随着众多新兴应用的出现,例如超高清视频、智能家居、云计算、虚拟现实等,网络流量呈现爆炸式增长。2013年8月,中国正式提出了“宽带中国”战略,将宽带网络作为国家战略性公共基础设施。然而,传统的核心层、汇聚层、接入层的三层网络架构过于冗余,难以满足未来光网络的需求。将汇聚层和接入层一体化,形成“汇聚-接入层”是电信网络发展的必然趋势,这点早已成为业界共识。汇聚-接入融合可以有效打破传统接入网和城域网间需要大量光电转换的瓶颈,可使电信运营商大幅降低网络建设和运维成本,提升网络资源利用率。超大带宽的实现,引发了人们对另一个问题的思考。网络若发生故障,将造成海量数据丢失。从用户层面来看,像远程医疗等众多实时业务,无法容忍长时间的网络故障。因此,研究具有自愈能力的高可靠的网络架构,具有十分重要的意义。另一方面,由于用户的迁徙流动以及小区的拆迁重建,网络的可扩展性是电信运营商需要考虑的另一个重要问题,这涉及到网络可支持的用户规模以及覆盖范围。网络的可靠性以及可扩展性可统称为网络的弹性。此外,传统的接入网中,光网络单元(ONU)之间无法实现直接通信,通信信息必须首先返回中心局(CO),然后重路由至目标ONU,这将会导致传输时延大、CO端容易拥塞以及占用上下行带宽等系列问题。本文针对汇聚-接入一体化环境下的弹性光网络架构进行研究,提出了多个具备不同功能和特点的弹性光网络架构设计方案,主要研究内容如下:1)提出了一个弹性相交环架构。基于相交环拓扑,该架构不仅可以利用扩展模块实现网络的在线扩展,在不增加额外保护成本的前提下,还可实现扩展节点间的互保护。由于采用双纤环结构,该网络可同时抵抗多点光纤故障。此外,通过设置上下行信号沿着相同的方向在不同的光纤中传输,无论在正常工作模式还是保护模式,瑞利后向散射(RB)噪声的影响均可以被削弱。性能比较的结果显示,所提出的架构与已有的架构相比,在可扩展性、可靠性与消除RB噪声影响方面具有显著的优势。2)通过使用一些传统的无源光器件,设计了一个M端口的波长路由模块(WRM)。该模块的无源与对称特性,使其易于集成与批量生产。然后提出了一个混合无源光网络架构。该架构中ONU被连接成了两种结构,即环网和网状网,实际工程应用中可根据不同的业务特征,选择不同的ONU连接方式。基于WRM,可实现环网和网状网的在线接入。依靠光开关和互联光纤,整个混合网络可实现全光纤故障保护和动态带宽分配。此外,通过使用上下半环的传输方式,传输时延可以被降低。3)提出了一个可支持ONU内部通信和外部通信的网状网架构。通过在远端节点(RN)中放置阵列波导光栅(AWG)和粗波分复用器(CWDM),网络不仅可以实现同一个波分复用无源光网络(WDM-PON)下ONU间的内部通信,而且支持不同WDM-PON下ONU间的外部通信。基于AWG的周期性分配特性,通过给每个ONU分配一个特定的波长传输ONU间的直接通信信号,ONU间任意的点对点直接通信可以被实现。由于ONU间采用网状的连接方式,网络的可靠性和可扩展性可以得到极大的改善。性能比较的结果显示,所提出的架构与已有的架构相比,在网状拓扑和支持ONU间的直接通信方面具有显著的优势。