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世界初、光パケット・光パス統合ネットワーク基盤技術を実証

低消費電力で、通信の効率的利用と品質確保を両立

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2010年6月16日

独立行政法人情報通信研究機構(以下「NICT」という。理事長:宮原 秀夫)は、2020年以降の新世代ネットワークの実現に向けて、光パケット・光パス統合ネットワークの動作実証に世界で初めて成功しました。本技術は、光パケット交換と光パス交換を統一的な制御のもとに使い分けを可能とするものです。将来、ユーザはその時々の利用シーンに合わせて、高速で安価なサービスと、遅延やデータ損失のない高品質なサービスを柔軟に選択できるようになります。また、ネットワークを無駄なく効率的に運用することが可能となり、ネットワーク全体の消費電力削減にも貢献します。

背景

近年、情報量の飛躍的な増大に応えるため光ファイバ網の整備が進められていますが、更なる高速大容量化と低消費電力化を実現するため、光ファイバ間を結ぶノードにおける交換方式を電気処理から光処理へ転換するオール光化が重要な課題となっています。光交換方式のうち光パス交換方式は一部実用化が始まっていますが、光パケット交換方式は高度な技術を要するため、NICTを中心に先端的な研究を進めています。

今回の成果

NICTは新世代ネットワークの構成技術として、ユーザの利用シーンに応じ光パケットと光パスの両交換方式の長所を使い分け、通信の効率的利用の追求と品質の確保という相反する要求を両立させる「光パケット・光パス統合ネットワーク」の有効性を提唱しています(図1)。今回、両交換方式の統一的な制御部分を新たに実装し、世界で初めて本格的な光パケット・光パス統合ネットワークを構成するノードプロトタイプを開発しました(図2)

本ノードは、光交換方式により既存の交換方式と比較して極めて高速処理が可能です。また、統一制御機能の制御メッセージを利用して光パスの設定或いは解放や、光パケット・光パス各交換方式に割り当てる伝送容量を柔軟に変更出来る特徴があります。更に、制御メッセージを光パケット交換方式で送受することにより、従来の光パスネットワークで必要な制御用の別ネットワークが不要となり、設備を簡素化し、消費電力を削減します。

今後の展望

今後、光パケット交換部の高機能化、パケット・パス両交換部の共通化、制御システムの高機能化等のハードウェア及びソフトウェア両面の研究開発を進め、高速大容量化かつ高品質ネットワークを低消費電力で実現する光パケット・光パス統合ネットワークの実用化を目指していきます。なお、本成果は2010年6月23日(水)にNICT本部で開催する第4回新世代ネットワークワークショップにて発表及び展示(図3)を予定しています。

補足資料
図1 NICTが提唱する光パケット・光パス統合ネットワーク
図1 NICTが提唱する光パケット・光パス統合ネットワーク

データ交換方式に依存しないで、一つのネットワークの中で柔軟な伝送を行います。 光パケット交換方式を利用し、多くのユーザ(端末)やセンサ・タグ等データ伝送を効率的に行います。 品質が重要な利用シーンでは、光パスによる安定したデータ伝送に変更出来ます。利用シーンが変わり効率的な利用を望む場合は、光パスの使用をやめて、再び光パケット交換方式を利用する事も可能です。

図2 今回実証に成功した光パケット・光パス統合ノードプロトタイプ
図2 今回実証に成功した光パケット・光パス統合ノードプロトタイプ

統一制御部が制御メッセージを判断し、光パス交換部を制御、光パスの設定及び解放を行います。さらに、資源調整装置を制御する事で、光パケット帯域を光パス用帯域へ変更及びその逆変更制御が可能です。

図3 光パケット・光パス統合ネットワーク デモンストレーション概略図
図3 光パケット・光パス統合ネットワーク デモンストレーション概略図

主に、下記のデモンストレーションを行います。


  1. 光パケット交換方式による回線共有 80Gbps超(最大1.28Tbps)で光パケットを振分けます。 複数ユーザでも超高速ファイル転送を行います。
     
  2. 光パス交換による高品質伝送 【1】の光パケット伝送中に超高精細非圧縮映像の伝送が可能な帯域を光パス用に確保します。 光パス上で超高精細非圧縮リアルタイム映像伝送を行います。
     
  3. 光パケット交換方式から光パス交換方式へ動的変更 ファイル転送を行っていたユーザが、画面から高品質映像伝送を要求します。 ユーザのアプリケーションが、映像伝送のための光パスを自動で設定します。 光パス用帯域の空きが無い場合でも、光パケット用の帯域を光パス用に変更し、光パスを設定しますので、ユーザは安定した品質で映像を視聴する事が可能です。
     
