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社団法人 電子情報通信学会
THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,
INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS
信学技報
IEICE Technical Report
[招待講演] OFC/NFOEC 2011 報告
－光ネットワーク関連－
岡本 聡†
†慶應義塾大学 大学院理工学研究科 〒223-8522 神奈川県横浜市港北区日吉 3-14-1
E-mail: †[email protected]
あらまし OFC/NFOEC 2011 における，光ネットワーク関係の一般講演・ポストデッドラインペーパの動向を紹
介する．
キーワード 光ネットワーク，経路計算，PCE，データセンタ
Report on OFC/NFOEC 2011
－Optical Networks－
Satoru OKAMOTO†
†Graduate School of Science and Technology, Keio University 3-14-1 Hiyoshi, Kohoku-ku, Yokohama-shi Kanagawa,
223-8522 Japan
E-mail: †[email protected]
Abstract This paper reports recent activities of optical network technologies discussed in OFC/NFOEC 2011.
Keyword Optical Network，Path Computation，PCE，Datacenter
1. は じ め に
PDP (Post Deadline Paper)と し て 脚 光 を 浴 び て い た が ，
OFC/NFOEC は ， 光 通 信 に 関 す る 最 大 級 の 国 際 会 議
2011 年 に お い て は ，100 Gbps で の 伝 送 は 最 早 商 用 化 済
であり，デバイスからネットワーク，広帯域アプリケ
技術として利用可能という雰囲気に支配されている．
ーションまで講演内容は多岐に渡る．本報告では，筆
2.1. Energy Efficient Networks
者 が TPC (Technical Program Committee) を 務 め た
【 OWI1】Univ. of Windsor, Canada よ り ，顧 客 か ら の
Category 1: Optical Network Applications and Services
パス設定を事前にスケジューリングすることを前提と
を 中 心 と し て ， コ ア ネ ッ ト ワ ー ク 技 術 ， Computercom
して，パスの保持時間が既知な場合のサブ波長パスを
（ デ ー タ セ ン タ 向 け ネ ッ ト ワ ー ク 技 術 ）， PCE (Path
波長パスに収容するグルーミングにおける最適パス収
Computation Element: 経 路 計 算 サ ブ シ ス テ ム ) 技 術 の
容 設 計 を 線 形 計 画 法 (ILP: Integer Liner Programming) を
動向について報告する．なお，ここでとりあげる
用 い て 解 く 手 法 が 提 案 さ れ た ． ILP の 実 行 時 間 に 問 題
“ Optical Network” や “ 光 ネ ッ ト ワ ー ク ” は ， 旧 来 の
が発生しないよう，事前スケジューリング方式への適
SDH/SONET を 指 し 示 す も の で は な く ， OTN (Optical
用 を 考 え て い る [1]．
Transport Network)，AON (All Optical Network：全 光 網 )，
【 OWI2】Univ. of Melbourne, Australia よ り ，IP ル ー
フォトニックネットワークを含む広い意味で使われて
タ ， SDH XC (Cross-Connect)， WDM XC の ビ ッ ト 当 た
いる．
りのスイッチングエネルギーの違いに着目したマルチ
レ イ ヤ ス イ ッ チ ン グ ノ ー ド に 対 す る
2. 技 術 動 向
MLTE
(Multi-Layer Traffic Engineering)が 効 果 的 で あ る こ と が
光ネットワーク関連では，トラヒックの増加にどう
報 告 さ れ た ． MLTE と し て は ， フ ァ イ バ 数 や 波 長 数 と
対応するのかをメインテーマに，
“エネルギー効率の高
いった物理的な網資源に対する最適化がこれまで盛ん
い グ リ ー ン ネ ッ ト ワ ー ク ”，“ 100Gbps 伝 送 対 応 の ネ ッ
に研究されていたが，これまで研究されてきた手法を
ト ワ ー キ ン グ ”，“ フ レ キ シ ブ ル ・ ダ イ ナ ミ ッ ク な （ 全
パラメータをスイッチングエネルギーの最適化に変更
光 ）ネ ッ ト ワ ー キ ン グ ”，デ ー タ セ ン タ 内 部 及 び デ ー タ
す る こ と で 活 用 が 可 能 と な る [2]．
センタ間接続の光ネットワーク技術が議論された ．昨
【 OWI4】Cisco Systems, USA よ り ，3R 中 継 器 と 1R
年 ま で は ， 100 Gbps 伝 送 の フ ィ ー ル ド ト ラ イ ア ル が
中 継 器 で 構 成 さ れ る Translucent 光 ネ ッ ト ワ ー ク を ，同
This article is a technical report without peer review, and its polished and/or extended version may be published elsewhere.
