5G時代に注目したいOpticalトレンド

ビジネス開発本部 第1応用技術部
第1チーム
関原 慎二

 5Gサービスがいよいよ日本でもスタートします。現在、IoT, コネクテッドカー, ドローンや仮想現実など多種多様なビジネスモデルが検討されています。この5Gサービスを支える社会基盤のインフラのひとつとしてOpticalトランスポートがあり、大容量データを効率よく低遅延で伝送することが要求されています。今回は2019年に注目したいOpticalのトレンドとして、FlexEスライシングとEdge ROADMについてご紹介したいと思います。

第5世代移動通信システム(5G)の到来

モバイル通信の歴史は1980年代のアナログ携帯電話サービスに始まります。その後、90年代にデジタル化の実現により第2, 3世代(2G, 3G)へと進みスマートフォンやタブレットの登場で、現在は動画やゲームをストレスなく楽しめる第4世代(4G)モバイル通信へと進化してきました。

そして第5世代モバイル通信として5Gがいよいよスタートします。5GではIoTの普及と共にコネクテッドカーやスマートシティ、スマート工場さらにヘルスケアなどスマートな社会の実現に向けて多様なサービスが可能になります。その為に扱うデータ量はうなぎのぼりに増大し、2020年にはおよそ44ZBと言われています(2015年の約7倍のデータ量)。

また、5Gでは現在の100倍の通信速度が可能な高速大容量接続(eMBB)や大量のIoT端末やセンサー等と接続を行う多数端末同時接続(mMTC)そして、車の自動運転などミッションクリティカルなサービスに対応する高信頼低遅延接続(uRLLC)といった技術が要求されています。そこで、これらのサービス基盤を支える光ネットワークにも変革が求められています。


FlexEスライシング

5Gでは多種多様なサービスを光ネットワークに収容しなければなりません。例えばコネクテッドカーによる自動運転ではデータの高信頼・低遅延伝送が必要となり、VR(仮想現実)やAR(拡張現実)によるスポーツ観戦などでは高速大容量のデータ伝送が要求されます。

そこで、光ネットワークリソースを特定のサービスやユーザー向けに仮想的に分割し、効率的に5Gサービスを収容可能にするネットワーク・スライシングという技術が登場しました。


ネットワークのスライシングには、ソフト(Soft Slicing)とハード(Hard Slicing)があります。
Soft Slicing では、たとえばQoSをスライスに割り当てることで帯域の保証をしていてもキューによりトラフィックが多重されている為、高負荷が発生した場合に遅延に影響が発生することや競合により他のスライスにインパクトを与えることがあります。

一方、Opticalトランスポートの物理レイヤで行うHard Slicing は専用のリソースを物理的に分離している為に、他のスライスからの影響を受けることがありません。Hard Slicingの1つであるFlexE(FlexEthernet)は以前のコラムで紹介したように物理レイヤにおいて各サービスに対応したMAC信号を時分割多重(TDM)することで分離、独立した通信パスを生成して互いに影響しないサービス帯域の確保が可能になります。

FlexEとOpticalトランスポートを連携することで、クラウドなど広域な環境で5Gサービスの提供が可能になります。また、FlexEバージョン2.1の実装規定においては5Gbps粒度のスライシングにより、マイクロ秒以下の伝送遅延が実現可能となる為に5Gフロントホールにおいて低遅延での処理が期待されています。



Edge ROADM(エッジローダム)

5Gではモバイルエッジコンピューティング(MEC)が注目されています。これはユーザー端末の近くにサーバー等によるコンピューティング装置を分散配置するというものです。MECでは膨大な量のデータがメトロエリアのデータセンタ(DC)に蓄積され、DC間接続(DCI)の光ネットワークに流れるトラフィックが急増することが予想されています。

しかし現在、メトロエリアにおいては固定フィルターを使用した光ネットワーク構成が多く、5Gサービスを提供する際のボトルネックになると言われています。それは、現状のメトロネットワークはコアネットワークと異なり、フレックス・グリッドと呼ばれるフレキシブルな光変調方式への対応や光パスルートのリモート設定変更などに対応できていない為です。

