SONET vs. SDH vs. DWDM, was ist der Unterschied?

Vergleicht man das konventionelle SONET oder SDH mit dem fortschrittlichen DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), so zeichnet sich letzteres durch eine optimierte Architektur aus, die sich durch bemerkenswerte Skalierbarkeit, verbesserte Kapazitätserweiterungen, Unterstützung mehrerer Ringanschlüsse, Flexibilität bei der Bereitstellung verschiedener Dienste und die Nutzung mehrerer Fabrics auszeichnet. Was genau unterscheidet also SONET, SDH und DWDM?

 

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 und optimiert die Übertragung großer Datenmengen über große Entfernungen. Dank der Effizienz von Glasfasern können mehrere Datenströme gleichzeitig übertragen werden. SONET entspricht den Standards des American National Standards Institute (ANSI) und wird vor allem in Nordamerika eingesetzt.

 

Im Gegensatz dazu entwickelt sich die Synchronous Digital Hierarchy (SDH) zu einer ausgereiften und weltweit anerkannten Version von SONET. SDH ist eine bekannte Multiplex-Technologie, die vor allem in der Telekommunikation eingesetzt wird und den Aufbau autonomer Übertragungsnetze ohne Herstellerbeschränkungen ermöglicht. Dank komplexer Signalstrukturen und bemerkenswerter Funktionen vereinfacht SDH die Integration neuartiger Netzwerktechnologien und -geräte, benötigt jedoch erheblichen Strom für deren Betrieb.

Der Unterschied zwischen SONET und SDH

 

SONET/SDH ist die vorherrschende Technologie in den meisten städtischen und weitverbreiteten Netzen. Sie umfasst verschiedene Glasfaserübertragungsraten, die auf die Übertragung digitaler Signale mit unterschiedlichen Kapazitäten zugeschnitten sind. Nachfolgend werden die Unterschiede zwischen SONET und SDH erläutert:

 

1. SONET, das von ANSI entwickelt wurde, wird hauptsächlich in den USA eingesetzt, während SDH, das von der ITU-T entwickelt wurde, weltweit Anwendung findet.

 

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

 

3. SONET verfügt über 27 Bytes an gesamten Transport-Overheads, während SDH 81 Bytes aufweist.

 

4. Da für die Signalübertragung kein Multiplexing höherer Ordnung erforderlich ist, 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

 

TDM-basierte Netzwerke wie PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) und SDH/SONET sind seit Jahren die bevorzugten Transportplattformen für den Mobilfunkverkehr. Diese Netzwerke verarbeiten große Sprachverbindungen mit höchster Zuverlässigkeit, minimaler Latenz und unterbrechungsfreier Servicekontinuität. PDH hat jedoch mehrere Nachteile, darunter einen globalen Standard für Raten und optische Schnittstellen, eine komplexe Struktur, umfangreiche Hardwareanforderungen, hohe Kosten für die Stromkreise und eingeschränkte Flexibilität. Dies führte zur Entwicklung von SDH.

 

SDH entwickelte sich als Nachfolger des PDH-Systems und zielte darauf ab, die Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller zu fördern. Die Signalhierarchie von SDH führte mehrere Übertragungsraten ein, darunter weit verbreitete Optionen wie 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).

Die Grundlagen von DWDM

 

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) ist eine führende Technologie zur Bandbreitenerweiterung in bestehenden Glasfaserinfrastrukturen. Sie ermöglicht es Nutzern, mehrere „virtuelle Fasern“ über eine einzige physische Faser zu verteilen, indem sie unterschiedliche Wellenlängen oder Lichtfarben übertragen. Ursprünglich von Fernnetzbetreibern eingesetzt, um die Kosten für Verstärkung, Dispersionskompensation und Regeneration in regionalen und nationalen SONET-Netzen zu senken, stieg die Popularität von DWDM in Metronetzen rasant an, da die Ortsnetzbetreiber ihre Reichweite erweiterten. Neben der Lösung von Problemen mit der Glasfasererschöpfung bleibt das steigende Verkehrsaufkommen der wichtigste wirtschaftliche Faktor für den Einsatz von DWDM in Metronetzen.

 

Einführung in die Frequenzen von DWDM-Kanälen

 

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

 

Kommerzielle DWDM-Systeme bieten Kanäle mit Übertragungsraten von 2.5 Gbit/s, 10 Gbit/s und neuerdings sogar 40 Gbit/s, mit möglichen Kombinationen innerhalb desselben Systems. Höhere Bitraten erfordern höhere Anforderungen an das Leistungsbudget und erfordern Laser mit besserem Signal-Rausch-Verhältnis, reduziertem Verstärkerabstand und höherer Verstärkung. Dies erfordert häufig den Einsatz von zwei in Reihe geschalteten optischen DWDM-Verstärkern.

 

Typischerweise kann ein Setup mit 64 DWDM-Kanälen bei 10 Gbit/s eine maximale Entfernung von ca. 1,500 km erreichen, wobei der Verstärkerabstand bei etwa 100 km liegt. Für Langstreckenübertragungen bis zu 4,500 km sind fortschrittlichere und teurere Systeme im Handel erhältlich.

Die Anwendung der DWDM-Technologie

 

Die DWDM-Schicht weist Protokoll- und Bitratenneutralität auf 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, Vermittlung und Routing optisch erfolgen. Zu den jüngsten Fortschritten gehört die Integration von 3R-Geräten (Reshape, Retime, Retransmit) in das DWDM-System. Dies ermöglicht den Aufbau von länderübergreifenden Verbindungen ausschließlich mit DWDM-Geräten. Diese Geräte verfügen über verbesserte Leistungsüberwachungsfunktionen, um die Wartung und Reparatur von Verbindungen zu erleichtern. Durch den Einsatz von DWDM als Übertragungsverfahren wird die Bandbreite der vorhandenen Glasfaserinfrastruktur optimal genutzt.