80Gbps超(最大1.28Tbps)とは
           
・bps(bit per second)
1秒間に伝送するデータ量(ビット数)。伝送速度の指標です。

・80G(ギガ)bps
毎秒800億ビットの伝送。一般的なFTTHサービス(100Mbps)の800倍の速度。
大都市間を結ぶ幹線では10Gbpsや40Gbps単位で伝送されています。

・1.28T(テラ)bps
毎秒1兆2800億ビットの伝送。
光パケット交換方式における現在の世界記録です。
我が国全体で1秒間にインターネットを流れる情報量に匹敵します。

用語解説

新世代ネットワーク

インターネットの改良だけでは解決が困難な社会問題の解決や、人や社会の潜在能力の開花とそれによる生活の質や生産性の向上を可能とする、白紙から新しく設計されたネットワークです。NICTを中心としたAKARIアーキテクチャ設計プロジェクトでは、2020年以降の実用化を目指して全体設計および要素技術の研究開発をすすめています。
※ 参考URL:http://akari-project.nict.go.jp/

ノード

ネットワークの接続点において、情報の伝達経路を切り替える(交換)、或いは情報の多重化や分離化、中継等の機能を持つ装置です。

交換方式

ノードにおいて情報の伝達経路を切り替える方式。利用者間を結ぶ通信路(パス=回線)を一時占有して情報を伝達するパス交換方式と、情報を小さな単位(パケット)に分割伝送し、通信路を複数の利用者で共用するパケット交換方式に大別できます。パス交換方式では、他の利用者の影響を受けずに安定で遅延が少なく高品質ですが、通信路の利用効率が低く高額なサービスとなりがちです。一方、パケット交換方式では、多くの利用者が同じ通信路を共用でき、高速かつ経済的に通信できる反面、情報量が増えると通信品質が低下します。

オール光化

現在の光ネットワークでは、光ファイバ内は光信号で伝送し、ノードに入ると電気に変換した後に電気交換処理を行い、再度光信号に変換して光ファイバに送信されます。そのため、ノード内の電気処理がボトルネックとなり通信速度が制限されています。ノード内の処理を光処理にし、全て光信号で高速伝送する事をオール光化と呼んでいます。

光パス交換方式

光ファイバ網で伝送する光信号を用いるパス交換方式で、電気信号を用いる場合と比べて飛躍的に多くの情報を伝送することが可能となります。現在の光パス交換方式では、光ネットワークとは別に制御用ネットワークを介して光ネットワークに接続された装置群と制御情報をやりとりする必要があります。

光パケット交換方式

光パケット交換方式では、従来のパケット交換方式と比べて飛躍的に多くの情報を効率的に転送することが可能ですが、極めて高度な光信号処理技術が必要となります。NICTでは光パケットのあて先を識別し転送する機能や、光パケットを一時的に蓄積する光バッファ機能等のオール光信号処理技術を導入した光パケット交換ノード技術の研究開発に取り組んでいます。

制御メッセージ

ユーザがネットワークを通じて情報をやりとりする際に、ネットワークに接続された装置(ノード(交換装置)や端末装置)の間で送受する制御用のメッセージ。例えば、通信相手を知らせる、ネットワークの混雑具合を知らせる、などの情報が含まれます。今回、光パケット交換方式で送受する光パス制御メッセージは、下記のとおりです。

  • 送受信ノード間で光パスを設定及び解放するために交換する情報
  • ノード間で定期的に交換する経路情報や使用されている光波長情報

第4回新世代ネットワークワークショップ

2010年6月23日に、NICT本部にて開催されるワークショップ。今回は、多数の実機によるデモンストレーションを交えたこれまでの新世代ネットワークアーキテクチャ設計の成果報告及び新世代ネットワーク戦略プログラムとテストベッド計画を紹介します。
※ 参考URL:http://akari-project.nict.go.jp/ws4/

経路情報

送信側から受信側へネットワークを経由してデータを届けるために、ネットワーク上の中継ノードや端末が保持するデータの配送先に関する情報。

<本件に関する 問い合わせ先>
新世代ネットワーク研究センター超高速フォトニックネットワークグループ
和田 尚也

Tel:042-327-6371
E-mail:

新世代ネットワーク研究センターネットワークアーキテクチャグループ
原井 洋明

Tel:042-327-5418
E-mail:

<取材依頼及び広報 問い合わせ先>
総合企画部広報室
報道担当 廣田 幸子

Tel:042-327-6923
Fax:042-327-7587
E-mail: