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。

为满足数据中心网络在高并发量、低尾延时等性能上的需求, 提出一种面向数据中心网络的分布式负载均衡网关架构。该新型网关架构主要包括资源池化汇聚算法、优先调度算法和动态负载均衡算法等 3个核心算法模型。基于该架构, 借助现场可编程门阵列 (FPGA)实现智能网关的整体设计。通过第三方测试, 基于分布式负载均衡网关架构的智能网关可针对数据包的关键信息实现灵活、可扩展的负载均衡, 线速可达 9.4 Gbps(不丢包), 线速为10 Gbps的丢包率约 5%, 端口时延为 2 μs。与通用的负载均衡方案 (软件负载均衡与硬件负载均衡 )相比, 分布式负载均衡网关架构采用基于数据包优先调度的负载均衡策略和硬件存储资源智能 “池化”的流量管理, 保障了数据中心网络系统中百万级数据流的高效分发, 提升高并发量、低时延应用的性能。在面向百万条并发情况下, 网络链路响应尾延时小于 60 ms。