注意： 本製品は既に生産⁄販売を終了しております。

Cisco ONS 15190 を用いた
WDM ベースの SRP および PoS のメトロポリタンエリアへの配備

• Cisco ONS 15190 の製品情報ページ

波長分割多重化（WDM）テクノロジーの利点は、長距離の超高帯域のトランスポート市場において、長期にわたり認識されています。それらの環境においては、追加のファイバを設置するのは、非常に高価であり時間のかかるプロセスになります。そのため、WDM ベースのソリューションは、帯域幅の急速に成長している需要に対する唯一の実効性のある回答となっています。

一方、WDM ベースのソリューションのメトロポリタン・トランスポート市場への浸透は、長距離市場ほどは優勢ではありませんでした。装置の価格が高いこと、および SONET/SDH（Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy）、SRP（Spatial Reuse Protocol）などの高いレイヤのテクノロジーに対する管理可能な統合ソリューションが存在していないことが主な原因でした。

今日、インターネットの普及、および DSL、ケーブル・モデムなどの広帯域ローカル・ループ・テクノロジーの配備の結果として、メトロポリタン市場における帯域幅に対する要件が急速に増大しています。そうした事実、および市場の規制緩和がさらに進んでいることにより、より多くの企業は、既存のインフラストラクチャを使用してより広い帯域幅を市場に提供できるように、WDM ベースのソリューションをメトロポリタンエリアに配備しようとしています。

本文書では、WDM が頑強な実証済みのレイヤ 1、2、3 のテクノロジー（PoS（Packet over SONET/SDH）、SRP など）に緊密に統合化されたハイブリッド環境における Cisco ONS 15190 の高速 IP トランスポート・コンセントレータの使用形態について検討します。

最新の通信技術は、光波上で変調されたメッセージの伝送を可能にする光ファイバ・ケーブルに基づいています。光波は、ファイバを横断すると強度が減衰し、拡散して検出されなくなります。しかし、特定の波長を持つ光波はしばらく存続します。一般に、この特性に基づいて、光ファイバ伝送にはそうした特定の波長が使用されます。

最も一般に使用される波長間隔は、1310 および 1550 nm の 2 つです。1310 nm を使用する伝送は、コストが低いため、メトロポリタンまたは狭域アプリケーション用に広く使われています。一方、1550 nm の範囲の波長は、さらに遠くまで伝送可能なため、長距離伝送に向いています。1550 nm 範囲の波長を採用した場合、処理する装置のコストが増大しても、強度が低下する際にシグナルを再伝送する必要が軽減するという利点によって十分相殺されます。

WDM は、単一の光ファイバを使用して複数の光信号を伝送する技術です。すなわち、特定の 1 種類の波長で 1 種類のシグナルを送信するのではなく、2 種類以上のシグナルを異なる波長で送信します。図 1 に、WDM テクノロジーを示します。

図 1：WDM テクノロジー

伝送端にある装置が光シグナルを個々の正確な波長に変換します。これらの波長は、単一のファイバ上で光学的に多重化されます。WDM システムの受信端では、逆のプロセスが実行されます。個々の波長は、多重化されたファイバからフィルタリングされ、元のシグナルに戻されます。WDM テクノロジーを使用すれば、すべての種類の光シグナル（標準 SONET/SDH、ATM、ギガビット・イーサネットなど）を伝送することが可能になります。

DWDM（Dense WDM）という用語は、より多数のチャネルで伝送できる能力を表します。ここで、「多数」は、100 以上を意味する場合もあります。DWDM 装置では通常、非常に高いレーザ精度を持つ、1530 ～ 1565 nm の範囲の波長が使用されます。そうした精度を得るには、温度管理されたコンポーネントが必要になります。今日における基準としては、2 つのチャネルの間の波長間隔が 0.8 nm であると定義されています。ただし、製造業者によっては、0.4 nm（さらに 0.2 nm）の精度を示す装置を提供しています。

一方、CWDM（Coarse WDM）では、DWDM と比較してかなり広い波長範囲（1200 ～ 1600 nm）を最小 20 nm のチャネル間波長間隔で使用します。CWDM で使用される光通信コンポーネントは、20 nm の波長間隔を使用することにより、精度が低く、したがってより安価です。図 2 に、それぞれの WDM テクノロジーで使用される波長の違いを示します。

図 2：WDM で使用される波長のグラフ

BWDM（Bidirectional WDM）という用語は、単一のファイバ上で逆方向を向いた、2 つのチャネルを用いて伝送する能力を表します。BWDM テクノロジーでは、2 つの異なった波長を使用することができます。すなわち、1310 および 1550 nm です。

長距離伝送に DWDM を使用する明らかな利点は、既存のインフラストラクチャで広い帯域幅の配信が可能であるという点です。DWDM 装置に対する設備投資は、追加の光ファイバ・ケーブルを（海洋または大陸を渡って）設置するよりもはるかに安いため、長距離伝送に広く使われるようになってきました。

