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APN を支える Photonic Gateway と光アクセス技術
よ し だ吉田ともあき智暁

NTTアクセスサービスシステム研究所
プロジェクトマネージャ
NTTアクセスサービスシステム研究所（AS研）の光アクセス基盤プロジェ
クトでは，IOWN（Innovative Optical and Wireless Network）構想の実現に向けて，Photonic Gatewayによる低遅延な光アクセスネットワークの研究開発を進めています．本稿では，大容量，低遅延を実現するネットワークに求められる波長管理や集線など光の特性を活かしたシステム技術について紹介します．

光アクセスの周辺状況

られます．

光アクセスが提供する通信サービスはこれ一方で，労働力人口は減少し続け2060年にまで，トリプルプレイ（電話＋インターネッは現在から 4 割減少すると指摘されていま

ト＋映像）に始まり，モバイルやIoT（Internetす（1）．特にアクセスネットワークの装置は広of Things）トラフィック収容として発展し域に分散配置されるため，保守者の移動を含てきました．これらは主に人の知覚を満たすめた稼働低減と効率化が大きな課題になりまためのトラフィックを扱ってきたといえます．

す．現在のコロナ禍の影響も考慮すると，こ一方，伝送速度の向上がもたらすビット単価れまで以上に人の移動と保守稼働を極力抑えの低下が今後も続くと期待されていることかる光アクセスシステムの実現も重要になりら，さらに多くの情報を瞬時にかつ安価に転ます．

送することが可能になると考えられます．これに伴い，クラウドアクセス，AR（Aug­36

多様化する通信サービスの効率的収容が求め光アクセスシステムのめざす姿

ment­e d Reality）/VR（Virtual Reali­

現在の光アクセスシステムは，例えば法人ty），自動運転，e-sports といった，人の知向け，モバイル向け，マス向けと，個別の光覚を超える膨大な情報量や反応速度が求めら

アクセスネットワークを有し，それぞれの提れるシーンでの通信応用が広がり，さらに安供時期やエリア展開に合わせた伝送速度で効

全でナチュラルなサービスを享受できる社会率的にサービス展開，提供できる専用装置をが期待されます．したがって，それを支える用いてきました．しかし今後は，これまでの光アクセスシステムには，さらなる低遅延とような大容量化だけではなく，低遅延といっ

2021.2

特集

た多機能化や，柔軟性を向上させながら運用負荷を低減できる効率的な運用への技術開発が進められると考えます．

大容量，低遅延のネットワークを実現する APN とPhotonic GW

そこで今後は，伝送・転送機能と付加機能

NTT が201₉年に発表した IOWN（Innova­（サービス）を分離し，できる限り伝送・転tive Optical and Wireless Network）構

送機能を汎用化，共通化する光アクセスシス

想では，オールフォトニクス・ネットワークテムをめざすことが重要になります（図 ₁ ）．

（APN），デジタルツインコンピューティン

伝送・転送機能と付加機能（サービス）を分グ（DTC），コグニティブファウンデーショ

離し，サービスに共通した最低限の伝送・転ン（CF）の ₃ つの要素でスマートな社会を送機能によるスモールスタートと，さまざま実現していくことをめざしています（2）．そのな品質，要件に対して付加機能を選択・付構成要素の 1 つである APN は電力効率100

与・削除できるようにすることで迅速なカス倍，転送容量12₅倍，エンド・ツー・エンドタマイズが可能になります．また，装置の種遅延200分の 1 のネットワークを実現するこ

別を減らすことで運用作業が共通化され，保とを掲げています．具体的には，光デバイス守を簡易かつ安全に行うことが可能になりま技術や波長分割多重技術を活かし，光のパスす．伝送・転送機能をシンプルに構成するこをエンド・ツー・エンドかつフルメッシュでとができれば，接続される光アクセスネット提供することによって遅延を極限まで低減

ワークのインフラ部分（例えば光ファイバ設し，高速大容量で特定の通信プロトコルに依備 ） を 共 用 す る こ と も 可 能 と な り ま す．

存しないプロトコルフリーのネットワークをNTT アクセスサービスシステム研究所（ASめざします．

研）ではこのような高い柔軟性と低い運用負光パスをエンド・ツー・エンドで提供する荷を実現し，インフラを共用できる光アクセために APN は，交換，多重，スイッチングスシステムの実現をめざしています．

