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フォトニックトランスポートネットワーク アーキテクチャと制御管理技術
フォトニックトランスポートネットワーク フォトニックネットワークの最新技術動向 ネットワークアーキテクチャ GMPLS フォトニックトランスポートネットワーク アーキテクチャと制御管理技術 じ ん の アクセスネットワークで集約したユーザトラヒックを目的地まで転送す るためのネットワークが，フォトニックトランスポートネットワークです． 我々が重要と考えるフォトニックトランスポートネットワーク技術の方向 性として， 「ポイント・ツー・ポイント伝送システムからリング・メッシ ュネットワークへ」 「電気再生中継器を削減して光信号のまま転送するト ランスペアレント領域を拡大」 「集中管理・集中制御から，集中管理・分 いまじゅく わたる 神野 正彦 /今宿 亙 さめじま まさひこ やすのり た か ら ひでひこ 鮫島 康則 /高良 秀彦 ひ ら の 平野 や ま だ あきら ま つ だ かずひろ 章 /松田 和博 かずひさ 山田 一久 NTT未来ねっと研究所 散制御へ」 「ICTリソースの連携」を紹介します． フォトニックトランスポートネットワー トワークが切断されても，速やかに故 クは，ギガビットを超える超大容量の 障区間を特定し，トラヒックを迂回経 波長パスを，トラヒック需要に即応し 路に切り替える機能を備える必要があ て迅速に提供することが求められます． ります．さらに，団塊世代の大量退職 ワークの役割は，アクセスネットワー また，ICTが社会インフラとして浸透 や少子化による労働人口の減少を見据 クを介して到着したユーザトラヒック し，社会生活のライフライン，企業の え，自動化による遠隔操作を進め，オ を，同一の目的地域ごとに集約して１ ビジネス活動の根幹となっていること， ペレーションコストを削減していくこと 本の波長パスに収容し，波長多重伝送 フォトニックトランスポートネットワー も重要です（図１）． 技術や光クロスコネクト技術を利用し クは集約された大容量トラヒックを運 このような要求条件を満足するため て，目的地域まで転送することです． んでいることから，いったんネットワー には，ユーザトラヒックが物理的に流 ブロードバンド環境の整備など最近の クが故障するとその影響は従来に増し れるデータプレーン（Dプレーン）だけ 環境変化によって，フォトニックトラ て深刻です．したがって，災害等でネッ でなく，ネットワークを制御するコン 今後のフォトニックトランスポート ネットワークの要件 フォトニックトランスポートネット ンスポートネットワークに求められる性 能や機能は，ますます高度になってき ています（1）．この項ではまず，フォト 取り巻く環境変化 フォトニックトランスポート ネットワークに求められる要件 ニックネットワークに求められる要件 について説明します． ブロードバンドのアクセス環境がビ ジネスユースのみならず，一般家庭ま で普及するとともに，企業におけるICT ブロードバンド環境 の浸透 超大容量パスの提供 多様な大容量サービ スの出現（需要予測 困難） 迅速な波長パス設定 （Just-In-Time） ICTの社会インフラ 化（ライフライン・ ビジネス根幹） 高可用性（一層の高信頼 化・多様な信頼性クラス の提供・高速かつ自律的 な故障復旧） 利用の大幅な拡大，動画像系に代表 される新サービスの相次ぐ出現により， ルータやスイッチの間の回線には，ギ ガビット毎秒を優に超える容量が必要 になってきています．これらの新サービ スは需要の長期的な予測が難しく，ま たいったん始まると需要が急速に拡大 するという特徴があります．