光化を進めるアクセストランスポート
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GE-PONプラットフォーム－
Optical Access Transport System
―GE-PON Platform―
あ ら ま し あ ら ま し 国内では，2008年にFTTH契約数がDSL契約数を超え，ブロードバンド契約の半分は FTTHを活用し，そのサービスメニューも増えてきた状態である。これはFTTHサービス料 金が，各種の技術の進歩で低廉化し，契約者にとって享受するサービスが適度の満足度に近 づいたためと思われる。富士通は，この急増するFTTH契約者のアクセスプラットフォーム として，量産に対応したGE-PONシステムを提供している。 国内では，2008年にFTTH契約数がDSL契約数を超え，ブロードバンド契約の半分は FTTHを活用し，そのサービスメニューも増えてきた状態である。これはFTTHサービス料 金が，各種の技術の進歩で低廉化し，契約者にとって享受するサービスが適度の満足度に近 づいたためと思われる。富士通は，この急増するFTTH契約者のアクセスプラットフォーム として，量産に対応したGE-PONシステムを提供している。本稿では，本システムの加入者線端局装置（OLT：Optical Line Terminal），加入者線終 端装置（ONU：Optical Network Unit），およびその監視制御システムについて，製品機能 を紹介するとともに，最新の技術・標準化動向として，IEEEで議論されている10G-EPON に触れる。現在のGE-PONシステムからのスムーズな移行を図る装置の技術開発を行い， 契約者がストレスを感じない，快適で安全なサービスを享受できるよう，アクセストランス ポートを提供していく。
本稿では，本システムの加入者線端局装置（OLT：Optical Line Terminal），加入者線終 端装置（ONU：Optical Network Unit），およびその監視制御システムについて，製品機能 を紹介するとともに，最新の技術・標準化動向として，IEEEで議論されている10G-EPON に触れる。現在のGE-PONシステムからのスムーズな移行を図る装置の技術開発を行い， 契約者がストレスを感じない，快適で安全なサービスを享受できるよう，アクセストランス ポートを提供していく。 Abstract Abstract
In Japan, the number of fiber-to-the-home (FTTH) users surpassed the number of DSL users in 2008. Half of all broadband users are now FTTH users, and the service menu for FTTH is growing. This achievement is attributed to lower service rates as related technologies progress and to services that approach an appropriate level of satisfaction for the user. Fujitsu is proposing the use of the Gigabit Ethernet passive optical network (GE-PON) system, which is applicable to mass production, as an access platform to support this dramatic growth in FTTH users. This paper describes the functions of two key GE-PON products—the optical line terminal (OLT) and optical network unit (ONU)—and those of their supervision and control system. It also touches upon 10G-EPON, a next-generation technology now being standardized at IEEE. Fujitsu intends to develop hardware technology to achieve a smooth transition from the existing GE-PON system and to provide an access transport system that enables users to enjoy safe and pleasant services in a stress-free way.
