自动交换光网络(ASON)与传统光网络的一个重要区别在于引入了独立的控制面，实现了灵活的路由和信令功能，能更有效的承载IP业务。本文主要研究了控制面中的信令功能，提出了基于并行资源分配的光路管理协议(PRALMP)。首先对现有的两种光路管理协议进行了详细分析，指出了它们的不足：串行信令时间效率差，并行信令占用系统资源过多。PRALMP协议同时克服了上述两种方案的缺点：它引入了一个新的通告消息，在建立光路过程中实现了光路中各节点并行分配光资源，有效加快了光路的建立过程。给出了协议的自然语言描述，详细讨论了协议对超时错误和资源竞争的处理，并利用通信有限状态机理论给出了协议的数学模型和形式化描述。 协议验证可有效地检测和纠正协议设计的错误和缺陷，文中利用状态转移矩阵和假定推断理论对PRALMP协议进行了数学推导验证，并通过SPIN工具进行了软件仿真验证，证明了PRALMP协议中没有死锁、活锁等特性。文中还对协议的时间特性和消息占用带宽情况进行了详细分析，证明其时间特性与并行信令方案类似，优于串行信令方案，占用带宽情况与串行信令方案类似，优于并行信令方案。还对用户网络接口进行了研究，设计了简单的UNI协议，实现了光路建立、释放、修改和查询等业务申请的基本功能。 本文依托国内第一个ASON网络平台，对PRALMP协议进行了实现。在平台上测试了协议四个基本功能，证明了协议可以在带内和带外信令通道内正常运行。时间性能测试表明，协议的时间特性要优于CR-LDP协议。此外，网络恢复实验证明，采用PRALMP协议进行网络恢复速度要比传统串行方法快，即PRALMP在网络恢复中具有良好的实用价值。 光交叉单盘是OXC设备的核心模块，本文设计并实现了一种具有广播功能的光交叉单盘，成功应用于中国高速信息示范网的OXC设备中。该方案利用1×2机械光开关与1×4耦合器，实现了具有广播功能的无阻塞的4×4光交叉矩阵，其动作时间小于10ms，插入损耗小于10dB。