IOWN（Innovative Optical and Wireless Network）はさまざまな産業のICT基盤サービスで共通的に利用されることを目標としており、その1つの適用領域として固定網・移動網をシームレスに収容し、エンド・エンドでクラウドやインターネットなどに接続が可能な移動固定融合ネットワークをめざしています。
移動固定融合ネットワークでは、社会インフラとして今後ますます重要となるIoT（Internet of Things）端末や、ドローン等のロボット、eスポーツなどの高速低遅延が求められるサービスなど、場所を問わず多種多様な要件を満たしたネットワークサービスをオンデマンドに提供することが求められます。
私たちは、それら要件を実現し迅速にネットワークサービスを提供するために、これまでのハードウェア中心のキャリアネットワークの機能をソフトウェア化し、柔軟にネットワークを組み上げることを可能とするため、ホワイトボックスハードウェアやクラウド上でのネットワーク制御ソフトウェアを用いた統合的サービスノード構成技術を開発しています。
今回は、図1に示すホワイトボックススイッチ用ネットワークOS「Beluganos^®」および「ネットワーク系プラガブル付加価値基盤技術」について紹介します。

Beluganos^®は、データセンタスイッチ、キャリア向けルータ、伝送装置など、幅広いホワイトボックスネットワーク装置をターゲットとして、開発を進めています。
ホワイトボックスネットワーク装置を使用することで得られるメリットは大きく2つあります。1つは、ハードとソフトが分離した形態により、ハード、ソフトを自由に選択して利用できるため、例えば、ハードが製造終了したとしてもOSソフトウェアを継続使用でき、監視システムの変更対応や、マニュアル整備の削減が可能となります。もう1つは、ハードウェアを自由に選択できるようになることでトランシーバ等の部品を含め、長期間、低価格で購入できる点です。これらの特徴により、開発・導入・運用のトータルコストを低減します。
一方で、ソフトウェアとして、市販のネットワークOSを利用する場合、2つの課題があります。まず、従来のネットワーク装置と同様に新機能の追加や問題発生時の改修がベンダマターとなり、利用者であるキャリアが必要なタイミングで利用できないという課題です。次に、運用機能の不足です。ホワイトボックスネットワーク装置では異なるベンダのハードとソフトを利用しますが、市販のネットワークOSは必要十分な機能は有しているものの、キャリアが運用上必要とする、監視や経路可視化といった運用機能の実装が十分でないという課題があります。
このような課題を解決するため、NTT内製ネットワークOSとして、Beluganos^®を開発しています。これにより、機能追加や改修をNTTが必要なタイミングで実施できるようにするとともに、キャリアが必要とする運用機能の実装を実現します。以降では、実装を進めている運用機能を紹介します。

ここでは、データセンタ内のIPファブリックを構成するスイッチにBeluganos^®を適用する際に有効となる運用機能について紹介します。
IPファブリックは、CLOSネットワークトポロジ上で、汎用ルーティングプロトコルを用いてマルチパス構成のL3ネットワークを構築します。
さらにオーバレイの仮想ネットワークをEVPN/VXLANプロトコルを用いて構成することで、L2フラットなネットワークを構築し、運用性を向上させ、VM（Virtual Machine）のモビリティの問題に対応します。
しかし、このようなオーバレイネットワークにおいては、以下2点が課題として挙げられます。
・トラフィックがどのアンダーレイを通過しているか分からない。
・オーバレイトンネル単位の高速障害検知機能が存在しない。
これらの課題解決のために、オーバレイネットワークOAM（Operations、 Administration、 Maintenance）機能として、「Loopback機能」「Pathtrace機能」「Continuity Check機能」を実装します（図2）。
「Loopback機能」はオーバレイトンネル上でのpingを、「Pathtrace機能」はオーバレイトンネル上でのTrace routeを実行する機能です。本機能により、オーバレイトンネルを通過するトラフィックがどのアンダーレイリンクを通過しているかを確認できます。また、実トラフィックを模擬した情報をパケットに挿入し、ロードバランス結果をシミュレーションする機能も実装しており、トンネルを通過するパケットがどのアンダーレイリンクを通過するかを確認できるようになります。
「Continuity Check機能」は、オーバレイトンネルの端点を指定して、オーバレイトンネルの正常性を定期的に監視するパケットを双方向にやり取りし、このパケットが一定時間到着しなかった場合に障害として検知します。既存技術では、複数あるアンダーレイリンクすべてで独立に正常性監視機能を動作させる必要がありましたが、本機能では、オーバレイトンネルを指定することで、間のアンダーレイリンクすべてを監視することが可能となります。これにより、アンダーレイの構成によらず予期せぬ障害を高速に検知し、サービスへの影響を最小限に抑えます。

