31年 第1回 「伝送設備」



31_1_setubi_1_(1).png

問1
(1)
ア:⑬ 階層
イ:⑪ リゾルバ
ウ:⑥ ネーム
エ:⑨ ゾーン

補足
ホスト名、ドメイン名、FQDN( Fully Qualified Domain Name)、URLの関係
FQDN.png

・DNSのサーバ/クライアントの名称について
DNSサーバは、「ルートサーバ」とも呼ばれる。また、キャッシュ機能を持ちクライアントの問い合わせを受けるDNSサーバは、「キャッシュDNSサーバ」、「フルサービスリゾルバ」などと呼ばれる。
DNSクライアントとして動作するソフトウェアは「リゾルバ」と呼ばれたり、「スタブリゾルバ」と呼ばれる。※電気通信主任技術者では「リゾルバ」という名称で出題されることが多い。

・ゾーン情報:IPアドレスとホスト名の対応情報や、その他のサーバのIPアドレス情報、各種の管理用の設定などを記述したデータ

・DNSの階層構造の概念
DNSは木(ツリー)構造の階層構造をしており、頂点部分はルートドメインと呼ばれ、ルートドメインに存在するサーバをルートサーバという。その一段下の階層は、トップレベル・ドメインと呼ばれ、その下にセカンド・レベル・ドメイン、サード・レベル・ドメインと続く。上位のネームサーバは、自分の一段下位に位置するDNSサーバ(ネームサーバ)のIPアドレスを知っているため、ルートサーバから順番に問い合わせを行えば、目的の情報にたどり着くことができる。また各ドメイン(下図の例では、ac.jp、co.jp、aaa.comのそれぞれにおいて)では、故障が発生してもDNSの名前解決サービスを継続できるよう2台以上のDNSサーバが運用されている。通常使われるサーバをプライマリDNSサーバといい、バックアップ用のDNSサーバをセカンダリDNSサーバという(セカンダリDNSサーバは、複数台存在する場合もある)。プライマリDNSサーバとセカンダリDNSサーバは、そのドメインで管理するゾーン情報を定期的に交換することで、常時同じ名前解決を行える状態になっている。
DNS_kaisou3.png


・DNSの問い合わせの流れ
「aaa.co.jp」に問い合わせを行った場合の例を以下に示す。リゾルバが社内のDNSサーバに「aaa.co.jp」のIPアドレスの問い合わせを行うと、社内のDNSサーバはルートサーバから順に「jp」、「co.jp」と問い合わせを行い、最終的に「co.jp」ネームサーバが持つ「aaa.co.jp」とIPアドレスのレコードを取得すると、そのレコードをリゾルバに返答する。
DNS_saiki_hanpuku3.png

類題
24年第1回(設備)問1(1)ドメイン名とDNS



31_1_setubi_1_(2)i.png

(2)
(ⅰ)
答え:③
解説
①②④正しい

③ 外部変調方式には、光の振幅や位相をそれぞれ変調する方式があるが、数[Gbit/s]程度の光伝送システムにおいては、一般に、位相変調方式(正:強度変調方式)が用いられる。

補足

直接変調:半導体レーザ(LD)に対して、信号(印加電流)を直接入力して強度変調する方式。直接変調する場合、数GHz以上の高速で変調を行うとチャーピングと呼ばれる光波長(光周波数)が変動する現象が起こり光のスペクトルが広がってしまい信号の劣化が激しくなる。一般に、直接変調は、一般に、10GHz程度までの変調に制限される。

外部変調:半導体レーザに対して外部から変調を加える方式。数十GHz以上の高速変調が可能である。
henchouki.png

・チャーピング
半導体レーザでは、変調を行うために注入電流を変化させると、内部に屈折率の変化が生じ、その結果、波長(周波数)が変化する。この現象をチャーピングという。これによって、スペクトルが信号帯域を超えて広がってしまいファイバ伝搬中の波長分散の影響を大きく受けてしまうため通信品質に影響を与えてしまう。


・外部変調器の種類
外部変調器は、無変調された光を透過/遮断させることでON/OFFの強度変調を作り出す。また、外部変調器には、40 Gbit/s 以上の高速化を実現するための位相変調方式もある。
EA変調器(Electro-absorption:電界吸収型変調器):電界吸収効果を利用した光変調器。ダブルヘテロ型のpn接合(pn接合の間に別の層を挟んだ構成)に逆バイアス電圧をかけると、その強度によって特定の波長の光が吸収される性質を利用している。電圧が低いときは、長い波長帯に吸収特性を持っており、入力信号を吸収して光を遮断する(光信号OFF)。電圧を高くすると、短波長に吸収特性がシフトし、入力信号を吸収しなくなり光を透過する(光信号ON)。
一般的にLN変調器と比較すると小型にできるが、チャーピング特性は劣るため、長距離通信には向かない。
EA_hentyou.png