In Japan, the number of fiber-to-the-home (FTTH) users surpassed the number of DSL users in 2008. Half of all broadband users are now FTTH users, and the service menu for FTTH is growing. This achievement is attributed to lower service rates as related technologies progress and to services that approach an appropriate level of satisfaction for the user. Fujitsu is proposing the use of the Gigabit Ethernet passive optical network (GE-PON) system, which is applicable to mass production, as an access platform to support this dramatic growth in FTTH users. This paper describes the functions of two key GE-PON products—the optical line terminal (OLT) and optical network unit (ONU)—and those of their supervision and control system. It also touches upon 10G-EPON, a next-generation technology now being standardized at IEEE. Fujitsu intends to develop hardware technology to achieve a smooth transition from the existing GE-PON system and to provide an access transport system that enables users to enjoy safe and pleasant services in a stress-free way. 石井義則（いしい よしのり） 富士通テレコムネットワークス （株）NTT事業部 所属 現在，光システムの開発に従事。 山下治雄（やました はるお） 富士通テレコムネットワークス （株）製品企画室 所属 現在，製品企画に従事。
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ま え が き
日本におけるブロードバンド契約数の合計は， 2008年12月末時点で，3011万となり，そのうち FTTH（Fiber To The Home）が1442万，DSLの 契約数は1159万，CATVは408万という状況である。 FTTHアクセスサービスの契約数がDSLのそれを逆 転してクロスオーバした伸びとなっている。この時 点で，ブロードバンドの約半分がFTTH契約となっ ている。総務省の統計データを図-1に示す。(1) 2004年にIEEE 802.3ahとして標準化を終了した EPON（イーサネット信号の1 Gbps双方向伝送を 行うPON）は，国内では広くGE-PON（Gigabit Ethernet Passive Optical Network）と呼称されて おり，以下ではこの用語を用いる。このGE-PON は，急速に進展するFTTHの主役であり，この5年 余りで，実に約1400万のFTTH契約者の増加の担 い手となっている。 本稿では，光アクセスシステムの根幹である FTTHサービスが普及した背景とそれを支えるGE-PONプラットフォームに焦点を当て，その最新技 術と今後の技術動向を述べる。 FTTHサービス アクセスネットワークでは，エンドユーザとIP コアネットワークとを接続し，出入りする大量トラ フィックや多様なサービスをサポートし，安心・安 全でストレスを感じない高速・広帯域のユーザ環境 を実現することが期待されている。 アクセス系の光化，FTTHはまさにこれにフィッ トしたものである。 FTTHがブロードバンドの足回りとして，国内で 広く普及した背景には，光ファイバの敷設や施工技 術の進歩，機器コストの主要因となる光モジュール （光素子プロセス・アセンブリ技術，送受信ASICな ど）や主要回路のLSI化による低価格化があり， FTTHのサービス料金の適度の満足度と相まったと ころにある。さらには，「光ならでは」の高速広帯 域性能・高品質を生かしたキラーサービスの先駆け として，トリプルないしクアドラプルプレイのサー ビス（映像配信，電話，インターネット，ワイヤレ スの統合サービス）が身近に低価格で提供されるよ うになった。 とくに光電話（高品質なIP電話），オンデマンド TV，映像を伴うオンラインゲームやユーザ発信型 サービスなどは，帯域を消費するだけ高品質になっ たり，リアルタイム性に優れたりするサービスが期 待されている。 また，FTTHは，QoS（Quality of Service）が 必 要 な サ ー ビ ス や FMC （ Fixed Mobile Convergence）を実現するサービスには，それをエ ンドユーザにスムーズに提供するためのアクセスプ ラットフォームとなり得るし，統合的に各種サービ スを実現することができる。 GE-PONシステム GE-PONシステムは，このFTTHのアクセスネッ トワークのファーストマイルのための高速・広帯域 対応で，かつ経済的なソリューションとしてIEEE で標準化された，ブロードバンドアクセス方式の一 つである。(2) GE-PONシステムを用いたネットワー ク構成例を図-2に示す。 GE-PONシステムは加入者線端局装置（OLT： Optical Line Terminal ） と 加 入 者 線 終 端 装 置 （ONU：Optical Network Unit）から構成される。 OLTはカプラで分岐した光ファイバに接続される 複数のONUを収容可能であるため，ファイバの効 率的利用および局空間の有効活用を可能としている。 本システムは，戸建て住宅向けアクセス回線として の利用のほかに，その広帯域性を生かして配下に VDSLなどを配置し，複数ユーザを収容するマン ション型のFTTHや，企業向けのVPN（Virtual Private Network）サービス用のインフラとして利 用されている。 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 (万契約） FTTH CATV DSL 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 出典：総務省ブロードバンドサービスの契約数等（平成20年12月末） 図-1 ブロードバンドサービスの契約数の推移
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L2-VPN L2-VPN IP IP CDN CDN 企業 光 ファイバ 戸建て住宅 PON VDSL modem マンション ONU VDSL/VDSL2 AC 100V TEL LVDS NKL-LIFG sPowerFail Statu Cons
ole
Up Link/Down LinkoleUp Link/Down Link Cons
1 24 35 6 7 1 3 5 7 915 13 11 2 4 6 81016 14 12VDS L Lin kLin k マンション
CDN: Contents Delivery Network ODN: Optical Distribution Network OLT: Optical Line Terminal ONU: Optical Network Unit UNI : User Network Interface VPN: Virtual Private Network
カプラ 17th floor 3rd floor メタリック 光ファイバ カプラ ODN 範囲 OLT UNI ONU ONU ONU UNI 図-2 GE-PONネットワーク Fig.2-GE-PON network.
