「高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッド」を利用した
光ネットワーク自動制御のための基礎実験
ネットワーク研究所
フォトニックICT研究センター
フォトニックネットワーク研究室
古川 英昭

Beyond5Gについて

柔軟性・高弾力性

出典：総務省「Beyond 5G推進戦略 －6Gへのロードマップ－」https://www.soumu.go.jp/main_content/000696613.pdf
1

ネットワークスライスを実現するオープン/プログラマブル技術
 通信技術に対するパラダイムシフト→ データセン
タ向け機器で得た知見（SDN/NFV、オープン化、ホワイトボックス、ディスアグリゲーション等）をネットワークインフラ（有線・無線問わず）に展開
 IPレイヤ機器（スイッチ、ルータ等）にとどまらず、近年では物理レイヤ機器（光通信システム）まで
 これらの技術をベースに、多様なアプリケーション要求に応じてネットワークスライスを迅速に構築

SDN/NFV（NW制御・NW機能のソフトウェア化）

ディスアグリゲーション（機能分離・再結合）
オープン化

ホワイトボックス化（マルチベンダ）

データセンター内
無線

ROF
有線MECモバイル/アクセスネットワーク

メトロ/コアネットワーク（光）データセンタ間接続

アプリに応じたネットワークスライス

高速大容量アプリ

光ネットワーク環境１

高信頼・低遅延アプリ

光ネットワーク環境２

大量IoTデバイスアプリ

光ネットワーク環境３
ネットワーク仮想化技術によりアクセス網からコア網へ通じたネットワークスライスを構成し、多様なアプリケーションに適応

2

ネットワーク
スライス群

NICTの研究開発[研究目的] 多様な通信サービスに対応し、光通信資源を極限まで有効活用するために、最適な光チャネル資源（時間、波長、空間）や通信機器の割当てを可能とするオープン/プログラマブ
ル光ネットワークシステムを開発し、高品質、低品質、低遅延など様々な特性の光ネットワークのスライスを柔軟・迅速に再構成する技術を開発する。
従来
・ベンダロックインの光伝送システム
・通信専用デバイスの使用
・光資源の固定的な利用

ネットワーク
状態監視装置観測

今回
光送受信器(ベンダA)

光送受信器(ベンダB)

光送受信器(ベンダC)

光送受信器(ベンダC)

光アンプ(ベンダD)
光スイッチ(ベンダA)

光ホワイトボックス

光アンプ(ベンダD)
光スイッチ(ベンダA)光送受信器(ベンダA)
光送受信器(ベンダB)
光送受信器(ベンダC)

ネットワーク管理省力化に資する光増幅器

クローズ・ループ制御

光送受信器(ベンダA)

光送受信器(ベンダB)





解析

ネットワークコントローラ

光アンプ(ベンダD)
光スイッチ(ベンダA)

高速
光パス切替

観測: ネットワーク・デバイスの状況監視技術、高速モニタリング技術
分析: 光信号品質の解析技術
制御: トラフィック特性と光通信資源のマッチングアルゴリズム、光ホワイトボックス制御
物理レイヤ: ネットワーク管理省力化のためのバーストモード送受信技術、迅速な光パス設定向けの変調方式可変技術・高速光スイッチ技術

要素技術をクローズ・ループ化し自動制御

3高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッドの全体概要

NICT Proprietary4

光ホワイトボックスについて

Galileo ラインインターフェイス：4 Port（CFP2-DCO 400G Pluggable Transceiver
100G, 200G, 300G, 400G）※今回用意されているのは2 port分 クライアントインターフェイス：16 Port
（100G QSFP28 LR4）
※今回用意されているのは2 port分

 Network OS として、Goldstoneを使用

5光ホワイトボックス伝送装置（テストベッド）提供サービス
凡例）セグメント《大手町KDDI》
100G

100G

100G

100G

DCO

DCO

MGT

上位機器 A
利⽤者
InternetV
P
N

VPN
GW

光WB伝送装置 A

利⽤者管理セグメント

上位
機器 C

パスAB セグメント
パスAC セグメント
パスBC セグメント

光WB
伝送装置 C

ダーク
ファイバ

光WB伝送装置 B

上位機器 B

100G

100G

DCO

DCO

100G

100G

100G

100G

DCO

DCO

100G

100G

MGT

MGT

《⼩⾦井NICT》

管理SW
利⽤者

本サービスが提供する機器の構成を説明します。本サービスは3つの光WhiteBox伝送装置(以降、光WB伝送装置)でネットワークを構成しており、3つのパスを提供します。これらの光WB伝送装置に対して運用者は管理セグメントから操作を行うことにより、設定変更などを行うことができます。（光WB_利用手順書.pdfより抜粋）
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今回の実験のモチベーション• 光Whiteboxの操作・ノウハウの習得• 光ネットワークの自動運用に向けて、クローズ・ループ技術の確認• 相互接続・広域実験に向けた自主研究開発の要素技術・デバイス・サブシス
テムのテスト• ユーザ要求に応じて光パスの経路やトランスポンダのパラメータを制御し最適化する技術検証• 200Gbps, 400Gbpsの広帯域アプリケーショントラフィック伝送実験• フィールド下のダークファイバを利用した実データ取得• 共同研究・相互接続実験への契機
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今回の実験概要• 3種類の実験プラン（事前想定）
1. 400G/200G変調方式の切替制御機能の検証と切替時間などの評価
ここまで達成A) エラー量に基づく切替制御 （400G 200G）
B) トラヒック量に基づく切替制御（200G 400G）

