アクセスシステム

つくばフォーラム2013 ワークショップ

光伝送技術

R&D

今後のアクセスシステムはどうあるべきか？
きむ

らひ で あ き木村 秀明
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第一推進プロジェクトでは，アクセス系光伝送装置開発を中心とした光アクセス基盤のR&Dに取り組んでいます．本稿では，これまで開発してきた光伝送技術の紹介，および社会環境変化を考慮した今後のアクセスシステム開発のあるべき姿について述べます．

FTTx（Fiber To The x）の研究開

Networks）のような低速レガシーサー発の歴史を図 ₁ に示します．図に示す

ビス系は，₅0 Mbit/sの伝送速度で十最初に，NTTアクセスサービスシ

よ う に， 光 ア ク セ ス 系 の 進 展 は，分対応可能でした．その後，本格的なステム研究所（AS研）伝送技術（光STM（Synchronous Transfer Mode）

インターネット普及時代を迎え，事業

アクセス，ワイヤレスアクセス，広域-PON，B（Broadband）-PON，GE-展開したのが，データ通信と映像通信イーサ）における研究開発の歴史を振PONと高速 ・ 広帯域化を開発コンセを重畳伝送可能なATM（Asynchro-り返ります．光伝送における基盤技術プトとして進んできました．現在，

nous Transfer Mode）をベースとしの 代 表 と も い え るPON（PassiveGE-PONによる光サービスの加入者

たB-PONシステムでした．本システ

Optical Network）の事業導入に向け数はNTTにおいて約１800万に達してムの伝送速度は１₅₅ Mbit/sで，帯域保た実用化開発は，今から約２0年前に開います．STM-PONは，電話やISDN，証や優先制御が可能となりました．そ始されました．現在NTT東日本 ・ 西

専用線を多重伝送するシステムで，の後，約１0年前に事業展開したのが，日本における一般のお客さま向けフ

伝送速度は₅0 Mbit/sでした．当時，フレッツサービスとして知られる

レッツ光サービスを支えているPONPSTN（Public Switched TelephoneイーサネットベースのGE-PONシス

AS研における研究開発の歴史

は，約１0年前にGE（Gigabit Ethernet）-PONとして開発，事業導入された技術です．フレッツ ・ テレビの映像配信技術もほぼ同時期から事業導入されています．ワイヤレスアクセス技術については，東日本大震災の教訓を踏まえ，ライフラインとしての通信をつなぎ続・ 研究所では，1986年ごろにFTTxに関する研究に着手
・ 電話系サービスからIP系サービスへと通信の高速 ・ 広帯域化が急激に進展
1986

1994

技術に関しては，広域イーサとして，
イーサネットリングプロテクション（ERP:Ethernet Ring Protection） 技 術 等，AS研での研究開発技術が，ビジネスイーサワイド（BEW）サービスに適用され，実用化に至っています．

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NTT技術ジャーナル 2014.1

1998

2000

2002

2004

2006

▼ SCM‒PON，STM‒PON（CATV映像伝送システム）（MM共同利用実験）▼ STM‒PON（πシステム）▼ STM‒PON（シェアドアクセスシステム）
実験，フィールドトライアル▼けるための研究開発を現在行っています．一方，法人のお客さま向け光伝送

1996▼ 最初の実用化

準拠標準

ATM‒PON▼

B‒PON▼

GE‒PONSTM-PON

B-PON

GE-PONNTT仕様

ITU-T G.983シリーズ勧告

IEEE 802.3ah標準

622 Mbit/s，156 Mbit/s

1.25 Gbit/s

伝送速度

16 Mbit/s

上り下り多重方式

時間圧縮多重（TCM）

転送フレーム形式

STM

ATM

イーサネット1997

1997（専用線）
2002（FTTH）

2004

商用導入年

波長多重（WDM）

SCM-PON: Subcarrier Multiplexing PON

図1

TCM: Time Compression Multiplexing

AS研における研究開発の歴史

特 集

領域を検討する必要があります．

テムです．本システムは，現在日本で送する方式です．下り信号については，もっとも広く普及している光アクセ

OLT（Optical Line Terminal）側からそのような状況において，TDM伝スシステムで，事業会社によっては最各ONU（Optical Network Unit） 宛送技術の高速 ・ 広帯域領域での適用課

大 １ Gbit/sを提供する高速 ・ 広帯域のデータを時間軸上に配置し送信し，題を解決する技術の １ つが光波長を積サービスです．このように，AS研にその中から各ONUが自分宛のデータ

