研究背景

近年、高速インターネットアクセスの需要が高まり、光ファイバを各家庭まで届けるFTTH（Fiber-To-The-Home） の加入者数が増加し、2009年末には1,700万を越え、今後も増加すると予測されます。

加入者宅側の光回線終端装置（Optical Network Unit：ONU）から事業者側の光回線終端装置（Optical LineTerminal：OLT）までのネットワークを光アクセス網と呼びますが、現在、光アクセス網においては、GE-PON（Gigabit Ethernet- Passive Optical Network）という方式が主流です。この方式では、まず、加入者宅からの光ファイバ回線を、数十本を1組として中継ノード（光カプラ*1）に集約し、中継ノードとOLTの間を1本の光ファイバで接続します。複数ユーザがその1本の光ファイバの帯域を共有し、かつ、OLTが各加入者に対して、時間軸上で動的に帯域を割り当てるので、Web閲覧やメール転送といったベストエフォート*2トラヒックを効率的に転送することができます。

一方、2020年以降の新世代ネットワークにおいては、増え続けるトラヒック量に対処すると同時に、従来のベストエフォートサービス提供に加えて、今後登場すると予想される数Gbps～Tbps級の高速性かつリアルタイム性を要求するアプリケーション（例えば、グリッドコンピューティング、クラウド、オンラインゲーム、遠隔医療、超高精細映像伝送等）に対してサービス品質を確実に保証していく必要があります。我々は、GEPONやその伝送速度面での延長のみでは、上記要求を必ずしも満足できないと考えており、光アクセスアーキテクチャを白紙から設計してきました。

新世代光アクセスのキー概念：WDM-direct

光アクセス網のトポロジとして、GE-PONに代表される現在主流のパッシブダブルスター型およびシングルスター型の2種類があります（図1）が、本稿ではシングルスター型のアーキテクチャについて紹介します。シングルスター型は、OLTからONUに専用光アクセス回線を提供することにより、各ユーザに個別に異なるサービス提供が可能、かつ個別にアップグレードが可能であることに加え、パッシブダブルスター型に比べて信号損が少なく長距離利用に向く利点もあり、新世代の光アクセストポロジとして有効と考えています。

新世代の光アクセスアーキテクチャでは、WDM-directという概念を用います。WDM-directとは、各ONUに、複数の波長を直結する概念です。各ONUから複数波長（波長群）を用いて同時にデータ送受信することにより、高速ネットアクセスが可能になるだけでなく、ある波長群ではベストエフォートデータを伝送する従来の帯域共有サービスを提供し、別の波長群で帯域保証サービスを提供することも可能であり、将来、新規アプリケーション及び新規ビジネスの創出に貢献できることが期待されます。

概念設計と検証実験

帯域共有サービスのパケットデータは、従来どおり、OLTにて一旦光電変換され、帯域共有プロトコルを用いて、光基幹網上を転送されます。帯域保証サービスのデータについては、あらかじめ、送信元ユーザから、光基幹網を経由し宛先ユーザまで、単一の光パス*3もしくは要求に応じた数の複数光パスを設定し、その光パス上で転送されます（図2）。工夫点の1つとして、光パスを設定するための帯域予約制御メッセージを、帯域共有サービス用の波長群を用いてパケットデータとして伝送することにより、帯域の有効利用を図ります。これまで、25km長のシングルスター型新世代光アクセスシステムの検証実験を行ってきました（図3）。OLT内で、各ONUから受信された帯域予約制御メッセージに基づいて、MEMS*4光スイッチが制御され、各波長信号について、パケット伝送と光パス伝送を切り替え、サービスの切り替えが可能であることを確認しました。

光基幹網も含めた光パケット・光パス統合を目指して

光アクセス網でパケット伝送による帯域共有サービスとパス伝送による帯域保証サービスを両方提供するアーキテクチャ設計および原理確認実験を先行して行いましたが、現在は、光基幹網において、パケット交換とパス交換を共通光ネットワーク基盤および統一制御インターフェースのもとで実現する研究開発に取り組んでいます。アーキテクチャ設計から、ノードプロトタイプ実装、制御システム開発等を行い、実験ネットワークを用いた諸特性評価も行っています。今後、我々の研究成果をより実用的なものにすべく、装置規模の拡充や、制御プロトコルの高機能化、ハードウェアの更なる共通化等を図っていきます。