たとえば、各方向に 6 本の OC-48c/STM-16 チャネルで結ばれている、240 km 離れた 2 つの都市の間の伝送を考えてみましょう。3 つの可能な実装方法を比較すると、図 3 ～ 5 のようになります。従来の 1310 nm を使用する場合、従来の 1550 nm を使用する場合、そして WDM に基づいて 1550 nm を使用する場合です。WDM システムと光増幅回路が 1 つあれば、12 台の高価な再生回路に置き換わります。

図 3：従来の 1310 nm 実装



図 4：従来の 1550 nm 実装



図 5：WDM を用いた 1550 nm の実装

複数のシグナルを 1550 nm の波長範囲に多重化する機能を実現するには、非常に精密な装置が必要です。そのような DWDM 装置は高価なので、メトロポリタンエリア・ネットワークにはまだ広く使われていません。しかし、特定の伝送パス上で帯域幅を 2 倍にする必要がある場合も多くあります。追加の光ファイバ・ケーブルを設置することは、高コストまたは場合によっては不可能であるため、現在では、メトロポリタンエリアにも WDM が配備されるようになっています。初期のアプリケーションでは、BWDM（下記を参照）および CWDM が配備されます。これらは、メトロポリタンエリアに対するコスト効果のよいオプションであると考えられます。

BWDM は、単一のファイバで反対方向に 1310 nm および 1550 nm の波長で伝送するソリューションです。（図 6 を参照してください。）

図 6：双方向波長分割多重化

BWDM テクノロジーは、40 ～ 120 km の伝送距離においては、弾力的でコスト効果のよいメトロポリタンエリア配備のソリューションとして優位を保っています。次のように、BWDM の利点は明白です。

• ファイバ利用率の 100％の向上
• 単純化されたファイバ接続
• 弾力性ペナルティがないこと。IPS（Intelligent Protection Switching）、E-IPS（Enhanced-IPS）、および APS（Automatic Protection Switching）がフル・サポートされていること
• コスト効果のよさ
• メトロポリタンエリア・ネットワークの配備に適した 40 ～ 120 km の伝送距離

Cisco ONS 15190 では、BWDM テクノロジーを SRP および PoS テクノロジーに統合しています。BWDM ラインカードは、1 本のファイバで両方向に伝送する、単一の SC ポート 2 本で構成されています。2 つの波長がラインカード上で電子シグナルに変換されて、Cisco ONS 15190 の内部バスに送信されます。次に、このトラフィックが、PoS または SRP デバイスに接続された標準のラインカードに切り替えられます。（図 7 を参照してください。）

図 7：Cisco ONS 15190 に対する BWDM 接続

BWDM は、SRP リングと PoS リンクの両方の利点を提供します。メトロポリタンエリア環境においては、BWDM を利用すれば、従来のリングで要求される半分の本数のファイバで、SRP リングの配備が可能になります。さらに、双方向に伝送されるため、BWDM リングは、従来のリングと同様に、（ファイバ分断、ノード障害などの）リソースの損失に対しても弾力的です。以下に、リソースが損失する場合（ファイバ分断）のさまざまなシナリオを示します。最初のケースは従来のリングの場合、2 番目のケースは BWDM ベースのリングの場合です。

標準の SRP テクノロジーでは、単一のファイバ分断でも 2 重のファイバ分断でも回復可能です。SRP リング内のノード A と B の間の 1 箇所でファイバが分断された場合、次のように動作します。

これらの処理の結果、リングがラップされ、すべてのノードの接続が保たれます。（図 8 を参照してください。）

図 8：単一のファイバ分断に対する IPS ソリューション

SRP リングにおいて、ノード A、B の間の 2 重ファイバが分断された場合、単一のファイバ分断の場合と同様の結果になります。次のような状況が発生します。

BWDM シグナルを伝送する光ファイバ・ケーブルにおける単一のファイバ分断は、受信シグナルと伝送シグナルの両方が妨害されるため、実際には、2 重のファイバ分断と類似しています。ただし、Cisco ONS 15190 コンセントレータを使用する場合、システムは、上記の単一ファイバ分断のシナリオとまったく同様に効率的にこの状況から復元されます。（図 9 を参照してください。）

図 9：BWDM ファイバにおける分断

この例においては、ノード D および E が BWDM リンクを介してリングに接続されています。BWDM リンクの 1 つでファイバが分断された場合、次のように動作します。

