SONET vs. SDH vs. DWDM: Was ist der Unterschied?

Beim Vergleich des herkömmlichen SONET oder SDH mit dem fortschrittlichen DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) erweist sich Letzteres als schlanke Architektur mit bemerkenswerter Skalierbarkeit, erweiterten Add/Drop-Kapazitäten, Unterstützung für mehrere Ringabschlüsse, Vielseitigkeit bei der Aufnahme verschiedener Dienste und der Nutzung mehrerer Fabrics. Was genau unterscheidet sie also, wenn man SONET gegenüber SDH gegenüber DWDM stellt?

Die Grundlagen von SONET/SDH

Was ist SONET/SDH？

Das Synchronous Optical Network (SONET) ist ein standardisiertes Protokoll, das eine nahtlose digitale Kommunikation zwischen Sendern und Empfängern ermöglicht. SONET arbeitet über Glasfasern, optimiert die Übertragung großer Datenmengen über weite Entfernungen und kann mehrere Datenströme gleichzeitig übertragen, wobei es die Effizienz von Glasfasern nutzt. SONET hält sich an die vom American National Standards Institute (ANSI) festgelegten Standards und wird vorwiegend in Nordamerika eingesetzt.

Im Gegensatz dazu erweist sich die Synchronous Digital Hierarchy (SDH) als eine ausgefeilte und weltweit anerkannte Weiterentwicklung von SONET. Als Multiplex-Technologie bekannt, die hauptsächlich in der Telekommunikation eingesetzt wird, ermöglicht SDH die Erstellung autonomer Übertragungsnetze ohne herstellerbedingte Einschränkungen. Mit komplexen Signalstrukturen und bemerkenswerten Funktionen vereinfacht SDH die Integration neuer Netzwerktechnologien und Geräte, erfordert jedoch erhebliche Leistung, um ihren Betrieb aufrechtzuerhalten.

Der Unterschied zwischen SONET und SDH

SONET/SDH ist die vorherrschende Technologie, die in den meisten Metro- und Langstreckennetzen verankert ist. Sie umfasst eine Gruppe von Glasfaser-Übertragungsraten, die darauf ausgelegt sind, digitale Signale über verschiedene Kapazitäten zu transportieren. Im Folgenden werden die Unterschiede zwischen SONET und SDH dargestellt:

1. SONET, von ANSI entwickelt, wird überwiegend in den Vereinigten Staaten eingesetzt, während SDH, von ITU-T entwickelt, weltweit Anwendung findet.

2. Die Grundeinheit von SDH ist das synchrone Transportmodul Level-1 (STM-1), während die Grundeinheit von SONET der Optical Carrier Level-1 (OC-1) ist.

3. SONET bietet insgesamt 27 Byte Transport-Overhead, während SDH 81 Byte bietet.

4. Aufgrund des Fehlens von Multiplexing höherer Ordnung für die Signalübertragung bietet SONET niedrigere Übertragungsraten als SDH.

5. Während SONET Daten ausschließlich synchron überträgt, unterstützt SDH sowohl synchrone als auch asynchrone Datenübertragungsmodi.

Der Unterschied zwischen PDH und SDH/SONET

Seit Jahren sind TDM-basierte Netzwerke wie PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) und SDH/SONET die bevorzugten Transportplattformen für Mobilfunkverkehr. Diese Netzwerke bewältigen gebündelte Sprachschaltungen mit höchster Zuverlässigkeit, minimaler Latenz und unterbrechungsfreier Dienstkontinuität. PDH weist jedoch mehrere Nachteile auf, darunter einen globalen Standard für Datenraten und optische Schnittstellen, eine komplexe Struktur, umfangreiche Hardwareanforderungen, hohe Kosten für Stromversorgungsschaltungen und eingeschränkte Flexibilität. Dies führte zur Entwicklung von SDH.

SDH entstand als Nachfolger des PDH-Systems mit dem Ziel, die Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Anbieter zu fördern. Die Signalhierarchie von SDH führte mehrere Leitungsraten ein, darunter weit verbreitete Optionen wie STM-1 (155 Mbps), STM-4 (622 Mbps), STM-16 (2.5 Gbps), STM-64 (10 Gbps) und STM-256 (40 Gbps).

