光アクセスシステムの技術動向と相互接続試験の取り組み - ciaj · 2016. 10....

1 HATS CEATEC2０１6

光アクセスシステムの技術動向と相互接続試験の取り組み～仮想化を用いた光アクセス技術の動向と

10G級光アクセス相互接続試験～

2016年10月5日

鈴木謙一 HATS推進会議光アクセス相互接続試験連絡会日本電信電話（株）アクセスサービスシステム研究所

©2012-16, HATS Conference


目次

1. 背景

2. 光アクセスシステムの標準化の進展

3. システムレベルのEPON標準化

4. 相互接続試験活動

5. まとめ



目次

1. 背景

PONを用いたブロードバンドサービス（FTTH）の普及

PONシステムの概要

アクセスシステムの仮想化

CORDの取り組み




5. まとめ



PONを用いたブロードバンドサービス（FTTH）の普及

• ブロードバンドの普及に伴いPON（Passive Optical Network）を用いた光アクセスシステムの利用が拡大．

• 日本では特にEthernetベースのPON（EPON）が普及


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

加入者数（万加入）

西暦（年）

2704

1893

661

358

3724

固定BB

FTTH（全体）

FTTH（NTT）

CATVインターネット

DSL

総務省報道資料「電気通信サービスの契約数及びシェアに関する四半期データの公表」より

モバイルBB（LTE）


PONシステムの概要

• PONシステムは，1台のOLTにユーザ宅内に複数のONUを接続することに

より，通信事業者ビル側の通信設備と伝送路である光ファイバを複数のユーザで共有する経済的な光アクセスシステム．現在，双方向のSHDTV（4K, 8K），遠隔教育/遠隔医療等のブロードバンドアプリケーションが提供可能な10Gbps級の高速光アクセスシステムを提供

また，モバイル向け光アクセスや，高速メタルアクセスのバックホールとして，NG-PON2や100G-EPON等の大容量PONシステムが期待されている．


PON: Passive Optical Network

OLT: Optical Line Terminal

ONU: Optical Network Unit

10G-ONU

10G-OLT

通信事業者ビル側

“光”ブロードバンドサービスの提供

光アクセスNW

上り

メトロ・コアNW ホームNW

・上り信号はTDMAで多重（光スプリッタで合流後，各ONUからの信号が衝突しないようコネクションを確立）

・下り信号はTDMで多重（全信号が光スプリッタからブロードキャストされ，ONUは自分宛の信号のみを選択）

光スプリッタ

SD, HD,

4K, 8K

PC

タブレット

スマートフォン

電話

HGW

1G-ONU

メトロ・コアNW

ユーザ宅内側

下り



• NW機能をクラウド上に配置（サーバにソフトウェアとして実装）するNFV（Network Function Virtualization）や，NW機器を集中的に制御しNW構成や設定を動的に変更できるSDN（Software Defined Network）を適用した通信事業者NWの仮想化の検討が盛んに行われている．

• 通信事業者NWの仮想化により，NW装置がシンプルになることにより汎用化し安価になること，NWの構成や設定が柔軟に変更できるのでサービスへの迅速な対応が可能となることが期待されている．

• アクセスNWにおいても，OLTの機能をサーバに配置する仮想化OLTの検討が行われている．代表的な例として，ONLABによる取組みがある．


ONOS + OpenStack + XOS

CORD Controller

Leaf-Spine Fabric

Access Link Core/Metro Link

Commodity HW


CORD（Central Office Re-architected as a Datacenter）の取り組み

• ONLAB（Open Network Laboratory）において，通信事業者ビルをデータセンタの様に仮想化して再構成するプロジェクトCORD（Central Office Re-architected as a Datacentar）が行われている．

• 特に，加入者向けのプロジェクトR-CORD（Residential CORD）では，仮想化PONの検討がAT&T主導で行われている．


ONU CPE PON OLT

MACs

ONOS + OpenStack + XOS

vOLT, vCPE, vBNG, vCDN

References

‒ Larry Peterson (ON.Lab), IEEE Software Defined Networks - Newsletter, “CORD: central Office Re-architected as a Datacenter (CORD), November 2015.

