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2018年11月22日
日本電信電話株式会社
富士通株式会社
株式会社日立製作所
日本電気株式会社
沖電気工業株式会社
Orange
一般社団法人情報通信技術委員会

通信装置のソフトエラー対策、ITU-T国際標準制定

～宇宙線起因のソフトエラー対策に関する設計・試験・評価基準に基づく更なる信頼性向上へ～

  2018年11月13日、国連専門機関であるITU-T(国際電気通信連合、電気通信標準化部門)において、宇宙線が主たる原因である地上の通信装置の誤動作(ソフトエラー*1)対策に関する設計・試験・評価の方法および品質基準を定めた国際標準が制定されました。
  本国際標準の制定に向け日本電信電話株式会社、富士通株式会社、株式会社日立製作所、日本電気株式会社、沖電気工業株式会社は、一般社団法人情報通信技術委員会に開設された「通信装置のソフトエラーに関する標準化Adhoc」(以下、SOET_Adhoc : Soft error testing Adhoc)において共同で国際標準案を起草し、ITU-T SG5*2会合ではOrangeとともに勧告化を推進してまいりました。
  本国際標準勧告により、通信装置のソフトエラー対策基準に基づく更なるネットワークの信頼性向上が期待できます。

背景

近年、宇宙線によって生じる中性子線に起因するソフトエラーが地上で使用する通信装置でも増加しつつあります(図1)。ソフトエラーによって、半導体メモリに保存されているデータが一時的に書き換わることで誤動作やシステムダウンを引き起こす恐れがある一方で、再起動や上書き保存といった簡易な処置で故障が回復するため、ソフトエラーに伴う故障の原因特定が困難と言われています。ソフトエラーが発生すると、通信サービスの利用者に多大な影響を及ぼす可能性があり、また運用者にとってもその原因究明・対策が大きな負担となる場合があります。通信装置は、このような故障も想定して通信サービスに影響を及ぼさないように設計されていますが、ソフトエラーはその再現が難しいため、開発段階で十分な検証を行うことができませんでした。
しかし、近年、加速器中性子源*3を用いてソフトエラーによる通信装置への影響を測定できるようになったことで、開発・導入段階でソフトエラーの影響を把握し、改善を行った上で通信装置を実運用ネットワークへ導入することが可能となりつつあります。これにより、大幅な通信品質の向上を図ることができますが、設計や試験の手法・評価について指標となる品質の基準が求められていました。

[画像]図1:ソフトエラー発生のメカニズム
図1:ソフトエラー発生のメカニズム

ソフトエラー対策に関するITU-T勧告について

  このような背景から、ソフトエラー対策に関する設計から評価、品質基準を定めることを目的に、2015年10月のITU-T SG5会合において、通信装置のソフトエラー対策に関する検討プログラムの開始が承認され、SOET_Adhoc委員各社が中心となり勧告草案の作成を行い、このたび国際標準として制定されました。
  この勧告は、5つの勧告本編と補足資料で構成されています。(図2)
  ソフトエラー対策に関する設計・試験・評価の方法および品質評価基準が定義され、またネットワークに求められる信頼性のレベルに応じたソフトエラー対策を実施するための指標も示されています。

[画像]図2:ソフトエラー対策勧告の全体像
図2:ソフトエラー対策勧告の全体像

各勧告の内容を以下に記します。本勧告により高い品質基準を満たした通信装置が普及することとなり、通信サービスの更なる信頼性向上が期待されます。

K.124 (概要編)通信装置の粒子放射線影響*4の概要
①粒子放射線により発生するソフトエラーの影響
②ソフトエラー対策としての設計方法に関する概要
K.130 (試験編)通信装置のソフトエラー試験法
①通信装置のソフトエラー試験をするための加速器施設の要件
②加速器を用いた中性子照射試験方法
K.131 (設計編)通信装置のソフトエラー対策設計法
①使用部品や装置構成に基づいたソフトエラー発生率の見積り方法
②ソフトエラー対策が必要な箇所を抽出する方法
③具体的なソフトエラー対策設計法の例とその効果・対策設計時の主な注意点
K.139 (基準編)通信装置の粒子放射線影響の信頼性要求基準
①ソフトエラーによる保守交換頻度、主信号断頻度、サイレント故障が発生しない確度に関する基準値の定義
K.138 (評価編)粒子放射線検査に基づく対策のための品質推定方法とアプリケーションガイドライン
①K.130(試験編)に記載の中性子照射試験で得た結果をもとに、K.139(基準編)に定義されている通信装置のソフトエラーに対する各信頼度規定が満たされているかを評価する方法

(補足編)K Suppl. 11 FPGAのためのソフトエラー対策
①ソフトエラー対策設計を実装する上で特に重要なFPGA(Field programmable gate array)のソフトエラー対策例

用語解説

*1: ソフトエラー
永久的にデバイスが故障してしまうハードエラーとは異なり、デバイスの再起動やデータの上書きによって回復する一時的な故障。
*2: ITU-T SG5
ITU-Tは国連の一機関であるITUにおいて電気通信の標準化を担う組織。その中で、SG5(Study Group 5)は環境と気候変動の課題を検討している。
*3: 加速器中性子源
加速器によって加速された陽子や電子をターゲットに照射して核反応によって中性子を発生させる施設。
*4: 粒子放射線影響
放射線の中でも粒子の性質を持つもの(中性子、アルファ粒子等)が半導体に及ぼす影響のこと。近年、地上では宇宙線によって大気中で生成された中性子が半導体に及ぼす影響であるソフトエラーが増加。

参考資料

表を見る

表ソフトエラー対策勧告一覧
勧告番号	略称	タイトル	承認年月
K.124	概要編	Overview of particle radiation effects on telecommunications systems (通信装置の粒子放射線効果の概要) https://www.itu.int/rec/T-REC-K.124-201612-I	2016年12月
K.130	試験編	Soft error test method for telecommunication equipment (通信装置のソフトエラー試験手法) https://www.itu.int/rec/T-REC-K.130-201801-I/en	2018年1月
K.131	設計編	Design methodologies for telecommunication systems applying soft error measures (通信装置のソフトエラー対策設計手法) https://www.itu.int/rec/T-REC-K.131-201801-I/en	2018年1月
K Suppl.11	補足編	Supplement to K.soft_des - Soft error measures for FPGA (K.131補足資料 - FPGAのためのソフトエラー対策) https://www.itu.int/rec/T-REC-K.Sup11-201711-I	2017年11月(Rev.1) 2018年9月(Rev.2)
K.139	基準編	Reliability requirement of particle radiation effect for telecommunication systems (通信装置の粒子放射線効果の信頼性要求基準)	2018年11月
K.138	評価編	Quality estimation methods and application guidelines for mitigation measures based on particle radiation tests (粒子放射線検査に基づく対策のための品質推定方法とアプリケーションガイドライン)	2018年11月