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by IEICE
等 の BER 特 性 を 確 保 し た 条 件 下 で 全 光 2R 中 継 器
Design, UK よ り ，Finisar 社 製 の 市 販 グ リ ッ ド レ ス WSS
(SOA-MZI : Semiconductor Optical Amplified based
(Wavelength Selective Switch) WaveShaper を 利 用 し た
Mach-Zehnder Interferometer)と 1R 中 継 器 で 構 成 す る こ
エラスティックネットワーク構成が提案された ．最低
と に よ っ て ， 40Gbps 波 長 ・ パ ス 長 160 km-3200 km の
ス ペ ク ト ル 帯 域 幅 12.5 GHz で 1 GHz 精 度 の プ ロ グ ラ
場 合 に お い て 70 %以 上 の 消 費 電 力 削 減 が 可 能 と な る
マ ブ ル 帯 域 幅 可 変 WSS を 帯 域 可 変 フ ィ ル タ と し て 利
こ と が 報 告 さ れ た [3]．
用 し ， 3D-MEMS 光 ス イ ッ チ と 組 合 せ て 構 築 し た グ リ
全 体 的 に 最 適 化 問 題 を ILP で 解 く 手 法 が 流 行 （ 特 に
ッ ド レ ス 全 光 XC ノ ー ド を 経 由 し て の 伝 送 実 験 結 果 が
大学）しており，計算時間と最適性のトレードオフに
報 告 さ れ た ． 実 験 で は ， 350 GHz 帯 域 幅 の 170.8 Gbps
対しては，最適性優先の発表が主流となっている．最
RZ 信 号 ， ITU-T グ リ ッ ド よ り 25 GHz オ フ セ ッ ト さ せ
適化を追求するのも大切ではあるが， ダイナミックな
た 42.7 Gbps NRZ 信 号 ×4， 200 GHz 帯 域 幅 内 に 42.7
トラヒック変動に対する追従性が今後の課題としてク
Gbps RZ 信 号 ×3 を 混 在 さ せ ， 任 意 の 波 長 バ ン ド で の
ローズアップされてくるものと考える ．
所 望 の ポ ー ト へ の ス イ ッ チ ン グ を 実 現 し て い た [6]．
【 OMW4】NICT, Japan よ り ，高 効 率 非 線 形 フ ァ イ バ
2.2. コアネットワークと Computercom
【 OMW1 】 Alcatel-Lucent Bell labs, France よ り ，
と４光波混合を組合せて，複数バンドへの信号コピー
“ High performance IT Infrastructure on demand ”を ス ケ
を 実 現 さ せ ，JGN2plus 上 で 全 光 マ ル チ キ ャ ス ト を 実 現
ーラブルかつオンデマンドに実現するために ，データ
したことが報告された．光カプラを用いたマルチキャ
センタ事業者（クラウド事業者）が提供するクラウド
ストと異なり，マルチキャスト＋波長変換機能を実現
コンピューティングと通信キャリアが提供する波長パ
していることに大きな特徴がある ．これまで，光マル
ス サ ー ビ ス と し て の VPN (Virtual Private Network)サ ー
チキャストでは同一波長リソースを大量消費するため
ビ ス を 統 合 し た GSP (Generalized Service Provider)構 想
に ，収 容 効 率 が 低 下 し て し ま う 欠 点 が 存 在 し て い た が ，
が 提 案 さ れ た ． GSP に お い て は ， ク ラ ウ ド 事 業 者 が 提
本技術により欠点解消の道筋が見えてきたと言える
供するデータセンタリソースと ，キャリアが提供する
[7]．
GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching)制
【 NMC1】 AT&T Labs, USA よ り ， (1) デ ー タ レ イ ヤ
御された波長スイッチング網とを連携運用させる
と光ネットワークレイヤの間にはグルーミングレイヤ
