光化を進めるアクセストランスポート －GE-PONプラットフォーム－

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1 光化を進めるアクセストランスポート -GE-PON プラットフォーム - Optical Access Transport System GE-PON Platform あらまし 国内では,2008 年に FTTH 契約数が SL 契約数を超え, ブロードバンド契約の半分は FTTH を活用し, そのサービスメニューも増えてきた状態である これは FTTH サービス料金が, 各種の技術の進歩で低廉化し, 契約者にとって享受するサービスが適度の満足度に近づいたためと思われる 富士通は, この急増する FTTH 契約者のアクセスプラットフォームとして, 量産に対応した GE-PON システムを提供している 本稿では, 本システムの加入者線端局装置 (OLT:Optical Line Terminal), 加入者線終端装置 (:Optical Network Unit), およびその監視制御システムについて, 製品機能を紹介するとともに, 最新の技術 標準化動向として,IEEE で議論されている 10G-EPON に触れる 現在の GE-PON システムからのスムーズな移行を図る装置の技術開発を行い, 契約者がストレスを感じない, 快適で安全なサービスを享受できるよう, アクセストランスポートを提供していく Abstract In Japan, the number of fiber-to-the-home (FTTH) users surpassed the number of SL users in Half of all broadband users are now FTTH users, and the service menu for FTTH is growing. This achievement is attributed to lower service rates as related technologies progress and to services that approach an appropriate level of satisfaction for the user. Fujitsu is proposing the use of the Gigabit Ethernet passive optical network (GE- PON) system, which is applicable to mass production, as an access platform to support this dramatic growth in FTTH users. This paper describes the functions of two key GE-PON products the optical line terminal (OLT) and optical network unit () and those of their supervision and control system. It also touches upon 10G-EPON, a next-generation technology now being standardized at IEEE. Fujitsu intends to develop hardware technology to achieve a smooth transition from the existing GE-PON system and to provide an access transport system that enables users to enjoy safe and pleasant services in a stressfree way. 石井義則 ( いしいよしのり ) 富士通テレコムネットワークス ( 株 )NTT 事業部所属現在, 光システムの開発に従事 山下治雄 ( やましたはるお ) 富士通テレコムネットワークス ( 株 ) 製品企画室所属現在, 製品企画に従事 FUJITSU. 60, 4, p (07, 2009) 297

