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1 第 6 回 各種光通信システム (1) 2009 年 11 月 24 日 ( 火 )

2 第 4 章 各種光通信システム 一部 日経コミュニケーション 2009 年度 光ネットワークの最新技術 を参照

3 伝送方式 インタフェースの区分け アクセス メトロ メットワーク 基幹網 メトロ アクセス 企業ユーザ ADSL, FTTH, 3-3.9G 携帯, ISDN, POTS Web, Mail, Data, Storage, Voice,... IP (G)MPLS, ATM SDH/SONET (G)MPLS, ATM Ethernet フレームの場合 Ether SDH Ether の Mapping を行う ADSL, FTTH, 3-3.9G 携帯, ISDN, POTS

4 伝送速 各種ネットワーク伝送技術の高速化トレンド 1T 100G 10G 止まらない高速化トレンド ( 基幹系 Ethernet は鈍化 ) 1 チャネル / インターフェース当たりの容量 800M F-1.6G F-2.4G 基幹 ( バックボーン ) 系 FA-10G Ethernet 1G 度1000Base-X (1998.6) 100M 10Base-T 100Base-TX 100M 開始 (bps) (1990.9) (1995.9) (2001.8) 10M STM-PON (10M) 1M EV-DO ( ) W-CDMA 100k PDC ( ) 電話 (4k) (1993.3) ISDN(64k/128k) 10k 電話 (28.8k) G xdsl 10GBase-X/R/W (2002.6) FTTH GE-PON (2005.4) 100GBase-CR10/ SR10/LR4/ER4 ( 予定 ) 100G 無線アクセス HSDPA (2006.8) 10GE-PON (2009.9) LTE 2010 年 出典 : 標準 LAN 教科書 ( 上 ) 日経コミュニケーション 2009 年 1 月 1 日号 p.49 を参考に修正

5 長距離基幹系 ( バックボーン, コア ネットワーク )

6 有線伝送方式の長距離化と伝送方式の変遷 10,000 1,000 FLAG 中継間隔 (km) 光伝送 F-100M (1.3µm) F-400M, 1.6G (1.55µm) F-400M (1.3µm) FA-10G (EDFA) CS-36M C-12M DC-100M 基幹網光化 C-60M 同軸伝送 DC-400M 商用年度

7 送容量(bps ) 陸上向け基幹系ネットワークの大容量化 100T 10T 1T 100G 10G 1G 日経コミュニケーション 2009 年 9 月 15 日号 光ネットワークの最新技術 [12] p M ETDM の時代 810M 1.6G 2.4G 10G の時代伝WDMの時代 Coherent 2.4G 48 波 10G 80 波 ムーアの法則 40G 40 波 100M 年代 2010

8 送容量年代伝 海底ケーブルシステムの大容量化 N.S. Bergano, ECOC2001, We.F.1.1, pp T 100G 商用 研究レベル ( TyCom ) 10 (10G TAT-12 5 bps )2.5G Amer TPC-5 1G TAT-9 TAT-8 TPC-3 TAT-11 TPC-4 100M T 1.6T 640

9 日本周辺の国際海底ケーブル 総務省 平成 13 年度情報通信白書 pp.18 より 使用中 TPC-3 TPC-4 TPC-5CN NPC APC APCN R-J-K H-J-K C-J FOSC FLAG SEA-ME-WE3 PC-1 China-US CN EAC AAN 計画中 China-US CN Japan-US CN 日本 - 香港間ケーブル日豪間ケーブル APCN2 陸揚地分岐点分岐点 ( 計画中 )

10 日本国内の基幹網 総務省 平成 13 年度情報通信白書 pp.17 より 伝送ノード NTT 網 NTT 網 ( 高速 ) KDDI 網 ( 旧 KDD) KDDI 網 ( 旧 DDI) KDDI 網 (JIH) JT 網 DWDM 網 ( 一部予定 )

