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与传统的电交换网络相比,波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)光交换网络不仅提供了更高速的连接,还针对不同的网络应用提供了更丰富的通信方式。Clos网络因其规整的结构和较好的扩展性,成为实现非阻塞WDM光交换网络的首选方案,所以研究低代价Clos型非阻塞波分复用光交换网络具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本论文围绕如何降低Clos型非阻塞WDM光交换网络的硬件代价展开研究,完成的主要工作和创新点有：(1)采用传统的空间交换模块和波长转换模块相分离的结构,设计了两种Clos型非阻塞WDM多播网络—三级严格非阻塞网络CWMNA和四级广义非阻塞网络CWMNB。论文给出了这两种网络在波长模型下的构造方法,证明了非阻塞的充分必要条件,并根据非阻塞条件对网络的硬件代价进行了优化。(2)设计了一种新型的光交换元件—空波元件SWE。论文给出了SWE的设计原理和实现方式,从理论上给出了SWE的结构和状态,以及SWE设计中必须遵循的波长相异性条件和波长确定性条件。因为SWE将分离的空间交换功能和波长转换功能融为一体,所以使用SWE替代WC来构造新型的WDM光交换网络,就可以完全摒弃两大功能模块相分离的结构,也就有效地避免了该结构在性能和代价方面产生的诸多问题。(3)在SWE的基础上,设计了两种非阻塞WDM空波交叉开关网络SWCS和SWCS-S。它们分别由SSE和SWE按照矩阵方式和广播选择方式组合而成。论文给出了SWCS和SWCS-S的构造方法,分析了它们的非阻塞能力和路由策略,计算了网络硬件代价。这两种网络的优点都是不需要单独的波长转换模块,并能很好地平衡空间交换代价和波长转换代价。(4)设计了一系列Clos型非阻塞WDM光置换网络模型。这些网络采用SSCS、SWCS和SWCS-S网络作为基本模块构造而成,不仅保持了SWCS和SWCS-S的优点,更有效地降低了网络硬件代价,并支持快速高效的路由算法。论文给出了这类网络的搭建方法,优化了网络硬件代价。分析表明,随着网络规模的增大,光纤模型下的CWPNB-FM2网络的硬件代价可以减小为目前最优网络的70%左右。所以它是一种最为经济实用的Clos型WDM光置换网络。