2 まえがき 日本におけるブロードバンド契約数の合計は, 2008 年 12 月末時点で,3011 万となり, そのうち FTTH(Fiber To The Home) が1442 万,SLの契約数は1159 万,CATVは408 万という状況である FTTHアクセスサービスの契約数がSLのそれを逆転してクロスオーバした伸びとなっている この時点で, ブロードバンドの約半分がFTTH 契約となっている 総務省の統計データを図 -1に示す (1) 2004 年にIEEE 802.3ahとして標準化を終了した EPON( イーサネット信号の1 Gbps 双方向伝送を行うPON) は, 国内では広くGE-PON(Gigabit Ethernet Passive Optical Network) と呼称されており, 以下ではこの用語を用いる このGE-PON は, 急速に進展するFTTHの主役であり, この5 年余りで, 実に約 1400 万のFTTH 契約者の増加の担い手となっている 本稿では, 光アクセスシステムの根幹である FTTHサービスが普及した背景とそれを支えるGE- PONプラットフォームに焦点を当て, その最新技術と今後の技術動向を述べる FTTH サービス アクセスネットワークでは, エンドユーザとIP コアネットワークとを接続し, 出入りする大量トラフィックや多様なサービスをサポートし, 安心 安全でストレスを感じない高速 広帯域のユーザ環境を実現することが期待されている アクセス系の光化,FTTHはまさにこれにフィットしたものである ( 万契約 ) SL FTTH CATV 出典 : 総務省ブロードバンドサービスの契約数等 ( 平成 20 年 12 月末 ) 図 -1 ブロードバンドサービスの契約数の推移 Fig.1-Trends of broadband access in Japan. FTTHがブロードバンドの足回りとして, 国内で広く普及した背景には, 光ファイバの敷設や施工技術の進歩, 機器コストの主要因となる光モジュール ( 光素子プロセス アセンブリ技術, 送受信 ASICなど ) や主要回路のLSI 化による低価格化があり, FTTHのサービス料金の適度の満足度と相まったところにある さらには, 光ならでは の高速広帯域性能 高品質を生かしたキラーサービスの先駆けとして, トリプルないしクアドラプルプレイのサービス ( 映像配信, 電話, インターネット, ワイヤレスの統合サービス ) が身近に低価格で提供されるようになった とくに光電話 ( 高品質なIP 電話 ), オンデマンド TV, 映像を伴うオンラインゲームやユーザ発信型サービスなどは, 帯域を消費するだけ高品質になったり, リアルタイム性に優れたりするサービスが期待されている また,FTTHは,QoS(Quality of Service) が必要なサービスやFC ( Fixed obile Convergence) を実現するサービスには, それをエンドユーザにスムーズに提供するためのアクセスプラットフォームとなり得るし, 統合的に各種サービスを実現することができる GE-PONシステム GE-PONシステムは, このFTTHのアクセスネットワークのファーストマイルのための高速 広帯域対応で, かつ経済的なソリューションとしてIEEE で標準化された, ブロードバンドアクセス方式の一つである (2) GE-PONシステムを用いたネットワーク構成例を図 -2に示す GE-PONシステムは加入者線端局装置 (OLT: Optical Line Terminal ) と加入者線終端装置 (:Optical Network Unit) から構成される OLTはカプラで分岐した光ファイバに接続される複数のを収容可能であるため, ファイバの効率的利用および局空間の有効活用を可能としている 本システムは, 戸建て住宅向けアクセス回線としての利用のほかに, その広帯域性を生かして配下に VSLなどを配置し, 複数ユーザを収容するマンション型のFTTHや, 企業向けのVPN(Virtual Private Network) サービス用のインフラとして利用されている 298 FUJITSU. 60, 4, (07, 2009)

3 Console Link 7531 AC100V Console Up Link/own Lin k Fail Status Power VSL 5 1 Up Link/own 7 3 L-LINK Lin k TEL FG 光化を進めるアクセストランスポート -GE-PON プラットフォーム - 戸建て住宅 企業 CN IP L2-VPN OLT カプラ PON カプラ 光ファイバ 光ファイバ 17th floor マンション ON 範囲 メタリック 3rd floor VSL modem CN: Contents elivery Network ON: Optical istribution Network OLT: Optical Line Terminal : Optical Network Unit : User Network Interface VPN: Virtual Private Network VSLink VSL/VSL2 マンション 図 -2 GE-PON ネットワーク Fig.2-GE-PON network. 