多様化するサービスに向けたアクセスシステム技術

FTTH
つくばフォーラム2015　ワークショップ
光アクセスシステム技術
アクセスサービス
多様化するサービスに向けたアクセスシステム技術
ふじもと
ゆきひろ
藤本 幸洋
NTTアクセスサービスシステム研究所　プロジェクトマネージャ
NTTアクセスサ ービ スシ ステム 研 究 所 で は，FTTH（Fiber To The
Home）サービス提供のためのアクセスシステム技術の研究開発に取り組
んできました．本稿では，商用展開されてすでに20年近く経過している
FTTHのシステムの技術的特徴，および対象としてきたサービスを振り返
ります．また，多様化するサービスに向けたアクセスシステム技術の研
究開発の方向性について述べます．
の通信系サービスは，電話系に限られ
までになりました．
この大きな理由は，
ていたためFTTHシステムも16 Mbit/s
LANにおける高速化技術が市中技術
程度の低速なものでした．しかし，
として安価に利用可能となり，また，
WDMによる光信号の多重とPON構成
それまで比較的独自仕様であったイン
によるアクセスサービスの提供は，現
タフェース条件がIEEE802やITU-T
インターネットアクセスの普及に伴い
在のFTTHでも用いられている技術で
（International Telecommunication
拡大展開し，現在日本全体で2600万
す（図 1 ）
．
Union-Telecommunication
ユーザ以上が利用する通信インフラと
■ブロードバンドアクセスとして
Standardization Sector）の標準化規
アクセスサービスとシステム技術
の変遷
■商用初期のFTTH
FTTH（Fiber To The Home）は，
しての地位を築きました．日本におけ
のFTTH
格により規定され，数多くのデバイス
るFTTHは1997年に商用導入が開始
2000年を境にアクセスサービスに
等が利用可能になったことも挙げられ
され，提供されるサービスやシステム
大きな変化が起きました．従来の電話
ます（4）．さらに，サービスをインター
技術もこの約20年の間大きく変わっ
系のサービスからインターネットアク
ネットアクセスと限定することで，複
たものもあります．
セスへの変化です．2000年初頭，前
雑な電話系インタフェースの装置への
初期のFTTHは，アナログ ・ ISDN
述のSTM-PONを用い最大10 Mbit/s
実装を省くことにより大幅なシステム
電話系通信とアナログ多チャネル映像
の帯域を利用できるシステムの開発 ・
の簡略化もでき，システムコストの大
配信サービスを提供していました．当
導入も行いましたが，ADSLに代表さ
幅な低減も可能となりました．
時のアクセスシステムは，電話系サー
れる高速メタリック通信との速度的差
FTTHによるブロードバンドアクセ
ビスのためのシステム（STM-PON:
別化を図るためにもFTTHシステムの
スの本格的な展開が進むと，提供サー
Synchronous Transfer Mode-Passive
高速化が求められました．そこで，
ビス拡張への対応（NGN，マルチキャ
Optical Network）と映像配信サービ
2002年にATM-PONをベースにデー
スト，BS/CS信号）
，大量開通の稼働
ス の た め の シ ス テ ム（SCM-PON:
タ通信のみに特化させ開発した
削減への対応（DYI化，ONU一体化）
，
（2）
Sub-Carrier Multiplexing-PON）によ
B-PON（Broadband-PON） ，さら
提供エリア拡大に向けた対応（長延
り構成され，波長多重技術（WDM:
に，2004年にイーサネット技術をベー
化）
，ECO化（省電力化）などのシス
Wavelength Division Multiplexing）
ス に 開 発 さ れ たGE-PON（Gigabit
テム機能追加と改善へと研究開発の対
を用い同一の光ファイバ上で 2 つの
（3）
Ethernet-PON） の 導 入 を 行 い ま し
象は移り，システムの成熟度を上げる
サービスを提供していました ．アク
た．この間，アクセスシステムは，
技術開発を中心に現在まで行われてき
セスネットワークは，光スプリッタを
2000年初頭の10数Mbit/sの速度から
ました．これら技術開発は，現在約
用いた32分岐のPON構成です．当時
数年で 1 Gbit/sの速度をサポートする
1900万ユーザにサービスを安定的に
（1）
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NTT技術ジャーナル　2016.2
特
集
設備センタ
光スプリッタ
32分岐
お客さま宅
ONU