極 的 に 利 用 し たWDM（Wavelengthて研究開発された技術およびプロダを取り出すという方式を採用していDivision Multiplexing）伝送技術です．

クトは，「確実に，高品質で，より安く，ます．

この方式は各ユーザデータ，サービス

一方，上り信号については，OLTが時間軸上で重なることを許容する方～ ONUの距離が違うとスプリッタで式です．論理的に伝送路が分離され信号が衝突する可能性があります．そているので基本的に信号間の干渉ののため，OLTとONUは信号が衝突し心配はいりません．例えば，電気デ

ここでは，将来も含め，低コスト化，な い よ う に 伝 送 遅 延 時 間 を 測 り，バイスの性能限界により １ 波長当り省電力化およびさまざまなサービス提OLT ～ ONU間でタイミング調整す

１0 Gbit/sのデータしか送信できない

供可能なPON伝送技術について説明

るスケジューリング技術を採用してい場合でも，データを ４ 波長に多重伝

し ま す．STM-PON，B-PON，GE-ます．基本的に，TDM技術はシステ送することで４0 Gbit/sデータ伝送がPONに利用されているユーザ多重技術

ムの低コスト化技術という観点からは可能となります．

はTDM（Time Division Multiplexing）

優れていますが，電気デバイスの高速さらに，将来的な技術としては，FDM伝送技術と呼ばれる方式です．本技術

化依存度が高いため，今後の高速 ・ 広（Frequency Division Multiplexing）

は各ユーザデータを時間軸上に多重伝帯域化動向を考慮したうえでその適用伝送技術があります（図 ₂ ）．本伝送

お客さまに届けること」を実現してきました．

PON伝送技術

将来のアクセスネットワークの超大容量化および100波以上の映像分配を提供可能な光FDM技術を用いたネットワーク基盤技術
・ヘテロダイン検波による高感度受信技術 : アクセス系の長延化可能
・WDM/FDM連携による経済的アクセスネットワーク長延化技術
・光源共有化によるシステム経済化技術 : 上り信号源と局発光の共有・波長チューナ技術 : 局発光により任意の光信号を選択可能
［dBm］

0

［5 dB/div］‑40‑600510

周波数‑8015（GHz）（2） 受信スペクトル

ONU #k128 チャネル

光強度相対電力（3） アイパターン（1.25 Gbit/s）

Resolution: 0.01 nm‑20Control

OLTDetector

PD

Data U #k

DriverLD

1 550

波長1 555

1 560 （nm）

（1） 送信スペクトル （波長数128波）

Driver #1
Mod #1

LO-LD

Data D #k

1 545

Driver #M
Mod #M
PD
PD

Data D #kLDs（λ1 〜λM）Detector
Detector

Data U #k
Data U #N

λｄ１〜λｄＭ

OLT

ONU #kλｕ１〜λｕＭ

Data U #N
Data U #N

ONU #N

図2

FDM伝送技術

NTT技術ジャーナル 2014.157

つくばフォーラム2013 ワークショップ

技術は，利用波長間隔がWDM伝送技

信対象物を持つと仮定した場合，全人度に達していませんでした．そのよう術に比較し，狭小化した方式と考えて口で100億個程度を対象としたサービな背景のもと，伝送速度向上に向けたください．本方式は，さまざまなサースを管理していくという社会像に向け研究開発が盛んに行われてきました．

ビス，ユーザに対してそれぞれ波長をてのネットワーク技術です．

最近，サービス ・ アプリケーションの割り当てることで，ユーザ間干渉，サー第 4 に，ライフラインとしての通信伝送速度に対する要求は過去の状況とビス間干渉なく，ネットワークサービが途絶えないような高信頼性をいかに比較し，低下しているように考えられスを提供することが可能です．現状，して担保するかということです．ただます．

FDM伝送技術の実用化には経済化をし，コスト効率を上げながら，かつ地また，人間と機械の処理能力の限界

含めさまざまな課題がありますが，将球に優しい省エネ化をしつつ，ネットを考えたとき，通信回線に要求される来に向けた光技術の進展，産業活性化ワークを構築していくかというところ

帯域はどれぐらいなのか等を検討したという観点からは重要な技術かもしれが大きな課題と考えています．

こともありました．実際，人間はそん想定されるアクセス系研究開発のなに処理能力がないのです．すでに，方向性のイメージを図 ３ にまとめてネットワークは人間の処理能力を超えみました． ２ つの大きなシナリオを想ており，速度という観点からはター

次に，今後の光伝送装置系の研究開定しています．シナリオ １ は，高速 ・ゲットとなるのは人間ではなく機械，発の方向性について述べます．最初に広帯域化の過去からの通信技術の流その中でも低遅延で処理能力のある機考慮すべきものは社会像の変化です．

