光アクセスシステムの標準化動向 と相互接続試験 2015 年 10 月 8 日 鈴木謙一 HATS 推進会議光アクセス相互接続試験連絡会日本電信電話 ( 株 ) NTTアクセスサービスシステム研究所 1
目次 1. 背景 2. システムレベルEPONの標準化 3. 光アクセスシステムの標準化の進展 4. 相互接続試験活動 5. まとめ 2
加入者数 ( 万加入 ) PON を用いたブロードバンドサービス (FTTH) の普及 1. ブロードバンドの普及に伴い PON(Passive Optical Network) を用いた光アクセスシステムの利用が拡大 2. 日本では特に Ethernet ベースの PON(EPON) が普及 4000 3500 3000 2500 2000 固定 BB FTTH( 全体 ) FTTH(NTT) 3724 2704 1893 1500 1000 500 DSL 358 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 西暦 ( 年 ) CATV インターネット 総務省報道資料 電気通信サービスの契約数及びシェアに関する四半期データの公表 より 661 3
PON システムの概要 PON システムは,1 台の OLT にユーザ宅内に複数の ONU を接続することにより, 通信事業者ビル側の通信設備と伝送路である光ファイバを複数のユーザで共有する経済的な光アクセスシステム. 現在, 双方向の SHDTV(4K, 8K), 遠隔教育 / 遠隔医療等のブロードバンドアプリケーションが提供可能な 10Gbps 級の高速光アクセスシステムを提供 スマートフォン SD, HD, 4K, 8K PC タブレット 光 ブロードバンドサービスの提供 ホーム NW HGW 電話 ユーザ宅内側 10G-ONU 1G-ONU 上り信号は TDMA で多重 ( 光スプリッタで合流後, 各 ONU からの信号が衝突しないようコネクションを確立 ) 光スプリッタ 光アクセス NW 上り 下り 通信事業者ビル側 10G-OLT 下り信号は TDM で多重 ( 全信号が光スプリッタからブロードキャストされ,ONU は自分宛の信号のみを選択 ) メトロ コア NW メトロ コア NW PON: Passive Optical Network OLT: Optical Line Terminal ONU: Optical Network Unit 4
Ethernet ベースの標準化とその課題 IEEE において Ethernet ベースの PON が標準化. 双方向の SHDTV, 遠隔教育 / 遠隔医療等のブロードバンドアプリケーションが提供可能な 10Gbps 級の高速光アクセスシステムの実現 しかしながら, これまでの EPON の標準は物理層や MAC 層に限定されているため, 異ベンダ間の相互接続性を阻害 Client Management SNMP, IGMP, MLD, IEEE 802.1x Client Management SNMP, IGMP, MLD, IEEE 802.1x MAC Client Forwarding QoS Priority Control MAC MAC Control Client ONU Registration GATE Generation REPORT Handling MPCP MAC RS OAM Client Alarm Surveillance OAM OAM OAM MAC MAC Client Forwarding QoS Priority Control MAC Control Client ONU Registration GATE Handling REPORT Generation OAM MPCP MAC RS OAM Client Alarm Surveillance OLT PCS PMA PMD Scope of IEEE 802.3 ONU PCS PMA PMD 5
システムレベルの標準化と光アクセスアドホック WG の設置 2010 年より EPON の相互接続性の向上を目的としたシステムレベルの標準化 ( ) が行われており, 日本仕様が SIEPON パッケージ B として盛り込まれ標準化. IEEE P1904.1 Service Interoperability in Ethernet Passive Optical Network (SIEPON) http://grouper.ieee.org/groups/1904/1/ 日本仕様である SIEPON パッケージ B が,ITU-T において G.epon(G.9801) として勧告化. それぞれの標準において適合性試験手順 (SIEPON/Conformance) の制定とその認定プログラム (SIEPON Certificate Program) の実施, 相互接続試験のための実装ガイドライン (G.epon Implementers guide) の制定を計画. EPON の相互接続性の確保のため, 相互接続試験の実施とそれに付随する課題を話し合う場として,HATS 推進会議実施推進部会の下に光アクセスアドホック WG を,2012 年 8 月に設置. 2014 年 4 月より, 試験装置の範囲を光アクセス装置全体に拡大し, 光アクセス相互接続試験連絡会として活動開始. 6
目次 1. 背景 2. システムレベルEPONの標準化 3. 光アクセスシステムの標準化の進展 4. 相互接続試験活動 5. まとめ 7
SIEPON/G.epon の標準化範囲 SIEPON はシステムレベルの EPON 標準化仕様 G.epon(G.9801) は SIEPON Package B に ITU 標準で広く使われる汎用 OMCI を適用した ITU-T 版システムレベルの EPON 標準化仕様 Common Ethernet services HN management BBF TR-142 (TR-069 for PON) Service model BBF TR-156, 200 (TR-101 for PON) G.988(Generic OMCI) G.986 (1G-P2P) G.987 (XG-PON) G.984 (G-PON) System level specification 802.3av (10G-EPON) 802.3ah (GE-PON) eoam PON management ( Ex. OAM) Higher layer specifications ( Ex. QoS management) MAC layer specifications ( Ex. Frame structure) Physical layer specifications ( Ex. Transmission bandwidth) ITU-T Recommendations G.epon IEEE standards SIEPON 8
SIEPON 標準化パッケージ 標準勧告のパッケージ化 事業者ごとに異なる仕様の配備済み 1G-EPON とのインオペを実現するには規格の統一が困難 SIEPON では, マーケット毎に異なる 3 つのパッケージを規格化 パッケージの違いはファームで吸収できるようにしハードウエアの共通化を狙う Item RF RLC PLD MCC Feature REPORT MPCP format Report queue length calculation UNI port loop detection multicast connectivity, coexistence shall implement REPORT MPCPDU format per 8.4.1.3 shall implement report queue length calculation per 8.4.1.2 N/A N/A Packages A B C shall implement REPROT MPCPDU format per 8.4.3.3 shall implement report queue length calculation per 8.4.3.2 shall implement REPORT MPCPDU format per 8.4.2.3 shall implement report queue length calculation per 8.4.2.2 shall implement UNI port loop detection per 9.1.8 shall support multicast connectivity, coexistence per 7.4.1.1.2 Profile Dedicated profile for each package (Different functions for packages) Given package supports a profile Common profile for packages (Same function for each package) 9
SIEPON/G.epon の狙い 1G-EPON(IEEE 802.3ah),10G-EPON(IEEE 802.3av) で規定しなかった上位レイヤの標準仕様を策定 項目 備考 Higher layer (Management Client) 暗号 認証 プロテクション パワーセーブ サービス管理 システム監視 OAM client OAMディスカバリー 警報処理 監視制御系統 MAC client MAC control client キュー制御 シェーパ 優先処理 ポリシング 他 帯域制御, レポート生成, ディスカバリー制御 主信号系統 PON アクセス 制御系統 10
SIEPON/G.epon のアーキテクチャモデル Service specific function Service OLT OLT 802.3 client Client OLT Line OLT NNI OLT_CI OLT_LI OLT_MDI 802.3 layering model Line-OLT/ONU Function blocks defined by IEEE 802.3 Client-OLT/ONU General function blocks provided by PON ASIC chips Service-OLT/ONU Products provided by system vendors UNI ONU_CI ONU_LI ONU Service specific function 802.3 client 802.3 layering model Line ONU Coverage of IEEE Std 1904.1 ONU_MDI Coverage of IEEE Std 802.3 Service ONU Client ONU 11
SIEPON/G.epon の論理コネクションモデル EPON Service Path(ESP) サービスにおけるコネクションや QoS を実現する最小単位 ONU のシングル LLID/ マルチ LLID 等の実装差分を抽象化 OLT/ONU 内の片方向のみ Input [I] ESP の例 双方向ユニキャストコネクション OLT ESP #1 ONU Classifier [C] EPON Service Path(ESP) Scheduler [S] Queues [Q] CrossConnect [X] Policer/Shaper [PS] Modifier [M] Provisioning / Alarms & Status コネクティビティに関わるブロックサービス品質に関わるブロック ESP #2 Output [O] [I] [C] [M] [PS] [X] [Q] [S] [O] [I] [C] [M] [PS] [X] [Q] [S] [O] [O] [S] [Q] [X] [PS] [M] [C] [I] [O] [S] [Q] [X] [PS] [M] [C] [I] ESP #3 ESP #4 DBA 12
関連する EPON 標準化文書 IEEE P1904.1 SIEPON Package A: System level EPON specifications for North American MSO market Package B: System level EPON specifications for Japan market Package C: System level EPON specifications for China market IEEE P1904.1 SIEPON/Conformance Conformance 01: Conformance Test case for Package A Conformance 02: Conformance Test case for Package B Conformance 03: Conformance Test case for Package C ITU-T G.9801 (G.epon) ITU-T EPON standards based on IEEE P1904.1 SIEPON package B and ITU-T G.988 generic OMCI for EPON ITU-T G.9801 Implementers guide Conformance and interoperability test specification for G.epon IEEE 802.3ah: Ethernet First Mile, Ethernet Standards for Access System including 1G-EPON PHY and MAC layer specifications IEEE 802.3av: Optical Interfaces and PHY layer specifications for 10G- EPON 13
目次 1. 背景 2. システムレベルEPONの標準化 3. 光アクセスシステムの標準化の進展 PONシステム Ethernetベースの無線アクセスシステム 4. 相互接続試験活動 5. まとめ 14
Total bandwidth [bit/s] PON システム標準化の進展 Now 400GbE(2014~) 100GbE 100G 40GbE NG-PON2(2015) NG-EPON(2015~) 10G 1G 1GbE 10GbE 10G-EPON XG-PON G-PON GE-PON SIEPON(2013) G.epon(2013) IEEE Ethernet IEEE PON ITU-T PON 100M 100BASE-T B-PON 10M 10BASE-T 1990 2000 2010 2020 15
WDM/TDM アクセス (TWDM-PON) WDM/TDM アクセス (TWDM-PON) は, 波長増設による柔軟な帯域増設性 ( またはサービス追加 ) と,P2MP(Point to multi-point) 構成による経済性を併せ持つため, 様々なサービスを統合的に運用できる将来の光アクセス方式として期待されている. 標準化はNG-PON2としてITU-T(G.989シリーズ ) で行われ,2015 年 7 月にコンセントされた. 主なシステム要求条件として,(1) 上り10G(2.5Gx4 波 )~40G(10Gx4 波 ), 下り40G(10Gx4 波 ), (2)64~256 分岐,(3) 無中継で40km, 中継アンプ有で60kmの最大伝送距離が挙げられている. 2.5~10 Gbit/s/λ (TDMA) ONU WDM (more than 4 wavelengths) OLT l 1 ONU OLT l 4 Splitter (Power splitter) WDM splitter Optical amplifier l Time 16