電話
STMONU
映像
VONU
1.3 μm
WDM
WDM
1.55 μm
電話網
STMOLT
1.3 μm
1.55 μm
光波長
映像配信
ヘッドエンド
VOLT
1.3 μm
1.55 μm
STM-PON: STM-OLTとSTM-ONUにより構成
SCM-PON: V-OLTとV-ONUにより構成
ONU: Optical Network Unit
OLT: Optical Line Terminal
図 1 商用初期のFTTHシステム構成
提供する通信インフラとしての役割を
支えています（図 2 ）
．
（百万）
アクセスシステム技術開発の現在
ユーザ数
の取り組み
■トラフィック増加に向けた技術
FTTHの本格展開から今日に至るま
で，ブロードバンドトラフィックの伸
びは過去10年間で14倍となっていま
す（図 3 ）
．この傾向は高精細映像な
40
30
CATV
20
DSL
10
FTTH
0
02/03
す．一方，移動体通信のトラフィック
は，スマートフォンなどの普及に伴い
05/03
▲B-PON ▲GE-PON
通信系
FTTHシステム
どのリッチコンテンツの普及に伴い今
後も増加することが容易に予想されま
03/09
映像配信系
FTTHシステム
06/09
08/03
09/09
11/03
12/09
14/03
▲NGN対応（ONU＋HGW一体化）
▲PON Multicast 対応
▲DYI化
▲V-ONU経済化
▲省電力化
▲長延化（37 dB）
▲V系広帯域化（BS/CS110°対応）
▲GV系一体化
図 2 ブロードバンドアクセスの伸びとFTTHシステム技術開発
ここ数年，毎年50％以上の大きな伸び
をみせており，移動体ネットワークの
バックボーンの帯域増強は大きな課題
動体通信のトラフィックの伸びに対応
さ れ て お り，IEEE802， お よ び
です．現在の光アクセスネットワーク
したアクセスシステムの高速化が必要
ITU-Tにおいても規格化されていま
は，移動体基地局のバックボーンとし
な技術の 1 つであることはいうまで
す（5）．しかし，爆発的なトラフィック
ても利用されており，バックボーンの
もありません．アクセスシステムの高
の伸びと，高速光アクセスシステムの
帯域増強への対応が求められます．こ
速化は，現在，10 Gbit/sの速度を伝
適用先の多様化を考慮した場合，より
のようにブロードバンドアクセスと移
送するPONシステムが技術的に確立
柔軟な運用を可能とするシステムが求
NTT技術ジャーナル　2016.2
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つくばフォーラム2015　ワークショップ
TDM-PONを 4 波多重することによ
せることにより，PONとは独立した
り最大40 Gbit/sのPONとして運用す
占有型の通信の多重も可能となりま
複数のTDM-PONをWDMにより同一
る こ と が で き ま す． ま た， 任 意 の
す．このような柔軟性は，同一のアク
PON上に複数多重化するシステムで
OSU（Optical Subscriber Unit） の
セスネットワークで一般向けサービス
す（図 4 ）
．この仕様は，現在，ITU-T
通信波長をONUへ動的に割り当てる
とビジネス向け，モバイル向けアクセ
に お い てNG（Next Generation）
-
ことにより，柔軟な速度設定や故障時
スサービスを同時に提供することを可
PON2として規格化が進められていま
の変更等が可能となります．また，ポ
能にすると考えられます（図 4 ）
．
す．それぞれのTDM-PONは2.5〜10
イント ・ ツー ・ ポイント（P2P）型の
■モバイルフロントホール利用に
Gbit/sの 速 度 の も の が 用 意 さ れ，
通信波長を同時にWDMオーバレイさ
め ら れ ま す．WDM/TDM（Time
（6）
Division Multiplexing）-PON
は，
向けた技術
モバイルフロントホール（MFH:
Mobile Front-Haul）は，基地局とな
（Gbit/s）
＊1
るBBU（Base Band Unit）
とアンテ
4000
＊2
ナとなるRRH（Remote Radio Head）
3500
トラフィック
ブロードバンド
総トラフィック
（ダウンロード）
3000
2500
2000
が離れて設置される場合のリンク区間
を指します．MFHでは無線の信号を
光デジタル信号へ変換するにあたり，
約14倍
CPRI（Common Public Radio
1500
Interface）に準拠したインタフェー
移動通信
総トラフィック
（ダウンロード）
1000
500
0
37.5％