このため， 20 NTT技術ジャーナル 2007.10 労働人口の減少 オペレータによる遠隔操 作・自動化（オペレーショ ンコストの削減） 図１ フォトニックトランスポートネットワークの要件 ブロードバンド性の追求 アジリティの追求 特 集 （1） トロールプレーン（Cプレーン），ネッ トワークへと発展しました トワークを管理するマネジメントプレー バックボーンネットワークは，複数の 前述の電気再生中継器は，長距離 ン（Mプレーン）を含めたネットワー WDMポイント・ツー・ポイントシス 伝送中に累積する雑音や波形歪により ク全体を最適にデザインすることが必 テムを，電気再生中継器（3R中継器） 劣化した光信号をデジタル再生するた 須となります． を介して波長ごとに手動で接続するこ めに用いられますが，波長ごとに必要 とで構築されていますが，今後，接続 なことから，装置コストや設置スペー 点に，多方路（３以上）切替機能を スの大きな割合を占め，またパス需要 有 する光 ノード， O X C （ O p t i c a l が発生するたびに，現地で人手による ランスポートネットワークのアーキテク Cross Connect）を導入することで， 設置作業が必要です．したがって，電 チャ上の４つの方向性を図 ２ に示し ポイント・ツー・ポイントからメッシュ 気再生中継を介さず，光信号のままで ます． 状の面的に広がりのあるバックボーン 転送されるネットワークを実現できれ ネットワークに展開されていくと考え ば，パスの始点から終点までの全区間 られます． にわたって，遠隔操作による迅速な波 ネットワークアーキテクチャ 我々が重要と考えるフォトニックト （1） メッシュネットワーク化 波長の異なる複数の光信号を１本の ．現在， （2） トランスペアレント領域の拡大 ファイバに光領域で多重化して送る波 これによって，OXCを遠隔操作する 長パスの設定が可能になり，サービス 長多重（WDM: Wavelength Divi- ことで，ネットワークの共有波長リソー リードタイムの短縮とオペレーションコ sion Multiplexing） 伝 送 技 術 は ， スから必要な波長リソースを接続して， ストの削減が可能になります．また， まず２地点間を結ぶ WDMポイント・ 必要な地点間に迅速に波長パスを設定 大幅な装置経済化，省スペース化，省 ツー・ポイントシステムに導入され，つ することが可能になります．また災害 電力化など，大きな効果が期待できま いで光スイッチを備えた光ノードをリ や事故等により光ファイバが切断され す．このようなネットワークは，「透明」 ング状 に配 置 したメトロエリアの た場合にも，予備波長リソースを使っ という意味で，「トランスペアレント」 ROADM（ Reconfigurable Optical て，迂回経路にすばやく切り替えるこ ネットワークと呼ばれます．トランスペ Add/Drop Multiplexer）リングネッ とが可能になります． アレントネットワークは，メトロエリア サーバ ストレージ CPU センサ サーバ ストレージ CPU センサ ④ ICTリソース の連携 連携インタフェース 集中管理 集中制御 ③ 集中管理・ 分散制御 トランスペア レント領域 リング網 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R ポイント・ツー・ポイント 集中管理 トランスペア レント領域 ② トランスペア レント領域の 拡大 分散制御 ① メッシュ化 リング網 メッシュ網 図２ フォトニックトランスポートネットワークの４つの方向性 NTT技術ジャーナル 2007.10 21 フォトニックネットワークの最新技術動向 （4）,（5） の ドコンピューティング技術」が注目を て実現されていますが，今後は電気再 研究開発を推進するとともに，標準化 集めています．また，高精細動画像な 生中継なしで転送可能なオプティカル へ貢献してきました．IETF（Internet ど帯域や遅延特性などに敏感なハイエ リーチを1 000 kｍ∼2 000 kｍに伸ば Engineering Task Force） で は ンド・アプリケーションが次々に出現 すとともに，適用可能なネットワーク GMPLS技術の３つの主要プロトコル， しています．従来，コンピューティン トポロジをリングからメッシュに拡張し ルーチング・シグナリング・リンク管 グリソースやアプリケーションとネット ていくことが重要となります．