加入者線端局装置 (OLT) GE-PON OLTはお客様の局舎内に設置する集線装置であり,19インチラック搭載型のシャーシ型の装置である 1 枚の制御監視カードと16 枚のラインカードの搭載が可能であり, 高密度収容を可能としている OLTの装置外観を図 -3(a) に, 主要仕様を表 -1(a) に示す また, 以下に特徴を示す IEEE 802.3ah 仕様に準拠したOLT 機能に対応 IEEE 802.1で規定されるブリッジ機能に対応 IEEE 802.1Qで規定されるVLAN 機能に対応 認証機能を有し,のACアドレス対応などをサポート PON 区間のユーザデータフレームの暗号化 / 復号化機能に対応し, 暗号化アルゴリズムはAES- 128を採用 動的帯域制御機能(BA:ynamic Bandwidth Allocation) による, 帯域の公平で, かつ有効な利用が可能で, エンハンスなどに対応可能な拡張性の高い実装方法 ロジカルリンク折返し機能があり,OLT- 間の疎通確認が可能 テストフレームにおけるエラー数のカウント, 往復遅延時間の測定および性能, 品質の測定が可能 OLTは遠隔からの制御および監視が可能で, 保守機能ならびに障害時の切分け機能を各種搭載し, 容易な操作での保守の実施が可能 (a)ge-pon OLT (b)ge-pon 図 -3 GE-PONシステム装置 Fig.3-GE-PON system. 加入者線終端装置 () GE-PON はFTTHサービスを受けるエンドユーザ宅もしくはマンションの機械室などに設置される 上り側はエンドユーザのから受けたデータをPONインタフェースに送出し, 下り側は局からの自分宛のデータだけを 側に送出する の装置外観を図 -3(b) に, 主要仕様を表 -1 (b) に示す また, 以下に特徴を示す IEEE 802.3ah 仕様に準拠した 機能に対応 20 km/32 分岐に対応 ポートは1 Gbpsまで対応 8クラスの優先キューによる柔軟なプライオリティ制御が可能 独自の 管理方式に対応 AES-128モードでの暗号化/ 復号化に対応 FUJITSU. 60, 4, (07, 2009) 299

4 表 -1 GE-PON 装置仕様 (a)olt 項目 仕様 PON-IFポート 1000Base-PX20-( パワーバジエット :29 db) 最大 16 回線 /OLT 1000Base-T/1000Base-SX/LX(GBIC) インタ幹線 IFポート最大 16 回線 /OLT フェース認証 IFポート 10Base-T;1 回線 /OLT 保守用 IFポート 10Base-T;1 回線 /OLT 装置設定 IFポート シリアルポート ;1 回線 /OLT 装置機能 ブリッジ機能,VLAN 機能, 認証機能, 暗号化 復号化機能, 動的帯域制御機能 冗長構成 電源二重化,FAN 冗長化 保守運用機能 SNPエージェント機能, ループテスト 電源断検出機能, 加入者リンク情報通知 寸法 4Uサイズ,432( 幅 ),350( 奥行 ),174( 高さ )mm 質量 20 kg 設置条件 EIA-310- 規格 19インチラック搭載 動作環境 ( 温度 / 湿度 ) 0~40 /30~80%( 結露しないこと ) 電源 / 消費電力 AC100 V,C-48 V/ 最大 400 対応 電波規制 VCCIクラスA 準拠 (b) 項目 仕様 1 回線 PON-IFポート (1000Base-PX20-U 相当 :1 回線 ) インタ 2 回線フェース端末 IFポート 10/100/1000Base-T: 1 回線 10/100Base-TX: 1 回線 装置機能 優先制御, 管理方式暗号化 復号化機能,IGPスヌーピング機能 冗長構成 なし 保守運用機能 ループテスト 電源断検出機能, 加入者リンク情報通知 寸法 156( 幅 ),33( 奥行 ),163( 高さ )mm 質量 約 500 g( 電源アダプタを除く ) 設置条件 縦置き, 壁掛け設置可能 動作環境 ( 温度 / 湿度 ) 0~40 /30~80%( 結露しないこと ) 電源 / 消費電力 AC100 V(50/60 Hz)/ 最大 8 電波規制 VCCIクラスB 準拠 IGPスヌーピング機能があり,IPマルチキャストに対応 ロジカルリンク折返し機能により, 開通確認や障害切分けが可能 警報( 電源断 ) およびの状態をOLTへ通知することが可能 状態表示用 LEにより, 容易に装置の状態を確認 装置サイズは幅 156 mm 奥行 33 mm 高さ 163 mm, 質量は約 500 gと, 小型化を実現 設置方法は, 据置設置および壁掛け設置に対応監視制御システム (OpS) GE-PON OpSの主な機能および特徴を以下に 示す OpSはXサーバ/Solaris 上で動作する監視制御用ソフトウェア クライアント/ サーバ構成により, 遠隔による OLT,の状態およびPON 区間の通信の監視制御が可能 HI(Human achine Interface) 端末はOpS 設置局以外の複数の局からシステムの監視制御が可能 OpSは, 操作性に優れたGUI(Graphical User Interface ) およびCLI ( Command Line Interface) が提供されており, 容易な保守が可能 最大 250 台のOLTの監視制御が可能であり, 大規模システムへの拡張も可能 300 FUJITSU. 60, 4, (07, 2009)