スを用います．CPRIは無線電波をそ
50.9％
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
図 3 インターネット・モバイルトラフィックの増加
のままデジタル化するため，通常無線
＊1 BBU：デジタル信号処理，バックボーン
ネットワークとの接続等を行います．
＊2 RRH：無線信号と光信号の変換等を行い
ます．
OSU # 1
一般向けアクセス
OSU # 2
TDM-PON：2.5 ∼10 Gbit/s ／波
WDM： 4 ∼ 8 波長
ビジネス向けアクセス
OSU # 3
コア
ネットワーク
OSU # 4
WDM # 1
λ1
モバイル向けアクセス
波長
時間
WDM #n
WDM/TDM-PON
最大40 Gbit/sのPONとして利用
λ4
帯域占有
帯域占有
P2P WDMオーバレイ
速度無依存の占有型通信として利用
図 4 WDM/TDM-PONの構成
76
NTT技術ジャーナル　2016.2
移動体
ネットワーク
特
集
の伝送速度の16倍以上の帯域が必要
として定義し，従来のCPRIと比較し
さかんに行われており，新しいサービ
となります．したがって，光伝送シス
て90％以上の帯域削減が可能となる
スやビジネスがすでに創出されつつあ
テムによるCPRIの伝送には，非常に
ようにします．これにより高速化する
ります．現在自動運転の研究が多方面
高速なシステムが求められます．
今後，
移動体基地局に対し，経済的なMFH
で行われていますが，仮に日本国内の
移動体通信は現在のLTEやLTE-Aか
のシステム化の実現が期待されます．
自動車がネットワークに接続されると
ら，10 Gbit/sをサポートする5Gへと
例えば，将来の5GのMFHであっても，
8000万台の「端末」が新たに生まれ
移行するにあたり，CPRIのままでは
商用のLANなどで用いられている
ることになります．また，2020年ま
アクセス区間に100 Gbit/sを超えるシ
10 Gbit/sの光インタフェースが利用
でに世界中で約500億個以上のセンサ
ステムをMFH投入しなければならず，
できるため，現在安価に入手可能な商
などのデバイスが「端末」化されネッ
経済的なRRHの展開のハードルとな
用技術を用いたシステム化が可能とな
トワークに接続されるといった予測も
ることが予想されます（図 ₅ ）
．そこ
ります．さらに，MFHをPONへ収容
出され，それでも全体の数％にも満た
で，将来の移動体通信の高速化に対応
する形態も可能となり，さらなる経済
ないといわれています．このような莫
した経済的なMFHを実現するために，
化と効率的運用も期待できます．
大な数のデバイス ・ 端末がネットワー
従来のBBUの物理層の機能構成を見
クに接続される世界では，アクセス
次の研究 ･ 技術開発領域に向けて
直し，よりデータレートに近い速度の
ネットワークの構成もこれまで構築さ
■新たなサービスとネットワーク
信号を光信号として伝送する技術を開
（7）
れてきたFTTHとは大きく変わる可能
性があると考えられます．例えば，
発しています ．具体的には，基地局
これまでの人と人を中心とした通信
の各機能構成を分解し，現在のCPRI
に加え，この数年，M2M（Machine to
M2Mにおけるアーキテクチャの中で
で行われている基地局間の密な協調が
Machine）やIoT（Internet of Things）
定義されているM2Mエリアネットワー
可能であり，かつ，帯域幅を大幅に削
といったモノとモノ，人とモノをネッ
クや基幹ネットワークは，これまでの
減可能な部分を新たなインタフェース
トワークでつなぐことに関する議論が
アクセス ・ 中継といった区切りとは異
物理層分割伝送
現行のMFH構成
BBU
BBU
（bit/s）
上位層
100 Gbit/s超
光伝送
帯域削減
CPRI
100 G
MAC層
（10分の 1 程度へ）
伝送速度
無線レートの16倍以上
10 G
1G
100 M
機能配備変更に
より，無線デー
タレートに近い
速度の信号を光
伝送する
3.9 G
3.9 G
（LTE）
2010
5G
MFH
（CPRI）
Mobile
RRH
4 G（LTEAdvanced）
2020
MAC層
物理層
の一部
物理層
LTE-A
LTE
225 Mbit/s
150 Mbit/s
LTE
4G
LTE 100 Mbit/s
75 Mbit/s
上位層
RRH
物理層
の一部
無線
送受信
無線
送受信
5G
端末
端末
図 5 モバイルフロントホールの帯域削減
NTT技術ジャーナル　2016.2
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つくばフォーラム2015　ワークショップ
