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SONET vs. SDH vs. DWDM: Was sind die Unterschiede?

Worton

Übersetzer*in Felix
17. September 2018

Im Vergleich zu traditionellem SONET oder SDH wird die nächste Generation von DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) als eine einfache Architektur mit hoher Skalierbarkeit, Kapazitäts-Add/Drop, mehreren Ringabschlüssen, Multi-Diensten und mehreren Fabrics angesehen. Im folgenden Artikel werden wir SONET vs. SDH vs. DWDM vergleichen und die genauen Unterschiede erläutern.

SONET/SDH: Grundlagen

SONET vs. SDH

SONET/SDH ist die vorherrschende Technologie, die in den meisten Metro- und Fernnetzen eingesetzt wird. Sie bezieht sich auf eine Gruppe von Glasfaser-Übertragungsraten, die digitale Signale mit unterschiedlichen Kapazitäten transportieren können. Seit ihrem Aufkommen in den Normungsgremien um 1990 haben SDH und ihre Variante SONET (die in Nordamerika verwendet wird) die Leistung von Telekommunikationsnetzwerken, die auf Glasfasern basieren, enorm verbessert. Die Basiseinheit von SDH ist das synchrone Übertragungsmodul Level-1 (STM-1). Die Basiseinheit des SONET ist das optische Trägermodul Level-1(OC-1). Die anderen Raten OC-3,OC-12,OC-18,OC-18,OC-24,OC-24,OC-36,OC-48,OC-96 und OC-192 sind von dieser Basisrate abgeleitet.

PDH vs. SDH/SONET

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 optimiert, um Massen-Sprachleitungen mit maximaler Betriebszeit, minimaler Verzögerung und garantierter Dienstkontinuität zu bewältigen. SDH wurde entwickelt, um das PDH-System für die Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller zu ersetzen. Die Signalhierarchie definierte mehrere Leitungsraten, unter denen STM-1 (155Mbps), STM-4 (622Mbps), STM-16 (2,5Gbps) und STM-64 (10Gbps) sowie STM-256 (40Gbps) weit verbreitet sind.

DWDM: Grundlagen

DWDM gilt als eine der besten Technologien zur Erhöhung der Bandbreite gegenüber einer bestehenden Glasfaseranlage. Sie ermöglicht es, mehrere "virtuelle Fasern" über eine physikalische Faser zu erstellen. Dies geschieht durch die Übertragung verschiedener Wellenlängen (oder Farben) des Lichts über ein Stück Faser. DWDM wurde ursprünglich von Fernnetzbetreibern eingeführt, weil die Ausgaben für Verstärkung, Dispersionskompensation und Regeneration den größten Teil der Kosten für die Netzwerkausrüstung in regionalen und nationalen SONET-Netzwerken ausmachten. DWDM wurde in Metro-Netzen immer beliebter, als die Betreiber von Ortsvermittlungsstellen ihre Netze ausbauten. Abgesehen von der Erschöpfung der Glasfaser ist das Verkehrsvolumen der wichtigste wirtschaftliche Faktor für den Einsatz der DWDM-Technologie in Metro-Netzen.

DWDM-Kanalfrequenzen

DWDM arbeitet im Bereich zwischen 1530 und 1565nm, dem so genannten C-Band, das dem verlustarmen Fenster der optischen Faser entspricht. Dies ist der Bereich, in dem der Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA) arbeitet. Ein Raster zulässiger Wellenlängen/Betriebsfrequenzen pro ITU-T, zentriert in einer Frequenz von 193,1THz oder einer Wellenlänge von 1553,3nm, und alle Arten von Frequenzen in Abständen von Vielfachen von 25GHz (=0,2nm) um diese Mittenfrequenz. Kommerzielle Systeme können Kanäle mit 2,5Gbps, 10Gbps und 40Gbps (wobei letztere vor kurzem kommerziell geworden sind) haben, zusätzlich zu Kombinationen dieser Kanäle im selben System. Je höher die Bitrate, desto größer ist der Bedarf an Leistung, was bedeutet, dass die Laser bessere Signal-Rausch-Werte haben müssen. Der Abstand zwischen den Verstärkern muss verringert werden, die Verstärkung muss höher sein, zum Beispiel durch den Einsatz von zwei optischen DWDM-Verstärkern in Reihenschaltung. Typischerweise erreichen 64 DWDM-Kanäle bei 10Gbps eine maximale Entfernung von etwa 1.500km bei einem Verstärkerabstand von nahezu 100km. Langstrecken-Übertragungssysteme über 1.500km und bis zu 4.500km werden auch mit fortschrittlichen und wesentlich teureren Systemen kommerziell verfügbar sein.

Anwendung der DWDM-Technologie

Die DWDM-Schicht ist protokoll- und bitratenunabhängig, was bedeutet, dass sie ATM- (Asynchronous Transfer Mode), SONET- und/oder IP-Pakete gleichzeitig übertragen kann. Die WDM-Technologie kann auch in passiven optischen Netzen (PONs) eingesetzt werden, d.h. in Zugangsnetzen, in denen der gesamte Transport, die Vermittlung und das Routing im optischen Modus erfolgt. Mit der Einbeziehung neuerer 3R-Geräte (Reshape, Re-Time, Re-Transmit), die in das DWDM-System integriert sind, können nun landesweit Schaltungen aufgebaut werden, die ausschließlich DWDM-Geräte verwenden. Neue Leistungsüberwachungsfunktionen werden zufällig in diese Geräte eingebaut, so dass Wartung und Reparatur der Verbindung durchgeführt werden können. Mit DWDM als Übertragungsverfahren wird die Bandbreite der bestehenden Glasfaseranlage maximiert.

