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構築」研究成果

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構築」

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

　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。

　光ルータの構成法としては、光波長を光ルータ間で光パスとして割り当て電気ルータをカットスルーする光波長スイッチ型の構成法、同一ルートのIP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構成法、そして究極の形態としてIPパケットを光領域でスイッチングする光パケットスイッチ型の構成法が考えられます（図参照）。光波長スイッチ型はMPλS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現在の光デバイス技術では実現困難な状況にあり、まだ基礎研究の段階にあります。したがって、現在光バーストスイッチ技術の研究開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IPパケットの固まりであるバーストデータをそれぞれ別に伝送します。中継ノードでは制御パケットのみを電気処理し、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。制御パケットは複数のIPパケットの制御情報を集約しているため、従来のインターネットと比較して、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減されます。その結果、高速なデータ伝送が可能となります。当研究室は情報通信研究機構の委託を受け、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開発を進めてきました。

　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構築し、光バーストの伝送実験に成功しました。本テストベッドを構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約され、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機構を備え、複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動を確認し、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、IP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質や性能を検証する環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。

 

＜参考資料URL＞

http://www.mlab.t.u-tokyo.ac.jp/

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

 

用語解説

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

波長の異なる複数の光信号を、1本の光ファイバによって同時に伝送する技術。本技術によって、光ファイバの伝送容量が飛躍的に増大する。

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。

一方向予約方式：

送受信ノード間において、経路予約を行う方式の一つ。従来の光ネットワークでは、送受信ノード間で経路予約を行う際、送受信ノード間で予約信号の往復を行い、予約完了が確認された後にデータ信号を送信する（双方向予約方式）。一方、一方向予約では、予約確認を行わず、予約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、予約の競合によってデータが損なわれる可能性がある。

図　光ネットワーク展開のロードマップ
（超高速フォトニックネットワーク開発推進協議会資料より）

 

デモンストレーションのご案内

下記の日時・会場において開催されるiPOP 2005において、光バーストスイッチネットワークテストベッドの公開とアプリケーションのデモンストレーションを行いますのでご来場ください。

iPOP2005ウエッブサイト　:  http://www.pilab.org/ipop2005/

------- 記 ------

日時：　平成17年2月21日、22日

会場：東京都江東区有明3丁目1番　東京ファッションタウンビル　TFTホール　Hall 300

http://www.tokyo-bigsight.co.jp/tft/

交通：　新交通「ゆりかもめ」国際展示場正門駅と直結

電話：　03-5530-5010