OTN（Optical Transport Network）技術解説｜階層構造とエンドツーエンドの挙動

OTN（Optical Transport Network）は、ITU-T G.709で規定された、光波長を多重・伝送・管理するためのプロトコル群です。EthernetやSDH、Fiber Channel等のクライアント信号を、透明性（Transparency）を維持したまま転送する「Digital Wrapper」技術として確立されています。

1. 階層構造と各レイヤの定義

OTNフレームは、以下の3つの論理レイヤで構成されます。各レイヤは特定の監視範囲と機能を持ちます。

• OPU (Optical Payload Unit)：クライアント信号をOTNペイロードにマッピングするためのレイヤ。速度差を調整するスタッフィング処理を行います。
• ODU (Optical Data Unit)：パス層。エンドツーエンドの監視、スイッチング、多重化を担います。
• OTU (Optical Transport Unit)：セクション層。伝送路におけるフレーム同期、セクション監視、およびFEC（前方誤り訂正）を付加します。

2. 信号処理プロセスのフロー

送信端から受信端までの信号処理プロセスは、以下のステップで実行されます。

1. Mapping / Encapsulation：GMP（Generic Mapping Procedure）等の方式を用い、クライアント信号をOPUペイロードに収容。
2. Path Overhead Addition：ODUオーバーヘッドを付加。パス単位の導通監視（TTI）や誤り検出（BIP-8）の計算を行います。
3. Section Overhead & FEC Addition：OTUオーバーヘッドおよびFECパリティを付加。物理的なリンク単位の同期と補正を確立します。
4. Optical Transmission & Switching：
   • フォトニック中継（L0）：ROADMにより光のまま波長スイッチングを実行。OTNオーバーヘッドの処理は行われません。
   • OTNスイッチ中継（L1）：O/E/O変換を行い、ODU単位で電気的クロスコネクトを実行。ここでTCM等の階層監視が終端・再生成される場合があります。
5. Termination / De-mapping：受信端でFEC復号、各オーバーヘッドの検証を経て、クライアント信号を復元します。

3. セクション監視（Section Monitoring：SM）

OTUレイヤで実行されるセクション監視は、隣接する3R再生ノード間の品質を定義します。主な監視項目は以下の通りです。

• TTI（Trail Trace Identifier）：64バイトの識別子。対向装置間の誤接続（TIM）を検知します。
• BIP-8（Bit Interleaved Parity-8）：フレーム全体を対象としたパリティ計算。FEC補正前の誤り率（Pre-FEC BER）を算出し、物理回線の劣化を監視します。
• BDI / BEI：後方欠退表示（BDI）および後方誤り表示（BEI）により、対向局側の受信状態をフィードバックします。

4. パス監視（Path Monitoring：PM）

ODUレイヤで実行されるパス監視は、マッピングからデマッピングまでのエンドツーエンドの品質を定義します。

• エンド間の整合性：途中のスイッチング処理におけるビット化け等を、全行程を通じたBIP-8検証により検出します。
• STAT（Status）：パスの保守状態を表示。上流故障通知（AIS）、未設定通知（OCI）、閉塞通知（LCK）の各メンテナンス信号を伝送し、障害隔離を実行します。

5. TCM（Tandem Connection Monitoring）

TCMは、任意の特定区間（例：特定の事業者網内のみ）の品質を独立して監視する機能です。OTNフレームには最大6階層のTCM領域が定義されており、多段のキャリア・ドメインにおいても、それぞれの責任分界点に基づいた品質監視が可能です。これにより、網間接続（NNI）におけるトラブルシューティングの効率化が図られます。

6. 監視機能の要約比較

まとめ

OTNは、強力なFECによる伝送限界の拡張と、SM/PM/TCMによる多層的なOAM（Operations, Administration, Maintenance）機能を備えたトランスポートプロトコルです。これらの階層化された監視機能を適切に運用することで、大規模メッシュネットワークにおける迅速な障害特定と、高い可用性を有する光ネットワーク構築が可能となります。