SONET/SDH vs. DWDM: Was ist besser?

Die Hauptunterschiede zwischen SDH und DWDM sind nachstehend aufgeführt:

Artikel SONET/SDH DWDM
Anzahl der topologischen Strukturen für den gleichen Traffic Mehr Weniger
Kosten Niedriger Höher
Anwendungsszenario Die perfekte Wahl, wenn das Design weniger als 4-10 OC-192 Ringe erfordert. In der Regel für die bisherige Netzwerkstruktur. Die perfekte Wahl, wenn das Design mehr als 10 OC-192-Ringe erfordert. Besser für den zukünftigen Netzaufbau.
Anzahl der erforderlichen optischen Fasern Mehr Weniger

Der Bedarf an SONET-Granularität ist auf das Vorhandensein von Dienstanforderungen mit niedriger Geschwindigkeit, z.B. DS1/DS3, und auf die unzureichende Pflege der Sub-Wellenlängen innerhalb der DWDM-Plattformen zurückzuführen. DWDM hat das Ziel, den gleichen Verkehr in möglichst wenigen topologischen Strukturen (z.B. Ringen) zu übertragen. DWDM tut dies auf Kosten der Möglichkeit für einige Besucher, größere Entfernungen als im SONET zurückzulegen. Für jedes einfache Beispiel kann das allerbeste SONET-Design ein Bündel von topologisch unterschiedlichen OC-48- und OC-192-Ringen erzeugen, während das wirtschaftlichste DWDM-Transportnetz aus nur einem einzigen DWDM-Ring bestehen kann.

Traditionell läuft der Internet-Verkehr über IP, der über ATM und SONET/SDH oder IP über SDH dann zu einer optischen Schicht (wie in der Abbildung unten dargestellt) geleitet wird. Der Irrglaube, dass IP über ATM/SDH läuft, ist die Tatsache, dass der IP-Verkehr klein ist und für eine kosteneffiziente Bereitstellung mit anderen Diensten kombiniert werden muss. Im Gegensatz zu dieser Täuschung unterstützt das Konzept von IP über DWDM Sprach-, Video- und Datenverkehr und widmet den Rest dem Hochgeschwindigkeits-Datenverkehr. Die Eliminierung von Layern (SONET/ATM) erleichtert die Aufgabe des Netzwerkmanagements und ist kosteneffektiv.


Figure 1: Internet Traffic on SONET/SDH and DWDM

Abbildung 1: Internet-Verkehr auf SONET/SDH und DWDM


SONET: die Vergangenheit

Wie erwartet, haben die SONET-Szenarien geringe Anfangskosten. Wenn das Verkehrsvolumen gering ist, ist eine SONET-Architektur im Vergleich zur DWDM-Architektur viel wirtschaftlicher. Die Modellierung von FS zeigt, dass beim Entwurf eines SONET-Overlay-Netzwerks mit OC-3-, OC-12-, OC-48- und Gigabit-Ethernet-Anforderungen ein SONET-Netzwerk die perfekte Wahl ist, wenn das Design weniger als 4-10 OC-192-Ringe erfordert.

DWDM: Heute und in Zukunft

Mit wachsendem Verkehrsaufkommen wird sich DWDM früher oder später durchsetzen und zur bevorzugten Netztechnologie werden. Das Timing dieses Übergangs hängt unter anderem von den Spannweiten, der Preisgestaltung 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 FS zeigt auch, dass Spannweitenabstände in der Regel den zusätzlichen Bedarf an Regeneratoren, optischen Verstärkern und DCMs in den Strecken auslösen. Lange Spannweiten haben die Tendenz, eine DWDM-Architektur wegen der effizienten Nutzung von Fasern und optischen Bypass-Fähigkeiten an Zwischenknoten zu bevorzugen.

Darüber hinaus führen höhere Faserkosten und Situationen, in denen Faserbeschränkungen durchgesetzt werden, zu einer stärkeren Berücksichtigung von DWDM als SONET, da DWDM eine enorme Menge an Fasern innerhalb des optischen Netzwerks einspart. DWDM-Systeme könnten für eine große Anzahl von Kanälen geplant werden, es kann jedoch eine Pay-as-you-grow-Strategie angewendet und Kanäle auf der Grundlage der Nachfrage hinzugefügt werden. Die Verstärkerentfernung und das gesamte Leistungsbudget des Systems müssen von Anfang an für die endgültige Anzahl von Kanälen berechnet werden.


Figure 2: SONET vs DWDM

Abbildung 2: SONET vs. DWDM


Fazit

Unterschiedliche Alternativen und ihre wirtschaftlichen Auswirkungen bei der Gestaltung genau desselben Netzwerks ist definitiv ein interessantes Thema. SONET schneidet immer noch besser ab. Diese Ergebnisse treffen jedoch nicht in allen Situationen zu. Die Implikation ist die Tatsache, dass bei großen Netzwerkdesigns das am meisten optimierte Netzwerk nicht unbedingt eine einzelne Architektur aufweisen muss. Ein Teil des Netzwerks kann Ringe übernehmen, während ein anderer Teil Punkt-zu-Punkt implementiert. In der Regel wird der Kernteil des Netzes eine DWDM-Architektur rechtfertigen.

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