SONET/SDHとDWDMの関係と違い

次世代SONET（同期光ネットワーク）またはSDH（同期デジタル階層）機器は、サービスプロバイダーに広く受け入れられており、増加し続けるネットワークトラフィックを運ぶために、現在もネットワークに効果的に導入されています。従来のSONETと比較すると、次世代DWDM（高密度波長分割多重）は、シンプルなアーキテクチャ、拡張性、大容量のアド/ドロップ、複数のリング終端、マルチサービス、そしてマルチファブリックを特徴としています。

同時に、DWDM機器は、既存の光ファイバー設備をはるかに超える膨大な帯域幅、多様なサービスインターフェース、そして優れた光伝送能力を備え、現在のメトロネットワークにおいてますますその実用性を示しつつあります。SONETとDWDMの両方のオプションを提供する新世代の装置も発表されています。中には、グルーミング、アド/ドロップ、波長保護機能を提供するSONETユニットを統合したDWDMシステムや、光多重化、増幅、伝送機能を備えたDWDM機能を内蔵したシステムもあります。

DWDMのような大容量技術は多くのメリットをもたらしますが、初期コストも高くなる可能性があります。多くの場合、DWDMとSONETから得られるメリットを、それぞれが享受する経済的影響から評価する必要があります。そして、両者の関係と相違点を明確にする必要があります。

• ソネット/SDH

SONET/SDHは、ほとんどのメトロネットワークおよび長距離ネットワークで採用されている主要な技術です。これは、異なる容量のデジタル信号を伝送できる光ファイバー伝送速度のグループを指します。1990年頃に標準化団体から登場して以来、SDHとその派生形であるSONET（北米で使用）は、光ファイバーをベースとした通信ネットワークのパフォーマンスを飛躍的に向上させてきました。

PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）とSDH/SONETのTDMベースのネットワークは、長年にわたり携帯電話トラフィックの標準トランスポートプラットフォームとして機能してきました。PDHとSDH/SONETは、最大の稼働時間、最小の遅延、そして保証されたサービス継続性を実現しながら、バルク音声回線を処理するように最適化されています。SDHは、PDHシステムを代替し、様々なベンダーの機器間の相互運用性を実現するために開発されました。信号階層では複数の回線速度が定義されており、STM-1（155 Mbps）、STM-4（622 Mbps）、STM-16（2.5 Gbps）、STM-64（10 Gbps）、そしてSTM-256（40 Gbps）が広く採用されています。

• 波長多重多重

DWDMは、既存の光ファイバ設備の帯域幅を拡大する最適な技術の一つと考えられています。1本の物理光ファイバー上に複数の「仮想光ファイバー」を構築できます。これは、異なる波長（または色）の光を光ファイバーの短い区間で伝送することで実現します。DWDMは当初、長距離通信事業者向けに採用されました。これは、地域および全国規模のSONETネットワークにおいて、増幅、分散補償、再生への投資がネットワーク機器コストの大部分を占めていたためです。DWDMは、地域通信事業者がネットワークを拡大するにつれて、メトロネットワークでも普及が進みました。光ファイバーの枯渇以外に、トラフィック量がメトロネットワークへのDWDM技術導入における主要な経済的要因となっています。

DWDMは、光ファイバの低損失領域に相当するCバンドと呼ばれる1530～1565nmの帯域で動作します。この帯域は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA）が動作する帯域です。ITU-T規格では、動作可能な波長／周波数のグリッドが定められており、中心周波数は193.1THz（波長1553.3nm）で、その中心周波数から25GHz（=0.2nm）の倍数間隔で様々な周波数帯域が存在します。商用システムでは、2.5Gbps、10Gbps、40Gbps（後者は最近商用化が進んでいます）のチャネルに加え、同一システム内でこれらの帯域が混在する場合もあります。ビットレートが高くなるほど、必要な電力バジェットも大きくなります。つまり、レーザーの信号対雑音比（S/N比）を向上させる必要があり、増幅器の間隔を狭め、例えば2台のDWDM光増幅器を直列に接続するなどして増幅率を高める必要があります。通常、10Gbpsで64チャネルの場合、増幅器の間隔を約100kmに設定することで、最大伝送距離は約1500kmに達します。1500kmを超え、最長4500kmに及ぶ長距離伝送システムも、高度でより高価なシステムを使用することで商用化されるでしょう。