CNSM (Cloud Networking Service Manager)を ど の よ う
が 必 須 で あ る こ と ，(2) SONET で は 40 Gbps WDM 伝 送
に標準化を含めて構築していくかが課題であ る．従っ
上 に 提 供 し て い た STS-1 レ ベ ル (50 Mbps)で の グ ル ー
て ， GSP の 実 現 に は 数 年 間 が 必 要 と 考 え ら れ ， 今 後 の
ミ ン グ 機 能 を ， 100Gbps WDM 伝 送 上 で は 1 GbE レ ベ
展 開 が 楽 し み で あ る [4]．
ル (1 Gbps) で の グ ル ー ミ ン グ 機 能 に 展 開 し て い く こ
【 OMW2】Universitat Politècnica de Catalunya, Spain，
と が 要 求 さ れ る こ と 、 (3) OTN が こ の グ ル ー ミ ン グ レ
Athens Information Technology, Greece ， University of
イヤに導入されるべきであること ，が主張された．ま
Essex, UK ， Research Academic Computer Technology
た，ネットワークが転送遅延を自動測定し ，マルチド
Institute, Greece， Telecom ParisTech, France よ り 、 EU
メイン・マルチベンダ・マルチレイヤでの遅延最適化
DICONET テ ス ト ベ ッ ド 上 で GMPLS を 利 用 し た 集 中 制
機 能 ， Zero-touch プ ロ ビ ジ ョ ニ ン グ に よ り ネ ッ ト ワ ー
御型伝送品質考慮光パス動的リストレーション
ク自体をデータベース化することで顧客が転送遅延時
(Dynamic
Network
間指定でのルーティング要求を出すことを可能とする
Restoration)が 報 告 さ れ た ． DICONET 上 に ， 14 ノ ー ド
こと，が次世代サービス提供に不可欠であることが報
23 リ ン ク の テ ス ト ベ ッ ド ネ ッ ト ワ ー ク を 構 築 し ，
告 さ れ た [8]．
Impairment-Aware
All-Optical
FPGA(Xilinx Virtex IV)上 に 構 築 し た 伝 送 品 質 推 定 エ ン
【 NMC5 】 NTT,
Japan
よ り ， multi-degree
ジンを用いて，集中制御ながら高優先パスに対して，
ROADM/ODUXC に お け る 動 的 な サ ー ビ ス 継 続 を 可 能
平 均 1.36 s，低 優 先 パ ス に 対 し て 平 均 4.7 s の リ ス ト レ
と す る in-service ODU パ ス の 収 容 波 長 変 更 手 法 (ILP
ーション時間を実現している．集中制御を採用したの
を 利 用 し て 最 適 化 )が 提 案 さ れ た ． 実 際 に ，1×9 WSS
は，リストレーションにおける低ブロッキング率を実
と 1×43 WSS で カ ラ ー レ ス ROADM を 構 成 し ， 複 数
現するためであり，分散制御に比べて速度的に劣る部
の OTU3 (43 Gbps) に 対 し て 動 的 に ODU2 パ ス (10
分 を FPGA で 構 成 し た 伝 送 品 質 推 定 エ ン ジ ン を ア ク セ
Gbps)の 無 損 失 (bit-loss-less) 収 容 変 更 を 実 現 し た こ と
ラレータとして利用することでカバーしている．集中
が 報 告 さ れ て い た ．動 的 な 収 容 変 更 に よ り ネ ッ ト ワ ー
制御＋アクセラレータということで， スケーラビリテ
ク リ ソ ー ス の 15-20 %削 減 が 可 能 と な る ．発 表 の 目 的
ィ に 対 す る 課 題 を 解 決 す る こ と が 必 要 で あ る [5]．
と し て は ， In-service ODU パ ス 切 替 実 験 に 利 用 し た 1
【 OMW3】 University of Essex, UK， BT innovate &
×43 WSS に 注 目 し て 欲 し い と の コ メ ン ト が あ っ た