将来のIOWNでのオープンハードウェア制御の活用に向けて、制御可能デバイスの拡大と、運用技術の発展という2軸で開発を進めます。
まず、制御可能デバイスの拡大です。将来の光および光電融合デバイスの制御を見据えて、本開発では、スイッチASIC（Application Specific Integrated Circuit）のみならず高機能ルータASICを制御可能とするネットワークOSを開発することで、ノウハウを蓄積していきます。
もう1つの軸の運用技術の発展としてコントローラとの連携を進めます。今回、ノード単体での運用高度化技術を確立しましたが、将来はネットワークオーケストレーションや伝送装置への適用によるエンド・ツー・エンド波長利用の効率化の実現をめざします。

IoTサービスや自動運転、スマートファクトリ等によりキャリアネットワークに求められる品質や機能の要件の多様化が見込まれます。多様化するサービスに対して、サービスを提供する事業者へタイムリーにネットワークを提供するためには、従来のキャリアネットワークには次の課題があります。
・要件に応じて個別のネットワーク装置を採用していたため、要件の多様化に伴い装置種別が増加してネットワークの運用が複雑化すること。
・ネットワーク機器設定の設計・設定投入を事業者の要望に応じて個別に対応していたため、リードタイムの短縮が困難であること。
私たちは、これらの課題の解決に向けて、多様なネットワーク機能をオンデマンドに提供するネットワーク系プラガブル付加価値基盤技術（プラガブル基盤）を検討しています。

図3に示すプラガブル基盤が持つ4つの特徴を紹介します。

1点目の特徴は、柔軟にネットワーク機能を組合せ可能とする付加価値サービスゲートウェイ技術です。本技術は、汎用サーバ上でオンデマンドに構築するサービス提供事業者別の仮想ゲートウェイとして提供されます。本仮想ゲートウェイが持つネットワーク機能を、コンテナで分割した機能要素の組合せにより構成することで、柔軟・迅速な機能追加を可能としています。例えば、セキュアな閉域網を要望するサービス提供事業者には、閉域網を構成するトンネル終端機能や端末認証機能を具備するコンテナを持つ仮想ゲートウェイをネットワーク利用開始時にオンデマンドに構築します。また、認証結果等に応じた経路振分やQoS（Quality of Service）制御等のネットワークサービス制御によりさまざまなサービス提供事業者の要望に対応可能としています。
仮想ゲートウェイの生成や削除、設定変更のライフサイクル管理は制御用コントローラを介して実行可能としています。本制御用コントローラはWeb系アプリ開発で広く採用されるRESTful API（Application Programming Interface）を提供しています。開発に際してはSwaggerやFlask等のWeb系技術を取り入れ、開発・メンテナンスコストの削減を図っています。

2点目の特徴は、サービス提供事業者に対してネットワーク・クラウド・アプリケーション等の複数サービスを一括で構築・保全可能とするワンストップオペレーション技術です。本技術により、Northbound API（NBI）としてTMF（TeleManagement Forum）APIsに準拠したAPIを公開し、サービス提供事業者に対して連携させたいサービスごとの設定に必要なAPIの抽象化を可能としています。また、連携させたいサービスが増えた場合は連携サービスが有するAPIのTMF APIへの変換アダプタの追加のみで対応可能となります。さらに、監視・分析・判断・制御等のClosed Loopに従う保全機能も有しており、各サービスに適したオペレーション機能をマイクロサービスとして開発し組み合わせることで、例えば管理対象としているサービスの障害発生時には自律的な回復措置の実施まで可能としています。
プラガブル基盤においては、ワンストップオペレーション技術が仮想ゲートウェイに必要な設定をデプロイ先の仮想化基盤に合わせて自動で生成することで、サービス提供事業者は仮想化基盤の差分等を意識せず、所望するネットワークの構築を実現しています。

3点目の特徴は、仮想化基盤や各機器からのログ・メトリック等のデータを収集・蓄積し、分析・レポート・可視化、およびファイル更新や運用手順の自動実行等のネットワークサービス提供に必要となる運用支援技術を持つことです。本技術では、さまざまな仮想化環境に対応するために、OSや仮想化レイヤ、コンテナ、アプリケーションのそれぞれに適したツールの組合せ、入れ替えを可能とすることで、要件等の変化に柔軟に対応可能としています。

4点目の特徴は、仮想環境上に配備したアプリケーションに対しキャリアサービスとして信頼性や保守運用性、性能を担保するために共通的に必要となる、ロードバランサやステート管理、故障復旧・死活監視のプラットフォームを持つことです。本プラットフォームにより機能拡充を容易にしています。

プラガブル基盤では、増加し続ける通信量に対応するための高速化、ネットワークオペレーションのさらなる効率化を実現する保守・運用の高度化に向けた研究開発を行っています。具体的には、FPGA（Field Programmable Gate Array）等の高速なデータ処理が可能なハードウェアアクセラレータの活用や、収集したデータをAI（人工知能）等により解析して環境の変化にも適応可能なオペレーション技術の確立に取り組んでいます。