これらの処理の結果、リングがラップされ、すべてのノードの接続が保たれます。

ファイバのアベイラビリティに制限がある WAN 環境においては、BWDM は、SRP リングの配備または PoS の接続性に対して、信頼性が高くコスト効果のよいソリューションを提供します。次のような例においては、BWDM テクノロジーを使用すれば、（A と B の間、および C と D の間の）既存のポイントツーポイント接続インフラストラクチャを使用して SRP リングを配備できます。上記のように、BWDM ベースの SRP リングは、従来の SRP リングと同様に弾力的です。さらに、BWDM を装備したコンセントレータを使用して SRP リングを配備した場合、E-IPS、サービスの中断のないリングの管理と保守、単純化されたリングの配備などの利点を提供できます。（図 10 を参照してください。）

図 10：SRP リングにおける BWDM の配備

図 11 では、BWDM テクノロジーを使用して、PoS ポイントツーポイント接続を拡張し、SONET/SDH APS 保護をサポートしています。1 対のファイバを使用する場合、双方向のトラフィックを最初のファイバ上で稼動させることができるので、2 番目のファイバを保護リンクとして使用できます。あるいは、4 台のルータの間で 2 対のファイバを用いて、メッシュ接続トポロジをサポートすることも可能です。Cisco ONS 15190 を使用すれば、トラフィック要件に応じて、メッシュ論理接続を簡単に再構成できます。これにより、柔軟で簡単なネットワークの管理が実現されます。

図 11：PoS メッシュにおける BWDM の配備

BWDM テクノロジーは、メトロポリタンエリアで SRP リングを配備するためのコスト効果のよいソリューションでもあります。図 12 では、すべてのルータが同じ SRP リングの一部になっています。BWDM テクノロジーを使用すれば、2 台の Cisco ONS 15190 システムそれぞれを単一の光ファイバを介して接続した場合でも、SRP リング機能を維持できます。このような配備においては、拡張された復元性（E-IPS）も提供されます。個々のノードの障害がリング上の他のルータの間のトラフィックに影響しないようにするためには、メトロポリタンエリアの SRP リングを配備する際に、この点が非常に重要になります。

図 12：メトロポリタンエリア・ネットワークにおける BWDM の配備

BWDM テクノロジーを利用したもう 1 つの代表的なアプリケーションは、同じリング上の 2 つの部分の間の APS です。（図 13 を
参照）

図 13：BWDM を使用して複数の SRP リングを接続する

上記の例においては、2 本の光ファイバを使用して、リング上の 2 つの部分を接続しています。ファイバ分断の際にネットワーク接続を確保するには、1 本のファイバで双方向のトラフィックを伝送する必要があります。その場合、2 番目のファイバで保護リンクの双方向トラフィックを伝送できます。

通常、新しい SRP リングを配備するというのは、時分割多重化（TDM）リングがすでに同じ場所に配備されている場合でも、別のファイバを新しく配備することを意味します。これは通常、レガシ TDM リングが引き続き稼動されるためです。BWDM テクノロジーによって、すでに存在している TDM リング用のファイバ・インフラストラクチャ上に SRP リングを実装することが可能になります。BWDM を使用すれば、TDM および SRP リングを同じファイバ・リソースを共有しながら同時に稼動させることができます。

図 14 に示したように、すべての ADM（Add Drop Multiplexer）およびルータが Cisco ONS 15190 に接続されます。TDM シグナルは、既存のリングと同じ波長を使用して、Cisco ONS 15190 コンセントレータの BWDM カードを介して透過的に伝送されます。さらに、Cisco ONS 15190 では、BWDM テクノロジーを利用することにより、2 種類の光シグナルを単一のファイバ上で多重化して、TDM リングと並列に配置された SRP リングを実装できます。

図 14：BWDM を使用して TDM インフラストラクチャ上に追加の SRP リングを稼動させる

ONS 15190 コンセントレータを使用すれば、WDM ベースのテクノロジーを PoS および SRP と統合して、メトロポリタンエリアのアプリケーションを光通信インフラストラクチャ上に配備できます。ONS 15190 は、ファイバ利用率を倍増させるだけでなく、従来のリングまたはポイントツーポイント接続の PoS リンクと同様に、リソースの損失（ファイバ分断、ノード障害など）に対しても弾力的に対応します。したがって、ONS 15190 を BWDM テクノロジーとともに使用すれば、初期の設備投資を削減すると同時に、パケットベースのサービスを市場に投入するための時間を短縮できます。

ここでは、本文書で示されているさまざまな概念を理解するための技術的な背景知識を提供します。

ONS 15190 は、主に次のような機能を提供する、地域電話会社級の高速レイヤ 1 インテリジェント・コンセントレータです。

• SRP 環境において、OC-12c/STM-4 から OC-192c/STM-64 までの範囲の転送速度で物理的なスター・トポロジに対して論理リングを定義できる。
• 物理レベル（WDM テクノロジーを利用）と伝送レベル（SRP を利用）の両方における、既存のファイバ・インフラストラクチャの帯域幅利用率を最大化する。
• 洗練された集中管理型のネットワーク管理モニタリング・システムを提供する。
• 最大 8 本の SRP リングを同時に、または 16 本の PoS 接続をサポートする。
• ネットワークにおける人的エラーを削減する。
• オーバヘッドのコストを削減する。
• ネットワークのスケーラビリティおよび保守性を向上させる。
• SONET/SDH および PoS のアラームおよびエラーを報告する。

