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。

针对电数据中心网络(DCN)延迟高和吞吐量低等问题，文章提出了两种无源光DCN架构，一种针对小型DCN，一种针对大型DCN。两种架构均采用了阵列波导光栅路由器(AWGR)、耦合器和解复用器等无源光器件，并针对每种规模的架构给出了波长分配和分组传输方法。仿真结果表明，与电DCN(如Fat-tree和扁平蝶(FBFLY)网络)相比，所提方法具有更低的延迟和更高的吞吐量。而与其他光互连架构(如数据中心光开关(DOS)和Petabit)相比，其性能大致相当，分组延迟低于18 μs，但成本更低。

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。

目前云技术被广泛应用于数据中心网络（DCN），为确保DCN服务质量（QoS），等价多路径路由（ECMP）算法和动态负载均衡（DLB）算法被作为解决方案。然而这些算法仅能获得局部优化效果，将其应用在DCN重载环境下时，得到的传输时延和带宽利用率等指标不尽如人意。文章针对这些算法的局限性，从全局优化的角度提出一种软件定义网络（SDN）架构下的胖树网络数据流量载荷均衡调度算法。该算法通过Ryu控制器监视全局实时参量来评估SDN节点和链路载荷情况，选出最符合流量载荷需求的最优转发路径。实验表明，所提算法在改善DCN服务性能方面较等价多路径路由算法和动态负载均衡算法有显著提升。