ATMをベースにしたPON規格「ITU G.983.1」の仕様とは？

　光ファイバーでのブロードバンド契約をすると、光ファイバーが自宅やオフィスまで敷設されることになる。この光ファイバーを用いたアクセス網全体のことを「PON（Passive Optical Network）」と呼ぶが、実はこのPONに使われる規格にもさまざまな変遷があり、今後のロードマップも示されている。今回はこのPONをご紹介したい。

日本のアクセス回線における光ファイバー接続のスタートは「B-PON」

　まずはPONの定義からスタートしたい。以下の図は、日本における一般的な光ファイバー接続の構成である。通常は電話局に「OLT（Optical Line Terminal）」が置かれ、ここでネットワークの信号が光化されて送り出される。送り出された信号は、電柱（最近は地下化されているところも増えてきた）を経由して加入者の近辺まで届けられるが、その手前で、光スプリッターを経て最大32分岐されてから、個々の加入者に繋がるかたちになる。各加入者のところには「ONU（Optical Network Unit）」が置かれ、これが光信号を電気信号に変換する作業を担う。

　この一連の接続の中で、OLTから光スプリッター経由でONUまで繋がる一連のケーブル、およびその上に通る信号プロトコルまでが総称してPONと称される。

日本の一般的な光ファイバー接続の構成図

　さて、このPONに関して、当初はイーサーネットとはまったく別の規格を利用していた。日本を例に取れば、当初は10Mbpsでの接続で、その後100Mbpsに増速されることになるが、ここで利用されていたのが「B-PON（Broadband Passive Optical Network）」という方式だ。

　B-PONは、「ITU-T（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）」（電気通信標準化部門）で「FSAN（Full Service Access Network）」として1995年から標準化作業が行われ、1998年に「ITU-T G.983」として標準化が完了した方式となる。

B-PONのベースは電話網交換機用プロトコル「ATM」イーサーネットベースではコストと距離に課題

　B-PONのベースとなったのは、ATM（Asynchronous Transfer Mode）という、電話網の交換機で利用されていたプロトコルとその機器である。何故イーサーネットではなくATMをベースとしたかというと、主にコストの問題である。

　イーサーネットでも、10Mbpsに対応した「10BASE-F」（IEEE 802.3j）は1993年に標準化されている。しかし、パッシブ式の「10BASE-FB」はノード間距離が1000mまでとなっており、前掲の図で言えば、OLTとONUの間は1kmまでしか届かないことになる。

　これでは電話局の周囲1km程度しか到達できず、しかもその速度はたった10Mbpsである。アクティブ型の「10BASE-FB」や「10BASE-FL」であっても最大で2kmなので、さすがにもう少し距離が欲しいところだ。さらに、これらの規格は、いずれもサーバールーム内などでの利用が念頭に置かれており、PONとして使うにはやや高価すぎる点も問題だった。

1993年に標準化された「IEEE 802.3j」（10BASE-F）。10Mbpsに対応

　1995年には、10kmの距離まで到達可能な「100BASE-LX10」や、20/40kmまでが可能な「100BASE-BX10」の標準化も終わったが、これらはさらに高価ということもあり、一般家庭に引き込むには無理があると考えられた。

　一方のATMは、もともとバックボーンや長距離で用いられていた方式として、すでに実績も豊富で、コストを低く抑えられるめども立っていた。このためITU-Tでは、「OC-3/OC-12」（622.08Mbps/155Mbpsの規格）をベースにB-PONの開発を進め（このため規格策定作業中にはATM-PONなどと呼ばれていた）、1998年10月に「ITU G.983.1」としてリリースされた。

ITU G.983.1の表紙

上りは4つに分割した周波数帯を8台で時分割下りでは不要なパケットを破棄

　G.983.1の仕様では、上り（ONU→OLT）に1260～1360μm、下り（OTL→ONU）に1480～1580μmの波長を割り当てることで、1本の光ファイバーで双方向の通信が可能となっている。

　加入者の通信は、上りは「TDMA（Time Division Multiple Access）」（時分割多元多重）で行う。TDMAでは、周波数帯をさらに細かく分割した上で、時分割で割り振る方式となっているため、複数の加入者でそれぞれ通信を行うことが可能となるわけだ。

　例えばONUが32台あった場合、周波数帯を4つに分割し、それぞれの周波数を8台のONUで時分割させることで、全てのONUからの上り方向の通信が（見かけ上）同時に行えることになる。

　また、通信方式自体はATMに準じており、5byteのヘッダーと48byteのペイロードからなる53byteの「セル」を単位として、送受信を行う。

　一方、下りは「TDM（Time Division Multiplexing）」（時分割多重）で、同様に32台のONUすべてにOLTからのパケットが届くかたちになる。ただしパケットには、行き先となるONUのアドレスが入っているので、すべてのONUがパケットのヘッダーを見て、自分に関係ないパケットを破棄することで、必要なパケットだけを受け取る仕組みとなっている。

　ITU G.983.1における信号速度は、上りが155.52Mbps、下りが622.08Mbpsとなる。ただこれは、全ONUとの通信での合計で、OLTから光スプリッターまでの信号速度の上限でもある。光スプリッターとONUの間の速度は、当然ながらさらに遅くなり、何台のONUが光スプリッターに繋がるかで決まるかたちだ。

　ちなみにこのG.983.1は、2001年に上りも下り同様の622.08Mbpsへと対応するように改定された。これとは別に、2000年4月にONUの管理方式である「OMCI（ONT Management Control Interface）」を定めた「G.983.2」、2001年3月に下り波長を1480μm～1500μmに減らし、その代わり放送型の通信帯域を新たに追加した「G.983.3」、2001年12月に上り方向で「DBA（Dynamic Bandwidth Assignment）」（動的帯域割当機能）を追加した「G.983.4」と、OMCIにDBAの機能を追加した「G.983.7」がそれぞれ制定されている。なお、G.983.1とG.983.2は、2005年にさらに改定されており、これが最新版となっている。