点での技術開発，さらに，これまでの
M2Mアプリケーション
有線（FTTHなど）
無線（ 3 G, LTE, WiMAX, 5 Gなど）
M2Mプラットフォーム
M2Mゲートウエイ
10年以上使われる
共通インフラ
IEEE802.11, .15.xなど
M2Mエリアネットワーク
M2Mデバイス
デバイス・利用に応じた
エリアネット
M2Mデバイス
図 6 M2Mの機能アーキテクチャ例
なるものかもしれません．また，適用
様に，PONを構成する個々の技術を
されるネットワーク技術に関しても，
「部品」としてみなし他の分野への応
1 つに集約できるものでもないよう
用（光信号の衝突回避制御が物流の制
です（図 6 ）
．さらに，モノが送受信
御に利用できる等）も十分考えられる
する情報の特性がどのようなものにな
と思います．逆に他分野で利用されて
るのかも多種多様な議論があります．
いる技術を「部品」とみなし，ネット
このように，M2M，IoT時代のネット
ワーク技術の不足する部分への組み込
ワークをどう実現するか，どのような
み も 考 え ら れ ま す． 今 回 の つ く ば
アクセスサービスとして提供できるか
フォーラムでは，
「アクセスシステム
は，非常に大きな研究開発テーマであ
技術」
「オペレーション技術」
「ネット
り，次に向けた新たな領域になると考
ワーク技術」
「基盤技術」として研究
えています．
所で開発されている技術が紹介されて
■部品としての技術の適用
いますが，この技術分類にとらわれな
NTTアクセスサービスシステム研
い「部品」として，何に利用できるか
究所では，現在に至るまでさまざまな
も考えていきたいと思います．同時に
技術を開発してきました．各々の技術
各方面からの意見交換などを通し，新
に関して接近してみると，ネットワー
たな領域でのコラボレーションも積極
ク以外の領域に利用できる技術もある
的に進めたいと考えます．
かもしれません．例えば，光ファイバ
の 損 失 を 測 定 す るOTDR（Optical
多様化するサービスの創出には，こ
ファイバネットワークの故障を探索す
れまで以上に研究開発のテーマの多様
るだけでなく，光ファイバの物理的変
化が必要となります．NTTアクセス
化を観測できるといった特徴を活か
サービスシステム研究所では，高速 ・
し，河川堤防の状態や構造物の歪みな
広帯域化のアクセスシステム技術開発
どの観測にも用いられています ．同
78
NTT技術ジャーナル　2016.2
■参考文献
（1） http://www.ntt.co.jp/RD/OFIS/active/1998pdf/
tn.pdf
（2） http://www.ansl.ntt.co.jp/history/access/
ac0109.html
（3） 落 合 ・ 立 田 ・ 藤 本 ・ 田 中 ・ 吉 原 ・ 太 田 ・ 三
鬼：“Gigabit Ethernet-PON（GE-PON）シス
テムの開発，” NTT技術ジャーナル，Vol.17，
No.3，pp.75-80，2005.
（4） Y. Fujimoto: “Application of Ethernet
Technologies to FTTH Access Systems,”
IEICE Trans. Commun., Vol. E89-B, No.3,
pp.661-667，2006.
（5） 可 児 ・ 鈴 木：“次 世 代10G級PONシ ス テ ム の
標準化動向，” NTT技術ジャーナル，Vol.21，
No.9，pp.90-93，2009.
（6） 浅 香 ・ 可 児：“次 世 代 光 ア ク セ ス シ ス テ ム
（NG-PON2）の標準化動向，” NTT技術ジャー
ナル，Vol.27，No.1，pp.74-77，2015．
（7） 宮本 ・ 桑野 ・ 寺田 ・ 木村：“PONを適用した
将来モバイルフロントホールの光伝送容量に
関する一検討，” 信学技報，Vol.114，No.119，
CS2014-18，pp.7-12，2014.
（8） 藤橋 ・ 宮本 ・ 奥津 ・ 奥津：“光ファイバセン
シング技術を用いた防災分野への取り組み，”
NTT技術ジャーナル，Vol.19，No.9，pp.5256，2007.
今後の展開
Time Domain Reflectometer）は，光
（8）
広い研究開発にチャレンジしていきた
いと思います．
基幹ネットワーク
M2Mデバイス
領域を超えたところでの応用など，幅
に加え，M2M，IoTに向けた新しい視
◆問い合わせ先
NTTアクセスサービスシステム研究所
光アクセスサービスプロジェクト
TEL　046-859-5280
FAX　046-859-5514
E-mail　fujimoto.yukihiro lab.ntt.co.jp