INTERNET
インターネット最新テクノロジー：第 41 回

インターネットのブロードバンド化
大容量情報を運ぶ光波を交通整理する

このところのインターネット利用者の増加

光クロスコネクト技術

は目覚ましい。利用者が増加することでインターネットを新たなビジネス基盤として多彩なサービスを呼び込み、それが利用者を増加させる好循環が生まれている。そして足回りであるインターネット接続サービスも充実し近頃、インターネット利用者の増加だけでなく、利用できるアクセス網のブロードバンドはじめた。64kbpsのフレッツ・ISDNだけで化（広高帯域化）が著しい。これに対応してインターネットのバックボーンネットワークでもなく、384kbps、512kbpsといったISDNの大量のデータを効率よく運ぶことが求められている。これを解決する技術が、2地点間に数倍の容量を持つCATV インターネットサー

大容量の通信路を実現するDWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing : 高密

ビスやADSL サービスなど、アクセス網のブ度波長分割多重）技術であり、複数地点からWDM伝送路で集まってくる光波を交通整理

ロードバンド化が著しい。また企業のインタする光クロスコネクト技術である。

ーネット接続も、かつてOCNエコノミーが火をつけた128kbps の接続サービスから、現在外山 勝保 インターネットマルチフィード（株）は1.5Mbps クラスの専用線接続に移行しはじめている。一方、インターネット利用者が使える帯域の増加にともない、提供されるコンテンツも広帯域を必要とするものが増えている。動画像などのストリームだけでなく、OS やソフトウェアのアップデートに用いられる巨大なファイルなどもその一例だ。さらに、近頃のIT ブームのなかインターネットが社会インフラの役割を期待されはじめ、元来「つながらないこともあるが安価なネットワーク」であったインターネットが、「止らないネットワーク」「安定したネットワーク」であることが求められる状況となっている。

ブロードバンド時代のネットワーク
このようなブロードバンド時代には、まず大量の情報を伝達する通信路が必要とされ、1 本の光ファイバーに何本もの波長の違う光を通すことで通信容量を大幅に増やす波長分割多重（WDM）技術が発達してきた。最近
では、1 つの波長にOC48（2.4Gbps）を乗せ、40 波を多重させる装置（約 100Gbps）
や、1つの波長にOC192（10Gbps）を乗せて16波を多重させる装置（約160Gbps）が出ている。近い将来にはOC192 を160 波も328 INTERNET magazine 2001/3

インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D©1994-2007 Impress R&D

多 重 させる装 置 が出 てくる予 定 であり、WDM 伝送路がテラビット級となる時代は目

1本の光ファイバーに波長の異なる複数の光信号を多重する前である（図1）。
さて、2 地点間を結ぶ通信路だけでなく面としてネットワークを広げていくためには、この通信路を合流・分岐させる仕組みが必要である。たとえば、横浜から名古屋までの通信路を必要とする場合、横浜・名古屋間の直接の通信路がなければ横浜から東京の光波1 本と東京から名古屋の光波1 本を東京で接入ってきた光信号を波長の異なる光信号に変換する続して通信路を構成する。これを実現するノ入ってきた波長の異なる光信号を分離して、元の波長の光信号に変換するード装置が光クロスコネクトである。
図1

WDM 装置光クロスコネクトとは
光クロスコネクト装置は、主にメッシュ型ネットワークのノード装置として利用される光スイッチものである。入ってくるn 本の光波を、出てファイバーaλi,λj,…

ファイバーw

いくn 本の光波へと対応付けることが基本機能である（図2）。たとえば、入力側のファイλj

ファイバーb

ファイバーx

バーa から来る波長λ i の光波を出力側のファイバーy から出る波長λ i の光に対応付けλi

ファイバーcファイバーyる。WDM 装置により多重度が高まっているためクロスコネクト装置が扱うべき入出力マファイバーd

ファイバーz

トリックス数も大きくなる。
このクロスコネクト装置の中核をなす技術が光スイッチ技術である。実現方式には、光図2

光クロスコネクトの例

をいったん電気信号に変換してスイッチングしてから再度光へ戻す電気変換方式（O-EO ：図 3）と、純粋に光波のままスイッチンλグする方式がある。電気変換方式が現状ではO/E