といった電気処理を極小化した Photonic

中継ビル専用装置

中継ビル
専用装置

専用装置

専用装置への機能の一体化

削除

付加
付加 付加
機能 3 機能 1' 機能 2

収容ビル
専用装置

専用装置

伝送
転送

モバイル

伝送
転送

付加
機能 3

付加機能 2

伝送
転送

付加
機能 1

光アクセスネットワークの共用

個別の光アクセスネットワーク

法人

変更

転送機能と付加（サービス）機能の分離

収容ビル
専用装置

追加
伝送，転送機能マス

図1

法人

モバイル

マス

光アクセスシステムのめざす姿

2021.23₇

特集

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フルメッシュ光パス網

アクセス面
Ph-GW

Ph-GW

ローカル
フルメッシュ面

Ph-GW

Ph-GW

Ph-EX

Ph-EX

コアフルメッシュ面

Ph-GW

APNの転送網とPhotonic GW

EX（Exchange）と Photonic GW（Gate­

せ，不要な信号は停止させる通過・停止way）で構成されます．Photonic EX は，

機能

コアフルメッシュ面で1Pbit/s 級の大容量パ③各ユーザに割り当てられた波長の光信スをクロスコネクトできる機能を有します．

号を集線し中継ネットワークに転送する

Photonic GW は，ローカルフルメッシュ機能と，中継ネットワークから転送され面で波長の割り当て制御や集線を行う機能をた光信号をそれぞれの波長ごとに分配す有します（図 ₂ ）．これにより光の特性を最る集線・分配機能

大限に活用し，特定のプロトコルに依存しな④最短経路が求められるトラフィックにい低遅延の伝送が可能になります．AS 研は対し，Photonic EX で折り返すのでは

この Photonic GW の研究開発を行っていなく，入り口である Photonic GW で折ます．

り返しを可能とする折り返し機能

Photonic GW による集線，波長管理
Photonic GW は APN を実現する光直結⑤再生，中継および電気的処理を行うた
めに，Photonic GW の位置での処理を可能とする取り出し・挿入機能

集線機能やアドドロップ機能を有する光ノー①で示した波長制御の機能については，イドと，自動構成を司るコントローラで構成さンチャネル制御技術である AMCC（Auxiliary

れています．光ノードは具体的には以下の ₅Management and Control Channel）をつの機能を果たすことで，電気処理を極力用用います（図 ₄ ）．AMCC は Photonic GW

いない低遅延の集線を可能とします（図 ₃ ）．の主要機能となる波長管理制御の 1 つで，ユーザがどの波長を使うかを指定，制Photonic GW からユーザ装置への波長制御御し，その信号の波長を監視する波長制指示信号を，ユーザ信号と干渉しない低周波御・監視機能数帯に重畳します．また，波長制御指示信号

①②3₈

ローカル
フルメッシュ面

Ph-GW：Photonic GW
Ph- E X：Photonic EX

Ph-EX

図2Ph-GW

回線の開通に合わせて信号を通過さ

2021.2は簡易な回路を追加するだけで重畳可能とな特集①波長制御，監視④折り返し

ユーザ側

監視制御部

TRx

中継ネットワーク側

監視制御部

TRx
λpair 1TRx
TRxλpair 1

TRx
TRx

②通過，停止⑤取り出し，挿入

Photonic GW
監視制御部

TRx
TRx

λpair 1λpair 1

TRx

監視制御部

TRx

λpair 1λpair 2λpair 3TRxλpair 1

③集線，分配処理，変換部

Photonic GW

TRx

Photonic GW
監視制御部

TRx

λpair 1λpair 2λpair 3

TRx
TRx

図3

Photonic GWの 5 つの機能

AMCC信号処理部
制御部
子局

ONU

TRx

TRx

AMCC信号

主信号

周波数[Hz]異なる周波数を使い，干渉を低減

OLT

親局

主信号

AMCC: Auxiliary Management and Control Channel

図4

る た め， 経 済 的 に 実 現 で き ま す． こ の
AMCC を用いることにより，主信号の通信

AMCCの仕組み

APN によるプロトコルフリーの活用例

プロトコルや光変調方式に依存しない波長の従来テレビ信号や無線などの RF 信号の伝監視制御が可能となるとともに，制御の汎用送においては，それぞれに割り当てられた周化，共通化が図れます．

波数，信号方式に応じた送受信機器，当該RF 信号を中継するための伝送装置を用途ごとに開発してきたため，ネットワークトータ

2021.239

特集

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ワークショップルの導入，運用，更改コストが増大していまtion）にて，アクセスシステムのオープン化した．AS 研では従来より RF 信号を一括し開発を推進しています．AT&T，ドイツテレて FM 信号に変調して長距離伝送する RoF

コム，トルコテレコムらとともに，SEBA（Radio over Fiber）技術を FM 一括変調方（SDN­Enabled Broadband Access）プ