‒ Presentations in ONS Inspire! Webinar “CORD: Central Office Re-architected as a Data center,” Nov 17, 2015.


目次

1. 背景


PONシステム標準化の進展/次世代PONシステム

モバイル向け光アクセスシステム




5. まとめ



PONシステム標準化の進展


100M

1G

10G

1990 2000 2010 2020

100G

10M 10BASE-T

100BASE-T

1GbE

10GbE

100GbE

B-PON

GE-PON

10G-EPON

40GbE

G-PON

Tota

l bandw

idth

[bit/s

]

XG-PON

SIEPON(2013)

IEEE Ethernet

IEEE PON

ITU-T PON

Now

NG-PON2(2015)

100G-EPON(2015~)

G.epon(2013)

400GbE(2014~)


WDM/TDMアクセス(TWDM-PON)

• WDM/TDMアクセス（TWDM-PON）は，波長増設による柔軟な帯域増設性（またはサービス追加）と，P2MP（Point to multi-point）構成による経済性を併せ持つため，様々なサービスを統合的に運用できる将来の光アクセス方式として期待されている．

• 標準化はITU-T（G.989シリーズ）でNG-PON2として標準化が行われ，2015年7月にコンセントされた．主なシステム要求条件として，(1)上り10G(2.5Gx4波)～40G(10Gx4波)，下り40G(10Gx4波) ，(2)64～256分岐，(3)無中継で40km，中継アンプ有で60kmの最大伝送距離が挙げられている．


ONU OLT

…

…

ONU OLT …

2.5~10 Gbit/s/λ (TDMA)

l1

l4

WDM (more than 4 wavelengths)

l Time

Splitter (Power splitter)

WDM splitter

Optical amplifier


WDM/TDMアクセス (TWDM-PON)の波長配置

• パワースプリッタ網での既存PONやRF-Videoシステムとの共存可能な波長配置

• 次世代移動体通信のリモート基地局(RRH: Remote Radio Head)を接続するCPRI(Common Public Radio Interface)の収容やビジネスユーザ収容を想定し，波長占有型アクセス(Virtual Point To Point)のオプションを設定


1200 1300 1400 1500 1600

DN

1260 1360 1480 (nm)

GE-PON

G-PON Reduced: 1290-1330 nm

Narrow: 1300-1320 nm

GE-PON, G-PON Regular: 1260-1360 nm

Video: 1550-1560 nm

10G-EPON

XG-PON

DN UP

1575-1580 1260-1280

NG-PON2

Wide: 1524-1544 nm

1595-1603 nm

DN UP

Narrow: 1524-1540 nm

Shared spectrum: 1603-1625 nm

Full spectrum: 1524-1625 nm P2P WDM overlay

DN

Un-calibrated ONU

Calibrated ONU:1530-1540


100G-EPON標準化（IEEE P802.3ca）

• 100G-EPONは，EthernetベースのWDM/TDMアクセスシステムであり，2015年5月にIEEE 802.3 WGにSG，2016年1月にIEEE 802.3ca 100G-EPON TFとして標準化が行われている．

• 100G-EPONのスコープ

– 1波当たり25Gbpsの25Gbps，50Gbps，100GbpsのEPON インターフェースの標準化

– 25/10G-ONU，25/25G-ONU，50/25G-ONU，50/50G-ONU，100/25G-ONU，100/50G-ONU，100/100G-ONUの7種類のONUが対象 ※表記は，[下り速度/上り速度]G-ONU

– 対称10G-EPONとの共存

• WDM/TDMアクセスシステムの光トランシーバ市場の発展を考慮し，波長を始めとした物理層仕様が課題となっている．


1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10

2015 2016 2017 2018

CFI

Now

SG starts

PAR approved

D1.0 Base line Proposal Selected

D2.0 WG Ballot

D3.0 Sponsor Ballot

Draft Standard to RevCom

Std!


