先端科学技術研究で得られるビッグデータ転送の高速化に向けた 600Gbps波長ネットワークとそのフル活用プロトコルの実現に目途
2018/12/11 情報・システム研究機構,東日本電信電話株式会社,日本電信電話株式会社
大学共同利用機関法人情報・システム研究機構 国立情報学研究所（以下NII、所長：喜連川 優、東京都千代田区）と東日本電信電話株式会社（以下NTT東日本、代表取締役社長：井上 福造、東京都新宿区）と日本電信電話株式会社（以下NTT、代表取締役社長：澤田 純、東京都千代田区）はこのたび、東京都と千葉県に実証実験用として１波600Gbpsの伝送環境を構築し、そのフルスループット（伝送路で送受信可能な最大データ量）の確認、その上での汎用サーバを用いた587Gbpsデータ転送の実現、光波長変更と伝送レート変更による伝送経路変更実験に成功しました。
本実験では、商用環境に1波長600Gbpsにおいて世界最長となる約102kmの伝送環境を構築し、データ転送にはNIIが開発したファイル転送プロトコル「MMCFTP（*1）」（Massively Multi-Connection File Transfer Protocol）を用い、サーバ1台での世界最速の587Gbpsのデータ転送速度を記録しました。また光ネットワークの高信頼化に向けた伝送経路切り替えでは、伝送距離を考慮し、光波長の変更に加え600Gbpsから400Gbpsへの伝送レート変更を行い、円滑な経路切り替えに成功しました。
背景
NIIでは、全都道府県や日米間を100Gbps回線で結ぶ学術情報ネットワークSINET5（*2）を2016年4月から運用しています。素粒子物理学、核融合学、天文学などの先端科学技術分野では、国内外に設置された大型実験装置などで大量データが生み出されており、それを各研究機関に転送し分析を行っています。現在、多数の研究機関が100GbpsインターフェースでSINET5に接続していますが、そのデータ量の増加から、研究機関間で100Gbps回線を使い切るデータ転送が活発になされるなど需要が急増しており、100Gbps超に向けた更なる高速化対応が望まれています。
一方、NTTグループの取り巻く環境として、ビッグデータや映像データの流通拡大、クラウド技術の進展に伴う基幹光ネットワークにおけるトラフィックの急激な増大が続いています。これらに対応するため、次世代の基幹光ネットワークについて、継続的な研究開発・設備導入を進めてきました。
実証実験の概要
今回の実験では、2018年11月に、NII（千代田区一ツ橋）と千葉県柏市の間に1波長で600Gbps伝送可能な光伝送ネットワーク環境を構築し、3種類の実験を行いました。
1．実験1
NII（一ツ橋）を起点に柏市で光ファイバーを折り返す形でネットワークを形成し、伝送実験を行いました（図1）。600Gbps伝送環境は、NTTが開発した世界最先端のデジタル信号処理技術、ならびに最大100GbE（ギガビットイーサ）を6本多重可能なOTUCn技術（*3）を1チップで実現（図2）することにより1波100Gbps～600Gbpsの伝送レート可変トランスポンダ（*4）を実現し、NTT東日本が600Gbpsでデータ転送可能なネットワーク（実験3では400Gbps経路も）を構築しました。600Gbps信号のフルスループットは試験用テスターで確認しました。商用環境において約102kmファイバーを介した600Gbps伝送の実証は世界初となります。
《図１》実証実験ネットワークの構成
《図2》世界最先端のデジタル信号処理技術とOTUCn技術
2．実験2
600Gbps伝送環境下にて、MMCFTPを用いて１台のサーバから2台のサーバへの転送、および2台のサーバから１台のサーバへのデータ転送を行いました（図3）。実験の結果、587Gbpsおよび590Gbpsのデータ転送速度で40TByteの大容量データを転送完了させることに成功しました。40TByteは一般的な25GByteのブルーレイディスクに例えると1,600枚分で、この大容量データを約９分で転送できることになります。この結果により１組のサーバで587Gbpsのデータ転送を可能とする見込みを得ました。
《図３》データ転送実験
3．実験3
柏市にも伝送装置を設置して伝送距離の異なる2つの伝送経路を構成し（図4）、伝送路の障害を想定した経路切り替え実験を行いました。伝送装置の経路変更機能、光波長変更機能および伝送レート変更機能を用いて、経路切り替えに合わせ、波長変更を行った上で１波600Gbpsから１波400Gbpsへの速度変更を行い、通信回線が再確立されることを確認しました。データ転送では、経路切り替え前には600Gbps波長で580Gbpsを計測し、経路切り替え後には、データ転送が再開され、400Gbps波長で393Gbpsのデータ転送速度を計測しました。
《図４》伝送経路切り替え実験の構成
なお、本実験の一部は、総務省の委託研究「巨大データ流通を支える次世代光ネットワーク技術の研究開発」により得られたデジタルコヒーレント光伝送技術を利用しています。
今後の取り組み
最先端の学術研究では、実験装置の大型化・高性能化、ハイパフォーマンスコンピュータを用いたシミュレーション、さらにはIoTなどから収集されるビッグデータなど、扱うデータ量が爆発的に増加しています。NIIでは、データ流通や大量の各種観測データを効率的に行うためにも、MMCFTPを先端科学の発展のために提供し、実利用を通じて安定化と更なる高速化を図っていく予定です。
NTT東日本、NTTは、これからも伝送容量の増大に対応するため、大容量伝送技術開発を引き
(*1) 「MMCFTP」:ビッグデータを転送する際は同時に多くのTCPコネクションを使用することが特徴。MMCFTPは遅延の大きさやパケットロス率などのネットワークの状況に応じてTCPコネクション数を動的に調整することで、安定した超高速データ転送を実現するファイル転送プロトコル。
(*2) SINET5：大型実験施設等の共同利用、各研究分野での連携力強化、世界各国との国際連携、学術情報の発信やビッグデータの共有、大学教育の質的向上、地方創生や地方大学の知識集約型拠点化・産学連携等のための学術専用のネットワーク。全都道府県にノード（ネットワークの接続拠点）を設置して100Gbps回線で結び、約900の大学、研究機関等に対してサービスを提供している。
(*3) OTUCn技術：100Gbps超のサービス（超高速イーサネット信号等）を収容し、光ネットワーク上を高信頼にデータ伝送する技術。
(*4) トランスポンダ：光信号を送信、受信する機能を有する装置。
