随着云计算的兴起和网络技术的快速发展,各类网络应用不断衍生,视频流、内容检索、社交应用等热门业务不仅丰富了大众的工作生活,也催生了大量数据流量,使得IP流量正以惊人的速度增长。作为承载业务流量的重要设施,数据中心网络正在迎接着非常严峻的挑战。传统的电互连技术由于其带宽不足、时延高、能耗大等缺点阻碍了数据中心网络的发展,为了突破网络架构的发展瓶颈,光通信技术被引入数据中心网络中,并且研究者们相继提出了光电混合网络和全光互连网络。然而目前已有的网络架构大多是以集中式的交换为主,在扩展性和健壮性方面仍然存在着不足。本文首先以Torus拓扑为基础,搭建了分布式交换的数据中心光互连网络架构,架构采用集中式的控制策略以期望降低控制的复杂度,同时引入波分复用技术来提高网络资源的利用率。之后论文考虑了链路容纳不同波长数目、节点搭配不同收发单元数的节点结构,提出了四种节点内部配置方案,并通过仿真模拟了不同方案在吞吐量、时延和丢包率上的表现。结果显示,所提的网络架构性能突出,容易扩展,满足大规模网络的发展趋势,同时架构能够在数条链路故障发生时保持稳定的性能,具有强鲁棒性。为了满足架构中节点的交换需求,论文提出了一种5×5端口的重排无阻塞型光交换芯片设计,不仅在芯片结构、开关单元数目、波导交叉数目、健壮性以及插入损耗等方面做了详细的分析说明,还将光交换芯片应用到分布式交换的网络架构中,分析了光交换芯片在静态业务调度和动态业务调度两种情景下的具体性能,确定插入损耗对信号的劣化程度。为了确保信号能够被正确接收,论文在传统的路由调度算法中加入了零插损超限的约束,并针对性地提出了RA-GA算法,该算法在插入损耗分析上准确率高,但是算法复杂度和时间消耗方面仍有改进的空间。为此论文进一步提出了RA-ZILC算法进行优化,仿真结果显示,RA-ZILC能够在吞吐量表现接近原有算法的基础上,大幅降低插入损耗检查的时间占比,RA-ZILC算法的性能相对更优。