式 と し て 実 用 化 し て い ま す ．Photonic

ロ ジ ェ ク ト（4）に 参 画 し，OLT（OpticalGW で構成される APN に広帯域化した FMLine Terminal）の機能分離アーキテクチャ

一括変調方式を用いれば，各種帯域の異なるを策定しオープンソースとして開発しました

RF 信号を一括多重して長距離伝送するプロ（図 ₅ ）．従来は PtoP（Point­to­Point）やトコルフリー伝送が可能になります．これは，PON（Passive Optical Network）といっ

デジタル信号の信号形式，変調方式を意識せたさまざまな方式で光アクセスサービスを提ずに RF 信号として伝送することができるた

供するために，その方式ごとに装置や専用のめ，IP（Internet Protocol）や Ethernet

EMS（Element Management System）といったデジタル信号形式や信号速度に依存が用いられていましたが，SEBA を用いるしない，より幅広い形式の伝送サービスを柔と機能配備や制御を共通ソフトウェアとして軟に提供できます．

実 装 す る こ と や， 監 視 制 御 を 行 う（₃）

Management System を統一化すること

伝送 ･ 転送機能と付加機能の機能分離が可能となります．SEBA はオープンソー

AS 研では，伝送・転送機能と付加（サースであるため，誰でも参照でき，機能の実装

ビス）機能の機能分離技術にも取り組んでいや追加，削除は自由に行うことができます．

ます．具体的には装置の伝送・転送機能はシ

また，転送機能と付加機能を分離させる別ンプルに構成し，付加機能はソフトウェアやの事例として，経路故障発生時の無瞬断切替端末として追加，変更，削除を容易にします．

を端末側で行う付加機能を開発しました（図機能分離を実現するための取り組みとして，₆ ）．従来経路故障が発生した際，経路切替

1 つは ONF（Open Networking Founda­に伴い瞬断が発生し映像が乱れていました．

（a） 従来のアーキテクチャ（b） SEBAのアーキテクチャ
SEBA

PON
ONU
ONU

dhcp

OLT
Multicast

MPCP

DBA

EMS
Other
accesssystems

Compute
node

EMS

Core
Aggregation Network

dhcp

PON

Software Function Platform
Access NetworkAbstraction
OLT

Other
accesssystems

EMS

図52021.2付加機能
ONU 伝送，転送

付加
機能 vOLT dhcp multicast …

Aggregation
SwitchONUvOLT

4₀

Management System

EMS

OLTの機能分離アーキテクチャ

Aggregation
SwitchCoreNetwork

特集

L2VPN

L2S
W

エンコーダ

既存ネットワーク

L2S
W

経路切替デコーダ

映像配信サーバ

付加機能

エンコーダ

無瞬断

無瞬断装置

付加機能

L2VPN1

無瞬断装置

L2VPN2

デコーダ

映像配信サーバ
シンプルな転送

図6

無瞬断切替技術

本技術では，無瞬断切替装置をネットワークし，これらの技術を用いて IOWN ひいてはの両端に配備し，両経路から信号を送信し，APN の実現をめざしていきます．

受信側で信号を選択します．これにより無瞬断での経路切替が可能になります．無瞬断切替を実現する技術は以前より実用化されていますが，この技術の特徴は，ネットワークサー
ビスとしてはシンプルな L2転送機能を用い，無瞬断を実現する機能は端末としてネット■参考文献（1） https://www.mizuho-ri.co.jp/publication/research/pdf/insight/pl170531.pdf（2） 伊藤：“IOWN 構想に基づくオールフォトニクス ・ ネットワー
ク関連技術の取り組み，” NTT 技術ジャーナル , Vol. 32, No.
3, pp.10-11, 2020.
（3） 下羽 ・ 池田 ・ 吉永：“FM 一括変換方式を用いた光映像配信技術，” CS2019-84, 信学会通信方式研究会技報 , pp.97-101，
2019.
（4） https://opennetworking.org/seba/

ワークから分離するところにあります．ネッ
トワークは転送機能をシンプルに実現し，無瞬断切替サービスが必要なユーザには端末を追加することで，無瞬断切替が必要なユーザにのみ手早く提供することが可能になります．

今後の展望
引き続き，大容量低遅延化，高い柔軟性と低い運用負荷を実現するアクセスシステムの研究開発と，高い柔軟性を発揮する転送機能と付加機能を分離する技術の研究開発を推進◆問い合わせ先NTT アクセスサービスシステム研究所
光アクセス基盤プロジェクト
TEL 046-859-4958
FAX 046-859-5513
E-mail info-phgw-p-ml hco.ntt.co.jp

2021.241