WDM/TDM アクセス (TWDM-PON) の波長配置 パワースプリッタ網での既存 PON や RF-Video システムとの共存可能な波長配置 次世代移動体通信のリモート基地局 (RRH: Remote Radio Head) を接続する CPRI(Common Public Radio Interface) の収容やビジネスユーザ収容を想定し, 波長占有型アクセス (Virtual Point To Point) のオプションを設定 Video: 1550-1560 nm NG-PON2 Wide: 1524-1544 nm Un-calibrated ONU Narrow: 1524-1540 nm Calibrated ONU:1530-1540 UP DN Full spectrum: 1524-1625 nm 1595-1603 nm Shared spectrum: 1603-1625 nm P2P WDM overlay 10G-EPON XG-PON UP 1260-1280 DN 1575-1580 DN GE-PON, G-PON Regular: 1260-1360 nm GE-PON G-PON Reduced: 1290-1330 nm Narrow: 1300-1320 nm 1200 1260 1360 1480 (nm) 1300 1400 1500 1600 DN 17
Next Generation E-PON (NG-EPON) 標準化 NG-EPON は,Ethernet ベースの WDM/TDM アクセスシステムであり,IEEE 802.3 WG において,2015 年 5 月より標準化が始まった. まだ標準化仕様は固まっていないが,1 波長当たり 25Gbit/s, システム全体で 100Gbit/s の伝送容量を視野に入れて議論が行われている. WDM/TDM アクセスシステムの光トランシーバ市場の発展を考慮し, 波長を始めとした物理層仕様の共通化が課題となっている. SG starts CFI Now PAR will be submitted to NesCom. during SG period. After PAR approved, TF will be established in IEEE 802.3 WG. 1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10 2014 2015 2016 2017 18
目次 1. 背景 2. システムレベルEPONの標準化 3. 光アクセスシステムの標準化の進展 PONシステム Ethernetベースの無線アクセスシステム 4. 相互接続試験活動 5. まとめ 19
加入者数 [ 万人 ] モバイルトラフィックの増加と無線アクセス技術 近年の爆発的なモバイルトラフィックの増加に伴い, 現在の 100 倍の高速化をターゲットにした無線アクセスの検討を開始. 7000 6000 5000 4000 FTTH DSL CATV 3000 2000 1000 0 年度 ( 総務省情報通信統計データベースより抜粋 ) 20
MFH の現状と Ethernet ベースの無線信号収容技術 5G 無線アクセスにおいて, 現在の技術の延長で MFH ( Mobile Fronthaul) を構築した場合, 必要帯域が大幅に増加. モバイル基地局間の無線ヘッドとベースバンド処理ユニットの機能配備の見直し等,MFH 伝送帯域削減に関する取り組み を開始. 安価な Ethernet への無線信号収容技術の標準化が,IEEE P1904.3 Radio over Ethernet (RoE) として行われている. MFH: Mobile Fronthaul CPRI: Common Public Radio Interface BBU: Baseband Unit RRH: Remote Radio Head MFH コアネットワーク BBU RRH RRH RRH ベースバンド信号処理 CPRI ディジタル化により信号速度が 16 倍程度に RRH RRH 無線信号送受信 将来のモバイルネットワーキングに関する検討会 ホワイトペーパー http://www.ttc.or.jp/j/info/topics/fmn-ah_wp/ C-RAN による基地局構成 Centralized /Cloud Radio Access Network 21