100G-EPONの速度アップのシナリオと波長配置

• 伝送速度アップのシナリオとして，以下の2つが提案されている． – 1+4 Solution：100G-EPON全体で5波長ペアを用いる．25G-EPON専用に1つの波長ペアを割り当てて，他の4波長ペアを50G，100G-EPONで共用．25G-EPONと50G，100G-EPONの共存はWDMで行う．

– 1+3 Solution：4波長ペアを用いる．25G，50G，100G-EPONで4波長ペアを共用．

• 波長配置については，O帯，C帯，L帯に配置する案が出ている．


1260 1300 1360 1280 1320 1340 1540 1560 1580 1600

1260 1300 1360 1280 1320 1340 1540 1560 1580 1600

1260 1300 1360 1280 1320 1340 1540 1560 1580 1600

10G UP

100G UP 100G DN

100G UP 100G DN

100G UP 100G DN

25G UP 25G DN

1260 1300 1360 1280 1320 1340 1540 1560 1580 1600

25G UP 25G DN

100G DN 100G UP

1+3の波長配置例

1+4の波長配置例

Option 1

Option 3

Option 2

分散ペナルティが小さいので安価な直接変調デバイスが使用できる

25GのIFについては，安価な直接変調デバイスを使えるようにして，初期投資を抑制

ONU側に安価なデバイスが使える．

25G-EPONと50G/100G-EPONを独立に運用．


目次

1. 背景





3. システムレベルのEPON標準化と相互接続試験活動

4. まとめ



モバイルトラフィックの増加と無線アクセス技術

• 近年の爆発的なモバイルトラフィックの増加に伴い，現在の100倍の高速化をターゲットにした無線アクセスの検討を開始．


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

加入者数

[万人

]

年度

FTTH

DSL

CATV

LTE

（総務省情報通信統計データベースより抜粋）


MFHの現状とEthernetベースの無線信号収容技術

• 5G無線アクセスにおいて，現在の技術の延長で MFH （ Mobile Fronthaul）を構築した場合，必要帯域が大幅に増加．

• モバイル基地局間の無線ヘッドとベースバンド処理ユニットの機能配備の見直し等，MFH伝送帯域削減に関する取り組み※を開始．

• 安価なEthernetへの無線信号収容技術の標準化が， IEEE P1904.3 Radio over Ethernet (RoE)として行われている．


※「将来のモバイルネットワーキングに関する検討会」ホワイトペーパー http://www.ttc.or.jp/j/info/topics/fmn-ah_wp/

BBU

RRH

RRH

RRH

RRH RRH

MFH

コアネットワーク

CPRI ディジタル化により信号速度が16倍程度に

C-RAN※ による基地局構成 ※Centralized /Cloud Radio Access Network

ベースバンド信号処理

無線信号送受信

MFH: Mobile Fronthaul CPRI: Common Public Radio Interface BBU: Baseband Unit RRH: Remote Radio Head


Radio over Ethernet （RoE）標準化

• 次世代MFH IF（NGFI）の標準化を行うWGとしてIEEE P1914 NGFIが設立されたのに伴い，Ethernetによる無線信号収容（RoE）は，IEEE 1904 Access Network Working Group (ANWG)配下からNGFIに移設され，IEEE P1914.3 RoEとして標準化が行われることになった．

