光電気ハイブリッド

超高速大容量光トランスポートネットワーク

WSS

OTN

特集

光トランスペアレントネットワークノード技術

１波長当り100 Gbit/sなどのWDM（Wavelength Division Multiplexing：波長とみざわ

まさひと

分割多重）チャネル大容量化に伴い，フォトニックノードには，これら大束富澤 将人

光パスを光のままスイッチングする技術とともに，１G〜10 Gクラスのパス

かたおかを多重・分離しスイッチングするサブλ（電気パス）技術が必要になります．

片岡 智由

ふくとくみつのり/福徳 光師ともよしあいさわ

し げ き/相澤 茂樹

本稿では，このような光電気ハイブリッドノードについての研究開発動向をNTT未来ねっと研究所紹介します．

チし，また大束光パスから中束電気パッチ接続されており，２段目の波長スを分離再生してクライアントノード（λ2）には40 Gの電気パス（ODU3）に引き渡す機能が必要になってきまが２多重分離されスイッチ接続，３段

フォトニックトランスポートネット

す．すなわち１つのノード内で光レイ目の波長（λ3）と最下段の波長（λ4）

ワークは，ネットワーク拠点に集約さヤのパスと，電気レイヤのパスの両方は光のままスイッチ接続されている様れたユーザトラフィックを，波長によっをマルチレイヤでハンドルする機能が必子が描かれています．それぞれの波長て特徴付けられた光パスを設定するこ要となるのです．図１に国際標準とはOTU（Optical-channel Transportとによって目的地まで高品質に転送なっているOTN（Optical Transport

U n i t ）と呼ばれるデジタルフレームする機能を有しています．本稿では，

Network）ノードの概念図を示しまフォーマットに従って伝送されます（1）．

フォトニックノードへの新たな要求とす．図１の例では，４つの波長が１本

なお，ここで示されているOTNにおけして大きなトレンドを３つ挙げます．のファイバに多重収容されており，最る光・電気多重化技術はNTTが世界（1） 光パスの大束化

上段の波長（λ1）には10 Gの電気パでもいち早く実現し，国際標準化を

本特集記事『超大容量デジタルコス（ ODU2: Optical-channel Data

先導してきました．

ヒーレント光伝送技術』にあるようにUnit２）が10多重分離された後にスイ

フォトニックノードへの新たな要求

デジタル信号処理を多用することで２bit/s/Hzもの周波数利用効率を実現し，容量にして100 Gbit/s×100波
OTN

長＝10 Tbit/sもの多重長距離伝送が可能となってきました．一方でユーザ
光

トラフィックを集約するエッジルータな

ODU2×10

どのクライアントノードから入出力さOTU4

ファイバ

電気

光

ODU2×10OTU4れる信号は，10 Gbit/s（10Gイーサネット）などが今後も当分は主流にな

クライアントノードへ

電気

ODU3×1 電気接続
+ODU2×5OTU4λ1

OTU4λ2ODU3×2ると予想されます．したがってこれか

ファイバ
λ3

らのフォトニックノードには，大束化

光接続
λ4する光パスを収容・スイッチするこれまでの機能のほかに，クライアントノードから出力される中束の電気パスを大図１

OTN ノードの概念図

束光パスに多重収容して伝送・スイッNTT技術ジャーナル 2011.3

19超高速大容量光トランスポートネットワーク（2） コアルータ網の低コスト化て分散させることが有効な手法である

します．フォトニックノードは，マルチこれまでのフォトニックトランスポーことが知られています．この構成で課

レイヤすなわち光スイッチと電 気 ス

トネットワークは，単にIPコアルータ

題なのは，トラフィックの予測不可能イッチの両方を，いわばハイブリッド間をつなぐ役割を担ってきました．すな範囲が増加しているということ，おに動作させることが要求されますが，なわちコアネットワーク全体としては，よびそのことによって設備投資への柔コストも電力も大きな部分を占める電I P コアルータごとにマルチホップ構軟性が求められることです．特にトラ気スイッチ容量の設計が重要な課題とをとっており，フォトニックトラフィックが増加した際にトラフィックなります．大きなポイントの１つはンスポートネットワークは，コアネットパタンが予測とマッチしない場合は，ファイバ内全伝送容量のうち，何割をワーク内の細かく分割されたセグメン

