随着计算系统在规模以及数量上的急剧增长,传统的电互联网络,存在时延大、带宽小、能耗高和扩展困难等瓶颈;然而,光互联网络在带宽、时延、能耗方面具有天然优势,并且光的多维度(时间、空间、波长、偏振等)特性,使得光网络具有良好的扩展性。为此,在充分考虑光交换多维特性(时域、频域、空域)基础上,论文作者所在的课题组前期提出了 OpenScale架构,其中邻近的交换节点通过环状网络互连,采用突发子波长交换技术,实现细粒度、高频繁数据通信;而对于跨环节点之间,可以通过建立波长直连通路,实现低时延、大数据收发。同时,采用基于OpenFlow的软定义控制平面,实现网络资源的灵活、精细调度。基于OpenScale架构的功能描述,本论文设计了多维光互联交换节点结构,主要包括环控制节点和数据交换节点。其中,环控制节点以高性能FPGA为核心,完成数据交换节点环内子波长交换、环间波长交换的控制信息下发,其主要包括南北向接口,北向接口用于与OpenFlow控制器通信,南向接口为与数据交换节点通信的控制信道接口。而数据交换节点则以快/慢速光开关、高性能FPGA为基础,通过快/慢速光开关实现环内/间子波长与波长切换;基于环控制节点下发的控制信息,通过FPGA强大的逻辑处理能力,实现业务的组装汇聚并调度到相应的光层。在此结构上,本论文研制完成了关键功能部件,卞要包括环控制节点FPGA逻辑处理、数据交换节点FPGA逻辑处理、多维光交换矩阵以及多维光交换矩阵控制器。最后,为了充分发挥多维光交换节点能力,讨论了多维光互联节点基于OpenFlow的应用精细划分,并针对计算系统的应用场景特征,讨论了多播以及Coflow业务适配相应光层的机制。同时基于所设计实现的多维光互联节点,搭建了基于OpenScale互联架构的实验平台,验证了环内子波长交换、环间波长交换、多播业务的光层适配等。