れがそのまま今後も継続していくと械をターゲットとしたときに初めて高

基本的には ４ つの大きな流れを考慮しいう見方です．シナリオ ２ は，ユーザ速 ・ 広帯域化が必要となると考えてい研究開発に取り組んでいかなければい

利用形態，通信速度とサービス ・ アプます．これがシナリオ １ とシナリオ ２けないと感じています．

リケーション要求帯域を考えると，この分かれ目になるのではないでしょう

第 １ に，モバイル系システムも含めれまでの高速 ・ 広帯域化の勢いは鈍か．
例えば，直接人間を対象とするサーた通信の高速 ・ 大容量化が急速な勢化するのではないかという見方です．

ビスの場合，人間の満足度を考慮したいで進んでいます．映像系システム

現状，一部ではその兆候がすでに見え

通信回線品質のあり方を考えても良いは，スタンダード（SD）からハイビ始めています．のではないかと思います．すでに，一ません．

研究開発の方向性

ジョン（HD），さらにはスーパーハ

過去，通信回線伝送速度は，サービ部ではQoE（Quality of Experience）

イビジョン（SHD）「4K ・ 8K」へとス ・ アプリケーションが必要とする速という観点からいろいろ検討されてい進むにつれて大容量化が進んでいくことになります．今後は，装置の高速 ・ 広 帯 域 化 の み で な く， 符 号 化

処理能力限界（Machine）（CODEC）技術の進展等を考慮した

シナリオ1

ネットワーク要求帯域幅

うえで，アクセス系システムの伝送容格差拡大傾向

量，遅延等の要求条件を検討していく
第 ２ に，固定とモバイル連携（FMC）の検討の必要性です．例えば，オンラ正規化帯域幅必要があります．

シナリオ2

処理能力限界（Human）

インゲームにおける低遅延化をどう符号理論技術適用等やって実現するかというのが大きな課
題の １ つと考えています．
第 ３ に，M2M（Machine to Machine）

H to H
H to M

応です．例えば， １ 人が約100個の通58

NTT技術ジャーナル 2014.1

M to M
年

通信というこれまでターゲットとしてきた通信品質と異なるサービスへの対アプリケーション要求帯域幅

アプリケーション

図3

アクセス系研究開発の方向性イメージ

特 集

対してきめ細かな物流サービスが行わはどうなるかのイメージを図 ５ に示しれる世界です．バーチャルビジネスとます．今，クラウド化という言葉がいは，インターネットに代表されるビジろいろな意味で使われています．基本ネスの発展系と考えています．通信回的に，ユーザが抱えているデータと呼今後，光伝送システムの方向性は，線の高速 ・ 広帯域がリアル社会を構築

ばれるすべてのデータはクラウド上に出現するサービスあるいは創造したいするという概念です．通信手段（例え置かれることになると予想されます．

社会像に依存すると思っています．図ば電話機）さえあれば，必要な物がデータの流通は，リアル空間における４ に超高速 ・ 超低遅延化がもたらす新直ちに運搬される状況がつくり出されユーザ間どうしが行うのではなく，クたな世界を想像してみました．ここでます．パーソナル物流の進展によってラウド上のサーバ間つまりバーチャルは，光伝送システムが提供する帯域がは，究極的には通信と物流だけでビジユーザ間で行われ，それをリアル空間

100 Gbit/sであったと仮定した場合，ネスが展開されてしまうということがのユーザが覗いている状況になるのでどういう社会が実現されるかというこあるかもしれません．産業，経済といはと想像しています．究極的にはクラとについて持論を述べます．
この場合，う観点から，このような世界を創造しウド上のサーバもワンチップ化し，圧縮等のCODEC処理等不要，超低遅て良いかどうかは疑問ではあります

データ流通もそのチップ内あるいは共延ネットワークの構築が可能となりまが，ネットワークサービスの目指すべ有している状況になるかもしれませ

す．本技術適用により，ビジネス領域き究極系ではないかと思います．

ん．現在の「E2E（End to End）」のる状況です．

超高速 ・ 超低遅延化がもたらす

新たな世界は，リアルビジネスとバーチャルビジ

将来のネットワークシステムはネスに集約，分類されると思います．

どうなるかリアルビジネスと定義される物流は，パーソナル物流へと向かい，各個人に次に，将来のネットワークシステム世界からネットワークを最大限活用した「E2N2N2E（End to Network toNetwork to End）」の世界に移っていくと考えています．