11 波長多重伝送の構成 Point-to-Point DFB-LD MOD PD DFB-LD MOD EDFA PD DFB-LD MOD AWG AWG PD DFB-LD MOD PD 重要なポイント 1 波の高速化 : コスト高の O-E/E-O でのトラフィック収容効率向上 EDFA による O-E/E-O なしでの中継 再生中継距離の向上 : 経済性向上

12 10.92Tb/s WDM 伝送実験 K. Fukuchi, T. Kasamatsu, M. Morie, R. Ohhira, T. Ito, K. Sekiya, D. Ogasawara and T. Ono (NEC), OFC2001, PD24-1, 伝送容量 :40Gbps 273λ=10.92Tbps スペクトル利用効率 :40Gbps 50GHz=0.8bps/Hz

13 光スペクトルと BER 特性 K. Fukuchi, T. Kasamatsu, M. Morie, R. Ohhira, T. Ito, K. Sekiya, D. Ogasawara and T. Ono (NEC), OFC2001, PD24-1, 2001.

14 25.6Tbps 伝送実験 (1) A.H. Gnauck, G. Charlet, P. Tran, P.J. Winzer, C.R. Doerr, J.C. Centanni, E.C. Burrows, T. Kawanishi, T. Sakamoto, and K. Higuma, OFC2007, PDP19. 伝送容量 : Gbps 4 値多重 (DQPSK) 2( 偏波多重 ) 80λ 2(C+Lバンド) =25.6Tbps 42.7 スペクトル利用効率 : 40Gbps 50GHz/ch 2(DQPSK) 2( 偏波多重 ) =3.2bps/Hz

15 25.6Tbps 伝送実験 (2) 光スペクトル アイパターン

16 全サービスを収容する OTN (Optical Transport Network) 電話を基準にする SDH に対し IP Ethernet も統一的に扱える国際標準のフレーム ユーザデータを丸ごと包み込んで運ぶ デジタル ラッピング プリ Ethernetフレームアンブル IFG SFD 宛先 MAC アドレス 送信元 MAC アドレス OTN フレーム (4 行 4080 バイト ) 長さ / タイプ データ部 FCS バイト OTUk オーバーヘッドなど IFG ODUk オーバーヘッドなど 誤り訂正 (FEC) など 管理用オーバーヘッド OTUk:Optical Channel Transport unit-k ODUk:Optical Channel data unit-k(otuk フレーム -FEC バイト ) k: ビットレート階梯 (k=1: 2.67Gbps, 2: 10.71Gbps, 3: 43.02Gbps, 4: Gbps)

17 OTN の階梯構造と多重化の関係 100GbE ODU4(H) ODU4(L) OTU Gbps 40GbE 41.25Gbps STM Gbps 10GbE 10.31Gbps STM Gbps STM Gbps 伝送符号変換 ( ビットレート低減 ) ODU2e(L) ODU3e(H) ODU3(H) ODU3(L) ODU2(H) ODU2(L) ODU1(H) ODU1(L) Gbps OTU3e 44.57Gbps OTU Gbps OTU2e 11.09Gbps OTU Gbps OTU Gbps 1GbE ODU0(L) OTU1 1.25Gbps Gbps

18 メトロ系ネットワーク

19 2009年度 光通信システム メトロ ネットワークの領域 都市内 都市間を結ぶリング状の光ネットワーク 範囲によって２ ３つのカテゴリに分類 メトロ コア (~ 400km) 波長数: ~40λ メトロ コレクタ (~ 100km) 波長数: ~16λ メトロ アクセス (~ 40km) 波長数: 4-8λ ユーザ

20 メトロ ネットワークの特徴と用途 特徴 ダーク ファイバを用いて都市部に構築 L3SW や WDM 装置を使い安価なサービスを提供 イーサネット インタフェースで 1~10Gbps までの高速サービスを提供 インターネット 1 高速インターネット接続 2 拠点間接続 (IP-VPN, 透過型 LAN サービスなど )