5 OpS 自身および監視配下のOLT の構成情報をバックアップしておくことができ, 障害が発生した際の復旧時間を大幅に短縮可能 プログラムの更新が容易な構造であり, 将来の機能拡張への柔軟な対応が可能これらの機能や特徴により, 柔軟な監視制御システムを構築している 10G-EPONシステム国内においては, 現状 GE-PONがアクセスプラットフォームとしてFTTHを主導しているが, さらなるFTTHの高速化を図る10 GbpsのPONが検討されている IEEEの10G-EPONの標準化 (3) では, ほぼ技術仕様が固まり,2009 年 9 月に完了予定である GE- PONと10G-EPONとの比較を表 -2に示す 10G-EPONは,GE-PONと比較し, (1) データはイーサフレームを利用して運ぶ (2) (avelength ivision ultiplexing) 方式による1 芯双方向伝送 (3) 下りは連続信号, 上りはバーストTA (Time ivision ultiple Access) 信号 (4) ファイバ伝送距離 (20 km 以上 ) や分岐数 (16ないし32 以上 ) などの基本は変わらないが, 主な差異として次の点 が挙げられる (1) 波長は10 Gbps 伝送用に, 下り nm, 上り nmである (2) 対称 (Symmetric)/ 非対称 (Asymmetric) の二つの通信モードがあり,10 Gbps 双方向伝送方式と, 上り信号はGE-PONと同じく1 Gbps 伝送とする方式とがある (3) 伝送容量は10 倍であるが, 伝送符号は,GE- PONが1 Gbpsイーサネットの8B/10Bを採用していたのと同じで,10G-EPONは64B/66Bを採用する (4) FEC ( Forward Error Correction ) はGE- PONではオプションであったが, それに比べ高利得の誤り訂正リード ソロモンRS(255, 223) 符号が必須となり, この適用による受光感度改善を期待している (5) 上り信号のバースト受信には,10 Gbps 信号のビット同期用のパターンやバイト同期用デリミッタパターンが定義された さらには, 既存システムとの共存を考慮して, ファイバ損失 29 dbの光バジェットクラスが追加された これは既存 ON ( Optical istribution Network: カプラを含むファイバプラント ) をそのまま使って,GE-PONと10G-EPONの共存をね 表 -2 GE-PONと10G-EPONとの比較 GE-PON 10G-EPON 標準 IEEE 802.3ah IEEE 802.3av クラス PX10/PX20 PR10/PR20/PR30(Symmetric) PRX10/PRX20/PRX30(Asymmetric) サービス イーサネットデータ イーサネットデータ AC 層 フレーム イーサネットフレーム イーサネットフレーム 距離 10 km/20 km SF 10 km/20 km SF 最大分岐数 16 以上 16 or 32 以上 伝送速度 上り :1.25 Gbps 上り : Gbps or 1.25 Gbps 下り :1.25 Gbps 下り : Gbps 伝送容量 1 Gbps(8B/10B transmission code) 10 Gbps(64B/66B transmission code) 光線路チャネル損失 20 db/24 db 20 db/24 db/29 db 物理層 波長 上り : nm(10g)/pr 対応 / 上り : nm 上り : nm(1g) /PRX 対応 / 下り : nm 下り : nm(10g)/pr&prx 対応 / FEC オプション必須リード ソロモンRS(255,239) リード ソロモンRS(255,223) 共存性 上り信号用 PON ヘッダ SF:Single ode Fiber Laser On/Off:512 ns max Receiver set:400 ns max Clock 抽出 :400 ns max elimiter:32 bits (Video overlay) Laser On/Off:512 ns max Receiver set:800 ns max(sync pattern) Clock 抽出 :400 ns max elimiter:66 bits GE-PON (Video overlay) FUJITSU. 60, 4, (07, 2009) 301