そこで5Gサービス需要に対応する為にメトロネットワークにおいて、迅速かつ自動で光パスの設定を行うEdge ROADM装置が近年、登場し注目されています。



Edge ROADMには高速大容量伝送を提供し、エネルギー効率を高めエコな環境の実現に向けて以下の内容が要求されています。

(1)コンパクトで導入コストが安いこと

(2)プロビジョニングなど機器の簡易設定やリモート設定が可能なこと

(3)コヒーレント伝送や多値符号伝送などフレキシブルな光波長変調方式に対応可能なこと

(4)SDN連携などオープンでディスアグリゲーションへの対応が可能なこと

Edge ROADMの導入により、低コストで100G/200G/400GといったOpticalトランスポートに対応可能で自動制御が可能な5Gメトロネットワークが実現できます。

また、コヒーレント伝送は長距離のコアネットワークでは広く使用されていますが、コストが高いのでメトロネットワークでの使用は実用的でありませんでした。その為に低コストのPAM4という伝送方式がメトロネットワークのDCIに提案、導入されています。

しかし、Edge ROADMで光信号の挿入/分岐(Add/Drop)を行う際に、光信号レベルの損失が発生する為に伝送距離が制限されてしまいます。そこで最新のシリコンフォトニクス技術を取り入れ、低コストのコヒーレント伝送の実現に向けた400ZR規格がOIFという国際的な業界団体で実装規格の標準化が行われています。このように5Gサービスの実現に向けて様々な取り組みが行われています。



まとめ

5G時代では光ファイバーを最大限に有効活用し様々なサービスを収容し、今まで以上に低コストで低消費電力なエコなネットワークを実現する必要があります。そして今後はOpticalネットワークはAIやMLと連携し、ネットワークのモニタリングやオペレーションの自動化そして光ネットワークの最適化への取組みが加速していきます。

※1 eMBB:enhanced Mobile Broadbandの略、高速大容量通信の意味

※2 mMTC:massive Machine Type Communicationsの略、大量な端末による通信の意味

※3 uRLLC:Ultra-Reliable and Low Latency Communicationsの略、超高信頼低遅延通信の意味

※4 MEC:Mobile Edge Computingの略、クラウドと異なりユーザーの近くのアクセス、メトロネットワーク領域にエッジサーバーを分散配置する。車の自動運転など高いリアルタイム性が求められる状況を想定し、遅延時間をエンドツーエンドで数msに短縮することを目指している。

※5 PAM4:4 値パルス振幅変調。伝送容量増大のために、4つのレベルのパルス信号として伝送する符号方式

参考文献

Road to 100G – 100G の現状
Road to100G-100Gインフラを導入するメリット
Road to 100G – 100G 高信頼性の実現、冗長技術について
Beyond 100G をめざすオプティカル技術
Beyond 100G 光通信を支えるオプティカル技術
通信システムでソフトエラーが発生!
WDM光伝送装置の新しいコンセプト Open Optical Line System(OOLS)とは?
ファイバからの盗聴を防止する光トランスポート暗号化技術
光トランスポートとコラボするFlex Ethernetって?
クラウドネットワーキングのインフラとして、改めて注目を浴びるIP over WDM
ついに実現!! 光伝送システムのディスアグリゲーション
Metro DCIの新しいスタイル
スマートに進化する光ネットワーク

 

執筆者プロフィール

関原 慎二
ネットワンシステムズ株式会社 ビジネス開発本部 第1応用技術部 第1チーム所属
通信機メーカ入社後、キャリア向け伝送装置のハードウェア開発、LSI設計等に従事。

ネットワンシステムズではオプティカル製品(FTTH、WDM)の評価、検証及び案件技術支援を担当
・ADVA Certified Expert #083193
・工事担任者デジタル1種

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