数据中心面临带宽与能耗的双重挑战，光交换具有高带宽、低功耗和透明传输等优势，是一种极具前景的解决方案。针对Clos架构中使用电缓存所引起的高能耗与高延迟问题，提出了一种基于Ring-Clos的全光交换架构，通过级内连接与可调波长转换器为光分组提供相邻中间级路由，解决了部分输入级或中间级输出端口冲突的问题。利用并行匹配调度算法为光分组分配路径，算法复杂度低，硬件实现简单。仿真结果表明，所提架构的丢包率仅为Clos架构的48.81%，有效提高了网络性能。

为了降低光突发交换网络中突发包的丢失率、减小网络延时、提高网络信道的利用率，采用了一种新型考虑优先级的基于冗余合并的突发包冲突解决机制。算法增加了回退信道作为保护信道，根据业务的优先级对冲突的突发包进行分段，使无法顺利传送的突发包碎片进入到回退信道；同时，考虑到网络中存在着很多短小而难以利用的信道资源，算法将回退信道里的突发包碎片进行多次克隆，多个克隆碎片和由上游节点到来的突发包合并成粒度可变的虚拟突发包发送，克隆碎片的优先级定义为最低，以保证不抢占正常突发包的信道资源。结果表明，相比以往的冲突解决算法，此算法具有较低的丢包率、相对小的延时率和优越的信道利用率。

基于小尺寸缓存的提前预留机制是有效的竞争解决方案.为支持区分服务，本文研究了两优先级提前预留机制的阻塞模型，分析了变化缓存尺寸与载荷比率条件下光突发交换网络核心节点的阻塞性能.为降低两优先级提前预留机制的突发丢弃率，提出一种基于流量门限的提前预留机制.数值分析确定了合理的缓存尺寸与流量门限，实现了高、低优先级间的缓存使用平衡.仿真结果表明：与原有提前预留机制相比，基于流量门限的提前预留机制保持了全流量状态范围内的阻塞性能，并明显降低了中、低流量状态内的突发丢弃率.

对光分组交换中波长共享(SPC)、链路共享(SPL)和节点共享(SPN)的结构进行了理论分析, 推导出三种结构的丢包率公式, 并对其系统丢包率与负载、输入光纤端口数和每纤波长数的关系进行了数值计算。结果表明: 在相同的波长转换器数目(没有达到极限值)时, SPN结构的丢包率低于SPL的丢包率, 并且在接近极限值时, SPN结构所需要的波长转换器数目也小于SPL结构所需要的波长转换器数目。

为了有效地降低突发包的丢失率和保证OBS网络中不同优先级业务的服务质量，提出了一种基于优先级与突发包分割的偏射路由机制.当冲突发生时，首先基于突发包的优先级进行“竞争突发包头部分割或者原突发包尾部分割”处理; 无冲突部分直接在事先预留的输出数据信道上处理，冲突部分的分割突发包根据参数可调的偏射路由机制被偏射到最佳偏射路径上.仿真结果表明，该机制能够有效地降低整个网络的丢包率和端到端的延时，并且得到高优先级突发包的丢失率和延时低于低优先级突发包.由此可知,基于优先级与突发包分割的偏射路由机制能够有效地解决突发包的冲突问题，从而提高整个OBS网络的性能.

对光分组交换中节点共享(SPN)的结构进行了理论分析，推导出SPN系统的丢包率公式，并对系统丢包率与负载、输入光纤端口数和每纤波长数的关系进行了数值计算。结果表明：当共享波长转换器的数目从0开始增加时，首先改善的是低负载的丢包率，当低负载的丢包率接近极限后，开始明显改善中负载的丢包率，最后改善高负载的丢包率。

使用光纤延时线（FDL）来解决光分组交换中的竞争问题，研究系统丢包率、时延与输入端口数、输出端口数、FDL数之间的关系，并比较输入端口优先、FDL优先、输入端口和FDL优先级的三种光分组调度策略。结果表明：适当减少端口数，增大FDL数目可以使丢包率趋近于零；而适当增大端口数，减小FDL数目又可以使时延减小。因此，在使用FDL解决竞争冲突时，端口数和FDL数目的选择很重要，它们之间的关系大小直接影响到丢包率和时延的大小。

在光突发交换网络中, 将竞争突发送入光纤延迟线(FDLs)缓存以避免丢弃被认为是一种便捷、有效的竞争解决方案。基于“提前预留”模型, 提出采用延迟抢占(DP)的方式来实现突发的竞争解决, 比较了全延迟抢占与部分延迟抢占机制的阻塞性能。为支持区分服务, 开展了两优先级系统中延迟抢占机制的研究, 建立了适用于两优先级系统的阻塞分析模型, 并对不同配比条件下延迟抢占机制的阻塞及延迟性能进行了仿真分析。仿真结果表明, 延迟抢占机制有效地保证了高优先级突发的低阻塞要求, 与低优先级突发相比, 其突发阻塞率要低约2个数量级。此外, 由于FDL的长度固定, 数据突发的时延要求也得到了有效保障, 流量载荷ρ=1.0时, 高优先级突发的平均延迟仅为10 μs。

对反馈FDL结构的光分组交换竞争解决方案建立了数学模型并进行了理论分析，推导出了在反馈FDL输入分组比输入光纤输入分组具有更高输出优先级时的系统丢包率公式，对系统丢包率与负载、输入光纤端口数和FDL数目的关系进行了数值计算和讨论．结果表明：由于FDL缓存分组的概率与输入分组负载的非线性关系导致了反馈FDL结构在低负载时对丢包率的改善非常明显，对高负载的改善却十分有限．随着FDL数目的增加，对系统丢包率的改善不会趋于一个极限值，这是与使用波长转换器进行竞争解决的不同之处，因此使用反馈FDL结构可以降低波长转换器的丢包率极限．

提出了一种解决不同优先级突发包之间资源竞争的方案,分析了该方案下不同优先级的性能(时延和丢包率).研究结果表明:高优先级突发包的平均时延和丢包率都远小于低优先级突发包,因此该方案能为高优先级突发包提供很好的QoS保障.