今後実施予定2. 経路切り替え（ライン側）制御の検証と切替時間などの評価

100G

100G

DCO

DCO

光WB
伝送装置 CMGT

3. 自主開発したEDFAを挿入し、伝送特性評価
光WB伝送装置 A

光WB伝送装置 B

100G

DCO

DCO

100G100G

DCO

DCO

100G

MGT

400Gbps/200Gbps

MGT1-A 実験システムの詳細
《大手町》

管理SW

3 2 1
11 10 9client

205-207-209 PP
205-2号館 PP

MGTコントローラ
(VM)

1line

3T R

T R

モニタ
VOA

MGT：172.26.144.4

400Gbps/200Gbps

1T R
T R

line
3

1 2 3
9 10 11clientR TR TR T
R TR TR T

17,18

100G Ether

19,20

MGT

9,105,6

T R T R

1,2?,?

T R

7,8T R

3,4
5,63

9,10 13,14 15,16
9,10 17,18 ?,?

9 10 111 2 3
client

MGTlineT R5,67,81《小金井2号館》

T R

ルータ
テスタ 1

 400G
光強度: ~ -23.3dBmで動作 200G
光強度: ~ -33.0dBmで動作

100G Ether

koganei-galileot-2

MGT：172.26.144.3 koganei-galileot-1
ルータ
テスタ 2

network側
Client側
制御線
未結線

205-209 PP

MGT：172.26.144.2
VM：172.26.144.5《小金井5号館205, 209》

100G100G
EtherEther

kote-galileot-1

T R T R

アプリ
テスタ

制御PC

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1-A 実験シナリオ （エラー量に基づく切替制御）
1.

Whitebox伝送装置間（LINE側）で光信号強度減衰
1.
2.

EDFAの性能限界を超えると、受信側の許容光強度から外れ、多数のビットエラーが発生
フレーム損失のため、ユーザ側でもパケットロスが観測される

2.

定期的にパケットロスを測定し、事前設定した閾値を超えたことを検知

3.

Whiteboxのコントローラにエラー発生を通知（エラー耐性の高い変調方式への変更リクエストメッセージ送信）
1.
2.

4.

実体としては、WhiteboxのコントローラにSSH接続し、400G -> 200G切替スクリプトを実行（3ノード）
Whitebox コントローラが伝送経路上の各スイッチに対し、ポートの設定変更コマンド送信

パケットロスが低減されることをユーザ側で確認
参考：
光WBのライン側の受光レベル範囲
・ 400Gbps時: -12 dBm (min)から 1 dBm (max)・ 200Gbps時: -16 dBm (min)から 1 dBm (max)
NICT Proprietary

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実験写真
Galileo
光減衰器

光スペクトルアナライザ

NICT Proprietary11

1-A 実験シナリオと結果1 （予備検証）• ATTを挟んだ状態でのロスの状況が安定していない（2-3min見ていたところ時間経過とともに増減をしながら全体としては増加傾向、ときどき大幅な増加）ため、1時間程度の長期データを取得。

受信フレーム数

エラー
フレーム数
ATTを動作開始、そのまま固定

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1-A 実験シナリオと結果268 s

ダウンロードhttpリクエスト

172 s
閾値（40G）①②③ ④ ⑤⑥

① 実験開始（httpリクエストを徐々に増やし、ダウンロード帯域負荷を80Gまで増加）② 挿入した減衰器での減衰量を増加（パケットエラー発生）③ 大量のエラーを検知し、閾値を超えた場合、400Gから200Gへの切替処理を実行④ 200Gbpsに切替完了し、エラーが解消⑤ エラー解消後安定していることを確認⑥ 実験終了NICT Proprietary13

1-A 実験シナリオと結果368 s

ダウンロードhttpリクエスト

172 s

①

②③ ④ ⑤⑥NICT Proprietary14

1-A 実験シナリオと結果368 s

ダウンロードhttpリクエスト

172 s

過剰減衰によりパケットロスが発生し、すでに確立済みのhttpセッションにおいて大幅な遅延が発生①②③ ④ ⑤⑥

順次切り替え中に流れたパケットのために大きなRTTを
観測

NICT Proprietary（安定時）
最大RTT: 5.113 ms
平均RTT: 0.973 ms

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まとめと今後の要望• 当初想定していた実験について一部達成。
• 光ホワイトボックス利用のノウハウ把握には有効。
• 拠点の数、ノード数がもう少し欲しい• トラポンの種類、WDM多重• モニタリング機能の活用（トランスポンダから）– 光受信強度– 光送信強度– 光信号品質– 波長分散 (伝送路)– 偏波依存損失 (伝送路)16