研究成果「光バーストスイッチネットワークテストベッドを构筑」

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研究成果「光バーストスイッチネットワークテストベッドを构筑」研究成果

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研究成果「光バーストスイッチネットワークテストベッドを构筑」

东京大学情报理工学系研究科／新领域创成科学研究科　青山?森川研究室

　東京大学情報理工学系研究科／新領域創成科学研究科青山?森川研究室（所在地?東京都文京区）は世界に先駆けて、IPパケットからの光バースト生成を含めた光バーストスイッチネットワークのテストベッドを構築し、稼動に成功しました。

　近年の光伝送技術の進展、特に波長分割多重（WDM:Wavelength Division Multiplexing）技術によってインターネット上のルータ間の伝送速度は実験室で10 Tb/s、商用レベルでもTb/sを超える超高速を達成しております。この伝送容量は、今日ブロードバンドユーザの増加が著しいインターネットトラフィックの要求を十分に満たすものですが、伝送路の高速化とともに、中継ルータにおけるデータ処理、すなわち光データを電気データに変換し、IPパケットの経路制御等の電気処理を行うルータの高速化が必須となります。しかしながら電子回路の速度限界よりそれが実現困難となることが予想され、ルータがインターネットのボトルネックとなる可能性が出てきております。そこでバックボーンネットワークにおけるルータの電気処理負荷を軽減し、高速なパケット転送を可能とする光ルータ技術の開発が期待されております。

　光ルータの构成法としては、光波长を光ルータ间で光パスとして割り当て电気ルータをカットスルーする光波长スイッチ型の构成法、同一ルートの滨笔パケットの集合を光バーストとし光バースト毎に行き先に応じてスイッチングする光バーストスイッチ型の构成法、そして究极の形态として滨笔パケットを光领域でスイッチングする光パケットスイッチ型の构成法が考えられます（図参照）。光波长スイッチ型は惭笔λ厂とも呼ばれ、実用レベルにきており、一方光パケットスイッチ型は光メモリが必要となるなど现在の光デバイス技术では実现困难な状况にあり、まだ基础研究の段阶にあります。したがって、现在光バーストスイッチ技术の研究开発が世界的に活発に行われております。

　光バーストスイッチングでは、経路制御に必要な制御パケットと滨笔パケットの固まりであるバーストデータをそれぞれ别に伝送します。中継ノードでは制御パケットのみを电気処理し、バーストデータは光信号のままスイッチングされ転送されます。制御パケットは复数の滨笔パケットの制御情报を集约しているため、従来のインターネットと比较して、中継ノードで処理する制御パケット数、データ量がともに低减されます。その结果、高速なデータ伝送が可能となります。当研究室は情报通信研究机构の委託を受け、これまでに光バーストスイッチングを用いたネットワークにおける制御手法の研究と、その有効性を検証し得るテストベッド开発を进めてきました。

　今回、当研究室は光バーストスイッチネットワークのテストベッドを构筑し、光バーストの伝送実験に成功しました。本テストベッドを构成する光ノードでは、外部ネットワークとのインタフェースとしてギガビットイーサネット信号の入力ポートを保持します。本ノードでは入力されるイーサネット信号のうち、同一の宛先を持つ信号同士が集约され、光バーストが生成されます。実データ信号から光バーストを生成する机构を备え、复数のノードを接続する光バーストスイッチネットワークの稼动を确认し、映像信号などのアプリケーションを転送した実験は世界で初めてであります。これにより、滨笔パケットレベルでの光バーストスイッチネットワークの品质や性能を検証する环境が整ったことになります。

　また、本テストベッドは制御部がFPGA（Field Programmable Gate Array）で構成され、プログラムの更新による仕様変更が容易な設計となっております。これにより、GMPLS（Generalized Multi-Protocol Label Switching）等、任意の制御プロトコルを実装することが可能であり、汎用性が高く、様々な実験?評価用途として利用できる有意なテストベッドであります。現在使用している光スイッチのスイッチング速度は10 msでありますが、これを10 μsに高速化すれば、1波長当り1 Gb/sのスループットを達成することが可能となります。

　2月21,22日に東京ファッションタウンビルにて開催されるiPOP 2005（The International Conference on IP + Optical Network）では、経路予約方式として遅延の小さい一方向予約方式を適用した光バーストスイッチネットワークの動態展示を行います。本展示では、光ノードに接続されたPC間での動画配信等、実際のアプリケーションが動作する様子をご紹介することにより、将来の光ルータを適用したフォトニックネットワークの可能性を示す予定であります。

＜参考资料鲍搁尝＞

光バーストスイッチネットワークテストベッドによる映像転送実験の写真

光バーストスイッチネットワークテストベッドによる映像転送実験

用语解説

波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）：

波长の异なる复数の光信号を、1本の光ファイバによって同时に伝送する技术。本技术によって、光ファイバの伝送容量が飞跃的に増大する。

MPλS ( Multi-Protocol Lambda Switching)：

光ネットワーク上の経路制御を行う技術。MPLS（Multi-Protocol Label Switching）では、IPパケットにラベルを付与し、中継点ではラベルをハードウェア処理することで高速な経路制御を実現する。一方MPλSでは、光信号の伝送波長をラベルとし、経路制御を行う。波長を占有することによって大容量通信が可能となるが、最大ラベル数はMPLSと異なり多重波長数となる。

GMPLS（Generalized Multi-Protocol Label Switching）：

光信号、及び電気信号の経路制御を行う技術。ラベルを一般化して定義し、伝送データの粒度に応じて波長や電気ラベルのうちから適切なラベルを利用することにより、より柔軟な経路制御が可能となる。IETF（The Internet Engineering Task Force）において仕様策定が行われている。

一方向予约方式：

送受信ノード间において、経路予约を行う方式の一つ。従来の光ネットワークでは、送受信ノード间で経路予约を行う际、送受信ノード间で予约信号の往復を行い、予约完了が确认された后にデータ信号を送信する（双方向予约方式）。一方、一方向予约では、予约确认を行わず、予约信号とデータ信号を近いタイミングで送信する。このため、伝送遅延が小さくなる一方、予约の竞合によってデータが损なわれる可能性がある。

光ネットワーク展開のロードマップの図