ネットワークの超高速 ・ 広帯域化がもたらす新たな世界を下記に定義する．
超高速 ・ 広帯域かつ低遅延ネットワークを利用した空間共有は，新たなビジネスモデルさらには地球環境保護という観点からエネルギー消費削減効果をもたらす可能性がある．
1. リアル空間共有
アプリケーション等の非圧縮伝送によるE2E超低遅延サービスの実現（違和感のないサービス）（伝送帯域増に伴いCODEC不要となり遅延は伝送遅延のみに漸近する）（例えば，Super HV (72 Gbit/s)の非圧縮伝送可能）→ 距離，時間差を意識しない空間共有
2. データ空間共有
真のシンクライアントの加速度的普及 → 陳腐化しない端末ハード，ソフトウェアネットワーク管理（ビジネスモデル変化）
電子媒体のネットワーク保存 ・ 管理 → ストレージ等の集約効果により設備利用効率向上，消費電力削減

リアルビジネスとバーチャルビジネスの 2 極化
1 ．リアルビジネス：物流 → パーソナル物流
2 ．バーチャルビジネス：ネットワークによる空間共有

課題：上記世界を実現するうえで主な課題として（1）超高速 ・ 広帯域化の実現技術 →（2）ユーザビリティをどう向上するか

伝送方式および実現デバイス技術をどうするか→ 従 来のFMCではなく，真の有線と無線の連携（ユーザインタフェースのオール無線化） → 有線 ・ 無線の帯域シームレス化が重要（3）リライアビリティをどう向上するか → 有 線と無線の連携（無線基地局切替による補償）

図4

超高速・超低遅延化がもたらす新たな世界

NTT技術ジャーナル 2014.1

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つくばフォーラム2013 ワークショップ

他処理ノードor
インターネット

データベース
処理ノード

データ解析によるスパムデータの削除（不要トラフィックの削除）＊NGN等のレガシーシステムはエミュレーションにより対応

フィルタリング処理，ブロッキング処理

仮想化によるプロセッサの適応制御

E2E

プロトコル変換・信号処理
認証，課金

データ伝送
ネットワーク内（究極はチップ内）

ネットワーク状況監視

E2N

ルーティング（同一処理ﾉｰﾄﾞ内の通信は，HDDやメモリの共有で実現）

映像データ

映像データ

悪意ある攻撃E2N2N2E

故障

図5

将来のネットワークシステムはどうなるか

日本におけるブロードバンド市場は「社会への貢献」です．例えば，震災はダイナミックレンジの広い情報をすでに飽和状態に突入しています．今等の非常事態時での確実な通信の確ターゲットとした「超多量 ・ 超低遅延後，新たな革命的技術が通信分野に投保，さらには通信，コミュニケーショ化の時代」に移行していくと考えてい入されない限り，ブロードバンドを支ンを通じたすべての人間が快適に生活ます．そのような想定のもと，我々は，える伝送技術市場は冷え込み，シュリできる社会を創造することです．第 ３お客さま視点での「いつでもどこでも，ンクしていくこととなります．

は，「産業界への貢献」です．今後は，誰とでも簡単に，つなぎ続ける」，産

おそらく今後数年間，ブロードバン個々の領域を深堀りするのみでなく，業界視点での「ビジネス活性化」を目

ド市場の活性化はユーザビリティにシステム，サービス，アプリケーショ標として掲げ，R&Dを推進していき優れたモバイル系システムが牽引すン全体を視野に入れたうえで，通信産ます．これが，我々研究開発者のミッる一方，サービス，アプリケーション業界，さらには他業界が活性化するよションと考えています．

がマーケットの主役であると思われうな新たな技術の確立を図ることが重ます．しかし，伝送システムに関して要であるとともに，過去の技術の延長は，将来に向けた技術革新を止めるのではない新たな原理等，基盤技術の確ではなく，技術レベル向上に向けて，立が必要ではないかと思っています．

継続的な投資が必要ではないかと考結果として，負のスパイラルから正のえています．

スパイラルに変革していきたいと思っ

最後に，NTTのミッションに関して，私が考えている ３ つの貢献について説明します．まず第 １ に，会社に所ています．

今後の展開

属する人間として当然考えなければな

今後のアクセスシステムは，今までらない「会社への貢献」です．我々は，の高速 ・ 広帯域の時代，つまりサービ研究所だけではなく，NTTグループス ・ アプリケーションをサポートするに対して利益をどう確保するかを継続「通信インフラ基盤整備の時代」から，的に考える必要があります．第 ２ に，M2M等を含めた品質の異なるあるい60

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