トラフィック分散をさらに別ロケーショ

電気処理にあてるかという設計です．

トという位置付けでした．低コスト化

ンのノード装置やサーバとなるべく短実際の設計はトラフィックパタンなどの目的でコアルータ処理の中身を分析

い遅延差で行う必要があり，従来の２を熟考して設計されるのですが，機能したところ，単に入力されたトラフィッ

方路だけをサポートしているROADM

としては少なくとも，任意の波長のクを，事実上固定的なポートに出力す（Reconfigurable Optical Add/Drop

Add/Drop（挿入・除去）された光

成

＊１

＊２

るだけの機能を，レイヤ３（IPレイヤ）

Multiplexer） だけでは十分ではな

パスが任意ポートの電気スイッチに接で行っているものがあることが分かってい場合があることが分かってきました．

続されるようになる必要があります．従きました．これら単純な機能は，より多方路へのスイッチングを可能とする

来のROADMは前述したように方路数低いレイヤ（光と電気のパス）でカッ

フォトニックノード装置が実現されれが２つと制限されているだけでなく，トスルーすることにより，コスト・電ば，この予測不可能な需要に柔軟に対Add/Dropされる波長とトリビュタリ力の点で効率的にすることができます．

応することができます．

ポート＊３の関係が固定的でした．すな

そしてもう１つの側面は災害復旧な

わち運用者は，設定される波長が決定

多方路化の要求には２つの側面があどへの対応です．ビジネス向けインした後にAdd/Drop装置まで移動し，ります．１つは中央集中するトラフィッ

ターネットなどの社会基盤に対する影

その波長に固定されたポートにインタ

ク需要に応じた柔軟な増設です．従来

響を考えると，地震や天災などの場合フェース版を挿入する必要がありましの電話を主体としたトラフィックとはには現用・予備の２ルートでは十分でた． 光 電 気 ハイブリッドノードでは異なり，インターネット（およびビデない場合があり，第３ルートを確保す

Add/Drop光パスと電気SW（スイッオ）トラフィックは東京・大阪といっる必要が出てきます．この場合も２チ）ポート間は，装置内インタフェーた大都市に集中する傾向が顕著です

方路だけでなく多方路をサポートすスであるので，通常は初期建設後に運（そして東京を抜けて北米など国際回るフォトニックノードが重要になって線と接続されている場合が多くなっきます．

（3） 多方路化の要求ています）．その中央へ集中したトラ
フィックを１つのビル・装置でまかな

光レイヤスイッチング技術

うには装置規模や信頼性の観点から現次に，前述した新たな要求から光レ実的でなくなってきており，ある程度イヤのスイッチに必要となる機能，お別のロケーションへ複数の装置を置いよびそれを実現する技術について紹介

20

NTT技術ジャーナル 2011.3

＊1

＊2

＊3

マルチポップ構成：始点ルータから終点ルータまでの間に，中継ルータをいくつか通る構成．
ROADM：波長多重方式とパス管理の技術を組み合わせ，超高速・大容量の伝送ネッ
トワークをうまく運用するための技術．
トリビュタリポート：局間ファイバを通って来た多重信号を受信し，分離した後に局内装置と接続するために出力する装置の出口，またその逆方向の装置の入口．

特集用者が手動で接続替えをしない部分でがアクティブであるために波長λ1は使あり，またノード構成のベンダ依存性うことができず，別の波長を使用しな具体的なカラーレスノードの構成例もあって誤接続などの異常時の対処もければなりません（図ではλ2）．本デの考察を図３に示します．ここでWSS問題となり得ます．

モンストレーションで用いたカラーレとはWavelength Selective Switch

任意の波長のAdd/Drop光パスとス・ディレクションレス光スイッチにの略で，任意のWDM信号から任意の任意のポート接続を可能にするのが，より，インタフェース版の抜去・挿入WDM信号へ，柔軟なスイッチングを「カラーレス技術」です．また任意の方なしに，波長と方路を遠隔で設定替え可能にするデバイスです．これまでの路からのAdd/Drop光パスに対応するして新規需要に対応することが示されデバイス（モジュール）では１×９がための同様の機能は「ディレクションています．図２（b）では１ルート上に一般的な構成要素となっていました．

レス」と呼ばれています．さらにディレ２つの波長がアクティブになっている

この１×９を用いてカラーレス機能をことが分かります．

クションレスを光レイヤで実現する場
合に同じ波長の光が干渉を起こさない（a）光パス接続パタン1ようにする特殊な工夫を「コンテンションレス」と呼んでいます．この３つのAレスを略してC/D/Cと呼ぶことがあり
ディレクションレスのデモンストレー