21 メトロ ネットワークの要求条件 1 トランスペアレントなネットワークの実現 多様なサービスの収容 (VPN, SAN, CDN, 波長貸し,FTTH,...) 多様なインタフェースの収容 (Ethernet, SONET,...) 2 低コストかつ高信頼度の光ネットワークの実現 3 要求に応じた迅速な波長パス設定のクリック & プロビジョニングでの実現

22 高信頼度ネットワークへの対応 ( プロテクション ) 2 リング構成 運用ファイバに障害が起きたとき 他方に自動切替 (<50ms) Node3 運用ファイバ 通常運用 ( 左回り ) Node4 Node2 障害発生 プロテクション用ファイバ Node1 ファイバ切替 ( 右回り ) プロテクション用ファイバを通常使用せず障害時に切替 1+1 通常 プロテクション用を併用 1:1 など

23 Bidirectional Line Switched Ring (BLSR) 通常運用 切換後 CCW Ring Work Path (λ1~λ20) Protection (λ21~λ40) Node4 障害発生 Node3 CW Ring Work Path (λ21~λ40) Protection (λ1~λ20) Node2 Node1

24 メトロ ネットワークに求められる機能と光デバイス 項目波長合分波器光パワーレベル制御波長分散補償波長パス制御波長パス切替高速プロテクション機能監視モニタ機能 要求される光デバイス サブシステムフラットトップ, 低波長分散 AWG 光可変減衰器 DCF, 分散補償デバイス波長可変 LD, 波長可変フィルタ光マトリクスSW, 波長選択 SW 光 SW, 高速応答型光増幅器光スペクトルモニタ

25 重要度の増す Optical Add Drop Multiplexer (OADM) ROADM: Reconfigurable OADM ノード ノード ノード 運用局 OSS ADD( 挿入 ): データのリングへの挿入 DROP( 分岐 ): 目的データの取得 Thru( 通過 ): ノードを通過 拠点 A 入力 WDM 信号 拠点 B 出力 WDM 信号 従来の OADM では光パス (1 波長による光信号経路 ) 開通に現場作業が必要 急な需要に対応困難 (R)OADM ROADM により遠隔作業可 (GMPLS は国際標準の管理プロトコル ) 拠点 A 用の波長 拠点 B 用の波長 OSS(Operation Support System): 各ノードの ADD, DROP, Thru を管理 制御するシステム

26 2009年度 光通信システム マルチ リングシステム OSS ノード ノード ノード 拠点A 拠点B ROADMから 多方路ROADMへの発展 ROADMノードの課題 複数リングの接続の際には リング システムごとに光パスを 設定 中継インタフェースを接続して 転送が必要 多方路ROADMノードのメリット 複数のリングを束ねることにより 光パスの設定が１回で済み 開通 廃止 作業の大幅な削減 リング間の中継インタフェース不要

27 トランスポンダインタフェース部 ROADM システムトランスポROADM スイッチ部 ンダOSS の指示に従い ADD, DROP, Thru を制御 Thru 設定において 1 方路にしか送出できず Ethernet, SONET/SDH

28 多方路 ROADM ROADM スイッチ部 OSS の指示に従い方路を制御 インタフェース部

29 光アクセスシステム (FTTH)

30 アクセスネットワークを取り巻く環境の変化 (2001 年時点 ) サービス内容の激変 電話中心のサービスからデータ通信 インターネット中心のサービスへ アクセス回線速度の高速化の進展 :64kbps 1.5Mbps 10Mbps 100Mbps... 高速化にふさわしいコンテンツの要求 : ダウンロード時間の短縮 ストリーミング ライブ 遠隔講義... 競争の激化 インターネット常時接続 低コストでの定額制 ADSLの急成長 :NTT 東西 ( フレッツ ADSL) 東京めたりっく イーアクセスなど FTTH 事業者の登場 :NTT 東西 ( フレッツ網 ) NTT-BB( 光サービス会社 ) 有線ブロードネットワークス ケイ オプティコム etc. NTT 東西シェア 2008 年度 多種多様なサービスを低コストで迅速に提供可能なアクセスネットワークの重要性

