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世界初,毎秒1ペタビット光スイッチング実験に成功 ~次世代マルチコア光ファイバと大規模光ノードによる光基幹ネットワークを試作~

 国立研究開発法人 情報通信研究機構(NICT)は2019年10月8日,NICTネットワークシステム研究所が次世代光ファイバと大規模光ノードの実験ネットワークで,世界で初めて毎秒1ペタビットの光パスのスイッチング実験に成功したと発表した.本実験結果の論文は,第45回欧州光通信国際会議(ECOC2019)にて非常に高い評価を得て,最優秀ホットトピック論文(Post Deadline Paper)として採択された(注).

 通信基地局間の大容量情報伝送には光ファイバ通信が用いられ,その伝送容量は,通信トラフィック量の増大に対応して増加させる必要がある.光ネットワークは中継・分岐を行う光ノードとこれを結ぶ光パスで構成され,NICTでは光パスを構成する次世代の光ファイバとして,1本の光ファイバに複数の光通信路(コア)を収めたマルチコア光ファイバを開発し,ペタビット(Pb/s:1015b/s)級の伝送実験を報告してきた.光ノードは,光パスの宛先に応じて光パスの方向をスイッチする装置で,多数の入出力ポートを持つ光スイッチや光増幅器などから構成され,これらの大容量化も不可欠である.

 今回NICTは,次世代光ファイバを利用した大容量通信を目指し,低損失なMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)スイッチ素子を利用した大規模光ノードを開発した.MEMS光スイッチは小型ミラーを多数並べて電気的に制御可能にしたもので,入射してきた光信号に対してミラーの角度を変えて反射させ,光信号の進行方向を変える.Si半導体プロセスを利用して製造し,多数の入力ポート・出力ポートを備えることができる.光スイッチング実験には,3種類のファイバ;22コアのマルチコア光ファイバ,7コアのマルチコア光ファイバ,単一コア3モード光ファイバ,を組合せて245Gb/sの光信号を送る試験的光ネットワークを構築した.22コア光ファイバを使用時の光パス伝送容量は,1Pb/s = 245Gb/s × 202波長多重 × 22コア,である.

 MEMS光スイッチ搭載光ノードを組み込んだ試験的光ネットワークを用いて,光基幹ネットワークの運用方法に即した4パターンの光パススイッチング実験を実施した;
①1Pb/s光パスを異なる方向へスイッチング
②1Pb/s光パスの運用系と予備系の切替スイッチング
③1Pb/s光パスから容量の異なる2種類の光パスへの分岐スイッチング
④現在運用されている10Tb/s(Tb/s:1012b/s)光パスとの分岐・合流スイッチング
その結果,8Kテレビ放送の1,000万チャンネル分に相当する1Pb/s光パスのスイッチングや,障害発生時における運用系パスから予備系パスへのスイッチングなどが信号品質を維持して実現することを確認した.

 今回,マルチコア光ファイバとMEMS光スイッチ搭載光ノードにより,現在の光ネットワークの通信容量を100倍以上更新する1Pb/sの光基幹ネットワークが可能となることが示せた.今後は,産学官連携による光増幅器を利用した長距離伝送システムの研究も進め,大容量光ネットワークの実用化を目指す,という.

(注)R. S. Luís, B. J. Puttnam, G. Rademacher, T. A. Eriksson, Y. Hirota, S. Shinada, A. Ross-Adams, S. Gross, M. Withford, R. Maruyama, K. Aikawa, Y. Awaji, H. Furukawa, and N. Wada, "Demonstration of a 1 Pb/s spatial channel network node", 第45回欧州光通信国際会議(ECOC2019)PD 3.5; https://www.ecoc2019.org/programme.html