Radio over Ethernet (RoE) 標準化 RoE は,IEEE 1904 Access Network Working Group (ANWG) 配下に設置された標準化 Task Force (TF) で検討されており,Ethernet への無線信号収容及びその転送規定を標準化. また, ビットレート, システム無依存な転送規定を目指し,CPRI の他, 将来 MFH インターフェースの収容も視野に入れて活動. IEEE 1904.1 SIEPON* WG IEEE 1904 ANWG Ethernet ベースのアクセスシステムの標準化 相互接続性向上のための EPON のシステムレベル標準化 *Service Interoperability of EPON 改組 1904.2 UMT TF 1904.3 RoE TF Revision & Maintenance TF 光加入者 NW に接続された CPE のための管理チャネルの標準化 Ethernet への無線信号収容及びその転送規定の標準化 SIEPON 標準の改訂及びメンテナンス 22
Radio over Ethernet (RoE) 標準化スケジュール 2014 年 12 月に PAR(Project Authorization Request) 承認. 当初予定では,2015 年 8 月発行予定のドラフト 1.0 までに RoE 制御チャネル及びヘッダ構成 (RoE フレーム構成 ) 及び CPRI の収容規定についてベースライン提案を決める予定.2016 年 10 月のドラフト 3.0 発行,2017 年 5 月の標準化承認を目指している. 8 月会議終了時点でスケジュール遅延. 現在ドラフト 0.1 を発行予定. PAR approved TF starts Draft 1.0 Draft 2.0 WG ballot Approved to produce D0.1 in the August meeting Now Schedule delayed but not yet announced the revised schedule Draft 3.0 Sponsor ballot Draft Standard to RevCom Standard 1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10 2014 2015 2016 2017 23
Radio over Ethernet (RoE) のスコープ スコープ (a) 時間条件の厳しい無線信号ストリームや制御信号を収容するためのヘッダフォーマット (b) 独立したストリームの多重化 (c) RoE パケットの時刻同期や, ストリームの時間アラインメントを可能とするタイムスタンプやシーケンスナンバー (d) CPRI 信号の収容法 (e) 不透明なデータストリームの収容法や転送方法 無線信号 Ethernet Ethernet 無線信号 Ethernet based Transport Network Radio head end Radio processing end 24
Radio over Ethernet (RoE) のフレーム構成 ヘッダ構成 : バージョン情報, パケットタイプ, 拡張ヘッダの有無, フレームの開始 / 終了等の情報, タイムスタンプとシーケンスナンバーの選択を記載. 非制御パケット (pkt_type 0): ペイロードに無線信号ストリームを収容. 制御パケット (pkt_type=0): ペイロードに TLV を収容. 現時点では,CPRI の収容用に,CPRI のリンクセットアップや, CPRI 制御ワードに関する TLV の定義を検討. TLV: Type, Length, and Value ver C 項番 pkt_type flow_id S&E T フィールド名 サイズ ( ビット ) フィールドの説明 値 値の説明 1 ver 2 バージョン 00b 現バージョン 2 C 1 拡張ヘッダ領 域の有無 3 pkt_type 5 RoEパケットタ イプ 4 S & E bits 2 ハイパーフレームの開始 / 終了等の表示 5 flow_id 6 フロー ID - 6 T 1 タイムスタンプまたはシーケンスナンバーの選択 7 time stamp /sequnum Timestamp/sequnum 31 タイムスタンプまたはシーケンスナンバー 0 無 1 有 0 制御信号パケット 1-31 その他のパケット 10b 01b 00b 11b Start of frame End of frame Middle part of a frame Whole frame within the payload 0 シーケンスナンバー 1 タイムスタンプ - Payload 25
目次 1. 背景 2. システムレベルEPONの標準化 3. 光アクセスシステムの標準化の進展 4. 相互接続試験活動 5. まとめ 26
SIEPON/G.epon システムの相互接続の狙い マルチベンダ環境下での SIEPON/G.epon 準拠システムの運用 日本で成熟させた光アクセス技術を安く新興国に提供することで, 新興国の通信インフラの発展に寄与する.. Experience of Optical Access in Japan SYSTEM LEVEL STANDARD IEEE1904.1(SIEPON)Package-B ITU-T G.9801 (G.epon) IOP VERIFICATION under Multivendor Environment HATS Optical Access Ad-hoc WG Pilot Test etc. Your PON System Deployment Feedback 光アクセス相互接続試験連絡会 日本発の光アクセス装置のグローバルスタンダードとしての地位の向上と国内外のビジネス機会の確保 光アクセス装置間の相互接続性の確保とその検証実施に向けた課題の検討, 抽出, 及び必要に応じた連絡会の成果の標準化へのフィードバック 27