このた 理 プロトコルの標 準 化 が， I T U - T ワークは，固定的な接続関係で結ば （ International Telecommunica- れ，また品質保証も必ずしも十分では ではROADMリングネットワークとし めには，超長距離伝送 損失OXC （2） や広帯域低 （3） の研究開発を進めること （Generalized MPLS）技術 tion Union-Telecommunication ありませんでした．今後は，コンピュー に加えて，これまでの伝送システムと sector）においては，シグナリングを ティングリソース間を必要な期間だけ， 同等の保守運用性を確保するための， 利用して自律的にパスの設定を行う光 必要な帯域とトポロジで結ぶ，あるい トランスペアレントメッシュネットワー ネットワークA S O N （ A u t o m a t i c はアプリケーションの状況に応じて帯 ク監視制御技術を確立していくことが Switched Optical Network） の 標 域や品質を適応させるなど，ネットワー 必須となります． 準化が，それぞれ完了しています． クとの連携を密にした高付加価値サー （3） 集中管理と分散制御 なお，IPベースの制御信号をDプレー ビスの創出が求められます． 現状の伝送系システムは，キャリア ン上で処理できないレイヤ１ノードも 次項からは，以上のアーキテクチャ によるサービスの提供を前提に，設定 あることから，CプレーンはDプレーン 上の方向性の中で，特にフォトニック するパスとパスを構成する設備の「管 と物 理 的 に分 離 して構 築 されます． ネットワークの制御と管理，ならびに 理」，パスの設定ならびに削除，切替 GMPLS技術を導入したフォトニック コンピューティングリソースとの連携に といった「制御」は，いずれも網管理 トランスポートネットワークでは，オペ ついて，詳しく説明します． システム（NMS: Network Manage- レータによるパス・設備の集中管理の ment System）にて集中的に実施さ 利点と，トポロジ情報やネットワーク れ，CプレーンとMプレーンの明確な リソースのリアルタイム収集，パス設 図 ３ は，GMPLS技術を導入した 区別はありませんでした．これに対し， 定の自動化，故障時の自律的な迂回 フォトニックトランスポートネットワー IP系システムは，複数の管理ドメイン 経路計算・パス切替などの分散制御の クにおけるMプレーンとCプレーン，D をまたがったグローバルなリーチャビリ 利点を組み合わせることで，高度の運 プレーンの連携モデルとその利点にに ティやサバイバビリティの確保が優先 用性と迅速性，信頼性を両立できる ついて説明した図です． されるため，トポロジ情報の収集や経 ものと期待されます． 路の計算などが自律分散的に行われま さらに，GMPLSを用いることで， ネットワーク制御管理技術 まず，各OXCはリンク管理プロトコ ルにより，互いの隣接関係やリンク状 す．なお，制御信号を転送するCプレー IPレイヤとTDMレイヤ，波長レイヤ 態を自動認識し，NMSに通知します ンは，主信号を転送するDプレーンと を同一のフレームワークで統合して運 （図３①）．これにより，NMSでは随 同一のネットワーク上に構築されてい 用制御することが可能になります．こ 時 最 新 のネットワークリソース状 態 ます．一方，IP系システムの運用高度 のような光I P ネットワーキング技術 （マルチレイヤ環境では各レイヤのパス 化を目的に，LSP（Label Switched については，本誌2007年１月号の特 の収容関係）を把握することができま Path）と呼ばれるパスの概念を導入し 集『光IPネットワーキング技術の展望 す．パス設定時には，NMSにてパスを た MPLS（ Multi Protocol label と最新動向』で詳しく紹介されていま 定義（パス始点・パス終点，パスの冗 Switching）技術が開発されました． す NTT研究所では，このMPLS技術を， パケット系のパスの制御だけでなく波 （6） ∼ （9） ． （4） ICTリソース連携 近年，複数のサーバ，ストレージ， 長クラスなど）し，パス始点のOXC （A）に対してパス設定指示を送信し ます（図３②）．