[9]．
効ということである．
【 2】 HP, USA か ら は ， 次 世 代 HPC/ク ラ ウ ド シ ス テ
2.3. PCE 技 術
China ， Fiberhome
ム は デ ー タ セ ン タ 内 に お い て 10 万 ～ 100 万 ノ ー ド が ，
Telecommunication Technologies, China よ り ，総 計 1,000
帯 域 250 GBps～ 2,000 GBps を サ ポ ー ト す る 平 均 4 ホ ッ
ノ ー ド 規 模 の SDH ド メ イ ン と OTN ド メ イ ン の マ ル チ
プ程度のネットワークで接続されることが報告された．
レ イ ヤ ・ マ ル チ ド メ イ ン ネ ッ ト ワ ー ク に 対 す る NMS
こ の シ ス テ ム は ， 100 万 × 2,000 GBps× 4( ホ ッ プ ) ×
(Network Management System)と PCE 連 携 シ ス テ ム が 報
8(1B=8bit) = 6.4 Exa bps の ネ ッ ト ワ ー ク を 必 要 と し ，目
告 さ れ た ．マ ル チ ド メ イ ン 環 境 下 で は ， PCE で の 経 路
標 消 費 電 力 30 MW，4.7 pJ/bit の 効 率 で 処 理 す る こ と が
計 算 後 に NMS か ら 各 ド メ イ ン の 部 分 パ ス 設 定 を 並 列
必要との数値目標が示された．また，現在のルータチ
に 実 行 さ せ る こ と で ，３ ド メ イ ン（ ノ ー ド 数 10）構 成
ッ プ は ス イ ッ チ ン グ コ ア の 周 囲 に SERDES(シ リ パ ラ 変
の 実 験 網 に お い て ，各 ド メ イ ン 内 で 1+1 プ ロ テ ク シ ョ
換 )と I/O が 配 置 さ れ て い る た め ス ケ ー ラ ビ リ テ ィ が 無
ンを行う経路計算（ドメイン間プロテクション無）と
いという欠点が提示された．この欠点を根本的に解決
パ ス 設 定 の 時 間 が 530 ms と 十 分 高 速 で あ る こ と が 示
する手段として，光スイッチを利用したインターコネ
さ れ て い た ． し か し な が ら ， 1,000 ノ ー ド で 本 当 に 動
クション技術を利用してチップアーキテクチャを根本
作 可 能 な の か は 明 示 さ れ な か っ た [10]．
的に見直すことが必要であることが提唱された．
【 NTuC2 】 Tsingha
Univ.,
【 NTuC4】Scuola Superiore Sant’Anna, Italy よ り ，複
【 3】UCDAVIS, USA か ら は ，リ ン グ レ ー ザ・リ ン グ
数ドメインから構成されるネットワークでの最適経路
フ ィ ル タ と AWG (Arrayed Wave Guide)を 組 み 合 わ せ た
計算におけるドメイン選択問題を解決するための手法
パケットスイッチが提案された．このパケットスイッ
と し て Lightweight Hierarchical PCE が 提 案 さ れ た ． 親
チ に お い て は ，2048×2048 ス イ ッ チ（ AWG サ イ ズ 512
PCE は ド メ イ ン 内 部 を 集 約 表 現 (abstract)し た 上 位 ネ ッ
ポート）が実現可能レベルにあることが報告された ．
ト ワ ー ク に お い て ド メ イ ン 選 択 を 行 い ，子 PCE が 各 ド
メイン内の詳細経路計算を行う方式である．シミュレ
4. Post Dead Line Paper
ーション結果においては，パス設定ブロック率に関し
【 PDPD1】 Technische Universität Carolo -Wilhelmima
て，提案方式の方が全体を単一ドメインで構成した場
zu Brauncshweig, Germany よ り ， Java 言 語 で 記 述 さ れ
合よりも低くなるという直感に反する結果が得られ議
た PCE エ ミ ュ レ ー タ を Linux PC に 実 装 し オ ー プ ン ソ
論 を 呼 ん で い た [11]．