（a）GE-PON OLT （b）GE-PON ONU
図-3 GE-PONシステム装置 加入者線端局装置（OLT） GE-PON OLTはお客様の局舎内に設置する集線 装置であり，19インチラック搭載型のシャーシ型 の装置である。1枚の制御監視カードと16枚のライ ンカードの搭載が可能であり，高密度収容を可能と している。OLTの装置外観を図-3（a）に，主要仕 様を表-1（a）に示す。また，以下に特徴を示す。 Fig.3-GE-PON system. ・IEEE 802.3ah仕様に準拠したOLT機能に対応 ・IEEE 802.1Dで規定されるブリッジ機能に対応 ・IEEE 802.1Qで規定されるVLAN機能に対応 ・ONU認証機能を有し，ONUのMACアドレス対 応などをサポート ・PON区間のユーザデータフレームの暗号化/復号 化機能に対応し，暗号化アルゴリズムはAES-128を採用 ・動的帯域制御機能（DBA：Dynamic Bandwidth Allocation）による，帯域の公平で，かつ有効な 利用が可能で，エンハンスなどに対応可能な拡張 性の高い実装方法 ・ロジカルリンク折返し機能があり，OLT-ONU間 の疎通確認が可能 ・テストフレームにおけるエラー数のカウント，往 復遅延時間の測定および性能，品質の測定が可能 ・OLTは遠隔からの制御および監視が可能で，保 守機能ならびに障害時の切分け機能を各種搭載し， 容易な操作での保守の実施が可能 加入者線終端装置（ONU） GE-PON ONUはFTTHサービスを受けるエンド ユーザ宅もしくはマンションの機械室などに設置さ れる。上り側はエンドユーザのUNIから受けた データをPONインタフェースに送出し，下り側は 局からの自分宛のデータだけをUNI側に送出する。 ONUの装置外観を図-3（b）に，主要仕様を表-1 （b）に示す。また，以下に特徴を示す。 ・IEEE 802.3ah仕様に準拠したONU機能に対応 ・20 km/32分岐に対応 ・UNIポートは1 Gbpsまで対応 ・8クラスの優先キューによる柔軟なプライオリ ティ制御が可能 ・独自のONU管理方式に対応 ・AES-128モードでの暗号化/復号化に対応
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表-1 GE-PON装置仕様 （a）OLT 項 目 仕 様 1000Base-PX20-D（パワーバジエット：29 dB） PON-IFポート 最大16回線/OLT 1000Base-T/1000Base-SX/LX（GBIC） 幹線IFポート 最大16回線/OLT 認証IFポート 10Base-T；1回線/OLT 保守用IFポート 10Base-T；1回線/OLT インタ フェース 装置設定IFポート シリアルポート；1回線/OLT ブリッジ機能，VLAN機能，ONU認証機能， 暗号化・復号化機能，動的帯域制御機能 装置機能 冗長構成 電源二重化，FAN冗長化 保守運用機能 SNMPエージェント機能，ループテスト ONU電源断検出機能，加入者リンク情報通知 寸 法 4Uサイズ，432（幅），350（奥行），174（高さ）mm 20 kg 質 量 設置条件 EIA-310-D規格 19インチラック搭載 動作環境（温度/湿度） 0～40℃/30～80％（結露しないこと） 電源/消費電力 AC100 V，DC－48 V/最大400 W対応 電波規制 VCCIクラスA準拠 （b）ONU 項 目 仕 様 PON-IFポート 1回線 （1000Base-PX20-U相当：1回線） インタ フェース 端末IFポート 2回線 10/100/1000Base-T： 1回線 10/100Base-TX： 1回線 装置機能 優先制御，ONU管理方式 暗号化・復号化機能，IGMPスヌーピング機能 冗長構成 なし 保守運用機能 ループテスト ONU電源断検出機能，加入者リンク情報通知 寸 法 156（幅），33（奥行），163（高さ）mm 質 量 約500 g（電源アダプタを除く） 設置条件 縦置き，壁掛け設置可能 動作環境（温度/湿度） 0～40℃/30～80％（結露しないこと） 電源/消費電力 