Dieser Feldtest wurde unter Verwendung von kommerziellen Glasfasern von NTT EAST, digitaler Signalverarbeitungstechnologie und -geräten von NTT, dem optischen Übertragungssystem der nächsten Generation 1FINITY Ultra Optical System von Fujitsu und dem Massive Multiple Connection File Transfer Protocol (MMCFTP(1)), einem von NII entwickelten Dateitransferprotokoll, durchgeführt.

Diese Errungenschaft ebnet den Weg für ein breites Spektrum an Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungskommunikationsdiensten, darunter akademische Kommunikationsnetze, und trägt gleichzeitig zur Kosten- und Energieeinsparung bei. Die Forschungsgruppe wird diese Errungenschaft nutzen, um akademische Kommunikationsnetze weiterzuentwickeln und die Forschung und Entwicklung im Hinblick auf die Realisierung des innovativen optischen und drahtlosen Netzwerks (IOWN (2)) voranzutreiben.

Hintergrund
In den letzten Jahren hat der Kommunikationsverkehr aufgrund der Entwicklung von 5G-Diensten, Big Data, KI, Cloud Computing usw. rasant zugenommen, und es ist notwendig, die Geschwindigkeit und Kapazität der Kommunikationsnetze kontinuierlich zu erhöhen.

In den letzten Jahren hat der Kommunikationsverkehr aufgrund der Entwicklung von 5G-Diensten, Big Data, KI, Cloud Computing usw. rasant zugenommen, und es ist notwendig, die Geschwindigkeit und Kapazität der Kommunikationsnetze kontinuierlich zu erhöhen.

Seit April 2022 betreibt das NII beispielsweise SINET6 (3), ein akademisches Informationsnetzwerk, das alle Präfekturen Japans mit 400-Gbit/s-Leitungen verbindet, mit Ausnahme von Okinawa, das über 200 Gbit/s angebunden ist. SINET6 verbindet außerdem Japan und die USA mit 200-Gbit/s-Leitungen. Die Nachfrage nach SINET6 steigt jedoch rasant an; so nähern sich beispielsweise die Datenübertragungsraten 400 Gbit/s, da die Zugangsleitungen für Universitäten und Forschungseinrichtungen immer schneller werden (derzeit 15 Leitungen mit 400 Gbit/s, 88 Leitungen mit 100 Gbit/s, 884 Leitungen mit 10 Gbit/s usw.). Daher besteht der Wunsch, die Kapazität weiter auszubauen, um Geschwindigkeiten von über 400 Gbit/s zu erreichen.

Gleichzeitig strebt NTT im Rahmen der IOWN-Initiative die Realisierung des All-Photonics Network (APN) bis etwa 2030 an. NTT beabsichtigt außerdem, die Übertragungskapazität durch die Einführung photonikbasierter Technologie im APN um das 125-Fache zu steigern, um eine Übertragung mit extrem niedrigem Stromverbrauch, hoher Qualität, hoher Kapazität und geringer Latenz zu erreichen – etwas, das mit der derzeitigen elektronikbasierten Technologie schwierig ist.

Um diese Ziele zu erreichen, arbeitet das NII an einer Hochleistungs-Dateiübertragungstechnologie, die die Kapazität von Schaltkreisen optimal nutzt. Fujitsu und NTT entwickeln außerdem kohärente digitale Signalverarbeitungsschaltungen und fotoelektrische Fusionsgeräte, die die weltweit höchste optische Übertragungskapazität von 1,2 Tbit/s pro optischer Wellenlänge ermöglichen, sowie optische Übertragungssysteme.

Bei diesem Feldversuch kombinierte die Forschungsgruppe die technologischen Entwicklungsergebnisse der einzelnen Organisationen und demonstrierte die weltweit längste Übertragung mit 1,2 Tbps pro optischer Wellenlänge und Datenübertragung.

Zusammenfassung der Feldtests
Im Oktober 2023 baute die Forschungsgruppe eine optische Übertragungsnetzwerkumgebung auf, die in der Lage ist, 1,2 Tbps pro optischer Wellenlänge zwischen Tokio und der Präfektur Kanagawa in Japan zu übertragen, und führte 2 Arten von Feldtests durch.

Feldtest 1

Die Forschungsgruppe errichtete ein Netzwerk, das in Chiyoda-ku, Tokio, beginnt und über eine Glasfaserschleife bis nach Yokohama in der Präfektur Kanagawa führt. Sie bestätigte, dass eine Übertragung von 1,2 Tbit/s pro optischer Wellenlänge möglich ist (Abbildung 1). Der Gesamtdurchsatz von 1,2 Tbit/s wurde mit einem Testgerät verifiziert. Dies ist die weltweit erste Übertragung eines optischen Signals mit 1,2 Tbit/s pro optischer Wellenlänge über 336 km mit handelsüblicher Glasfaser. Die Rolle der einzelnen Organisationen in diesem Versuch ist wie folgt:

NTT: entwickelte die weltweit fortschrittlichste digitale Signalverarbeitungstechnologie, einen Chip, der die OTUCn-Technologie (4) implementiert und in der Lage ist, bis zu 3 Gigabit Ethernet (400 GbE) zu multiplexen, und eines der weltweit größten optischen Geräte mit einer optisch-elektrischen Antwortbandbreite (Abbildung 2).

