Die Beziehung und der Unterschied zwischen SONET/SDH und DWDM

Die nächste Generation von SONET (Synchronous Optical Network) bzw. SDH (Synchronous Digital Hierarchy)-Geräten wird von Dienstanbietern weiterhin gut angenommen und bereits jetzt in Netzwerken eingesetzt, um den stetig steigenden Netzwerkverkehr zu bewältigen. Im Vergleich zum herkömmlichen SONET zeichnet sich die nächste Generation von DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) durch eine einfache Architektur, Skalierbarkeit, hohe Add/Drop-Kapazität, mehrere Ringabschlüsse, Multiservices und mehrere Fabrics aus.

Gleichzeitig bewährt sich DWDM-Equipment zunehmend in den aktuellen Metronetzen, da es über die bestehende Glasfaserinfrastruktur eine enorme Bandbreite bietet und eine Vielzahl von Service-Schnittstellen sowie überlegene optische Übertragungsmöglichkeiten bietet. Darüber hinaus wird eine neue Gerätegeneration vorgestellt, die sowohl SONET- als auch DWDM-Optionen bietet. Einige DWDM-Systeme verfügen über integrierte SONET-Einheiten, die Grooming, Add/Drop und Wellenlängenschutz bieten. Andere verfügen über integrierte DWDM-Funktionen und ermöglichen optisches Multiplexing, Verstärkung und Übertragung.

Obwohl eine Technologie mit höherer Kapazität wie DWDM viele Vorteile bietet, können auch höhere Anschaffungskosten entstehen. In vielen Situationen müssen wir die Vorteile von DWDM und SONET anhand der jeweiligen wirtschaftlichen Auswirkungen bewerten. Anschließend sollten wir die Beziehung und den Unterschied zwischen beiden verdeutlichen.

• SONET/SDH

SONET/SDH ist die vorherrschende Technologie in den meisten U-Bahn- und Fernnetzen. Es bezeichnet eine Gruppe von Glasfaser-Übertragungsraten, die digitale Signale mit unterschiedlichen Kapazitäten transportieren können. Seit ihrer Einführung in Normungsgremien um 1990 haben SDH und seine in Nordamerika verwendete Variante SONET die Leistungsfähigkeit von Glasfaser-Telekommunikationsnetzen enorm verbessert.

TDM-basierte Netzwerke mit PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) und SDH/SONET dienen seit langem als Standard-Transportplattformen für den Mobilfunkverkehr. PDH und SDH/SONET sind für die Übertragung großer Sprachverbindungen mit maximaler Verfügbarkeit, minimaler Verzögerung und garantierter Servicekontinuität optimiert. SDH wurde entwickelt, um das PDH-System zu ersetzen und die Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller zu gewährleisten. Die Signalhierarchie definierte mehrere Leitungsgeschwindigkeiten, von denen STM-1 (155 Mbit/s), STM-4 (622 Mbit/s), STM-16 (2,5 Gbit/s), STM-64 (10 Gbit/s) und STM-256 (40 Gbit/s) weit verbreitet sind.

• DWDM

DWDM gilt als eine der besten Technologien zur Bandbreitensteigerung in bestehenden Glasfasernetzen. Es ermöglicht die Erzeugung mehrerer „virtueller Fasern“ über eine physikalische Faser. Dies geschieht durch die Übertragung unterschiedlicher Wellenlängen (oder Farben) des Lichts über ein Stück Glasfaser. DWDM wurde ursprünglich von Fernnetzbetreibern eingesetzt, da die Kosten für Verstärkung, Dispersionskompensation und Regeneration den größten Teil der Kosten für die Netzwerkausrüstung in regionalen und nationalen SONET-Netzen ausmachten . Mit dem Ausbau der lokalen Vermittlungsstellen wurde DWDM auch in Metronetzen immer beliebter. Neben der Erschöpfung der Glasfaserkabel ist das Verkehrsaufkommen der wichtigste wirtschaftliche Faktor für den Einsatz der DWDM-Technologie in Metronetzen.

DWDM arbeitet im Bereich zwischen 1530 und 1565 nm, dem sogenannten C-Band, das dem verlustarmen Fenster der Glasfaser entspricht. In diesem Bereich arbeitet der Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA). Ein Raster zulässiger Betriebswellenlängen/-frequenzen ist gemäß ITU-T auf eine Frequenz von 193,1 THz oder eine Wellenlänge von 1553,3 nm ausgerichtet, und es gibt alle möglichen Frequenzen in Abständen von Vielfachen von 25 GHz (= 0,2 nm) um diese Mittenfrequenz. Kommerzielle Systeme können Kanäle mit 2,5 Gbit/s, 10 Gbit/s und 40 Gbit/s (letztere werden seit Kurzem kommerziell angeboten) sowie Kombinationen davon im selben System haben. Je höher die Bitrate, desto größer der Leistungsbedarf, d. h. die Laser müssen ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, der Verstärkerabstand muss reduziert werden, die Verstärkung muss höher sein, beispielsweise durch den Einsatz von zwei optischen DWDM-Verstärkern in Reihe. Typischerweise erreichen 64 Kanäle mit 10 Gbit/s eine maximale Entfernung von rund 1500 km bei einem Verstärkerabstand von knapp 100 km. Fernübertragungssysteme über mehr als 1500 km und bis zu 4500 km werden mit modernen und deutlich teureren Systemen ebenfalls kommerziell verfügbar sein.