AC100 V（50/60 Hz）/最大8 W 電波規制 VCCIクラスB準拠 ・IGMPスヌーピング機能があり，IPマルチキャス トに対応 ・ロジカルリンク折返し機能により，開通確認や障 害切分けが可能 ・警報（電源断）およびUNIの状態をOLTへ通知 することが可能 ・状態表示用LEDにより，容易に装置の状態を 確認 ・装 置 サ イ ズ は 幅156 mm×奥 行 33 mm×高さ 163 mm，質量は約500 gと，小型化を実現 ・設置方法は，据置設置および壁掛け設置に対応 監視制御システム（OpS） GE-PON OpSの主な機能および特徴を以下に 示す。 ・OpSはUNIXサーバ/Solaris上で動作する監視制 御用ソフトウェア ・クライアント/サーバ構成により，遠隔による OLT，ONUの状態およびPON区間の通信の監視 制御が可能・HMI（Human Machine Interface）端末はOpS 設置局以外の複数の局からシステムの監視制御が 可能
・OpSは，操作性に優れたGUI（Graphical User Interface ） お よ び CLI （ Command Line Interface）が提供されており，容易な保守が可能 ・最大250台のOLTの監視制御が可能であり，大規
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表-2 GE-PONと10G-EPONとの比較
GE-PON 10G-EPON
標 準 IEEE 802.3ah IEEE 802.3av
クラス PX10/PX20 PR10/PR20/PR30（Symmetric） PRX10/PRX20/PRX30（Asymmetric） サービス イーサネットデータ イーサネットデータ フレーム イーサネットフレーム イーサネットフレーム MAC層 距 離 10 km/20 km SMF 10 km/20 km SMF 最大分岐数 16 以上 16 or 32 以上 上り：1.25 Gbps 上り：10.3125 Gbps or 1.25 Gbps 伝送速度 下り：1.25 Gbps 下り：10.3125 Gbps
伝送容量 1 Gbps（8B/10B transmission code） 10 Gbps（64B/66B transmission code）
光線路チャネル損失 20 dB/24 dB 20 dB/24 dB/29 dB 波 長 上り：1260-1360 nm 下り：1480-1500 nm 上り：1260-1280 nm（10G）/PR対応/ 上り：1260-1360 nm（1G） /PRX対応/ 下り：1575-1580 nm（10G）/PR&PRX対応/ FEC オプション リード・ソロモンRS（255，239） 必須 リード・ソロモンRS（255，223） 物理層 上り信号用PON ヘッダ
Laser On/Off：512 ns max Receiver set：400 ns max Clock抽出：400 ns max Delimiter：32 bits
Laser On/Off：512 ns max
Receiver set：800 ns max（sync pattern） Clock抽出：400 ns max Delimiter：66 bits 共存性 (Video overlay) ・OpS自身および監視配下のOLTの構成情報を バックアップしておくことができ，障害が発生し た際の復旧時間を大幅に短縮可能 ・プログラムの更新が容易な構造であり，将来の機 能拡張への柔軟な対応が可能 これらの機能や特徴により，柔軟な監視制御シス テムを構築している。 10G-EPONシステム 国内においては，現状GE-PONがアクセスプ ラットフォームとしてFTTHを主導しているが，さ らなるFTTHの高速化を図る10 GbpsのPONが検討 されている。 IEEEの10G-EPONの標準化(3)では，ほぼ技術仕 様が固まり，2009年9月に完了予定である。GE-PONと10G-EPONとの比較を表-2に示す。 10G-EPONは，GE-PONと比較し， （1） データはイーサフレームを利用して運ぶ （2） WDM（Wavelength Division Multiplexing）