• IEEE 1914.1ではパケットベースのフロントホール転送NWの標準化を行っている．

• 次世代MFHやパケットベースのMFHの仕様化や標準化がCPRI Corporationや3GPPでも行われている．


IEEE 1904

ANWG

1904.3

RoE TF

Revision &

Maintenance TF

1904.2

UMT TF

Ethernetベースのアクセスシステムの標準化

SIEPON標準の改訂及びメンテナンス

Ethernetによる無線信号収容及びその転送規定の標準化

光加入者NWに接続されたCPEのための管理チャネルの標準化

IEEE 1914

NGFI WG

1914.3

RoE TF

パケットベースのフロントホール転送NWの標準化

次世代MFH IFの標準化

IEEE 1914.1

TF


目次

1. 背景







5. まとめ



アクセスシステムの仮想化（BBF）

• BBFでは，ONLABのCORDに相当するCloud COの検討を開始．

• 2016年7月の3Q回合に提案された新プロジェクトで，Phase1～5で構成される．

• スコープは，SDN/NFV＋Cloud技術を導入した次世代COの仕様化（CORDのBBF版的な位置付けだが，H/W designの仕様化は行わない）


Applications

OpenFlow Conftroller

Configuration Conftroller

HW Abstraction Layer (HAL)

vOLT HW

OpenFlow NETCONF /YANG

NETCONF /YANG OMCI over (?)

Phase1：C-COのアーキテクチャの定義（ユースケース含む）．機能モジュールとIFのリスト化．（WT-384として審議開始（2017/Q2完了予定））

Phase2：機能モジュール間IFの定義（相互接続も考慮）

Phase3： S/W reference implementation（IF/API準拠は必須だが、SW実装はあくまで参照）

Phase4：既存COとの共存、マイグレーション

Phase5： H/W reference implementation


アクセスシステムの仮想化（BBF）

• BBFでは，OLT/ONUのソフトによる集中制御および制御プロトコルの統一を積極的に推進．

– NETCONFで用いるYANGデータモデルの仕様化

• いずれの文書も、2017年12月までに審議完了（TR化）される見込み（WT-368は除く）


OLT ONU WT-383

OLT ONU

WT-385

2016.789 NPIF

SDAN (PON/

DSLAM)

WT-368

共通YANGモデル

ITU-T PON向けYANGモデル

(OLT/ONUを1つのシステムとして扱う)

ONU向けYANGモデル（OMCIの次世代版）

SDNアクセスノード向けYANGモデル

FAN

SDN/NFV

Common

BBFにおける担当WG


アクセスシステムの仮想化（IEEE）

• IEEE 802.3 WGにおいて，EthernetのYANGデータモデルの標準化の検討が始まった．2016年11月よりTFとして，本格的に標準化が開始される予定．

• スコープ：IEEE 802.3標準（2015年版）に基づいたYANGデータモジュールの標準化．現在，PAR，5C等のプロジェクト承認要求のための文書を作成中．MAC/RS，MPCP，OAM等のYANGデータモジュールの規定（EPONもスコープ内）．

• PONのYANGデータモデルの標準化については，BBFでITU-T PON向けのYANGデータモデルが検討されており，EPON，ITU-T PON共通のYANGデータモデルが模索されている．


1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10 1 4 7 10

2015 2016 2017 2018

CFI

Now

SG starts

PAR approved

PAR will be approved in October, 2016. After PAR approved, TF will be established in November, 2016.

PAR submitted to NesCom


目次

1. 背景



Ethernetベースの標準化とその課題

システムレベルのEPON標準化と光アクセスアドホックWGの設置

SIEPON/G.epon標準化


5. まとめ



Ethernetベースの標準化とその課題

• IEEEにおいてEthernetベースのPONが標準化. 双方向のSHDTV，遠隔教育/遠隔医療等のブロードバンドアプリケーションが提供可能な10Gbps級の高速光アクセスシステムの実現