LN変調器:LiNbO3結晶(ニオブ酸リチウム)のポッケルス効果(電気光学効果)による屈折率変化を利用した光変調器。主要部分は、真ん中で2つの経路に分けられた導波路を電極で挟んだ構成をしている。電圧を印加していない場合は、光は透過するが(光信号ON)、電圧が印加されると、ポッケルス効果の影響で電極に挟まれた導波路の屈折率が変わり光の速度が変わるため、2つの経路で位相差ができる。電圧量と導波路の長さが計算され、分波された光がπの位相差を持って出てくるため、合波部分で打ち消され光は出力されなくなる(光信号OFF)。
LN_hentyou.png

・EA変調器とLN変調器の比較
駆動電圧伝送速度大きさ
EA変調器(電界吸収効果)低い10Gbit/s小型
LN変調器(電気光学効果)高い10~40Gbit/s大型


ポッケルス効果:物質に対して外部から電圧を加えると、屈折率が変化する現象。屈折率は加わる電圧に比例する。LN変調器で使われているLiNbO3は、ポッケルス係数(電圧量に対して屈折率の変化量)が大きい。

・位相変調方式の変調器
ON/OFFの2値による強度変調では、40 Gbit/s程度が限界とされるため、40 Gbit/s以上の高速化を実現するために位相変化を使った変調器が必要となる。例えば、位相変調方式のうちQPSKの変調器では、90度ずつ位相の異なる信号点を用いることで、4値の情報を一度に送ることが可能となるため、強度変調の2値の2倍の情報伝送が可能になる。



31_1_setubi_1_(2)ii.png

(ⅱ)
答え:①
解説
① 電気光学効果を利用した光変調器は、電界吸収効果を利用した光変調器と比較して、一般に、駆動電圧は高いが、小型にできる (正:大型になる) という特徴がある。

②③④正しい

補足
問題文の整理
設問に出てくる変調器を整理すると下記のようになる。
LN変調器 = 電気光学効果を利用した光変調器 = マッハツェンダ干渉計を用いた光変調器 
EN変調器 = 電気吸収効果を利用した光変調器

マッハツェンダ干渉計とLN変調器
マッハツェンダ干渉計は、1つの光源からの光を2つの光路に分け、その位相差を干渉によって検出する干渉計。LN変調器は、導波路によって2つに分けた位相のずれを利用しているため、LN-MZ変調器とも言われる。(MZ=マッハツェンダ)

・EA変調器とLN変調器の比較
駆動電圧伝送速度大きさ
EA変調器(電界吸収効果)低い10Gbit/s小型
LN変調器(電気光学効果)高い10~40Gbit/s大型


直接変調:半導体レーザ(LD)に対して、信号(印加電流)を直接入力して強度変調する方式。直接変調する場合、数GHz以上の高速で変調を行うとチャーピングと呼ばれる光波長(光周波数)が変動する現象が起こり光のスペクトルが広がってしまい信号の劣化が激しくなる。一般に、直接変調は、一般に、10GHz程度までの変調に制限される。

外部変調:半導体レーザに対して外部から変調を加える方式。数十GHz以上の高速変調が可能である。
henchouki.png

・チャーピング
半導体レーザでは、変調を行うために注入電流を変化させると、内部に屈折率の変化が生じ、その結果、波長(周波数)が変化する。この現象をチャーピングという。これによって、スペクトルが信号帯域を超えて広がってしまいファイバ伝搬中の波長分散の影響を大きく受けてしまうため通信品質に影響を与えてしまう。
・外部変調器の種類
外部変調器は、無変調された光を透過/遮断させることでON/OFFの強度変調を作り出す。また、外部変調器には、40 Gbit/s 以上の高速化を実現するための位相変調方式もある。
EA変調器(Electro-absorption:電界吸収型変調器):電界吸収効果を利用した光変調器。ダブルヘテロ型のpn接合(pn接合の間に別の層を挟んだ構成)に逆バイアス電圧をかけると、その強度によって特定の波長の光が吸収される性質を利用している。電圧が低いときは、長い波長帯に吸収特性を持っており、入力信号を吸収して光を遮断する(光信号OFF)。電圧を高くすると、短波長に吸収特性がシフトし、入力信号を吸収しなくなり光を透過する(光信号ON)。
一般的にLN変調器と比較すると小型にできるが、チャーピング特性は劣るため、長距離通信には向かない。
EA_hentyou.png

LN変調器:LiNbO3結晶(ニオブ酸リチウム)のポッケルス効果(電気光学効果)による屈折率変化を利用した光変調器。主要部分は、真ん中で2つの経路に分けられた導波路を電極で挟んだ構成をしている。電圧を印加していない場合は、光は透過するが(光信号ON)、電圧が印加されると、ポッケルス効果の影響で電極に挟まれた導波路の屈折率が変わり光の速度が変わるため、2つの経路で位相差ができる。電圧量と導波路の長さが計算され、分波された光がπの位相差を持って出てくるため、合波部分で打ち消され光は出力されなくなる(光信号OFF)。
LN_hentyou.png

