光通信技术的出现给通信领域带来了蓬勃发展的机遇,光技术渗透于整个通信网,光纤通信有向全光网(AON)推进的趋势。由于交换过程中的电子“瓶颈”问题成为限制通信网络吞吐能力的主要因素。在这种情况下,光交叉连接(OXC)和光分插复用(OADM)设备成为建设大容量通信干线网络的主要设备。因此对交换设备的研究是提高光网络性能研究中的重点。本文对全光网络及其节点设备、节点交叉模块的理论基础进行了研究和讨论,以此为基础针对交叉模块两种不同的结构提出了路由算法及系统优化方案,内容分为三个大的部分：首先研究了全光网络的结构和演化,并对两种光网络的交换设备进行了介绍,深入研究了其中光交叉连接设备的功能、评价指标、基本结构及其实现方案。第二部分讨论了多级交换CLOS网络研究,该部分是光交叉连接设备中交叉模块的理论基础,着重研究了三类阻塞特性不同的CLOS网络,并给出了此种网络阻塞的条件。最后,本文提出了交换节点设备中交叉模块的路由调度算法和系统优化方案。交叉模块通常使用两种CLOS网络来实现,基于可重排无阻塞CLOS网络的交叉模块和基于严格无阻塞CLOS网络的交叉模块。两种方式各有优劣,因此本部分针对不同方式的特点,研究了基于可重排无阻塞CLOS网络的交叉模块的路由调度算法,提出了一种新型基于严格无阻塞CLOS网络交叉模块的路由算法,比较了两类路由算法的优劣。设计了系统优化方案及其验证方案,对优化方案给出并分析了仿真验证结果。文章的最后结合研究总结了在光交叉连接设备工作中的重要创新点。