既設の光ネットワークに新しい波長を用いて通信経路を追加する場合において、従来は通信経路を構成する光ファイバーや通信機器の伝送性能を正確に計測することが困難なため、光ファイバーや通信機器の設計仕様値を基にして、安全に運用ができるように見積もった上で伝送速度を設定していました。このため本来使えるはずのネットワークスループットに対して制限された状態で運用されていました。
今回、光ネットワークにおいて、運用中の光信号のビット誤り率（注3）を観測することで、光ネットワークの特性を学習し、新たに追加する経路の伝送性能を高精度に推定する技術を開発しました。開発した技術を最大伝送距離1000km程度の光ネットワークを模擬したテストベッドにて評価し、推定誤差が15%以内であることを確認しました。また、実証実験結果に基づいたネットワークシミュレーションを行った結果、ネットワーク全体のスループットを約20%改善可能であることを確認しました。これにより、実際のネットワークのスループットを最大限発揮できるようになり、高効率な通信インフラの提供が可能となります。
本技術の詳細は、3月19日（日曜日）から米国ロサンゼルスで開催中の国際会議「OFC2017（The Optical Networking and Communication Conference &Exhibition）」にて発表します。
開発の背景
高度なICT社会を支える光ネットワークは、異なる波長の光信号を束ねて一つの光ファイバーで伝送する波長分割多重技術により、光ネットワーク内の多地点間を大容量かつ低遅延を実現しながら接続しています。しかし今後は、クラウド型サービスのさらなる拡大、第5世代移動通信方式の実用化に伴う通信需要の増大に応えるため、光ネットワーク全体のスループットをこれまで以上に向上させる技術の開発が求められています。
課題
光ネットワークの運用中に、ある地点間で追加の通信要求が発生した場合、その地点間の伝送性能を推定することで実現可能なスループットを算出し、この結果に基づき新しい波長の信号を追加します。光ネットワークは数多くの光ファイバー、通信機器から構成されており、光ファイバーの損失や増幅器の雑音量など、個々の物理パラメーターについて、すべてを計測して正確に把握することは困難であるため、従来は、光ファイバーや通信装置の設計仕様値に基づいて伝送性能を推定していました。しかし、安定したネットワーク運用を担保するため実際の伝送性能より過小に見積もる必要があり、結果として本来使えるはずのネットワークスループットに対して制限された状態で運用されるという課題がありました。
開発した技術
今回、運用中の光ネットワークを構成する装置から得られる一般的な観測値である、ビット誤り率を使ってネットワークの特性を学習することにより運用時の伝送性能を高精度に推定する技術を開発しました。これにより光ネットワークのスループットを向上できるようになります。
本技術では、光ネットワークの物理特性を模した計算モデルから算出するビット誤り率と、運用中の光受信器から得られるビット誤り率を比較して、その誤差が小さくなるように計算モデルに対して機械学習を行います。今回新たに開発した、光ファイバーの損失や増幅器の雑音量などそれぞれの物理パラメーターに対するビット誤り率の感度を分析する技術により、その感度の大小に基づき自動的に適切なパラメーター更新量を算出し、ビット誤り率だけの情報から効率的な学習を実現しました。
本技術を運用中の光ネットワークに適用することで、新たな通信経路を追加する際の伝送性能を高精度に算出可能になります。
効果
富士通研究所が構築した伝送距離約1000km相当の光ネットワークテストベッドを用いて、今回開発した技術の実験検証を実施し、得られた結果に基づきFLAが推定精度の分析を行った結果、当テストベッド環境における推定誤差が15%以内であることを確認しました。さらに今回の検証結果に基づいてネットワークシミュレーションを行ったところ、伝送経路によっては1波長あたりの信号スループットを最大50%改善し、光ネットワーク全体としてスループットを約20%改善できることを確認しました。
今後
富士通研究所とFLAでは、今回開発した技術の精度検証をすすめ、富士通株式会社の光伝送システム「FUJITSU Network 1FINITY」シリーズ、 広域ネットワーク仮想化ソリューション「FUJITSU Network Virtuora」シリーズ適用する技術として、2018年度中の実用化を目指します。
本リリースの詳細は下記URLをご参照ください。
http://pr.fujitsu.com/jp/news/2017/03/21.html
注釈
注1 株式会社富士通研究所：本社 神奈川県川崎市、代表取締役社長 佐々木繁。
注2 Fujitsu Laboratories of America, Inc.：本社 米国Sunnyvale, CA、CEO 加藤雅之。
注3 ビット誤り率：ある一定時間の間に送信された情報ビットに対して誤って受信されたビットの比率。受信された信号の品質を表す指標の一つ。（BER：Bit Error Ratio）
概要：富士通株式会社
詳細は http://jp.fujitsu.com/ をご覧ください。
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