットワークを構築することが可能となります。


  • *
    Ethernetは、富士ゼロックス株式会社の登録商標です。
  • *
    OpenFlowは、Open Networking Foundationの商標または登録商標です。

参考文献

  • 1)
    高木和男:統合トランスポートの導入効果とその将来像 ,電子情報通信学会 2012年総合大会講演論文集, No.BP-4-1
  • 2)
    青野義明ほか:大容量/高信頼光ネットワーク構築に向けた要素技術と装置構成,電子情報通信学会 2012年ソサイエティ大会講演論文集,No.BP-3-2

執筆者プロフィール

三野 勝幸
コンバージドネットワーク事業部
主任
高木 和男
コンバージドネットワーク事業部
マネージャー
青野 義明
コンバージドネットワーク事業部
マネージャー