方式による1芯双方向伝送
（3） 下 り は 連 続 信 号 ， 上 り は バ ー ス ト TDMA （Time Division Multiple Access）信号
（4） ファイバ伝送距離（20 km以上）や分岐数 （16ないし32以上） などの基本は変わらないが，主な差異として次の点 が挙げられる。 （1） 波長は10 Gbps伝送用に，下り1575-1580 nm， 上り1260-1280 nmである。 （2） 対称（Symmetric）/非対称（Asymmetric） の二つの通信モードがあり，10 Gbps双方向伝送 方式と，上り信号はGE-PONと同じく1 Gbps伝 送とする方式とがある。 （3） 伝送容量は10倍であるが，伝送符号は，GE-PONが1 Gbpsイーサネットの8B/10Bを採用して いたのと同じで，10G-EPONは64B/66Bを採用 する。
（4） FEC （ Forward Error Correction ） は GE-PONではオプションであったが，それに比べ高 利得の誤り訂正リード・ソロモンRS（255， 223）符号が必須となり，この適用による受光感 度改善を期待している。 （5） 上り信号のバースト受信には，10 Gbps信号 のビット同期用のパターンやバイト同期用デリ ミッタパターンが定義された。 さらには，既存システムとの共存を考慮して， ファイバ損失29 dBの光バジェットクラスが追加さ れた。
こ れ は 既 存 ODN （ Optical Distribution Network：カプラを含むファイバプラント）をそ のまま使って，GE-PONと10G-EPONの共存をね
GE-PON (Video overlay) SMF：Single Mode Fiber
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100 M / 1 GbE GbE PHY GE-PON MAC (1 G/1 G) 1 G-Rx 1 G-Tx W D M 10 GbE 10 GbE PHY 10 G-EPON MAC (Tx：WDM， 10 G & 1 G) (Rx：TDM， 10 G & 1 G) 10 G/ 1 G-Rx 10 G-Tx W D M 1 G-Tx GbE PHY 10GE -PON MAC (10G/1G) 10G -Rx 1G -Tx W D M GbE PHY 10 G-EPON MAC (10 G/1 G) 10 G-Rｘ 1 G-Tx W D M Existing GE-PON Both 10 G/1 G supportOLT side
ONU side
1 GbE GbE PHY 10 G-EPON MAC (10 G/10 G) 10 G-Rx 10 G-Tx W D M 10 G-EPON（対称）PON
10 G-EPON（非対称） 1 G： 1 Gbps 10 G：10 Gbps Tx： 送信機 Rx： 受信機 1 G 10 G 10 G 10 G 1 G 1 G 1 GbEUNI
UNI
UNI
図-4 GE-PONと10G-EPONの共存 Fig.4-Co-existence of GE-PON and 10G-EPON.らったものである。また，既存システムからのス ムーズな移行を図るため，OLTの機能オプション として「Dual-rateモード」が規定として盛り込ま れている。 1 Gbpsと10 Gbpsとの共存の概要を図-4に示す。 原理的には，既存の上り1 Gbps/下り1 GbpsのGE-PON ONUと，上り1 Gbps/下り10 Gbps，あるい は上り10 Gbps/下り10 Gbpsの10G-EPON ONUの 3種類が，同一のカプラ内に収容し得る。OLTは下 りに連続の1 Gbps，10 Gbpsの二つの信号をWDM 送信し，同時に1 Gbps，10 Gbpsのバースト信号を TDMA受信する。 この様子について，図-5を用いて補足する。