Die Grundlagen von DWDM

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) ist eine führende Technologie zur Erhöhung der Bandbreite über bestehende Glasfaserinfrastrukturen. Sie ermöglicht es Benutzern, mehrere "virtuelle Fasern" über eine einzige physische Faser zu schaffen, indem verschiedene Wellenlängen oder Lichtfarben übertragen werden. Ursprünglich wurde DWDM von Fernnetzbetreibern eingesetzt, um Kosten im Zusammenhang mit Verstärkung, Dispersionskompensation und Regeneration in regionalen und nationalen SONET-Netzwerken zu senken. Die Beliebtheit von DWDM nahm in Metronetzen stark zu, als lokale Vermittlungsnetzbetreiber ihre Reichweite erweiterten. Neben der Bewältigung von Problemen durch Glasfaserknappheit bleibt das steigende Verkehrsvolumen der wichtigste wirtschaftliche Faktor für den Einsatz von DWDM in Metronetzen.

Einführung in DWDM-Kanalfrequenzen

DWDM arbeitet im Bereich von 1530 bis 1565 nm, bekannt als C-Band, entsprechend dem verlustarmen Fenster der Glasfaser. Dieser spezifische Bereich entspricht den betrieblichen Fähigkeiten der Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA). Gemäß den ITU-T-Standards wird ein Raster zulässiger Wellenlängen/Frequenzen festgelegt, mit einer Mittenfrequenz von 193.1 THz oder 1553.3 nm und verschiedenen Frequenzen, die in Vielfachen von 25 GHz (entspricht 0.2 nm) um diese Mittenfrequenz herum angeordnet sind.

Kommerzielle DWDM-Systeme können Kanäle mit Raten von 2.5 Gbps, 10 Gbps und neuerdings sogar 40 Gbps anbieten, mit möglichen Kombinationen innerhalb desselben Systems. Höhere Bitraten bringen höhere Anforderungen an das Leistungsbudget mit sich und erfordern Laser mit überlegenem Signal-Rausch-Verhältnis, geringeren Verstärkerabständen und höherer Verstärkung. Dies beinhaltet häufig die Verwendung von zwei DWDM Optical Amplifiers in Reihe.

Typischerweise kann ein Aufbau mit 64 DWDM-Kanälen bei 10 Gbps eine maximale Distanz von ungefähr 1.500 km erreichen, mit einem Verstärkerabstand von nahezu 100 km. Fortschrittliche und teurere Systeme sind kommerziell für Langstreckenübertragungen bis zu 4.500 km erhältlich.

Die Anwendung der DWDM-Technologie

Die DWDM-Schicht ist protokoll- und bitratenneutral und unterstützt gleichzeitig ATM (Asynchronous Transfer Mode), SONET und IP-Pakete. WDM-Technologie findet Anwendung in passiven optischen Netzwerken (PONs), die als Zugangsnetze dienen, in denen Transport, Switching und Routing vollständig optisch erfolgen. Zu den jüngsten Fortschritten gehört die Integration von 3R-Geräten (reshape, retime, retransmit) intern innerhalb des DWDM-Systems, wodurch der Aufbau von Leitungen ermöglicht wird, die ausschließlich DWDM-Ausrüstung nutzen und ganze Länder überspannen können. Diese Geräte verfügen über erweiterte Funktionen zur Leistungsüberwachung, um die Wartung und Reparatur von Verbindungen zu erleichtern. Durch den Einsatz von DWDM als Übertragungsmethode wird die Bandbreite der bestehenden Glasfaserinfrastruktur vollständig optimiert.

Vergleich von SONET/SDH vs. DWDM

Der Unterschied zwischen SONET/SDH und DWDM ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Der Bedarf an SONET-Granularität ergibt sich aus der Nachfrage nach Diensten mit niedriger Geschwindigkeit wie DS1/DS3 und den begrenzten Sub-Wellenlängen-Grooming-Fähigkeiten innerhalb von DWDM-Plattformen. DWDM zielt darauf ab, denselben Datenverkehr mit minimalen topologischen Strukturen, wie etwa Ringen, zu übertragen. Dies kann jedoch dazu führen, dass einige Daten längere Strecken zurücklegen als bei SONET.

Beispielsweise könnte ein optimales SONET-Design mehrere topologisch unterschiedliche OC-48- und OC-192-Ringe umfassen, während ein kostengünstiges DWDM-Transportnetzwerk möglicherweise nur aus einem einzigen DWDM-Ring besteht.

Traditionell fließt Internetverkehr über IP, das typischerweise auf ATM und SONET/SDH oder IP über SDH aufsetzt, bevor es die optische Schicht erreicht. Das Missverständnis, dass IP ausschließlich über ATM/SDH betrieben wird, beruht auf der Annahme, dass IP-Verkehr klein ist und für eine kosteneffiziente Bereitstellung mit anderen Diensten gebündelt werden muss.