類題
27年第2回(設備)問1(2)(ii)光変調器の特徴



31_1_setubi_1_(3)i.png

(3)
(ⅰ)
答え:④
解説
①②③正しい

④ GE-PONは、Ethernetフレームの伝送を目的としたPON方式であり、下り信号の最大伝送速度がG-PONの約2倍に高速化されている (正:約1/2である)

補足
補足
・PONシステムの方式
・B-PON(Broadband-PON):Etherフレームなどの可変長フレームを固定長のATMセル(53byte)に乗せ換えてPON区間を伝送する方式。EtherフレームをATMセルに乗せ換えるため収容効率が悪い。上り速度/下り速度はそれぞれ、独立して選択可能。
・G-PON(Gigabit PON):EtherフレームなどのATMセル以外のフレームはGEM(G-PON Encapsulation Method)フレームにカプセル化し、そのGEMフレームをATMセルと一緒にしてGTC(G-PON Transmission Convergence)フレームにカプセル化する。このように作られたGTCフレームでPON区間を伝送する。上り/下り速度は、最大2.48Gbit/sまで対応しており、それ以下の複数の伝送速度を選択することも可能。
・GE-PON(Gigabit Ethernet-PON):可変長のEtherフレームをそのままPON区間で伝送する。上り/下り速度は、1.25Gbit/sに固定されている。

・PON区間のフレーム構成
B_G_GE_PON.png

・PONシステム方式の比較
方式名B-PONG-PONGE-PON
標準化ITU-T G.983ITU-T G.984IEEE 802.3ah
伝送速度上り155Mbit/s、622Mbit/s155Mbit/s、622Mbit/s、 1.24Gbit/s、2.48Gbit/s1.25Gbit/s
下り155Mbit/s、622Mbit/s、 1.24Gbit/s1.24Gbit/s、2.48Gbit/s1.25Gbit/s
ONU収容数最大64台最大254最大128
伝送フレームATMフレーム(固定長)GEMフレーム、GTCフレーム(可変長)Ethernetフレーム(可変長)



・PONの波長分配
PON(B-PON/G-PON/GE-PON)システムでは、上り下りの通信用の波長帯の他に、映像伝送用の波長帯も用意されている。
波長
映像信号1.55μm帯
上り1.31μm帯
下り1.49μm帯


類題
24年第1回(設備)問1(2)(ii)PONシステムの種類と特徴



31_1_setubi_1_(3)ii.png

(ⅱ)
答え:④
解説
①②③正しい

④ OLTが、OLTからONUへの下り信号(正:ONUからOLTへの上り信号)の帯域を各ONUのトラヒック量に応じて動的に割り当てる機能は、一般に、DBAといわれる。

補足
・PONの伝送方式
PONは、下りは、TDM方式、上りは、TDMA方式が使われ、上り、下りはそれぞれWDM(波長多重)技術により別の波長で伝送される。

TDM(Time Division Multiplexing:時分割多重):一つの伝送路を時間で区切って複数のタイムスロットを作り、異なる信号をそれぞれのタイムスロットに格納し多重伝送をする技術。
TDMA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続):一つの伝送路を複数のユーザで同時利用する方式。OLTは、各ONUに対して送信許可を通知することにより、各ONUからOLTへの上り信号を時間的に分離し、衝突しないように制御している。
TDM_TDMA_WDM.png

・PONの上り信号(TDM)のバースト信号とOLTのバースト信号の受信処理
PONの構成では、OLTから各ONUまでの距離がそれぞれ違うため、OLTに届くまでの減衰量に違いがあり、OLTで受信するバースト信号は、信号レベルがバラバラになってしまう。そのため、OLTでは、異なったレベルの信号を均等化するため、信号レベル検出回路と利得切替回路を持った増幅器を使用する。信号レベル検出回路で信号レベルを検出し、そのレベルに応じた利得増幅量を利得切替回路に指示し、増幅器の増幅量を調整することで、小さい信号レベルは大きく増幅し、すでに大きい信号レベルは、小さい増幅を行い均等化を図る。
PON_bust_kairo.png
※バースト信号:信号がまったくないところと信号がかたまりとなっているところがある信号

複数のONUに上り帯域を分配する方法として、FBADBAの2つの方式がある。GE-PONでは、DBAが使用される
・FBAとDBA
FBA(Fixed Bandwidth Allocation):接続されているONUの数で配分する方式。通信していないONUがいてもそのONUが割り当てられた帯域は未使用となるため、帯域の使用効率が悪い。
DBA(Dynamic Bandwidth Allocation):通信を行っているONUで帯域を分配する方式。FBAと比べ、通信していないONUの未使用帯域を他のONUに分配できるため、帯域の使用効率が良い。
FBA_DBA.png

類題
28年第1回(設備)問1(2)(ii)GE-PONで使用されるOLT



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