• しかしながら，これまでのEPONの標準は物理層やMAC層に限定されているため，異ベンダ間の相互接続性を阻害


Client Management• SNMP, IGMP, MLD, IEEE 802.1x

MAC Client• Forwarding• QoS• Priority

Control

MAC Control

Client• ONU Registration• GATE Generation• REPORT Handling

OAM Client• Alarm• Surveillance

MPCP

RS

MAC MAC…

MAC

OAM OAM OAM…

PCS

PMA

PMD

MPCP

MAC

RS

OAM

PCS

PMA

PMD

Client Management• SNMP, IGMP, MLD, IEEE 802.1x

MAC Client• Forwarding• QoS• Priority

Control

MAC Control Client• ONU Registration• GATE Handling• REPORT Generation

OAM Client• Alarm• Surveillance

Scope of

IEEE 802.3

OLT ONU


システムレベルの標準化と光アクセスアドホックWGの設置

• EPONの相互接続性の向上を目的としたシステムレベルの標準化（※）が，2013年6月に標準化．

※IEEE P1904.1 Service Interoperability in Ethernet Passive Optical Network （SIEPON）

http://grouper.ieee.org/groups/1904/1/

• 日本仕様であるSIEPONパッケージBが，ITU-TにおいてG.epon（G.9801）として勧告化．

• それぞれの標準において適合性試験手順（SIEPON/Conformance）を2014年11月に，実装ガイドライン（G.epon Implementers’ guide)を2014年12月に制定．

EPONの相互接続性の確保のため，相互接続試験の実施とそれに付随する課題を話し合う場として，HATS推進会議実施推進部会の下に光アクセスアドホックWGを，2012年8月に設置．

2014年4月より，試験装置の範囲を光アクセス装置全体に拡大し，光アクセス相互接続試験連絡会として活動開始．



SIEPON/G.epon標準化

• SIEPONはシステムレベルのEPON標準化仕様で，1G-EPON（IEEE 802.3ah），10G-EPON（IEEE 802.3av）で規定しなかった上位レイヤの標準仕様を策定

• G.epon（G.9801）はSIEPON Package BにITU標準で広く使われる汎用OMCIを適用したITU-T版システムレベルのEPON標準化仕様


MAC layer specifications

( Ex. Frame structure)

Physical layer specifications

( Ex. Transmission bandwidth)

Higher layer specifications

( Ex. QoS management)

PON management

( Ex. OAM)

HN management BBF TR-142 (TR-069 for PON)

Service model BBF TR-156, 200 (TR-101 for PON)

G.988（Generic OMCI）

G.986

(1G-P2P)802.3av

（10G-EPON）

802.3ah

（GE-PON）

System level

specification

Common Ethernet services

G.epon

G.987

(XG-PON)

G.984

(G-PON)

ITU-T

Recommendations IEEE standards SIEPON

eOAM


目次

1. 背景




相互接続の狙い

連絡会の活動

第5回10G-EPON装置相互接続試験

5. まとめ



SIEPON/G.eponシステムの相互接続の狙い

• マルチベンダ環境下でのSIEPON/G.epon準拠システムの運用 – 日本で成熟させた光アクセス技術を安く新興国に提供することで，新興国の通信インフラの発展に寄与する．


SYSTEM LEVEL

STANDARD

IEEE1904.1(SIEPON)Package-B

ITU-T G.9801 (G.epon)

Experience

of

Optical

Access

in

Japan

Your

PON

System

Deployment HATS

Optical Access Ad-hoc WG

Pilot Test etc.

IOP

VERIFICATION

under

Multivendor Environment

Feedback

• 光アクセス相互接続試験連絡会 – 日本発の光アクセス装置のグローバルスタンダードとしての地位の向上と国内外のビジネス機会の確保

– 光アクセス装置間の相互接続性の確保とその検証実施に向けた課題の検討，抽出，及び必要に応じた連絡会の成果の標準化へのフィードバック


光アクセスアドホックWG/相互接続試験連絡会の活動

• 2012年8月にアドホックWGを設立し，WGの本格運用（関連標準化の完了前）に先立ちマルチベンダ環境下での基本的な相互接続性を確認するためパイロット試験の実施を計画．