パス設定時の経路計 長 パ ス や TDM（ Time Division CPU，計測器，ディスプレイ等のコン 算については，NMSで集中的に実施 Multiplexing）パスの制御にも適用 ピューティングリソースを連携させて１ するモデルとパス端のOXCで自律分散 可 能 なように拡 張 したG M P L S つのサービスとして提供する「グリッ 的に実施するモデルの２つが考えられ 22 NTT技術ジャーナル 2007.10 特 集 （8） ．パス始点のOXC（A）はCプ よって装置側に分散的に実装すること 直ちにあらかじめ計算しておいた予備 レーンを使って，パス経路上のOXC で，「セルフインベントリ，オートディ 経路（AIJED，BIJC）へ切り替えら （B） ， （C）に向かってOXCのコネクショ スカバリ機能の提供」「NMSカスタム れます（図４では予備経路を，経路重 ン設定のシグナリングを創出し（図３ 開発コスト低減」「パス設定業務の自 複がない他のパスH-F，G-Fと共有す ③），パス設定完了後，パス設定状態 動化」「激甚災害時等の大規模故障時 ることで予備リソースを節約する場合 をNMSに通知します（図３④）．パス においても高速の自律的な故障復旧が を記載しています） ． や設備の状態管理や検索などの機能は 可能」といったメリットを提供するこ 多重故障等により迂回した経路にも 従来どおり，NMSにて提供されます． とができます．CプレーンとMプレーン 故 障 が発 生 した場 合 は， 始 点 O X C 一方，光ファイバ断などの故障発生 が連携動作することで，NMSでは常 （A） ， （B） は利用可能な空き波長リソー 時には，パス始点のOXC（A）が故障 に最新のネットワーク状態を把握する スから第３の迂回経路をそれぞれ自律 検出後直ちに，自律的に迂回経路を ことが可能です． 分散的に探索します．この際，運用 ます 図４で，多重故障発生時にも，運 ポリシーに応じて多彩な救済方式が選 グを発出し（図３⑦），切替完了後， 用ポリシーに応じて柔軟に故障復旧す 択可能です．例えば，重要パスA-Dを 迂回パスの状態をNMSに通知します ることを可能とする技術について紹介 優先的に救済する（図４（b）） ，あるいは （図３⑧）．なお，運用ポリシーによっ します．図４（a）は単一故障時の復旧 それぞれのパスの帯域を絞って（波長 ては，迂回経路の適否と切替の可否を 動作を示しています．青実線と赤実線 パスの場合は波長数，TDMパスの場 オペレータに確認する手順が踏まれま で示した２つのパス，A-DとB-Cは， 合は帯域） ，どちらのパスのコネクティ す（図３⑥）． 区間B-Cに故障が発生すると，それぞ ビティも確保する（図４（c））などのポ れのパスの始点OXC（A），（B）から リシーが考えられます． 計算して，迂回パス設定のシグナリン このように，従来NMSが担ってき た制御機能を，G M P L S 標準技術に の自律分散的なシグナリングにより， NMS Mプレーン： ・パス指定（始点・終点， 冗長など） ・経路計算 ・始点OXCにパス設定指示 ・パス管理 ② ④ ③ GMPLS 利点３：パス設定業 務の自動化→迅速な パス設定 利点１：セルフインベントリ，オートディ スカバリ機能の提供→設備情報自動収集 利点２：制御と管理の分離により，標準化 技術で制御機能をNEに実装→NMSカスタ ム開発コスト低減・相互接続性確保 ① ① ① OXC （A） ③ GMPLS ③ OXC （B） GMPLS ③ OXC （C） （a） パス設定時 Cプレーン： ・トポロジ・リソース情報リアル タイム収集とNMSへの通知① ・経路計算 ・パス設定シグナリング③ ・パス状態をNMSへ通知④ NMS ⑥, ⑧ ⑤ GMPLS 利点４：自律的な経路計 算・シグナリングによ り迂回救済の提供→高 速な故障復旧が可能 OXC （A） ⑦ ⑦ GMPLS ⑦ OXC （B） GMPLS ⑦ OXC （C） Dプレーン： ・パス端のOXCが自律分散的に迂 回経路を計算（プロテクション， 事前予約リストレーションの場 合は，経路計算不要）⑤ ・ （迂回経路切替OKか，オペレー タに問合せ）⑥ ・パス端のOXCがパス切替シグナ リング⑦ ・パス状態をNMSへ通知⑧ （b） 故障復旧時 図３ 管理プレーンと制御プレーンの連携動作とメリット NTT技術ジャーナル 2007.10 23 フォトニックネットワークの最新技術動向 ICTリソースの連携技術 フォトニックトランスポートネット 能性が出てきました．