Entgegen dieser Annahme unterstützt IP over DWDM Sprach-, Video- und Datenverkehr und reserviert den Rest für Hochgeschwindigkeitsdaten. Die Straffung von Schichten (wie SONET/ATM) vereinfacht das Netzwerkmanagement und senkt die Kosten.

Im Anwendungsbereich zeichnet sich SDH als zuverlässiges und koordiniertes Übertragungssystem für Sprach- und Datenströme innerhalb von Kernnetzen aus, mit einem entscheidenden Fokus auf der Ermöglichung nahtloser Konnektivität zwischen unterschiedlichen Systemen. Seine Anpassungsfähigkeit zeigt sich besonders deutlich bei der Unterstützung älterer Infrastrukturen und Netzwerke mit unterschiedlichen Protokoll- und Formatanforderungen.

Umgekehrt erhöht DWDM den Durchsatz und die Leistungsfähigkeit von Glasfasernetzen und unterstreicht damit seine Stärken in Bezug auf Skalierbarkeit, Anpassungsfähigkeit und betriebliche Effizienz. Diese Technologie findet ihren Haupteinsatz in wachsenden Infrastrukturen und Netzwerken, die schnelle und umfangreiche Datenübertragungskapazitäten erfordern.

Backbone-Technologie der Vergangenheit: SONET

Wie erwartet bieten SONET-Setups niedrigere Anfangskosten. Wenn das Verkehrsvolumen moderat bleibt, erweist sich die Entscheidung für eine SONET-Architektur als deutlich kosteneffizienter als DWDM-Setups. Laut der Analyse von FS ist der Aufbau eines SONET-Overlay-Netzwerks zur Abdeckung von OC-3-, OC-12-, OC-48- und Gigabit-Ethernet-Anforderungen ideal, wenn das Design weniger als 4-10 OC-192-Ringe erfordert.

Führende Wahl für aktuelle und zukünftige Netzwerkanforderungen: DWDM

Mit zunehmendem Datenverkehrsvolumen erweist sich DWDM als die ultimative Wahl in der Netzwerktechnologie. Der Zeitpunkt dieses Übergangs hängt von Faktoren wie Streckenlängen, Preisdynamik und Schnittstellendichte ab. Unterschiede in der Nachfrage ergeben sich hauptsächlich aus der vergleichenden Designeffizienz von Schnittstellenkarten zwischen diesen beiden Technologien, insbesondere in Bezug auf Dichte und Kosten.

Die Forschung von QSFPTEK zeigt, dass Spannweiten häufig zusätzliche Anforderungen an Regeneratoren, optische Verstärker und Dispersionskompensationsmodule (DCMs) entlang der Strecken auslösen. Längere Spannweiten begünstigen DWDM-Architekturen aufgrund ihrer geschickten Nutzung von Fasern und optischen Bypass-Fähigkeiten an Zwischenknoten.

Darüber hinaus führen höhere Glasfaserkosten und Fälle, in denen Glasfaserbeschränkungen durchgesetzt werden, dazu, dass DWDM gegenüber SONET deutlich stärker in Betracht gezogen wird. DWDM erweist sich als äußerst vorteilhaft bei der Einsparung von Glasfasern innerhalb optischer Netzwerke. Während DWDM-Systeme für viele Kanäle ausgelegt werden können, kann auch eine Pay-as-you-grow-Strategie verfolgt werden, bei der Kanäle bedarfsabhängig hinzugefügt werden. Es ist entscheidend, die Verstärkerdistanz und das gesamte Leistungsbudget des Systems von Anfang an zu berechnen, um die endgültige Anzahl der Kanäle effektiv zu bestimmen.

Fazit

Diese interessante Studie untersucht verschiedene Alternativen und ihre wirtschaftlichen Auswirkungen beim Entwurf identischer Netzwerke. SONET-Punkt-zu-Punkt-Konfigurationen zeigen eine noch bessere Leistung. Auch wenn diese Erkenntnisse möglicherweise nicht universell gelten, deuten sie darauf hin, dass bei umfangreichen Netzwerkdesigns die effizienteste Lösung nur manchmal eine einheitliche Architektur erfordert. Verschiedene Netzwerkabschnitte können unterschiedliche Ansätze verfolgen, wobei einige Ringstrukturen einsetzen, während andere Punkt-zu-Punkt-Aufbauten verwenden. Typischerweise würde das Kernsegment des Netzwerks die Einführung einer DWDM-Architektur rechtfertigen.