E/Oスイッチ

λ

主流だが、変換の際の遅延、電気処理によλるスイッチング能力の限界などのために、今

λ101011後必要とされる帯域や多重度に対応できないλλと予想される。このため、電気変換を行うこ101011となく純粋に光のままでスイッチングを行う

λλ技術が競って開発されている。

電気処理

大規模なN × N の光スイッチの実現方式
は、微小ミラーを利用する方式と平面光波回入ってきた光信号を電気信号に変換する路で屈折率を変化させる方式がある。

電気信号を光信号に戻す

前者の方式は、微小な鏡の方向を制御して光波の経路を制御する方式である。シリコ

図3

電気変換方式

インターネットマガジン／株式会社インプレスR&DOC（オー・シー／ Optical Carrier）：光ファイバーの伝送方法を定めた規格の名称。OC3（155Mbps）やOC12（622Mbps）といったさまざまな規格があり、数字が大きくなるほど伝送速度は速くなる。
©1994-2007 Impress R&DINTERNET magazine 2001/3329

ン上に前後左右に傾けられる微小な鏡を多数実現上の技術的な課題となる。技術開発競組みこみ、個々の鏡を適切な角度に設定する争が激しい分野であるため、どの方式が主流ことで入力された光波を目的の出口に向けるになるかはまだわからない。

方式（MEMS: Micro-Electro-MechanicalJump 01

System）がある。たとえばLucent 社のLambdaRouter

Jump 01に使われているもの

www.lucent-optical.com/solutions/products/lambdarouter/

Jump 02www.nel-dwdm.com/plc/switch/

Jump 03

www.agilent.com/cm/photonicswitch/news/90320-891.pdf

は、シリコン基板上に直交する2 軸をヒンジで支えた微小な鏡を形成し、この鏡を電子制御することで光波を任意の出力へ向けること光クロスコネクトを使ったができる（図 4）。この方式は、Nortel 社なネットワーク構成

ど多数の会社で開発が盛んである。
後 者 の方 式 は、 平 面 光 波 回 路 （ P L C :WDM や光クロスコネクトの光波ネットワ

Planar Lightwave Circuit）上に作った網目ークはメッシュ状に構成することができ、そ状の光導波路の交差部分に屈折率を変化さのエッジ部分にIPルーターやATMスイッチをせる仕組みを持たせて光波の経路を制御する。

接続する構成となる。エッジにある各機器は屈折率を変化させる仕組みの例としては、熱光波ネットワーク上で光波による通信路を設を加えて交差部分の温度を変化させることで定して互いに通信する。

屈折率を変化させるNEL 社の方法

ノード装置である光クロスコネクトが波長（熱光学スイッチ：図 5）や、交差部分に液を変換しないタイプの場合、通信するエン体を封入して泡の発生で屈折率を変化させるド−エンド間で同じ波長の光波を使うことにAgilent 社なる。このとき、光波がどの波長を使ってどJump 03

Jump 02の方法（バブル方式）などがある。の経路を選択すればよいかを決めるのは非常微小ミラー式、平面光波回路方式の場合に複雑な問題である。ネットワークが複雑化

でも、純粋な光スイッチは光波からみると単してくれば新しい通信路を設計・設定するのに通り抜けるだけの回路となるため、電気変に時間もかかるうえ、光波の経路設定によっ換方式に比べて消費電力が格段に少ない利ては割り当てられずに無駄になる波長も出て点がある。だが光の伝送損失や波長の近い光くる。そのため、ネットワーク全体の効率的波同士のクロストークをどう抑えるかなどがな波長割り当てを計算するシステムが必要である。また通信容量の増大だけでなく「安定性」も実現するためには、光波のプロテクション機能を実装する必要がある。すなわち、ある通信路に障害が発生した場合、予備の通信路にすみやかに切りかえる機能である。