SONET/SDH は、元来、音声トラフィックのために最適化された、高速 TDM 対応の物理層トランスポート・テクノロジーです。また、PoS は、SONET/SDH の速度および優れた管理機能を利用してデータのトランスポートを最適化した、TDM 非対応のテクノロジーです。PoS フレームは、（レイヤ 2 の PPP カプセル化を利用して）SONET/SDH フレームにマップされます。155 Mbps ～ 10 Gbps の転送速度をサポートすることによって、PoS は、広い帯域幅、受信データ・ストリームに対するクロック同期、および安全で信頼性の高いデータ伝送を提供します。

PoS によって、さまざまなデータ伝送アプリケーションに使用可能な柔軟なソリューションが提供されます。一般的なアプリケーションには、ネットワーク・バックボーン・インフラストラクチャを利用したり、メトロポリタンエリアのネットワーク・エッジにおいてデータの集約または分散を行ったりする処理が含まれています。ルータの PoS インターフェースは、多くの場合、SONET/SDH リング上の ADM に接続されています。現在では、ダーク・ファイバまたは DWDM を介して直接 PoS に接続する方法が広まっています。

PoS は、多くの場合、高帯域容量、効率的なリンク利用率、比較的単純であること（PoS のオーバヘッド[3％] は ATM のオーバヘッド[15％] と比較してきわめて低い）などの理由により、データ・ネットワークのコアを構築するための選択肢となっています。

SRP（RFC 2891）は、2 重リング・ネットワーク・トポロジ上で使用される、メディア独立な MAC（Media Access Control）レイヤ・プロトコルです。このプロトコルを使用すると、長い伝送距離の間をマルチ・ギガビットの転送速度でパケットが転送されると同時に、帯域幅とノード数のスケーラビリティおよびパケット生存性がサポートされます。この SRP MAC によって、アドレッシング、パケット・ストリッピング、帯域幅制御、およびパケット・リング上での制御メッセージ伝搬といった基本的な機能が提供されます。SRP はメディア独立なので、広範囲にわたる物理層のテクノロジーに対して使用できます。

SRP という名前は、宛先のストリッピング処理に基づいて付けられています。FDDI（Fiber Distributed Data Interface）、送信元ストリッピングを用いたトークンリングなどの古いテクノロジーでは、パケットは、送信側によって削除されるまでリング全体を巡回します。したがって、送信元および宛先のノードがリング上で物理的に近接している場合も、パケットは、送信元ノードに戻ってきて削除されるまで、リング全体を周ります。一方、SRP の場合は、パケットは、受信された後に宛先ノードで削除されるので、帯域幅をより効率的に使用できます。これによって、解放された帯域幅を、他のパケットが利用できるようになります。

SRP リングは、データ・パケットと制御パケットの両方を並列にサポートするために、外部リングと内部リングの 2 つの二重リング・ファイバから構成されます。SRP では、制御パケット自体とデータ・パケットに便乗させた制御情報の両方が利用されます（制御パケットは、キープアライブ、保護スイッチング、帯域幅制御伝搬などのタスクを処理します）。制御パケットは対応するデータ・パケットとは反対方向に伝播されます。これにより、宛先に至る最短パスを通ってデータが転送されます。データ・パケットが外部リングで転送される場合は、対応する制御パケットは内部リングから送信されます。（図 15 を参照してください。）

図 15：SRP リング・テクノロジー

2 重の光ファイバ・リングを使用することによって、高レベルの生存性が得られます。ノードに障害が発生したり接続ケーブルが分断されたりした場合、データは代替リング上を再ルーティングされます。

SRP テクノロジーを使用して開発された製品は、IP ネットワーキング（帯域幅における効率と豊富なサービス）およびファイバ・リングの自己回復機能の利点をうまく組み合わせています。既存のネットワーキング・システムに対して、コストおよび機能面で多大な利点（コスト効率、拡張 IP サービス、ネットワークの頑強さ、スケーラビリティなど）を提供しています。

SRP リングはメディア独立でありさまざまな種類のテクノロジー（SONET/SDH、WDM、ダーク・ファイバなど）上で使用できます。この組み込みのファイバ・トランスポート・インフラストラクチャ上で SRP パケット・リングを稼動させる機能によって、高帯域 IP ネットワーク上でパケットを最適化してトランスポートできるようにネットワークが進化していきます。