构造全光骨干网以支持快速发展的INTERNET业务是下一代光网络设计的重要任务,全光交换技术是全光网的关键研究问题。目前,基于电交换技术的传统SDH/SONET光传输网因采用光-电-光(O-E-O)方式而受摩尔定律的限制,已无法满足未来实时多媒体业务等对带宽的需求,也不能充分利用DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)技术的带宽优势。在光器件技术远未达到成熟的今天,探索一种新型、实用的光交换技术及其组网机制以支持光互联网(Optical Internet),对下一代骨干光网的建设具有重大意义。本文基于时隙光突发交换网络(Time-Slotted Optical Burst Switched Network),进行了较为系统的探索性研究,力求建立和完善其基本网络体系结构以支持未来的IP业务发展,并通过评估其网络性能尤其是阻塞性能,为未来全光网络的实现提供理论依据,并为其实验网的建设提供指导性意见。本文的研究内容和成果主要体现在如下几个方面:1.对比总结了光包交换技术、光时分复用技术和常规光突发交换技术的特点和发展现状,分析了各自优势,指出了其难点问题。2.提出了完整的时隙光突发交换网络的体系结构,明确规范了其控制平面结构、网络边缘节点与核心节点的工作模式、突发流量汇聚机制以及时隙信道的划分方法;通过对网络结构的分析,指出了影响网络阻塞性能的主要因素,即突发包汇聚机制、时隙分配方法、路由技术、网络故障等。3.首次提出了分析时隙光突发交换网络阻塞性能的基本模型,该模型不仅可用于分析网络参数变化对网络阻塞性能的影响,而且可扩展用于多类业务区分服务情况下网络阻塞性能的分析,具有创新性。分析与仿真结果表明模型合理有效,增加系统的波长数、光纤数及每帧内的时隙粒度可有效降低网络阻塞率。具体工作有:1)建立了一种低计算复杂度全网阻塞概率基本计算框架。2)对比研究了包括链路阻塞模型、路径阻塞模型、负荷模型、多光纤模型在内的多种子模型,经仿真验证后选取了合理子模型。3)计算了波长数、光纤数及其突发包长等参数变化对全网平均阻塞概率的影响,并进行了仿真验证。4.研究了网络节点在电路交换业务下的时隙分配问题以及在尽力而为业务下的时隙调度问题,分析了相应算法对网络阻塞性能的影响。具体工作有:1)对电路交换业务,数学定义了时隙分配问题,提出了一种改进的离线时隙分配TS-Greedy算法,理论分析了其与最优算法的差异,给出了理论证明与仿真结果。2)对尽力而为业务,将时隙调度问题转化定义为变长装箱问题,推导了多种在线算法调度因子的理论值,证明了Best-Fit和First-Fit算法优于Worst-Fit算法,并通过仿真进行了验证。3)针对尽力而为业务,仿真对比了多种在线调度算法的网络阻塞性能,研究了Best-Fit算法下网络参数变化对其阻塞性能的影响。5.提出了时隙光突发交换网络的一种动态负载平衡路由技术,结合运用虚拟波长拓扑路由算法及光纤选择算法,设计了可联合考虑全局链路容量和跳数的权重函数。通过仿真实验,考察了多种权重比值下的网络阻塞性能,指出了利于降低网络阻塞率的Best-Fit光纤选择算法。其中,虚拟波长拓扑方法的引入简化了路由与波长分配问题的计算复杂度。同时实验结果也表明,该动态路由技术具有避免拥塞、平衡网络流量和降低网络阻塞率的作用。6.针对网络故障将引起网络严重拥塞的问题,提出了一种基于分布式偏转路由的快速故障恢复机制,对如何缩短故障恢复时间进行了研究,定义了故障恢复性能评估参量即平均故障恢复时间,给出了其数学表达,并进行了数值分析,分析结果表明:我们提出的基于偏转路由和集中式资源管理方式的快速恢复机制能有效减少故障恢复时间,从而提高网络阻塞性能。