 

Vergleichen Sie SONET/SDH mit DWDM

 

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

 

 

Die Notwendigkeit der SONET-Granularität ergibt sich aus der Nachfrage nach langsamen Diensten wie DS1/DS3 und den eingeschränkten Sub-Wellenlängen-Grooming-Funktionen von DWDM-Plattformen. DWDM zielt darauf ab, den gleichen Datenverkehr mithilfe minimaler topologischer Strukturen wie 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 aus nur einem DWDM-Ring bestehen könnte.

 

Traditionell läuft der Internetverkehr über IP, das typischerweise über ATM und SONET/SDH oder IP über SDH läuft, bevor es die optische Schicht erreicht. Der Irrglaube, dass IP ausschließlich über ATM/SDH läuft, beruht auf der Annahme, der IP-Verkehr sei gering und müsse für eine kostengünstige Bereitstellung mit anderen Diensten gebündelt werden.

 

Entgegen dieser Annahme deckt IP über DWDM Sprach-, Video- und Datenverkehr ab und reserviert den Rest für Hochgeschwindigkeitsdaten. Die Rationalisierung von Schichten (wie SONET/ATM) vereinfacht die Netzwerkverwaltung und senkt die Kosten.

 

In der Anwendung zeichnet sich SDH als zuverlässiges und koordiniertes Übertragungssystem für Sprach- und Datenströme innerhalb von Kernnetzen aus. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der nahtlosen Konnektivität zwischen verschiedenen Systemen. Seine Anpassungsfähigkeit erweist sich als besonders vorteilhaft bei der Anpassung an ältere Infrastrukturen und Netzwerke mit unterschiedlichen Protokoll- und Formatanforderungen.

 

Umgekehrt erhöht DWDM den Durchsatz und die Leistungsfähigkeit von Glasfasernetzen und unterstreicht seine Vorteile in puncto Skalierbarkeit, Anpassungsfähigkeit und Betriebseffizienz. Diese Technologie findet ihren Hauptnutzen in wachsenden Infrastrukturen und Netzwerken, die schnelle und umfangreiche Datenübertragungskapazitäten erfordern.

Backbone-Technologie der Vergangenheit: SONET

 

Wie erwartet bieten SONET-Konfigurationen geringere Anschaffungskosten. Bei moderatem Verkehrsaufkommen ist ein SONET-Framework deutlich kostengünstiger als DWDM-Konfigurationen. Laut FS-Analyse ist der Aufbau eines SONET-Overlay-Netzwerks für OC-3, OC-12, OC-48 und Gigabit-Ethernet ideal, wenn das Design weniger als 4–10 OC-192-Ringe erfordert.

Die erste Wahl für aktuelle und zukünftige Netzwerkanforderungen: DWDM

 

Angesichts des steigenden Datenverkehrs entwickelt sich DWDM zur ultimativen Netzwerktechnologie. Der Zeitpunkt dieses Übergangs hängt von Faktoren wie Übertragungsdistanzen, Preisdynamik und Schnittstellendichte ab. Unterschiede in der Nachfrage ergeben sich vor allem aus der unterschiedlichen Designeffizienz der Schnittstellenkarten dieser beiden Technologien, insbesondere hinsichtlich Dichte und Kosten.

 

Untersuchungen von QSFPTEK zeigen, dass längenabhängige Strecken oft zusätzlichen Bedarf an Regeneratoren, optischen Verstärkern und Dispersionskompensationsmodulen (DCMs) entlang der Strecken verursachen. Längere Streckenlängen begünstigen DWDM-Architekturen aufgrund ihrer effizienten Nutzung von Fasern und optischen Bypass-Funktionen an Zwischenknoten.

 

Höhere Glasfaserkosten und Fälle, in denen Glasfaserbeschränkungen gelten, sprechen zudem dafür, DWDM gegenüber SONET in Betracht zu ziehen. DWDM erweist sich als äußerst vorteilhaft für die Einsparung von Glasfaser in optischen Netzwerken. DWDM-Systeme können zwar für viele Kanäle ausgelegt werden, es ist jedoch auch eine Pay-as-you-grow-Strategie möglich, bei der Kanäle je nach Bedarf hinzugefügt werden. Um die endgültige Kanalanzahl effektiv zu bestimmen, ist es wichtig, die Verstärkerdistanz und das Gesamtleistungsbudget des Systems von Anfang an zu berechnen.

Fazit

Diese interessante Studie untersucht verschiedene Alternativen und ihre wirtschaftlichen Auswirkungen bei der Gestaltung identischer Netzwerke. SONET-Punkt-zu-Punkt-Konfigurationen weisen eine noch bessere Leistung auf. Diese Ergebnisse sind zwar nicht allgemeingültig, deuten aber darauf hin, dass bei umfangreichen Netzwerkdesigns die effizienteste Lösung nur manchmal eine einzige Architektur erfordert. Verschiedene Netzwerkabschnitte können unterschiedliche Ansätze verfolgen, wobei einige Ringstrukturen und andere Punkt-zu-Punkt-Konfigurationen nutzen. Typischerweise wäre für das Kernsegment des Netzwerks eine DWDM-Architektur gerechtfertigt.