31 FTTH 実用化のための状況変化 1990 年代半ばまでのトライアル 実用化に至らず ( 理由 ) 1 映像 電話 データ通信それぞれに異なるプロトコル使用 装置構成複雑 2 構成要素 デバイスが高価 2000 年以降の利用形態の大きな変化 : 1ADSL によるブロードバンド ネットワークの急激な成長のインパクト : 高速 低額 定額 2 音声 映像 データすべてが IP 処理化 3Ethernet 製品の高速化 低価格化 IP パケットと Ethernet フレームのみの透過的伝送の要求に変化

32 事業戦略 日米で見えたか?FTTHのビジネス展開 (2004~2005 年時点 ) 日本 ADSL との CATV 局の競争地上デジタル対策 同軸の帯域不足 アメリカ CATV 事業者との競争 技術面 GE-PON 標準化にメド 通信と放送の WDM 多重 B-PON による WDM 多重 規制緩和 著作権問題 電気通信役務利用放送法 (2002 年 1 月施行 ) IP 多重せず FCC による光ファイバ開放義務の緩和 商用サーヒ ス 1Gbps の FTTH FTTH 放送サービス開始 トリプルプレイ (2004 年秋頃 ) オプティオキャスト改正著作権法により放送のサービス開始 同時再送信に限り K-CAT IP 送信可 ( 施行 ) すべてのサービスを光ファイバで多重 波及効果 基幹 NW の大容量化と経路制御の光化 サービス統合の進展

33 光双方向伝送方式 方式方式イメージ利点欠点 TCM PD LD PD λ 1 PD LD バースト周期ごとに繰り返す PD 光ファイバ心数が少ない サービスを波長に割り当てた WDM 伝送が可能 伝送速度が情報伝達速度の 2 倍必要 伝送距離が制限される WDM SDM LD PD LD PD LD λ 2 WDM 素子 λ 1 λ 1 λ 1 λ 1 LD PD LD LD PD 光ファイバ心数が少ない 伝送距離の制限が少ない サービスを波長に割り当てた WDM 伝送が可能 伝送距離の制限が少ない サービスごとの波長割り当てを行うと 波長数が必要 光ファイバ心数が 2 倍必要

34 メタリック現在導入中~今後ハイブリッド方式 アクセスネットワークのトポロジー ADSL インターネット接続 センタ HFC 同軸 光ファイバセンタ 770MHz-CATV ケーブルインターネットケーブル電話 FTTC メタリック 光ファイバセンタ 電話 (π システム ) FTTH メタリック センタ インターネット接続 CATV 電話

35 アクセスネットワークの基本構成 ユーザ宅 ユーザビル アクセス点 OLT 交換機 配線点 ( き線点 ) LXM ユーザ系 配線系 アクセス系 幹線系 ( 地下 ) 中継系 LXM: Subscriber Line Cross Connecting Module

36 光アクセスネットワークの配線形態 自己支持型緩み付き光ファイバケーブル 配線系設備 FTTH 架空用光クロージャ π システム 架空集合ドロップ光ファイバ 架空エリア 架上スプリッタ き線点 所内系設備 ループ配線 幹線系設備 多心光ファイバケーブル

37 光クロージャと架上スプリッタ 日経コミュニケーション 2002 年 11 月 18 日号より抜粋

38 光ファイバの技術的進展 空孔ファイバ (Hole Assisted Fiber, HAF) による曲げ半径縮小の効果 宅内施行性の向上 多芯ケーブルの細径化 重量の軽量化 (1000 芯ケーブル :( 従来 )23mmD 16mmD 50 従来の SMF(ITU-T G.652) 最小曲げ半径 (mm) モード フィールド径縮小による接続損失増大 低曲げ損失 SMF(ITU-T G.657) HAF 曲げ半径縮小とモード フィールド径維持を両立 モード フィールド径 (µm) 10