Fujitsu: entwickelte einen Transponder (5), der eine Übertragungsgeschwindigkeit von 1,2 Tbps pro optischer Wellenlänge bei 150 Gbaud mit Hilfe eines gemeinsam mit Fujitsu und anderen unter der Führung von NTT entwickelten Chips erreichen kann.

NTT EAST: entwickelt ein optisches Testnetzwerk unter Verwendung handelsüblicher Glasfasern.

Feldtest 2

Die Forschungsgruppe übertrug Daten mittels MMCFTP mit zwei NII-Universalservern mit jeweils einem Socket in einer Übertragungsumgebung mit 1,2 Tbit/s (Abbildung 3). Im Test wurden ca. 47 TB Daten mit einer Übertragungsrate von 1,034 Gbit/s erfolgreich übertragen. Bei dieser Übertragungsrate kann eine Blu-ray-Disc mit einer typischen Kapazität von 25 GB in etwa 0,2 Sekunden übertragen werden. 47 TB Daten entsprechen in etwa dem Inhalt von 1.880 Blu-ray-Discs und können in ca. 376 Sekunden übertragen werden.

Zukunftspläne

Das NII fördert die Entwicklung von Forschung und Bildung in ganz Japan durch den Ausbau von SINET, der weltweit leistungsstärksten Netzwerkinfrastruktur, und wird dessen Vorteile wie extrem hohe Geschwindigkeit, hohe Kapazität und geringe Latenz weiterhin nutzen. Darüber hinaus wird das NII SINET-Nutzern MMCFTP flächendeckend zur Verfügung stellen, um eine effiziente Datenverteilung und verbesserte Benutzerfreundlichkeit zu ermöglichen.

NTT beabsichtigt, die Entwicklung von APN IOWN, das eine Übertragung mit extrem niedrigem Stromverbrauch, hoher Kapazität und geringer Latenz ermöglicht, weiter voranzutreiben, indem ein optisches Übertragungssystem mit hoher Kapazität entwickelt wird, das diese Ergebnisse nutzt.

NTT EAST wird weiterhin die Implementierung von Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungskommunikationsdiensten unter Verwendung von optischen Hochleistungsübertragungssystemen untersuchen.

Fujitsu wird auf Basis der Ergebnisse dieser Demonstration weiterhin Technologien entwickeln, um die Kapazität zu erhöhen und den Energieverbrauch optischer Übertragungssysteme zu senken, und gemeinsam mit seinen Kunden und Partnern zur Verwirklichung einer nachhaltigen Gesellschaft beitragen.

Noten

- 1] MMCFTP:
Ein Dateitransferprotokoll, das bei der Übertragung großer Datenmengen eine Vielzahl von TCP-Verbindungen gleichzeitig nutzt. Es passt die Anzahl der TCP-Verbindungen dynamisch an die Netzwerkbedingungen wie Latenz und Paketverlustrate an und erreicht so eine stabile und ultraschnelle Datenübertragung. Es unterstützt Multipath-Transfer (die gleichzeitige Übertragung einer einzelnen Datei über mehrere Pfade). In diesem Test wurden simultane Übertragungen über 12 Pfade durchgeführt.
- 2] IOWN:
IOWN (Innovative Optical and Wireless Network) ist eine Initiative für Informationsverarbeitungsinfrastruktur und Netzwerktechnik. Sie umfasst Endgeräte, die mithilfe innovativer optischer Technologie und massiver Rechenressourcen Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungskommunikation ermöglichen. Ziel ist es, die Grenzen bestehender Infrastrukturen durch innovative Technologien zu überwinden, den Einzelnen im Ganzen auf Basis aller verfügbaren Informationen zu optimieren und eine vielfältige und tolerante Gesellschaft zu schaffen, die Diversität wertschätzt. https://www.rd.ntt/e/iown/
- 3] SINET6:
Ein Netzwerk für die akademische Welt zur gemeinsamen Nutzung großer Forschungseinrichtungen, zur Stärkung der Zusammenarbeit in allen Forschungsbereichen, zur internationalen Kooperation mit Ländern weltweit, zur Verbreitung akademischer Informationen und zum Austausch von Big Data, zur Verbesserung der Qualität der Hochschulbildung, zur regionalen Revitalisierung, zum Aufbau wissensbasierter Zentren für regionale Universitäten und zur Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft. In allen Präfekturen sind Knoten (Netzwerkanschlusspunkte) installiert und über 400-Gbit/s-Leitungen verbunden (mit Ausnahme von Okinawa, das über 200 Gbit/s angebunden ist). Das Netzwerk bedient mehr als 1.000 Universitäten, Forschungsinstitute usw.
- 4] OTUCn-Technologie:
Eine Technologie, die Dienste mit mehr als 100 Gbit/s (z. B. ultraschnelle Ethernet-Signale) ermöglicht und Daten zuverlässig über ein optisches Netzwerk überträgt.
- 5] Transponder:
Ein Gerät, das optische Signale senden und empfangen kann.