6 side Existing GE-PON 100 / 1GbE GbE GE-PON AC (1G/1G) 1G-Tx 1G-Rx 1G 1G OLT side 1GbE 10G-EPON( 対称 ) GbE 10 G-EPON AC (10 G/10 G) 10 G-Tx 10 G-Rx 10G 10G PON 10 G-Tx 10 G/ 1G-Rx 1G-Tx 10 G-EPON AC (Tx:, 10 G & 1 G) (Rx:T, 10 G & 1 G) Both 10G/1G support 10 GbE 10 GbE 10G-EPON( 非対称 ) 1GbE GbE 10GE G-EPON -PON AC (10G/1G) G) 1G-Tx 10G-Rx -Rx 1G 10G 1G: 1Gbps 10G:10Gbps Tx: 送信機 Rx: 受信機 図 -4 GE-PON と 10G-EPON の共存 Fig.4-Co-existence of GE-PON and 10G-EPON. らったものである また, 既存システムからのスムーズな移行を図るため,OLTの機能オプションとして ual-rateモード が規定として盛り込まれている 1 Gbpsと10 Gbpsとの共存の概要を図 -4に示す 原理的には, 既存の上り1 Gbps/ 下り1 GbpsのGE- PON と, 上り1 Gbps/ 下り10 Gbps, あるいは上り10 Gbps/ 下り10 Gbpsの10G-EPON の 3 種類が, 同一のカプラ内に収容し得る OLTは下りに連続の1 Gbps,10 Gbpsの二つの信号を 送信し, 同時に1 Gbps,10 Gbpsのバースト信号を TA 受信する この様子について, 図 -5を用いて補足する 下りについてはGE-PON が nm で,10G- EPONが nmで 伝送することであり, 上りについては,GE-PONが nmで, 10G-EPON が nm ( 対称 ) あるいは nm( 非対称 ) でバースト信号をTA 伝送することである 10G-EPONのアクセス系への適用には, 技術的にはプロトタイプの試作などで, めどが立っている が, 価格的なバリアがある 中でも, 光モジュールにおいて, 上り信号 () に用いる高光出力で 10 Gbps 動作のL(irectly odulated FB- Laser) 光送信機,10 Gbpsと1 Gbpsの両方のバースト信号を受信できる光受信機の開発を, 歩留まり良く, 安価に製造することが必要である 今後の技術動向上記の高速なPONのインタフェースの標準化ではIEEEがITU-Tに先行した形となっているが, ITU-Tでは既にG.984シリーズとして下り2.5 Gbpsの G-PONの標準化を終えている 引き続き, 今研究会期 ( 年 ) に高速版 PONの標準化を G.987シリーズとして予定している IEEE と ITU-T とはPON システム 光インタフェース仕様や低消費電力化による地球温暖化対策などで協調していく方向である また次世代のPONとしては, (1) 既存 ONの要求を踏まえて移行を図るシステムに加え, (2) 既存 ONの要求にとらわれないシステム 302 FUJITSU. 60, 4, (07, 2009)

7 10G-EPON 上り : nm:10g( 対称 ) 下り : nm 上り : nm:1g( 非対称 ) GE-PON 上り : nm 下り : nm 映像配信下り : nm (nm) 図 -5 GE-PON と 10G-EPON の波長配置 Fig.5-avelength allocation of GE-PON and 10G-EPON. とがある 両者とも, 長距離化 多分岐化を図るシステム, 無線の検波方式の適用などの議論をしていく必要がある 後者 (2) では, 既存のカプラをフィルタ付きカプラに変えて, ( ense avelength ivision ultiplexing) やカラーレス を使った, 波長によるロジカルなP-P の -PONなどを議論していく必要がある これらのITU-Tやその勧告前の草案を審議 議論し,ITU-Tへ寄書として提案するコンソーシアム FSAN(Full Service Access Network), および IEEEの標準化動向および議論を見据えながら技術開発を進めていく むすび本稿では, 国内においてFTTHを推進し, アクセ スネットワークの光化を牽引するGE-PONシステ ムの概要, およびその技術 標準化動向について述 けん べた 今後は高速版の10G-EPONの標準化状況を見ながら, コスト的かつ技術的にチャレンジングな面もあるが, アクセスプラットフォームとしての GE-PONのエンハンスおよび移行に取り組んでいく それを通じ,FTTHユーザが, 映像を含む各種サービスを享受し, ストレスを感じない, 環境にやさしいアクセスプラットフォームを提供していく 参考文献 (1) 総務省 : ブロードバンドサービスの契約者数等 ( 平成 20 年 12 月末 ) _1.html (2) IEEE P802.3ah. (3) IEEE P802.3av Task Force:10 Gb/s Ethernet Passive Optical Network. FUJITSU. 60, 4, (07, 2009) 303