光アクセスアドホック WG/ 相互接続試験連絡会の活動 2012 年 8 月にアドホック WG を設立し,WG の本格運用 ( 関連標準化の完了前 ) に先立ちマルチベンダ環境下での基本的な相互接続性を確認するためパイロット試験の実施を計画. 2013 年 2 月,1:1 の OLT-ONU 接続によるパイロット試験を実施,2013 年 6 月,1:n の OLT-ONU 接続による第二回,2014 年 2 月第三回試験を実施.2015 年 3 月, 関連試験標準化完了後初めての相互接続試験を実施. 2014 年 4 月より, 試験対象装置の範囲を光アクセス装置全体に拡大し, 光アクセス相互接続試験連絡会として活動開始. IEEE P1904.1 SIEPON SIEPON/ Conformance ITU-T G.epon (G.9801) G.epon Implementers guide (to be proposed by TTC) HATS Optical Access Ad-hoc WG 2012FY 2013FY 2014FY D3.0 (August) Kick off (August) Proposed (Feb.) Approve (June) Before full-scale operation, WG conducts some pilot tests. 1 st Pilot Test (February) SIEPON Certificate Program D2.0(Apr.) D3.0(Fb.) Approved(Nov.) Consent (July) ITU-APT CEATEC C&I event Japan (Sep.) (Oct.) 2 nd Pilot Test (June) 3 rd Pilot Test (Feb) Optical Access TILC 4 th IOP Test for Convention Approved(Dec.) 5 th IOP Test (Mar.) 2015FY IEEE P1904 Pilot test program (to be planed) CEATEC Japan (Oct.) 6 th IOP Test (Feb) 28
第 5 回 10G-EPON 装置相互接続試験 (2015 年 3 月 5 日 ) EPON 試験仕様の標準化完了後 初めての相互接続試験を実施 参加企業 : 沖電気工業株式会社 (OKI), 三菱電機株式会社 対象装置 :IEEE 1904.1-2013 SIEPON Package B 準拠 10G-EPON OLT 装置, 同 ONU 装置 試験方法 : 光アクセスネットワーク装置相互接続試験実施要領 ( HATS-J-105-V1.3) に従い 拡張 OAM メッセージ データの暗号化について 1 台の OLT に複数 ONU を同時接続し総当たり試験を実施 試験結果 : 参加 2 社 OLT2 社 2 機種 ONU2 社 2 機種の全てで OLT- ONU 間 (1:2 接続 ) の相互接続を確認 マルチベンダ環境下で 1:n の OLT-ONU 接続構成における 制御メッセージによる OLT からの ONU 制御の確認 暗号化コネクションの正常性の確認 ( 導通確認 ) ユーザ宅内側装置 ONU 1 ONU 2 ユーザデータ信号 A@10G ONU i B@10G. 光ファイバ 光スプリッタ C@10G 上り信号は TDMA で多重 ( 光スプリッタで合流後, 各 ONU からの信号が衝突しないようコネクションを確立 ) A@10G B@10G C@10G A@10G B@10G C@10G 下り信号は TDM で多重 ( 全信号がブロードキャストされ,ONU は自分宛の信号のみを選択 ) 通信事業者ビル側装置 OLT1 試験毎に OLT をつなぎ替える OLT2. OLTn 29
目次 1. 背景 2. システムレベルEPONの標準化 3. 光アクセスシステムの標準化の進展 4. 相互接続試験活動 5. まとめ 30
まとめ 背景 固定ブロードバンドサービスの進展,PON システムの概要,EPON 標準化の問題点とシステムレベルの EPON 標準化の必要性 SIEPON/G.epon 標準化 ( システムレベルの EPON 標準化 ) SIEPON と G.epon の違い,SIEPON/G.epon の特徴 光アクセスシステム標準化の進展 PON システム標準化の進展,WDM/TDM アクセスの概要 / 波長配置,NG-EPON 標準化, RoE 標準化 HATS における相互接続試験活動 HATS における相互接続試験活動, 第 5 回 10G-EPON 装置相互接続試験の概要 これらの活動を通じて光アクセスシステムの相互接続性の一層の向上に貢献していく予定です. 31
Thank you 32