DWDM層はプロトコルやビットレートに依存しないため、ATM（非同期転送モード）、SONET、IPパケットを同時に伝送できます。WDM技術は、トランスポート、スイッチング、ルーティングのすべてが光モードで行われるアクセスネットワークであるパッシブ光ネットワーク（PON）にも使用できます。DWDMシステムに最新の3R（再整形、再時間調整、再送信）デバイスを組み込むことで、DWDM機器のみを使用して国を横断する回線を構築できるようになりました。これらのデバイスには、リンクの保守と修理を容易にするための新しいパフォーマンス監視機能が組み込まれています。DWDMを伝送方式として使用することで、既存の光ファイバー設備の帯域幅が最大化されます。

• DWDM 経由の SONET/SDH

ハイブリッド SONET および DWDM ネットワークを設計する場合 (図を参照)、最も一般的なアーキテクチャは SONET/SDH over DWDM です。このアーキテクチャでは、基礎となるまたはコアとなるトランスポートは DWDM であり、SONET ルーティングはオーバーレイまたは統合された MSPP によって実現されます。SONET の粒度が必要なのは、DS1/DS3 などの低速サービス需要があることと、DWDM プラットフォーム内でサブ波長グルーミングが不十分なためです。DWDM は、同じトラフィックをできるだけ少ないトポロジ構造 (リングなど) で伝送することを目標としています。DWDM では、一部のビジターが SONET よりも長い距離を移動できることを犠牲にしてこれを実現します。単純な例を挙げると、最高の SONET 設計ではトポロジが異なる OC-48 リングと OC-192 リングが多数生成される可能性がありますが、最も経済的な DWDM トランスポート ネットワークは、単一の DWDM リングで構成される可能性があります。したがって、トポロジの最適化には 2 つのオプションがあり、それぞれを SONET 設計段階で決定する必要があります。

従来、インターネットトラフィックはIP上で伝送され、IPはATMおよびSONET/SDH、またはIP over SDHを経由して光層へと伝送されます（下図参照）。IPがATM/SDH上で伝送されるという誤解は、IPトラフィックが小規模であり、コスト効率の高い配信のためには他のサービスと組み合わせる必要があるという点にあります。この誤解とは異なり、IP over DWDMのコンセプトは音声、ビデオ、およびデータトラフィックをサポートし、残りの部分を高速データトラフィックに割り当てます。SONET/ATMレイヤーをなくすことで、ネットワーク管理の負担が軽減され、コスト効率も向上します。

予想通り、SONETシナリオは初期コストが低く抑えられます。トラフィック量が少ない場合、SONETアーキテクチャはDWDMアーキテクチャに比べてはるかに経済的です。Fiber-Martのモデリングでは、OC-3、OC-12、OC-48、ギガビットイーサネットの需要でSONETオーバーレイネットワークを設計する場合、設計に必要なOC-192リングが4～10個未満であれば、SONETネットワークが最適な選択です。トラフィック量が増加するため、最終的にはDWDMが普及し、ネットワーク技術の選択肢となるでしょう。この移行のタイミングは、スパン距離、価格、インタフェース密度などに左右されます。需要タイプ間の違いは主に、密度と価格の面でこれら2つの技術のインタフェースカードの設計効率によって生じます。Fiber-Martの調査では、スパン距離が長いほど、ルート上の再生器、光増幅器、DCMの追加要件が引き起こされることも示されています。長距離の場合は、ファイバーの効率的な利用と中間ノードでの光バイパス機能のため、DWDM アーキテクチャが有利になる傾向があります。

さらに、光ファイバーコストの上昇や光ファイバーの制約が厳しい状況では、SONETよりもDWDMの検討が進むでしょう。DWDMは光ネットワーク内の光ファイバーを大幅に節約できるからです。DWDMシステムは多数のチャネルを想定して計画することも可能ですが、Fiber-Martでは需要に応じて「pay-as-you-grow（成長に合わせて拡張）」戦略を採用し、チャネルを追加することも可能です。システムのアンプの距離と全体的な電力バジェットは、最終的なチャネル数に合わせて最初から計算する必要があります。

全く同じネットワークを設計する際の様々な選択肢とその経済的影響は、実に興味深い研究です。Fiber -Martは、SONETネットワークの設計において3つの異なるアプローチを調査しました。SONETオーバーレイは常にPMOよりもはるかに優れているようです。SONETポイントツーポイントはさらに優れたパフォーマンスを発揮します。これらの結果はすべての状況に当てはまるとは限りませんが、大規模ネットワーク設計において、最も最適化されたネットワークは必ずしも単一のアーキテクチャではないということを示唆しています。ネットワークの一部ではリングを採用し、別の部分ではポイントツーポイントを実装するといったケースも考えられます。通常、ネットワークの中核部分ではDWDMアーキテクチャが適切です。