特集：MANと光伝送技術の最新トレンドを探る
　- MANの登場と光伝送技術の進化、10Gbpsイーサネット -


近藤卓司
ノーテルネットワークス
2002/6/1

Part.2　WAN／MANを構成する光技術

■バックボーン技術の基本「SONET／SDH」

　現在、WANを構成する光技術はさまざまなものが用いられているが、基礎となるのはSONET（Synchronous Optical Network）／SDH（Synchronous Digital Hierarchy）だ。SONET／SDHは、電話回線などの低速な回線をTDM（Time Division Multiplexing）と呼ぶ方式で高速な回線に積み上げていく階層的な多重方式だ。SDHは、かつて日本、北米、欧州／アジア（日本を除く）で独自に用いられていた3つの多重方式を統一した世界標準であるが、北米では世界標準のSDHではなく、米国標準として決めたSONETを用いている（図3）。SONETとSDHは厳密には異なる部分もあるが、ほとんど同一の規格で、相互接続も可能だ。日本では、基本的にSDHを用いてきた。

図3　それまで、日本、北米、欧州／アジアで用いられてきた別々の多重方式が統一されたのが、世界標準である「SDH」だ。ただ米国では、そのベースとなった「SONET」のほうが用いられている

　SONETは52MbpsのOC-1を基本に、SDHでは156MbpsのSTM-1を基本に、それぞれを階層的に多重する構造が決められている。後に、SDHでもOC-1相当のSTM-0が追加された。OC-1／STM-0は、電話回線1本分となる64kbpsを24本束ねた1.5Mbpsの回線を、さらに28本分多重したものだ。それを3本多重したものがOC-3／STM-1という具合に、高速側に多重していく。156Mbpsと表記されるOC-3／STM-1を例に挙げると、9行×270列（バイト）のフレームが125マイクロ秒間隔で送られるため、伝送速度は厳密には9×270×8÷125マイクロ＝155.52Mbpsとなる。バックボーン・ルータなどは、1.5Mbpsなどの低速回線ではなく、直接SONET／SDHの高速インターフェイスで接続するPoS（Packet over SONET）を用いる。そうした場合に、ルータが使用できるペイロードはOC-3／STM-1を例に取ると、運用管理情報を運ぶためのオーバー・ヘッドを除く149.76Mbpsとなる（図4）。

SONET名称 SDH名称 伝送速度 ペイロード OC-1 STM-0 51.84Mbps 49.536Mbps OC-3 STM-1 155.52Mbps 149.76Mbps OC-12 STM-4 622.08Mbps 599.04Mbps OC-48 STM-16 2.48832Gbps 2.39616Gbps OC-192 STM-64 9.95328Gbps 9.58464Gbps

図4　OC-3／STM-1におけるフレーム構造の例。伝送速度は、1bytes（bits）×270列×9行÷125マイクロ秒＝155.52Mbpsだが、実際にデータとして利用できるペイロードは149.76Mbpsとなる

■SONET／SDHの特徴は強力な対障害機能

　SONET／SDHには運用管理に関する多彩な機能が含まれるが、その中でも最も重要な機能が、信頼性を高めるプロテクション（切り替え）機能である。有名なのは、SOENT／SDHをリング型に構成し実現する「リング・プロテクション」だ。光ファイバの経路としても、敷設区間が重ならないリング型に構成することで、信頼性が高いといえる。リング・プロテクションにはUPSR（Unidirectional Path Switched Ring）とBLSR（Bidirectional Line Switched Ring）と呼ぶ方式がある。

　UPSRは、通常時にはリングの両方向へ現用、予備として同一のトラフィックを流し、現用に障害が発生した場合に受信側で予備に切り替える方式だ。「MAN」では、構造が簡単なUPSRが主に用いられている（図5）。

図5　UPSR方式では、リングの両方向へ「現用」「予備」として同一のトラフィックを流し、障害時に受信側で予備に切り替える

　BLSRは、通常時は現用として片方向へ流しているが、障害時はその区間を避けるように折り返して、反対方向で確保された予備を使って迂回する方式だ。どちらも、切り替えは50ミリ秒以内という非常に高い信頼性を提供するが、すべてのトラフィックを救済するには、SONET／SDHリングの半分の帯域しか用いることができない。BLSRは、障害時に救済を行わない代わりに、通常時に利用可能なエキストラ・トラフィックを運ぶこともできる。日本では一般的でないが、北米ではこうしたトラフィックを安いサービスとして提供している。

