总配线架系统(MDF, main distribution frame),是用来连接电信业铜线用户与局端机房的大型交换装置。其中由SIMPLER NETWORKS公司提出的自动化MDF受到了广泛关注,它的核心是由大量的微继电器交换开关(MEMS)组成的空分Clos交换网络。Clos网络是一种可扩展的多级交换结构,从功能上讲它在整个总配线架中充当了连接交换的通道作用。但是随着通信用户的爆炸式增长,配线架的端口也越来越多,Clos交换网络开关数量过大,成本较高。虽然有阻塞Clos网络能在不改变交换规模的情况下有效降低组网成本,但是在降低成本的同时也会增加网络阻塞率。针对以上问题,本文对Clos网络的性能和结构之间的关系进行了深入的分析,从网络设计和路由算法两方面出发,达到了低成本和较低阻塞概率的平衡,并仿真表明了本方案的可行性。一方面,Clos网络扩展优化设计,它是从网络结构角度出发减少开关数和降低阻塞概率。首先,网络的扩展性会带来交换模块种类增多等问题,种类越多,成本越高。其次,在工程实现上交换模块的集成度受到芯片管脚的限制。这些问题是本文进行网络设计时必须考虑的因素。第二章分析了传统的无阻塞无约束网络优化设计,在此基础上对带模块约束的有阻塞网络规模,级数,开关数和交换模块关系进行了详细分析和理论推导,最后对Clos网络进行了综合优化设计,大胆增加首尾级扩展方式,并仿真验证了理论推导的正确性及其网络优化设计的可行性。另一方面,路由算法,它是从业务选路角度改善网络的阻塞性能,在有阻塞Clos交换网络中,由于到达业务的随机性,会造成系统阻塞。现有的顺序选择法(MI, Minimum Index)和最多占用优先级法(P, Packing)只能确保找出一条可行路,却无法保证找出最优路。如此,系统就会因资源利用不合理,使得阻塞率增大。在第三章中提出了一种新的基于概率的Clos最优路由算法(ORBP),在算法中,我们首先确定当前业务可能影响的后续业务,称这些业务为相关业务,然后运用概率统计的方式,计算出当前业务的不同路由对于相关业务的阻塞概率影响大小,最后选出一条对后续业务影响最小的路径作为当前业务的路由。最后,为了考察带模块约束的网络设计的合理性与可行性,验证路由算法的阻塞性能,我们搭建了这个网络结构的仿真模型,并在此基础上实现了传统算法和ORBP算法,对他们进行了多方面的仿真实验和仿真结果分析,对目前系统的不足提出了下一步的改进方向。