ルータC

A

ノードBではカラーレス・ディレクションレス機能が必要

ルータB

ルータB
ノードB〜C間λ1（B-C）

ルータC

λ2
B

B

ノードA〜B間のデモでは方路２のリングネットワー

C

ルータA

ルータA
λ1

ます．研究所で行ったカラーレス・ションの概要を図２に示します（2）．こC（b）光パス接続パタン2

ノードA〜B間

λ1（A-B）

ノードB〜C間λ1（B-C）
λ2（B-C）

クを用いました．初期運用状態として，ノードAからノードBにλ1の光パスが設定され，ノードBからノードCを中継

図２

カラーレス・ディレクションレスノードのデモンストレーション

してノードA に同じ波長λ1の別の光パスが設定されている状態が，図２（a）に示されています．同じ波長の光パス

WDMですが別ルートを設定することにより１×９
WSS

光カプラ

光の干渉を避けられています．下段の光スペクトルにはルートごとに１波長ずつアクティブになっていることが分かります．デモンストレーションの次の状態で，ノードAからノードBへの光パスが不要になり，代わりにノードBからノードCへの接続要求が出たと仮定しWDM

１×９WSS
光カプラ

１×９
１×９…
WSS
WSS
…
…

WDM

１× N
WSS

…

光カプラ

WDM

１× N
WSS

…

光カプラ

光カプラ
光カプラ

１ ×９
１ ×９…
WSS
WSS
…
…

（a）１×９WSSベースの構成

図３（b）１× N WSSベースの構成

カラーレスノードの光部分構成例

ます．すでにこのB〜Cルートではλ1NTT技術ジャーナル 2011.321超高速大容量光トランスポートネットワーク実現しようとすると（図３（a）），上部事項と，NTT網に重要な無瞬断切替が方路設定用のWSS，下部のハッチ技術について紹介します．

だ出ていません．
OTNレイヤにおいて故障復旧あるい部分が波長パス〜ポート接続用のWSS

OTNフレームとは，ITU勧告G.709は支障移転に対応することも可能であとなります．この構成だと，部品点数に規 定 されているデジタルフレーム

り，NTT未来ねっと研究所ではNTTが増加してしまい，またそれぞれの光フォーマットのことを主に指していま網で重要となる無瞬断切替の技術の検損失（ロス）もあるので，損失補償用す．このフレームは，従来より用いら討も進めています．無瞬断切替方式のの光アンプが必要になってきます．こ

れてきたSDHに代わる次世代のフォー概要を図４に示します．基本的にはれに対して，現在研究開発中の多ポーマットとして広く用いられており，すSDHで用いてきた技術と同じ種類の技ト（１×N）のWSSを用いた構成を図でに世界中でデジュール・デファクト術が適用可能です．すなわちデジタル

３（b）に示します．この構成だと，部品化しています．過去に研究所では40ODUフレームを多数まとめたマルチフ

点数が抑えられシンプルな構成でコスGbit/sに対応するOTNフレーマLSIレームを構成し，そのマルチフレームトを抑えられます．研究所では１×を開発し，これをベースに後に商用化

ヘッダを検出して現用と予備ルートの4 3 W S S の原 理 確 認 を行 い， ネットされたLSIが世界シェアの多くを獲得遅延差を検出して（ただし現用伝搬遅ワーク的なカラーレス機能の実験検証（3）しているという実 績 があります．

延が予備伝搬遅延より大きいというこを行っています．

OTNでは多重化ハイアラーキが定義さとが条件になります），その遅延差をれており，OTNにおけるパスであるバッファメモリで吸収し，ビットロス

ODUはバイト単位に固定的に多重分なく切り替えるという方式です．また，次に，電気レイヤのスイッチ技術に離されるので，SDHのような回線交換

この方式を一歩進めて，WSSなどによついて述べます．電気スイッチ技術と的なスイッチのみが可能となります．たり実現できる多方路に対応した機能として現在注目されているのは，レイヤ

だしSDHのようにすべてのクロックドして（すなわち複数の切替先を考慮１の技術として位置付けられるOTN，メインが同期化されていないので，フし），予備ルートとその遅延時間が前

電気レイヤスイッチング技術＊８

レイヤ２の技術として位置付けられレームバッファメモリ（FIFO

るMPLS-TP（ Multi-Protocol Label

多用した装置構成になっています．こ＊４

Switching-Transport Profile））を，れは近年のPCの普及がトリガとなり実PBB-TE（ Provider Backbone Bridge-

