特つくばフォーラム2009 ワークショップ

集

ブロードバンドサービスのさらなる発展を目指す
光アクセスシステムの動向
は だ ま

ひ さ や

葉玉 寿弥
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

光アクセスシステムの研究開発について，現在のトレンドをベースに，将来のサービスに向けどのような課題をクリアにしていく必要があるかを検討します．本稿では，次世代PONシステムの研究開発の動向，および次世代光アクセスネットワークを支える技術の現状について紹介します．

ブロードバンドサービスの状況■トラフィックの急増

通話時間では３時間45分相当にもな始めたことが挙げられます（図１）．

りますが，映像系サービスで考えると，IPネットワークの連携は急速に進んたいした量ではないことが分かります．

でいますが，IPサービスに多重できる国内のインターネット利用者数がほ・YouTubeの閲覧：48分

トラフィックと，大容量の映像系トラぼ飽和状態に到達しつつある一方で，・HDTVの視聴：43秒

フィックなど必ずしもIP多重である必要

インターネットトラフィックは増加し続・４Kデジタルシネマの視聴：３秒がないものとがあることは，今後のサーけており，ここ１〜２年は，年率約・非圧縮ハイビジョン映像の視聴

ビス展開のうえで留意すべき点です．

1.3倍のスピードで伸びている状況で（双方向通信）：0.6秒す．この伸び率を毎年続けたとすると，これらのサービスの利用者および利IP方式では「ひかりTV」や「Gyao

９年後にはトラフィックは約10倍に膨用時間が今後さらに伸びることは確実NEXT」，RF方式では「フレッツ・テレれ上がることになります．

であり，トラフィックは爆発的に増加ビ」などのサービスを展開しています．

トラフィックの急増は，インターすると考えられます．現在のアーキテ

光伝送モジュールに現在使用されてネットの使われ方が急激に変わりつつクチャでどこまでもつのかという問題もいるのは，イーサネットフレームベースあることを示唆するものです．その一含めて，映像系サービスの今後の動向のGE-PONです．PONシステムでは複因として，ウィキペディアやYouTubeがアクセス系に与える影響は，非常に数ユーザが１本の光ファイバを共有しなどに代表されるソーシャルメディアの大きいといえます．

ますが，各ONUは，LLID（Logical利用者の増加が挙げられます．

■FTTHの動向

Link ID）により受信フレームを取捨

映像配信サービスの成長も顕著で，国内の１日の平均トラフィック総量FTTH（Fiber To The Home)の選択できるため，論理的にはポインは，2009年に入り１Tbit/sを超えた

利用者は，すでに純減期に転じたDSL

ト・ツー・ポイント伝送を実現していと試算されています．大まかにとらえの利用者を取り込みながら，順調に数ます．GE-PONの技術をベースにして１人当り約10 kbit/s，つまり各ユーを増やしている状況です．近年の傾向

た，音声・データ・映像を同時に提供

ザが１日に100 MB程度のトラフィッとしては，P C および携帯電話からのできるトリプルプレイサービスの展開

クを受け取っている計算になります．

一般的なインターネット利用に加え，も，拡大しつつあります．

100 MBを具体的なサービスの利用時ゲーム機やTVなどいわゆる非PC端末

世界的にみると，FTTHの普及促進

間に換算してみると，例えばVoIPのからのインターネットアクセスが目立ちについては，アジア・太平洋地域が一NTT技術ジャーナル 2010.253

つくばフォーラム2009 ワークショップ

生じています．10G-EPONの標準化
PCからのネット利用者
8 255万人（90.8％）

インターネット利用者数
9 091万人（ I E E E ） は2 0 0 9 年 ９ 月 に完 了 し，1 1月にも商用化の運びです．一方，
NG-PONは条件によりいくつかに分類

PC，モバイル端末併用
6 196万人（68.2％）
ゲーム機・TV等からの利用者
567万人（6.2％）
モバイル端末からのネット利用者
7 506万人（82.6％）

されており，現在そのうちXG-PON1（上り2.5 G，下り10Gの非対称型システム）に関しての標準化（ITU-T）
が，2010年の勧告化完了を目指して進行している段階です（図２）．
IEEEとITU-Tとでは，標準化の範囲

出典：総務省情報通信白書平成21年度版より作成

図１

拡大するゲーム・TVのネット利用に違いがあります．現行のPONの比較
でいえば，IEEE GE-PON（802.3ah）
は主に伝送仕様（物理レイヤおよび歩先を行く格好になっています．北米

網の条件，すなわち，光スプリッタにMACレイヤ）を規定しているのに対でも，映像配信サービスが牽引力となよる32分岐のシングルモードファイバ，し，ITU-T G-PONは，監視制御や信り，本格的普及期を迎えています．欧一心双方向通信，リンクバジェット

