互连网络(Interconnection Network,IN)在高性能计算、片上网络、数据中心和大容量交换系统中占有重要地位,其结构直接决定相应系统的整体性能。如何以更低的成本为用户结点提供更高质量的通信服务,是国内外互连网络研究的动力。本文基于国家重大信息产业化子项目《T级别PTN关键技术研发与产业化》,研究树形多级互连网络结构的优化设计,内容包括下述两个部分:第1部分,本文提出一种树形多级互连网络模型,并优化设计采用该模型的网络结构。在介绍现有典型互连网络拓扑结构的基础上,提出一种树形多级互连网络模型,介绍该模型的交换模块及其连接方式,采用2种方法计算交换模型的各级交换流量。为避免仅用一种指标衡量网络结构性能的缺点,综合考虑交换模块数、平均跳数、对剖带宽和网络费用这四个指标,研究网络结构的综合优化问题;为避免拥塞或资源浪费,还研究各级交换模块端口速率匹配。设计采用该模型的互连网络结构的优化算法,比较2种流量分析方法的结果,分析具有不同用户结点数的网络结构在不同业务模式下的优化结果,即最优结构及其各级端口速率匹配。第2部分是典型胖树网络结构的优化设计。典型胖树网络存在交换机和链路的利用率随所处层序号增加而降低的问题,在不大幅降低性能的前提下,需要对高层设备进行瘦化(剪枝)以降低网络成本。本文采用速率匹配法和递推公式法进行瘦化设计,即合理设定网络中各级交换机上行端口数(小于下行端口数)以减少高层交换机和链路的数目,讨论影响胖树瘦化的2个因素,举例说明瘦化结果及其合理性。本文提出的模型与优化设计方法可用于解决大端口数的树形多级联网、交换网络和数据中心网络等领域的优化设计问题。