随着云计算及其它Web应用程序的兴起,数据中心内网络流量呈指数形式增长。当前胖树形结构的数据中心内部服务交互过程存在着性能瓶颈,耗费大量能量的光—电—光(O-E-O)转换过程限制了系统的最低时延和能耗效率。另一方面,全光互连数据中心,由于具备超高带宽能力和低能量密度,已经成为一种非常有前景的提供高吞吐率、低时延和低能耗的数据中心解决方案,越来越受到人们的欢迎。最近,作为一种集中式的控制架构,软件定义网络(SDN)已通过支持可编程的网络功能和协议,它为运营商提供了最大的灵活性,对各种资源进行统一控制,能够以全局的视角对资源和服务进行联合优化。因此,有必要在数据中心内部署SDN对网络和应用资源进行统_.控制。论文首先分析了数据中心的发展现状和业务特点,列出了随着云计算的发展导致数据中心网络互连架构面临的一些问题。接着对传统胖树形结构的数据中心进行了研究,并详细介绍了国内外全光互连数据中心架构的研究现状,对当前快速发展的SDN进行了介绍,指出了将SDN应用于数据中心网络控制的优势。之后,针对未来数据中心的业务需求对全光数据中心互连架构及网络控制方式进行了需求分析,并介绍了数据中心光互连结构及SDN的一些相关技术。在此基础之上,结合阵列波导光栅路由器(AWGR)和半导体光放大器(SOA)在带宽和交换速度上面的优势,基于AWGR和SOA提出了一个高可扩展的模块化及分布式控制架构的光分组数据中心互连方案。同时,还提出并设计了一个基于波长复用开关(WMS)和自路由无阻塞交换结构的模块化全光数据中心互连结构。最后,论文采用OPNET仿真软件设计了数据中心网络互连结构的模型,并通过编程模拟数据中心服务器负载的产生,完成了对基于AWGR和SOA的全光数据中心互连结构的性能仿真和验证。仿真结果表明提出的架构具有高可扩展性,同时具有较低的时延和低阻塞率。此外,论文还对数据中心基于SDN的控制架构进行了研究探索。