頼性，省電力性といったシステム仕様

州は現在，加入者向け光ファイバ網

29 dB，伝送距離20 kmという制約にも規定しています．ほかにも両者の間を整備している段階であり，本格的普適合し得る設計が求められます．ここには，光インタフェース仕様や伝送フ及はこれからであるとみられています．

で重要なのは，既存システムのユーザレームなどの相違点があります．

なお，ベースとなるPONシステムにつに影響を与えないことです．１Gユー

次世代PONでは普及拡大のためにいては， アジア・ 太 平 洋 地 域 では

ザも10Gユーザも共に収容できなけれも，標準化の連携を極力進めていきた

GE-PON，欧米ではG-PONが主流とばなりません．

い考えですが，統一は難しい状況です．

10G-EPONと既存のGE-PONを混要求条件やトランシーバについては共ブロードバンドサービスにおいては今在収容するためには，１Gおよび10G通化が進んでおり，また監視制御につ後，クラウドコンピューティングや，いずれの上 り信 号 にも対 応 し得 る，いても共通化の動きが生まれています

3D映像・4K映像・8K映像技術の拡デュアルレートバーストモードの受信機が，伝送フレームに関しては相容れな大，発展が予想されます．

能を備えたOLTを採用します．これにいと考えざるを得ません（図３）．

なっています．

より，上り１G下り１G（GE-PON），

次世代PONの実用化イメージはま

上り１G下り10G（10G-EPON），上だ明確ではありませんが，具体的なり10G下り10G（10G-EPON）の３

ニーズが浮上したときに迅速に対応しGE-PONの商用導入から５年が経過タイプのONUに，それぞれに合わせた得るよう，システム開発を早期に進めし，次なるシステムである，10G-EPONサービスを提供することができます．ておく必要があります．

ならびにNG-PONの商用化のタイミン■標準化のスケジュールと課題

次世代PONシステム■既存システムとの共存

グを伺う時期にきています．

次世代PONにおいても，NG-PON

将来のアクセスネットワークのコア技術

次世代PONシステムの開発においてはITU-T標準，10G-EPONはIEEE

は，現在広く利用されているGE-PON

標準と，標準化団体の相違についてはNGNのさらに一歩先のネットワークならびにG-PONとの共存が必須条件

従来と変わりありません．そのため，サービスに向けた模索も，すでに始です．具体的にはまず，既存の光配線標準化のスケジュールにも若干の差がまっています．時期としては2020年ご

54NTT技術ジャーナル 2010.2

特集

経済性，社会インフラとしての信頼性
標準化完了
2009.9.11

IEEE
D1.0

CFI Study TF
Group

D2.0 D2.2

Now

が従来にもまして必要であり，加えて，低消費電力化の推進やダイナミックレンジの拡大に向けた研究開発が不可欠

D3.0
Plenary meeting

Task Force（TF）

Interim meeting
３月 ５月 ７月 ９月 11月 １月 ３月 ５月 ７月 ９月 11月 １月 ３月 ５月 ７月 ９月 11月 １月 ３月 ５月 ７月 ９月

2006年

FSAN

2007年

2008年

2009年

ITU/IEEE Joint
Workshop

2010年

NG-PONの概要/基本要件
NG-PON White paper完成

FSAN OAN-WG

です．

■低消費電力化
現行（１G）の光アクセスシステム
で使用される電力の内訳をみると，コアネットワークでの使用量は全体の約20％に過ぎず，アクセスネットワーク

XG-PON1勧告化
XG-PON1勧告化（要求条件，物理層） （TCレイヤ，OMCI）

ITU-T SG-15が残りの約80％を占めています（図５ ）．そのうちONUの消費電力が約NG-PON

ITU-T60％に相当します．10Gクラスのサー2010年春の制定を目標

図２

次世代PONの標準化スケジュール

ビスでは使用する電力も従来に比べ非常に大きくなるため，特に消費量が集中するONUの省電力対策は極めて重要な課題といえます．
ONUの省電力化には，スリープ機

システム要求条件：
ITU-T G.987.1
ONU監視制御：ITU-T G.987.4

要求条件共通化

システム要求条件：
キャリアごと能の導入を検討しています．トラフィッ

共通化の動きONU監視制御：キャリアごとことにより省電力化を図る機能であり，

ク非流通時にONUを間欠起動させる
間欠起動期は，例えば20 ms程度のフレーム，PON制御：
ITU-T G.987.3
物理層：
ITU-T G.987.2

フレーム，PON制御：
Ethernet＋MPCP
トランシーバ共通化

ITU-T NG-PON

物理層：
10G-BASE-PR30
IEEE 10GE-PON

スリープ時間と２ms程度の起動時間との繰り返し，のような動作を行います．これにより，ユーザが大きな不満を感じるような遅延を生じさせずに，30％程度の電力量削減を実現するこ