• 2013年2月，1:1のOLT-ONU接続によるパイロット試験を実施，2013年6月，1:nのOLT-ONU接続による第二回，2014年2月第三回試験を実施．2015年3月，関連試験標準化完了後初めての相互接続試験を実施．

• 2014年4月より，試験対象装置の範囲を光アクセス装置全体に拡大し，光アクセス相互接続試験連絡会として活動開始．


SIEPON

G.epon (G.9801)

SIEPON/

Conformance

Optical Access

Ad-hoc WG

G.epon Implementers’ guide

(to be proposed by TTC)

IEEE P1904.1

ITU-T

HATS

2012FY 2013FY 2014FY

D3.0 (August)

Approve (June)

D2.0(Apr.) D3.0(Fb.) Approved(Nov.)

Consent (July)

Approved(Dec.)

Kick off (August)

1st Pilot Test (February)

Before full-scale operation, WG conducts some pilot tests.

2nd Pilot Test (June)

Optical Access TILC

Proposed (Feb.)

3rd Pilot Test (Feb)

ITU-APT C&I event

(Sep.)

CEATEC Japan (Oct.)

2015FY

5th IOP Test (Mar.)

IEEE P1904

6th IOP Test (Feb)

4th IOP Test for Convention

CEATEC Japan (Oct.)

Revision/Maintenance

2016FY

D3.0 (August)


第5回10G-EPON装置相互接続試験（2015年3月5日）

• EPON試験仕様の標準化完了後、初めての相互接続試験を実施

• 参加企業：沖電気工業株式会社（OKI），三菱電機株式会社

• 対象装置：IEEE 1904.1-2013 SIEPON Package B準拠10G-EPON OLT装置，同ONU装置

• 試験方法：光アクセスネットワーク装置相互接続試験実施要領（HATS-J-105-V1.3）に従い、拡張OAMメッセージ、データの暗号化について、1台のOLTに複数ONUを同時接続し総当たり試験を実施

• 試験結果：参加2社、OLT2社2機種、ONU2社2機種の全てで、OLT-ONU間（1:2接続）の相互接続を確認


OLT2

ONU 1

ONU i

ONU 2

A@10G B@10G C@10G

A@10G B@10G

A@10G

B@10G

C@10G

上り信号はTDMAで多重（光スプリッタで合流後，各ONUからの信号が衝突しないようコネクションを確立）

下り信号はTDMで多重（全信号がブロードキャストされ，ONUは自分宛の信号のみを選択）

光スプリッタ C@10G

通信事業者ビル側装置

ユーザ宅内側装置

光ファイバ

ユーザデータ信号

. . .

OLTn

. . .

OLT1

試験毎にOLTをつなぎ替える

マルチベンダ環境下で1:nのOLT-ONU接続構成における •制御メッセージによるOLTからのONU制御の確認 •暗号化コネクションの正常性の確認（導通確認）


目次

1. 背景




5. まとめ



まとめ • 背景

– 固定ブロードバンドサービスの進展，PONシステムの概要

– アクセスシステムの仮想化，CORDの取り組み

• 光アクセスシステム標準化の進展 – PONシステムの標準化の進展，次世代PONシステムの標準化（WDM/TDMアクセス，

100G-EPON）

– モバイル向け光アクセスシステムの標準化（NGFI，RoE）

– アクセスシステムの仮想化に係わる標準化（Cloud CO，ITU-T PON向けYANG，Ethernet向けYANG）

• HATSにおける相互接続試験活動 – Ethernetベースの標準化とその課題，システムレベルのEPON標準化と光アクセスアドホックWGの設置，SIEPON/G.epon標準化

• HATSにおける相互接続試験活動 – 相互接続の狙い，連絡会の活動，第5回10G-EPON装置相互接続試験

• これらの活動を通じて光アクセスシステムの相互接続性の一層の向上に貢献していく予定です．



Thank you


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