■SONET／SDHの最新事情

　日本では、アクセス網に日本独自のSDH光伝送装置を用いてきたが、最近の「MAN」では、最新の北米製のSONET光伝送装置が非常に多く導入されている。北米の低速の基本速度が日本と同じ1.5Mbpsということもあり、SONET光伝送装置に日本向けの機能を若干追加するだけで、従来のSDH光伝送装置相当の製品として適応できるからだ。多くのSONET光伝送装置が既存のサービスを収容するだけでなく、ベンダ独自の方法でイーサネットを代表とするデータ系のトラフィックを収容できる。また、ダーク・ファイバを借りている通信事業者の場合は、同時に機器を置く場所も借りなければならないため、非常にコンパクトな北米のSONET光伝送装置が「MAN」の要件にフィットしたという事情もある。もともと北米では、SONET光伝送装置をユーザーのビルなどに置いて複数のユーザーを集めてくるアクセス回線の多重にも使っていたため、非常にコンパクトに作られているのだ。

　現在の「MAN」では、最大でOC-48（2.4Gbps）あるいはOC-192（10Gbps）まで多重できる製品が主流となっている。長距離向けのSONET／SDH光伝送装置では、OC-192よりさらに高速なOC-768（40Gbps）などが開発されている。「MAN」では、より太い帯域幅が必要な場合は、もっと単純にOC-48／OC-192のSONET／SDHを別の方法であるWDM（Wavelength Division Multiplexing）技術を用いて多重する。WDMは、1本の光ファイバに異なる波長を持った信号を多重することで、光ファイバ当たりの伝送速度を増やす技術だ。多重には光カプラや光スプリッタといった、電気駆動を必要としない受動的な光合分波器などが用いられる（図6）。

図6　WDMでは、複数の波長を1つの光ファイバに多重して伝送することができる。そのため、限られた環境でより太い帯域幅が得られる

■複数の波長を1つの光ファイバに束ねる「WDM」

　WDMは、多重できる波長数などによって区別されることがある。非常に多くの波長、具体的には16波以上を多重するDWDM（Dense WDM）、8波程度を多重するCWDM（Coarse WDM）、4波程度を多重するWWDM（Wide WDM）などだ。基本的に、多重する波長が少ないほど光関連部品の精度が悪くてもよいため、小型で安価な製品が提供できる。WDMは、「MAN」で必要な伝送距離を延ばすのにも向いている。光信号は、光ファイバを通る距離に従って減衰するため、伝送距離に制限がでる。WDMでは、光アンプと呼ばれる光信号を増幅する技術を用いて、多重したままの状態で一括して信号を増幅できるため、非常に簡単な構成で伝送距離を延ばすことができるのだ。

　WDMは単に波長を変えているだけなので、イーサネットなど、SONET／SDH以外のどんな光信号でも多重できる。最近では、LANでおなじみのイーサネットとWDMとの組み合わせが「MAN」で積極的に使われている。ギガビット・イーサネットは標準には含まれないが、ベンダ独自で「MAN」で使用可能な数十kmの伝送を実現している。ギガビット・イーサネットとレイヤ2スイッチだけを用いたイーサネット「MAN」が、ダーク・ファイバを使って構築できる。さらにWDMを用いてSONET/SDHと多重することも可能というわけだ。

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　次章では、10GbpsイーサネットやRPRに代表される最新の光技術を解説する。

Index
特集：MANと光技術の最新トレンドを探る
	Part.1　アクセス回線のブロードバンド化とMAN ・MANとは何か？ ・MANの登場と市場の変化 [コラム] ダーク・ファイバとは？
	Part.2　WAN／MANを構成する光技術 ・バックボーン技術の基本「SONET／SDH」 ・SONET／SDHの特徴は強力な耐障害機能 ・SONET／SDHの最新事情 ・複数の波長を1本の光ファイバに束ねる「WDM」
	Part.3　10Gbpsイーサネットの登場とRPR ・WAN向けでの使用が想定された「10Gbpsイーサネット」 ・10GbEに高い耐障害性をもたらす「RPR」 ・SONET／SDHもさらに進化する

「Master of IP Network総合インデックス」

　

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