微小ミラー（電子制御）

このとき予備の通信路を事前に設定しておくのではなく、障害時に必要に応じて短時間に迂回路を設定する方法もある。非常時以外は有効にネットワーク資源（波長）を使えるのだが、前述の波長割り当てと同様、障害時に予備通信路を計算して迂回路を決定す微小ミラー（電子制御）ることも重要な技術的課題である（図6）。
一方、光クロスコネクトに波長を変換する

図4

MEMS によるミラー方式

機能を持たせると、エンド−エンド間で同じD

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クロストーク（crosstalk）：本来は電話の漏話（他の回線の声が聞こえる状態）のことだが、ここでは光波同士が干渉しあって通信に影響が出る状態のことを指す。

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波長の光波を使う必要はなく、光クロスコネブロードバンド時代においては、トラフィクト間の通信路（リンク）ごとに違った波長ックが集中するバックボーンやプロバイダーのを使って光ネットワーク内の通信路ができる。

相互接続点（IX）では、大容量に耐え、かこうした仕組みはATM ネットワークにおいてつ安定しているネットワークが必要とされる。

ATMスイッチ間の通信路ごとに異なるパス識

インターネットマルチフィード

別子を使ってネットワークを構成するのと似光波ネットワークを次世代IX サービスに展開

Jump 04

でも、ており、波長を変換しない方式に比べてリンすることを目指して共同実験を開始する予定

ク部分の波長が有効に利用できる。

だ。この分野で、今後より多くの技術革新が行われることを期待したい。

この場合の光波の経路選択は、ATM ネッ
トワークにおけるパスやラベルスイッチングにJump 04

www.mfeed.co.jp

おけるラベルの付与と似ている。ラベルスイッチングの場合、ラベルスイッチルーター（LSR）で構築された網で転送されるIP パケ

入力側

出力側

ットにデータリンク層に依存しないラベルを付加し、IP アドレスではなくこのラベルを参照して網内をスイッチングする。この制御のためのプロトコルとして、マルチプロトコルラ
ベルスイッチング（MPLS）が使われている。
光波ネットワークの場合、LSRに相当するのが波長変換付きクロスコネクトである。光波ネットワークのエッジにあるIP ルーターから対向するエッジのIP ルーターまで、どの通信路でどの光波（λ）を使って転送するかをIP
図5

ルーターと光クロスコネクトの間で通信して平面光波回路の熱光学スイッチ概念図

決 めればよい。 俗 に M P L a m d a S（Multiprotocol Lambda Switching ）と呼同じ波長の光波でルーター同士は通信する

R

ばれるが、IETF でMPLS を汎用化する検討のなかで、波長をベースとした光波ネットワここへの迂回は可能ークも拡張対象の1 つとなっている。

λ1

R

光クロスコネクトの実用化状況

RR

λ1

電気変換をしない純粋な光処理の光クロス

λ2コネクト製品のアナウンスは、1999年ごろか光クロスコネクト（波長変換なし）

ら相次いでいるが、実際に製品として出荷されるのは今年に入ってからというところが多λ1い。また、当初は遠隔制御が可能なパッチパR

λ2

ルーター

RR

ネル的な機能のみが実装されたものとなってすでに同一波長の光波が通っているため、ここに迂回はできないいるようである。純粋な光処理の製品で、障害時の自動迂回機能やネットワーク全体で最適な波長割り当てを行う管理機能が実装さ
図6

れるのはもう少し時間がかかると予想される。

光波ネットワーク`インターネットマガジン／株式会社インプレスR&D

IETF（アイ・イー・ティー・エフ／ Internet Engineering Task Force）：インターネット上の技術や規格などの標準化を促進するために設立された組織の名称。こうした標準化に向けた仕様などは、IETFからRFCと呼ばれる文書として公開される。
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