このような技術 Service-Web Service Interface） は「ラムダグリッド」と呼ばれていま を策定し，2006年９月，これを使っ ． す（図５（b）） た日米間にまたがるITCリソース連携 ワークのメッシュ網化，トランスペア ラムダグリッド技術に基づくネット 実験に成功しました．また，イリノイ レント化，GMPLS制御による敏捷性 ワークサービスが広く商用に供される 大学シカゴ校と協力して，同校が開発 向上により，ネットワークオペレータ ためには，コンピューティングリソース した大規模動画像描画アプリケーショ は遠隔操作により，ネットワーク全体 を 管 理 す る GRS（ Grid Resource ン （ SAGE the Scalable Adaptive の波長リソースプールから必要なリ Scheduler）とネットワークリソース Graphics Environment）とフォト ソースを利用して，任意の地点間に素 を管 理 するN R M （ N e t w o r k ニックネットワークの連携実験を実施 早く波長パスを設定することができま Resource Manager）の連携の枠組み し，有効性を確認しました す．これは，ネットワークの仮想化技 を規定し，ネットワークリソース予約 （a））． 術ととらえることができます（図５ のためのインタフェースを策定，普及 近年，サーバ，ストレージ，CPU，計 させていくことが重要です．このため， 測器，ディスプレイ等の仮想化技術が NTT研究所では，産業技術総合研究 ワーク技術は，メッシュ化，トランス 進展しており，ネットワークの仮想化 所グリッド研究センター，情報通信研 ペアレント化，インテリジェント化，コ と連携させることで，これらのI CTリ 究 機 構 ， K D D I 研 究 所 と連 携 して， ンピューティングリソースとの密連携 （11） ． 今後の展開 フォトニックトランスポートネット （10） ソース間を必要な期間だけ必要なトポ G-lambdaプロジェクト ロジで接続し，１つの仮想的なサービ います．プロジェクトでは，汎用的な キャリアネットワークの革新のみなら スとして提供するなど，新たな高付加 Web Service技術に基づくインタフェー ず， インターネットエクスチェンジ 価値のネットワークサービス創出の可 ス 規 定 GNS-WSI（ Grid Network （IX: Internet eXchange）の光化に B-CパスもA-Dパス も，直ちに事前予約 予備経路へ切替 を推進して の方向で発展していくものと期待され， B to C（I-J区間を予備共有） 1 B C D E A to D（A-I-J-E 区間を予備共有） H to E（A-I-J-E 区間を予備共有） A I J H G F G to F（I-J区間を予備共有） （a） 単一故障時の動作 多重故障の場合は， 高優先のA-Dパスに B 先に空きリソースを 探索して救済 B to C（低優先） 1 C D A to D （高優先） 多重故障の場合は， A-Dパス，B-Cパス B の帯域を絞ってい ずれも救済 2 I J H G F E C D A to D A I J H G F G to F E （c） 多重故障時の動作 公平制御（ポリシーB） 図４ ポリシーベース適応型リストレーション NTT技術ジャーナル 2007.10 1 2 A （b） 多重故障時の動作 優先制御（ポリシーA） 24 B to C 特 集 Mプレーン Cプレーン Z Z ネットワーク リソースの仮想化 （自在にコネクティ ビティを提供） ネットワーク 仮想化 A A （a） ネットワークリソースの仮想化 Network Resource Manager Web Serviceベースの インタフェース（GNS-WSI） Grid Resource Scheduler ICTリソースを必要な期間 だけ確保して，１つの仮想 的なサービスとして提供 ネットワーク リソースの仮想化 （OXC/GMPLS技術） フォトニック トランスポート ネットワーク コンピューティング リソースの仮想化 （グリッドコンピュー ティング技術） サーバ ストレージ CPU センサ （b） ネットワークリソースとコンピューティングリソースの連携 図５ グリッド技術利用による他のITCリソースとの連携 よる大容量化・高信頼化・フレキシブ ル化にも大いに貢献するものと期待さ れます．今後，NMSとの高度連携技 術，高度な故障救済技術，トランス ペアレントネットワーク対 応 技 術 ， TDMやパケットスイッチとの統合制御 技術などの確立を目指して，研究開発 を進めていきます． ■参考文献 （1） 日比野・坪川・神野・高田・宮本：“最新フォ トニックネットワーク技術の概要，”NTT技 術ジャーナル，Vol.19，No.10，pp.8-13，2007． （2） 宮本・佐野・増田・吉田：“10 Tbit/sを超え る超大容量フォトニックトランスポート技 術，”NTT技術ジャーナル，Vol.19，No.10， pp.30-34，2007． （3） 高田・高橋・社家：“フォトニックノード技 術，”NTT技術ジャーナル，Vol.19，No.10， pp.26-29，2007． （4） 佐藤・滝川・古賀：“次世代ブロードバンド IP網を実現するフォトニックMPLSルータ，” NTT R&D，Vol.50，No.10，pp.738-749，2001． （5） 島野・高橋・古賀・滝川：“次世代ネットワー ク構築に向けたフォトニックネットワーク技 術の高度化，”NTT R&D，Vol.52，No.3， pp.173-181，2003． （6） 塩本・井上・松崎・大木：“IPオプティカル ネットワーキング技術，”NTT技術ジャーナ ル，Vol.19，No.1，pp.8-12，2007． （7） 小島・清水・井上・塩本：“マルチレイヤサー ビスネットワークアーキテクチャとその実現 方式，”NTT技術ジャーナル，Vol.19，No.1， pp. 13-17，2007． （8） 大木・島崎・松崎・井上・塩本：“IPオプティ カルネットワークにおける光IP連携サーバに よるマルチレイヤトラヒックエンジニアリン グ，”NTT技術ジャーナル，Vol.19，No.1， pp.18-21，2007． （9） 武田・松崎・井上・塩本：“L1VPN――サー ビスコンセプトと実現技術，”NTT技術ジャー ナル，Vol.19，No.1，pp.22-26，2007． （10）http://www.g-lambda.net/ （11）築島・平野・神野：“アプリケーションと連 動したフォトニックネットワークの自律制御 技術の北米フィールドトライアル，”NTT技 術ジャーナル，Vol.19，No.2，pp.51-54，2007． （左から）松田 和博/ 平野 章/ 神野 正彦/ 山田 一久/ 鮫島 康則/ 高良 秀彦/ 今宿 亙 フォトニックトランスポートネットワー ク技術は，将来の超大容量でフレキシブル なバックボーンネットワークを経済的に構 築するうえで要となる技術です．光のポテ ンシャルを最大限まで引き出すためには，D プレーンから，Cプレーン，Mプレーンまで 含めたフォトニックトランスポートネット ワークのアーキテクチャ最適化と制御技術 の高度化が，ますます重要になってきます． 今後も世界を牽引する技術の研究開発に取 り組んでいきます． ◆問い合わせ先 NTT未来ねっと研究所 フォトニックトランスポートネットワーク研究部 ネットワーキング方式研究グループ TEL 046-859-3107 FAX 046-859-5541 E-mail [email protected] NTT技術ジャーナル 2007.10 25