アクセス回線向けの光ファイバー規格「IEEE P802.3cp/P802.3cs/P802.3ct」

IEEEで審議中の光ファイバー関連規格

　IEEEでの標準化が終わっている規格に関しては、前回までで、ほぼ網羅し終わったと思う。ただし、IEEEでは現在審議中の規格がまだまだある。光ファイバー関連で言えば、以下のものだ。

• IEEE P802.3cp
  1本（1対ではない）のSMFを使い、10/25/50Gbpsの双方向通信で10/20/40kmの到達距離が目標
• IEEE P802.3cs
  2.5および10Gbps（ダウンストリームは10Gbpsのみ）の双方向通信で、ODN経由で1:64の分配と40km以上の到達距離が目標。また16以上の波長を利用可能に
• IEEE P802.3ct
  「400GBASE-ZR」。DWDMを利用し、400Gbpsで80kmの到達距離を実現
• IEEE P802.3cu
  「100GBASE-FR/LR」と「400GBASE-FR4/LR4」。1・4対のSMFで、レーンあたり100Gbps、到達距離はFRが2km、LRが6または10km
• IEEE P802.3cw
  「P802.3ct」（400GBASE-ZR）をベースにパラメーター類を変更した別規格。利用する光の周波数帯域をP802.3ctの100GHzまたは75GHzから、75GHzだけに抑えた
• IEEE P802.3db
  100/200/400Gbpsを1・2・4対のMMFで接続する構成。最大で50m以上の到達距離を実現

　ちなみにそれ以外では、以下の各規格と、「IEEE P802.3cr」（IEEE 802.3auで定義されたPoE：Power over Ethernetに絡む絶縁に関してのメンテナンス）と、そのPoEのメンテナンスである「IEEE P802.3cv」がある程度だ。

• IEEE P802.3ck
  100/200/400Gbpsの銅配線イーサネット。ちなみに2軸のケーブルを使い、2m以上の到達距離が目標
• IEEE 802.3cx
  「PTP（Precision Time Protocol）」のタイムスタンプ精度を向上
• IEEE P802.3cy
  車載向けに25/50/100Gbpsを実現する規格。自動車向けケーブルを利用して、11m以上の到達距離を実現
• IEEE P802.3cz
  車載向けに2.5/5/10/25/50Gbpsを実現する規格。50Gbpsの場合は最低15ｍ、それ以外は最低40mの到達距離を実現。ケーブルは2・4対の自動車向けケーブル
• IEEE P802.3da
  最大16ポイントまでのマルチドロップをサポートし、10Mbpsで50m以上到達可能な規格。電源供給との混載も考慮。

アクセス回線向けで最大10Gbpsの「IEEE P802.3cp」と最大25Gbpsの「IEEE P802.3cs」

　審議中の企画のうち、IEEE P802.3cpとIEEE P802.3csは、2017年～2018年掲載の【アクセス回線10Gbpsへの道】で触れたアクセス回線向けの規格だ。余談であるが第9回『なんと最大100Gbpsのアクセス回線？　IEEE「100G-EPON」が2020年に標準化、次世代PON「FOAS」の具体化はまだ先』で触れた100G-EPONこと「IEEE P802.3ca」は、2020年6月に「IEEE 802.3ca-2020」として無事標準化が完了している。結局、最終的にはObjective自身が100Gbpsを放棄して、以下2つの規格が策定されただけである。

• 25Gbps Downstream/10 or 25Gbps Upstream（25G-EPON）
• 50Gbps Downstream/10 or 25 or 50Gbps Upstream（50G-EPON）

　IEEE P802.3csは、このIEEE 802.3caを補うような位置付けにあり、より低価格に提供できる（その分速度が下がる）規格となっている。とはいえ、最大では10Gbpsを実現できるので、GE-PONを安価にグレードアップするといった用途では引き合いが多そうだ。

　このIEEE 802.3csは現在、Draft 1.1まで規格化が進展しており、2021年1月のDraft 2.0、同5月のDraft 3.0を経て、同9月の標準化成立を目指している。

　一方のIEEE P802.3cpは、加入者向けというより、PONを使った基地局向けというイメージである。つまり【アクセス回線10Gbpsへの道】の第8回『25Gbpsの「NG-PON2+」、5G基地局のバックボーン向けに』で紹介したNG-PON2の後継というか、NG-PON2+の競合規格といった意味合いになる。

　一般加入者向けではない、というのはスプリッターを利用してマルチユーザーによる同時アクセスを念頭に置いたものではなく、「P2MP（Point-to-Multi Point）」の接続を想定しているからだ。

そもそも10/20/40kmというあたりが完全にアクセス回線向けの要求である。出典は"802.3cp Objectives"

　このIEEE P802.3cpであるが、以下のようにハーフミラーを利用して送信と受信を1本のファイバーに通す方式を想定しており、25Gの場合はアップストリームが1270nm、ダウンストリームが1310nm（どちらもバンド幅は20nm）となっていた。こちらは現在Draft 2.1まで標準化作業が進んでおり、2020年11月のDraft 3.0を経て、2021年6月の標準化成立を目指している。

上り／下りの波長の検討にあたっての比較用モデル。最終的な実装にはONUの側にスプリッターが入るのかもしれない。出典は"Wavelength plan for 25GBASE-BR"

データセンター向けに高帯域を低コストで提供する「400ZR」を採用した「IEEE P802.3ct」

　これらも光イーサネットの一種ではあるのだが、アクセス回線向けということで脇におくとして、そのほかの規格を順に紹介していこう。まずはIEEE P802.3ctである。

　IEEE P802.3ctの元々のアイデアになったのは、OIFの「400ZR」である。OIFの正式名称はOptical Internetworking Forumで、1998年に立ち上げられた非営利の業界団体だ。『50Gbpsに対応する5つの規格「50GBASE-KR/CR/SR/FR/LR」』でも少しだけ名前が出てきたが、2006年にはNPF（Network Processing Forum）と合併していて、メンバー企業は現在100社以上。Principal Membersだけでも40社に上る。

　そのOIFが最初に策定したのは、スイッチなどで基板上に通す信号に関する規定である「CEI（Common Electrical I/O）」で、3.125/6/11/25～28Gbpsの各信号に関する電気的な特性を定めている。

　のちにこれを高速化した「CEI-56G」（28GのPAM-4）や「CEI-112G」（56GのPAM-4で、現在もまだ策定作業中）なども追加されている。

　2000年に入ってからは、これに加え「SPI（System Packet Interface）」と呼ばれる光ファイバーを利用したパケットや、「SFI（SerDes Framer Interface）」と呼ばれる、SPIを利用する際に必要になるSerDesの規定なども行っており、現在も活発に活動している。

　このOIFが、2019年にデモを実施したのが400ZRという規格だ。これはデータセンター向けに低コストで高い帯域を提供するためのもの、という位置付けである。

　その代わり「到達距離は短くていい」（Short Reach）というものだが、このShort Reachの意味が"80km or more"となっているのは、そもそもOIFの場合は120kmの到達距離が標準で、これを160kmまで伸ばすことを検討していたため。80kmというのは、相対的にShort Reachとなるわけだ。

　ただし2020年6月、InphiとNeoPhotonicsは共同で、400ZRを利用する120kmの距離での通信のデモを実施しているので、80kmというのは、本当に最低限の到達距離ということになる。

　この400ZRの技術的なポイントは、「DWDM（Dense WDM：高密度波長分割多重）」とコヒーレント伝送を採用する点にある。