図３

次世代PONに向けたITU-TとIEEEの連携とができます．

■大容量化
ろを想定し，将来のネットワークの具収容するタイニーバンドマスサー（1） WDM-PON

体的イメージとして，速度と通信端末

ビス（ タグ， センサ， アクチュ

WDM-PONは波長軸上でユーザ多の数に応じた特性を持つ３方向のサー

エータ，雑貨物品等）

ビスを展望しています（図４）．

重を行う波長多重方式のPONで，広・IPに代わる新しいプロトコルにも帯域のサービス提供に有効な技術です

・超高臨場感コミュニケーションを対応するブロードバンドパケットが，光の部品が多く必要になるために実現するヒュージバンドサービスサービス（インタラクティブ映像，コストがかさんでしまうという難点があ（超高臨場感通信，CDN，広域クラウドコンピューティング等）

ります．しかし100Gクラスの光アクセ

次世代以降のアクセスネットワーク

スシステムを目指すうえで，WDMはの実現においては，マイグレーション，欠くことのできない技術であり，装置データセンタ等）
・多種・多様で膨大な数の端末をNTT技術ジャーナル 2010.255

つくばフォーラム2009 ワークショップ（3） CDM-PON
2020年ごろの時代においては，IPベースのサービスが一層拡大するとともに，ノンIP系のサービスの広がりも考えられる・超高臨場感コミュニケーションを実現するヒュージバンドサービス…①・多種・多様で膨大な数の端末を収容するタイニーバンドマスサービス…②
・IPに代わる新しいプロトコルにも対応し，新たなアプリケーションの提供を可能にするブロードバンドパケットサービス…③

多端
末数

CDM-PONは，ユーザごとに異なる符号を用いることにより光信号を多重化する技術です．効率的な帯域利用と高い信頼性が期待できることから，将来のアクセスネットワークに活用できタイニーバンドマスサービス

るよう，実用化に取り組んでいます．

タグ，センサ，アクチュエータ，雑貨物品等（実世界把握）（4） 10Gデジタルベースバンド映像

ブロードバンド
パケットサービス

配信システムデジタルベースバンド信号を利用し③②

ヒュージバンドサービス①

狭に重畳し，10 Gbit/sでのデジタル映端末ごとの利用帯域

図４にも取り組んでいます．WDMでPON

超高臨場感通信，CDN，
広域データセンタ等

現在の利用（音声，Web，P2P等）

少た，大容量の映像配信システムの構築

広

将来のネットワークサービスの拡大

像情報の同報を実現する技術であり，片方向限定ですが超大容量の光伝送が可能となります．近い将来に実用化が可能であろうと考えています．

・アクセスシステムの消費電力（1G）： 約80 %・ONUの消費電力（1G）： 約60 %・1Gクラスアクセスから10Gクラスアクセスへ消費電力増大（特にONU）

ま と め
人々のインターネットの楽しみ方，利用の仕方が変化しつつあります．カ

現状の1Gクラスアクセスシステムの構成と消費電力（81 %）
アクセスネットワーク

Core/Metro
ネットワークPON（19 %）
SNI

UNI
OLT

PON: Passive Optical Network
ONU: Optical Network Unit
OLT: Optical Line Terminal
L2SW: Layer 2 Switch
UNI: User Network Interface
SNI: Service Node Interface

UNI
ONU

（60 %）にした次世代PONの実用化はもう間サービスの拡大を念頭に，アクセス（14 %）（７%）

です．既存システムとの共存を大前提もなくであり，将来的なネットワークL2SW

ONU

ギとなるのは，映像系サービスの動向

ネットワークのコア技術を一層高めていく必要があります．

※括弧内の数字はその装置の消費電力がシステム全体に占める割合
出典：http://www.ieee802.org/3/av/public/2008̲09/3av̲0809̲otaka̲1.pdfより作成

図５

光アクセスシステムの消費電力の低コスト化が最大の課題となってい実現するPONです．現在，100波程ます．

度の多重が可能となっています．この（2） FDM-PON

技術により将来，200 nm程度の帯域

FDM-PONは，信号光と局発光の幅の中に1 000波多重するといった超干渉を利用した高感度受信技術によ

大容量通信の実現も夢ではないと考えり，隙間なく並んだ多波長の多重化をています．

56

NTT技術ジャーナル 2010.2◆問い合わせ先NTTアクセスサービスシステム研究所
光アクセスシステムプロジェクト
TEL 046-859-2156
FAX 046-859-5513
E-mail hadama.hisaya lab.ntt.co.jp