下り に つ い て はGE-PON が 1480-1500 nm で ， 10G-EPONが1575-1580 nmでWDM伝送することであ り，上りについては，GE-PONが1260-1360 nmで， 10G-EPON が 1260-1280 nm （ 対 称 ） あ る い は 1260-1360 nm（非対称）でバースト信号をTDMA 伝送することである。 10G-EPONのアクセス系への適用には，技術的 にはプロトタイプの試作などで，めどが立っている が，価格的なバリアがある。中でも，光モジュール において，上り信号（ONU）に用いる高光出力で 10 Gbps動作のDML（Directly Modulated DFB-Laser）光送信機，10 Gbpsと1 Gbpsの両方のバー スト信号を受信できる光受信機の開発を，歩留まり 良く，安価に製造することが必要である。 今後の技術動向 上記の高速なPONのインタフェースの標準化で はIEEEがITU-Tに先行した形となっているが， ITU-Tでは既にG.984シリーズとして下り2.5 Gbpsの G-PONの標準化を終えている。引き続き，今研究 会 期 （2009-2012 年）に高速版PONの標準化を G.987シリーズとして予定している。
IEEE と ITU-T と は PON シ ス テ ム ・ 光 イ ン タ フェース仕様や低消費電力化による地球温暖化対策 などで協調していく方向である。 また次世代のPONとしては， （1） 既存ODNの要求を踏まえて移行を図るシステ ムに加え， （2） 既存ODNの要求にとらわれないシステム
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1300 1280 1260 1480 1360 1500 1560 1600 1580(nm)
10G-EPON
GE-PON
下り：1480-1500 nm 下り：1575-1580 nm 上り：1260-1280 nm：10G（対称） 上り：1260-1360 nm：1G（非対称） 上り：1260-1360 nm 映像配信 下り：1550-1560 nm 図-5 GE-PONと10G-EPONの波長配置Fig.5-Wavelength allocation of GE-PON and 10G-EPON.
とがある。 両者とも，長距離化・多分岐化を図るシステム， 無線の検波方式の適用などの議論をしていく必要が ある。 後者（2）では，既存のカプラをWDMフィルタ 付 き カ プ ラ に 変 え て ， DWDM （ Dense Wavelength Division Multiplexing）やカラーレス ONU を 使 っ た ， 波 長 に よ る ロ ジ カ ル な P-P の WDM-PONなどを議論していく必要がある。 これらのITU-Tやその勧告前の草案を審議・議論 し，ITU-Tへ寄書として提案するコンソーシアム FSAN（Full Service Access Network），および IEEEの標準化動向および議論を見据えながら技術 開発を進めていく。 む す び 本稿では，国内においてFTTHを推進し，アクセ スネットワークの光化を牽けん引するGE-PONシステ ムの概要，およびその技術・標準化動向について述 べた。今後は高速版の10G-EPONの標準化状況を 見ながら，コスト的かつ技術的にチャレンジングな 面もあるが，アクセスプラットフォームとしての GE-PONのエンハンスおよび移行に取り組んでい く。それを通じ，FTTHユーザが，映像を含む各種 サービスを享受し，ストレスを感じない，環境にや さしいアクセスプラットフォームを提供していく。 参 考 文 献 （1） 総務省：ブロードバンドサービスの契約者数等 （平成20年12月末）． http://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/ 090318_1.html （2） IEEE P802.3ah． http://www.ieee802.org/3/ah/
（3） IEEE P802.3av Task Force：10 Gb/s Ethernet Passive Optical Network．