現したメモリの低コスト化・コンパク＊５

Traffic Engineering） があります．

ト化を反映しています．ODUスイッチ

どの技術も従来キャリアが運用してきたの内部構成としては，従来の回線交換SDH（Synchronous Digital Hierar-クロスコネクト回路を拡張・適用したchy）＊６ 網 やATM （Asynchronous構成と，パケットファブリックを用い＊７Transfer Mode） 網との親和性の高た構成の２通りが提案されています．

い技術ですが，どの方式を採用するの後者は，装置内で用いられるLSIの出かは，各キャリアの要求条件に依存す荷数を増やしてコストを下げる目的でると考えられます．ここでは電気レイ提案されていますが，全体としてどちヤ（レイヤ１）スイッチングに関するらかにメリットがあるかという結論はま

22

NTT技術ジャーナル 2011.3

もって確定していない状態で（すなわ＊4＊5＊6＊7＊8

MPLS-TP：MPLSの一部の機能を流用して，通信事業者が求める品質を実現するための要求条件を追加して最適化を図った
もの．
PBB-TE：IEEE802.1ahで規定されたPBB網
上に，ポイント・ツー・ポイントの中継経路を構成する方式．
SDH：ITU-Tで標準化された同期デジタル多重化階梯．低速の信号をあらかじめ決められた速度系列に順次多重化して伝送する技術．
ATM（非同期転送モード）：１本の物理回線を複数の論理回線に分割して同時に通信を行う多重化方式の１つ．
FIFO（First-In First-Out）：ある場所に格納したデータを古く格納した順に取り出すようにする方式．またはその方式に従 って動作するメモリ回路そのもののことを指します．

特集

■参考文献
送信側

受信側
メモリ

現用ルート

書き込み
クロック

オーバヘッド
モニタ
読み出し
クロック

CLK
制御

ODU

マルチ
フレーム
位置検出

遅延検出

遅延調整

CLK
制御
読み出し
クロック

書き込み
クロック

予備ルート
メモリ

セレクタ

ODU

マルチ
フレーム
位置検出

（1） ITU-T Recommendation G.709.
（2） T. Inui, A. Sahara, and T. Takahashi: Recent
Development and Future Prospects of Optical
Metro Networks and their Technologies,
Photonics West 2010, San Francisco, USA, Jan.
2010 .
（3） M. Tomizawa and Y. Miyamoto: Y40G -OTN
FEC Framer LSI Enabling Coding for
Advanced Modulation Formats and 4 Ã
1OGbETransparent
Multiplexing,
IEEE/LEOS Summer Topical Meetings 2007,
Portland, USA, July 2007.

オーバヘッド
モニタ

現用ルート
予備ルート

遅延調整前のビットパタン

図４

遅延調整後のビットパタン

OTN レイヤにおける無瞬断切替動作の検証

ち前述の遅延関係の条件なしで），任意の予備ルートに切替可能な方式も検ま と め討しています．これは，現用系のク

フォトニックノードの新しい方向性

ロック周 波 数 を周 波 数 偏 移 規 定 2 0として，光電気ハイブリッドノードにppmより小さいサブppmで変化させる

関して最新の技術動向を，研究所の（左から）富澤 将人/ 相澤 茂樹/ことにより現用データの位相を制御す研究開発動向を中心に述べてきまし片岡 智由/ 福徳 光師

る・変化させるという方式です．図４

た．本稿で紹介した技術以外にもトに本技術を用いたデモンストレーショピックとして，レイヤ間をまたがる制ン構成と，現用系データ位相と予備系御によってリソース使用効率を最大にデータ位相の遅延調整前後の関係を示するノード処理の研究，フレキシブルします．ここで青いハッチがかかったにビットレート・帯域可変となる伝ブロックが新規方式の部分であり，赤送・ノード方式など，将来的により経いハッチのブロックは従来方式のOTN済的でフレキシブルなネットワークを構への適用部分です．遅延調整後では成するための基盤的要素技術についてデータ位相がそろっており，実際の実も長期的な研究開発を継続して実施し験でもビット欠落なしの切替を検証ていきます．

しました．

フォトニックノード技術は，超高速スル ープットで高機能・フレキシブルなコアネットワークを構築するうえで重要な技術です．今後も，大容量・高機能なROADM技術や，帯域フレキシブル化技術などの研究開発に取り組んでいきます．

◆問い合わせ先NTT未来ねっと研究所
フォトニックトランスポートネットワーク研究部
光処理方式研究グループ
TEL 046-859-8597
FAX 046-859-5541
E-mail tomizawa.masahito lab.ntt.co.jp

NTT技術ジャーナル 2011.323