フトウェアとして公開すること，エミュレータにおけ
る 性 能 評 価 の 報 告 が な さ れ た ． PCE は ， GMPLS の 枠
3. ワ ー ク シ ョ ッ プ OMA Exascale Computing:
組 み に お け る 光 /パ ケ ッ ト ネ ッ ト ワ ー ク の 集 中 制 御 に
Where Optics Meets Electronics
よる管理ドメイン内の制約的経路計算サーバー，経路
フ ァ イ バ 1 本 で 100 Tbps が 実 現 可 能 と な っ た 現 在 ，
計算のためのデータベース管理システム，クライアン
データセンタ内部及びデータセンタ間でのデータ交換
ト 及 び 他 PCE か ら の 経 路 計 算 要 求 の 通 信 プ ロ ト コ ル
量 が 増 大 し ， デ ー タ セ ン タ ネ ッ ト ワ ー ク 及 び HPC
PCEP
(High Performance Computing)用 シ ス テ ム 間 接 続 ネ ッ ト
Protocol) 通 信 管 理 エ ー ジ ェ ン ト ，経 路 計 算 要 求 を 管 理
ワ ー ク の 容 量 が Exa bps に 達 し よ う と し て い る ． 現 在
するセッションハンドラ，より構成されるソフトウェ
の Peta bps ク ラ ス の ネ ッ ト ワ ー ク を そ の ま ま 単 純 に
ア シ ス テ ム で あ る ． こ れ ま で ， PCEP の 実 装 や 相 互 接
1000 倍 の ス ケ ー ル ア ッ プ を 行 う だ け で は 消 費 電 力 が
続に関する発表は行われていたが，システムとしての
ボ ト ル ネ ッ ク と な り 実 現 は 不 可 能 と 言 え る ． Exa bps
PCE 全 体 を 実 装 し た の は 世 界 で 初 と の 評 価 を 受 け ，
の実現のためには，より一層の光処理の導入が求めら
TPC Category 1 で も 激 論 の 末 OFC/NFOEC で は 異 例 の
れていると言える．
ハードウェア（データプレーン）無きポストデッドラ
【 1】 NASA, USA か ら は ， ア プ リ ケ ー シ ョ ン も 瞬 時
(Path
Computation
Element
communication
イ ン 採 択 と な っ た [12]．
的なバーストトラヒックを出さないように設計及びプ
ログラムを記述することが必須，かつ，ネットワーク
は未使用時には電力オフできるようにすることが求め
5. お わ り に
増大するトラヒックに対して，光ネットワークによ
ら れ る と の 報 告 が あ っ た ．バ ー ス ト 性 を 高 め る こ と で ，
るグリーンかつフレキシブルで経済的なコアネットワ
ホ ス ト に お い て は 時 間 方 向 の オ ン・オ フ を 作 成 し ，NIC
ーク及びデータセンタ内ネットワークの構築が求めら
(Network Interface Card) の 電 力 オ フ が 可 能 と な る と い
れ て い る ．１ フ ァ イ バ 100 Tbps 伝 送 が 可 能 と な っ た 今 ，
う考え方もあるが，ネットワークのピーク帯域を高め
総 容 量 Exa bps の ネ ッ ト ワ ー ク を ど の よ う に 設 計 ・ 構
ることになるため，平滑化してピークを下げる方が有
築・運用・制御・管理を行っていくのか，ハードウェ
ア及びソフトウェア両面からの検討が必要である．こ
の た め ，OFC/NFOEC に お け る ソ フ ト ウ ェ ア の 比 重 は ま
すます高まっていくことが期待される．
謝辞
本 報 告 は ，総 務 省 PREDICT「 リ ソ ー ス を 最 小 化 す る
動的ネットワーク制御システムによる再構成ネットワ
ークの研究開発」のサポートを受けて行われた．
文
献
[1] Y. Chen and A. Jackel, “Energy Efficient Grooming
of Scheduled Sub-wavelength Traffic Demands,”
Proc. OFC/NFOEC2011, OWI1, Los Angels, March
2011.