Die DWDM-Schicht ist protokoll- und bitratenunabhängig, sodass sie ATM- (Asynchronous Transfer Mode), SONET- und/oder IP-Pakete gleichzeitig übertragen kann. Die WDM-Technologie kann auch in passiven optischen Netzwerken (PONs) eingesetzt werden, d. h. in Zugangsnetzen, in denen der gesamte Transport, die Vermittlung und das Routing im optischen Modus erfolgen. Durch die Integration neuer 3R-Geräte (Reshape, Retime, Retransmit) in das DWDM-System können nun landesweite Verbindungen mit ausschließlich DWDM-Geräten aufgebaut werden. Diese Geräte verfügen über neue Leistungsüberwachungsfunktionen, die Wartung und Reparatur der Verbindung ermöglichen. Mit DWDM als Übertragungsverfahren wird die Bandbreite der bestehenden Glasfaseranlage maximiert.

• SONET/SDH über DWDM

Beim Entwurf hybrider SONET- und DWDM-Netzwerke (wie in der nebenstehenden Abbildung dargestellt) ist SONET/SDH über DWDM die gängigste Architektur. Dabei ist der zugrunde liegende bzw. Kerntransport DWDM, während das SONET-Routing über die darüber liegenden oder integrierten MSPPs erfolgt. Die Notwendigkeit der SONET-Granularität ergibt sich aus der Nachfrage nach langsamen Diensten, z. B. DS1/DS3, und der unzureichenden Sub-Wellenlängen-Optimierung innerhalb der DWDM-Plattformen. DWDM hat das Ziel, denselben Verkehr in möglichst wenigen topologischen Strukturen (z. B. Ringen) zu transportieren. DWDM ermöglicht dies jedoch auf Kosten einiger Besucher, die längere Distanzen zurücklegen müssen als bei SONET. Ein einfaches Beispiel: Das beste SONET-Design kann eine Reihe topologisch unterschiedlicher OC-48- und OC-192-Ringe generieren, während das wirtschaftlichste DWDM-Transportnetzwerk aus nur einem einzigen DWDM-Ring besteht. Daher gibt es zwei Optionen für die topologische Optimierung, die jeweils in der SONET-Designphase entschieden werden müssen.

Traditionell läuft der Internetverkehr über IP, das wiederum über ATM und SONET/SDH oder IP über SDH und anschließend über eine optische Schicht läuft (siehe Abbildung unten). Der Irrglaube, dass IP über ATM/SDH läuft, beruht auf der Tatsache, dass der IP-Verkehr klein ist und für eine kostengünstige Bereitstellung mit anderen Diensten kombiniert werden muss. Im Gegensatz zu dieser Annahme unterstützt das Konzept von IP über DWDM Sprach-, Video- und Datenverkehr und reserviert den Rest für Hochgeschwindigkeitsdatenverkehr. Der Wegfall von Schichten (SONET/ATM) erleichtert das Netzwerkmanagement und ist kostengünstig.

Wie erwartet sind die SONET-Szenarien kostengünstig. Bei geringem Datenverkehr ist eine SONET-Architektur im Vergleich zu einer DWDM-Architektur deutlich wirtschaftlicher. Die Modellierung von Fiber-Mart zeigt, dass ein SONET-Netzwerk die perfekte Wahl ist, wenn ein SONET-Overlay-Netzwerk mit OC-3-, OC-12-, OC-48- und Gigabit-Ethernet-Anforderungen entworfen wird und das Design weniger als 4–10 OC-192-Ringe erfordert. Da das Datenverkehrvolumen steigt, wird sich DWDM letztendlich durchsetzen und die bevorzugte Netzwerktechnologie werden. Der Zeitpunkt dieses Übergangs hängt von Faktoren wie der Übertragungsdistanz, dem Preis und der Schnittstellendichte ab. Die Unterschiede zwischen den Nachfragetypen sind hauptsächlich auf die Designeffizienz der Schnittstellenkarten dieser beiden Technologien in Bezug auf Dichte und Preis zurückzuführen. Die Studie von Fiber-Mart zeigt außerdem, dass Übertragungsdistanzen in der Regel einen zusätzlichen Bedarf an Regeneratoren, optischen Verstärkern und DCMs in den Routen verursachen. Lange Übertragungsdistanzen sprechen aufgrund der effizienten Nutzung von Glasfasern und der optischen Bypass-Funktionen an Zwischenknoten tendenziell für eine DWDM-Architektur.

Höhere Glasfaserkosten und Einschränkungen bei der Glasfasernutzung führen dazu, dass DWDM gegenüber SONET bevorzugt wird, da DWDM enorme Glasfasermengen im optischen Netzwerk einspart. DWDM-Systeme können für eine große Kanalanzahl geplant werden. Alternativ kann eine Pay-as-you-grow-Strategie genutzt werden, bei der Kanäle je nach Bedarf im Fiber-Mart hinzugefügt werden. Die Verstärkerdistanz und das Gesamtleistungsbudget des Systems müssen von Anfang an für die endgültige Kanalanzahl berechnet werden.

Verschiedene Alternativen und ihre wirtschaftlichen Auswirkungen bei der Entwicklung eines identischen Netzwerks sind eine interessante Studie. Fiber-Mart untersuchte drei verschiedene Ansätze für die Entwicklung eines SONET-Netzwerks. SONET-Overlay scheint immer deutlich besser zu sein als PMO. SONET-Punkt-zu-Punkt schneidet sogar noch besser ab. Diese Ergebnisse sind möglicherweise nicht in allen Situationen anwendbar; sie lassen jedoch darauf schließen, dass bei großen Netzwerkdesigns das optimalste Netzwerk nicht unbedingt eine einzelne Architektur sein muss. Ein Teil des Netzwerks kann Ringe verwenden, während ein anderer Teil Punkt-zu-Punkt implementiert. Normalerweise rechtfertigt der Kernbereich des Netzwerks eine DWDM-Architektur.