自然界和社会系统中存在着各种各样的复杂网络。过去二十年间,来自各个学科领域的科研人员对各类复杂网络进行数据采集和可视化,对复杂网络结构进行测量和建模,对复杂网络动力学过程进行预测和控制,取得了许多复杂网络理论方面的研究成果,形成了网络科学这一前沿领域。近年来,网络科学理论与大数据技术相辅相成,在各行各业的应用越来越广,具有十分明朗的应用前景。现代通信系统中存在的诸如互联网、电话网、传感器网络等大量复杂网络,为网络科学的研究提供了大量有价值的数据。反过来,网络科学理论为复杂通信网络的体系结构设计和性能分析等问题提供了有力的理论指导。在通信网络体系结构中,路由协议定义了节点之间通信的基本规则和数据包传输的关键机制,保证了网络通信功能的实现,具有十分重要的地位。路由协议的好坏对网络数据传输性能有直接的影响。本文借助于网络科学理论,研究了不同类型的复杂通信网络的数据路由问题,旨在设计新的路由协议和通信架构,为现代通信网络体系结构的设计提供一定的理论参考。本文具体的研究工作如下:(1)研究了无缓存复杂通信网络的路由问题。将复杂网络模型应用于无缓存通信网络拓扑结构建模;将复杂网络有效路由协议应用于无缓存数据通信过程;提出了基于邻居节点发送队列的随机偏转策略以降低无缓存数据通信过程中的丢包率;讨论了数据包生成速率、节点转发能力、节点平均度、幂律指数、节点数、路由控制参数等对无缓存数据传输性能的影响;通过仿真实验得到了丢包率和平均到达时间最小情况下的最佳路由控制参数。(2)研究了动静结合复杂网络的路由问题。提出了固定节点构成核心网和移动节点作为用户接入的混合通信网络模型;分析了数据流从自由流通到拥塞的相变现象;提出了基于方向的随机拓扑重连策略和基于最小负载的路由优化策略;通过仿真实验研究了移动节点速度、移动节点数量、随机重连概率、固定节点度分布等因素对网络容量的影响。(3)研究了多层复杂网络的路由问题。提出了由逻辑层和物理层构成的两层通信网络模型,其中逻辑层运行最短路径协议,物理层运行有偏随机行走策略;分析了随机行走偏置参数对网络生存时间和数据包到达数的影响;研究了上下层的耦合关系以及节点度分布对网络传输性能的影响;进一步通过删边策略优化上下层的拓扑结构以提高网络的传输性能。