[2] M. Z. Feng, K. Hinton, R. Ayre, and R. S. Tucker,
“Energy Efficiency in Optical IP Networks with
Multi-Layer Switching,” Proc. OFC/NFOEC2011,
OWI2, Los Angels, March 2011.
[3] Z. Zhu, “Design Green and Cost-Effective
Translucent
Optical
Networks,”
Proc.
OFC/NFOEC2011, OWI4, Los Angels, March 2011.
[4] D. Verchere, “Cloud Computing over Telecom
Networks,” Proc. OFC/NFOEC2011, OMW1, Los
Angels, March 2011.
[5] J. Perelló, S. Spadaro, F. Agraz, M. Angelou, S.
Azodolmolky, Y. Qin, R. Nejabati, D. Simeonidou, P.
Kokkinos, E. Varvarigos, S. Al Zahr, M. Gagnaire,
and I. Tomkos, “Experimental Evaluation of
Centralized Failure Restoration in a Dynamic
Impairment-Aware All-Optical Network,” Proc.
OFC/NFOEC2011, OMW2, Los Angels, March 2011.
[6] N. Amaya, I. Muhammad, G. S. Zervas, R. Nejabati,
D. Simeodinou, Y. R. Zhou, and A. Lord,
“Experimental
Demonstration
of
a
Gridless
Multi-granular Optical Network Supporting Flexible
Spectrum Switching,” Proc. OFC/NFOEC2011,
OMW3, Los Angels, March 2011.
[7] G. Wei Lu, S. Xu, H. Otsuki, H. Harai, and N. Wada,
“Nine-Way Optical Wavelength Multicasting and
Field Trail Transmission over Optical Network
Test-bed (JGN2Plus),” Proc. OFC/NFOEC2011,
OMW4, Los Angels, March 2011.
[8] V. Hutcheon, “OTN to Enable Flexible Networks,”
Proc. OFC/NFOEC2011, NMC1, Los Angels, March
2011.
[9] M. Fukutoku, T. Ohara, A. Kadohata, A. Hirano, T.
Kawai, T. Komukai, M. Suzuki, S. Aisawa, T.
Takahashi, M. Tomizawa, O. Ishida, S. Matsuoka,
“Optimized Multi-Layer Optical Network using
In-Service ODU / Wavelength Path Re-grooming,”
Proc. OFC/NFOEC2011, NMC5, Los Angels, March
2011.
[10] R. Lu, L. Wang, Q. Li, X. Wan, C. Yang, N. Hua, Q.
Jin, S. Shang, X. Zheng, H. Zhang, Y. Guo, X. Chen,
and L. Liao, “Implementation of PCE-based
Management and Control Plane for Heterogeneous
Optical Networks,” Proc. OFC/NFOEC2011, NTuC2,
Los Angels, March 2011.
[11] A. Giorgetti, F. Paolucci, F. Cugini, P. Castoldi,
“Hierarchical PCE in GMPLS-based Multi-Domain
Wavelength Switched Optical Networks,” Proc.
OFC/NFOEC2011, NTuC4, Los Angels, March 2011.
[12] M. Chamania, M. Drogon, and A. Jukan, “Lessons
Learned From Implementing a Path Computation
Element (PCE) Emulator,” Proc. OFC/NFOEC2011,
PDPD1, Los Angels, March 2011.