随着互联网络覆盖区域和客户人群的扩大,业务需求的不断推陈出新,以及网络业务复杂性的大幅度增加,提高网络交换设备的应用性能和数据处理能力的需求日益迫切。Crossbar交换结构具有调度算法简单和性能良好的特点,该结构迅速成为交换结构的中坚力量,广泛应用于网络核心层的业务支撑。Crossbar交换结构有Bufferless Crossbar和Buffered Crossbar两种结构。Buffered Crossbar可以分离信元输入和输出端口,输入端口和输出端口的信元调度是相互独立的,在牺牲一些缓存空间的硬件开销的条件下可以提供更加优良的数据交换能力,在片上系统上应用更为广泛。一个性能良好的交换结构应该在最大化系统性能的同时有效降低硬件开销和提高缓存使用率。Buffered Crossbar交换结构内部整体缓存空间大小与交换结构的端口数目的平方N2成正比,这在高速交换网络中的硬件实现带来了一定困难。网络中实际流量是不均匀分布的,某些交叉节点上的缓存空间使用率较低。本文的研究重点是一种带共享缓存的Buffered Crossbar(BCSB)交换结构,它为每个输入端口提供一定的共享缓存空间,可以有效降低交换结构的硬件开销,并且提高缓存使用率。首先,文章对交换结构的发展背景进行系统的阐述,并着重分析了CICQ交换结构特点以及相关算法研究,研究了CICQ交换结构中交叉节点上独立缓存空间大小对系统整体性能的影响;其次,介绍了带共享缓存的Buffered Crossbar结构的整体构成,分析了这种结构进行信元交换的详细过程。本文研究的重点是基于带共享缓存的Buffered Crossbar结构中调度算法,是在无共享缓存Buffered Crossbar结构中使用的算法的基础上,针对该结构的特点进行了一定的改进,并提出SSF-LSF算法,仿真证明算法在自相似业务流量中具有良好的时延以及吞吐率性能。最后,对多播信元调度的算法进行了相关研究,先对已有的算法做了简单总结和分析,分别从信元分派、输入端口信元调度和输出端口信元调度三个方面进行讨论,并针对BCSB交换结构提出了一种改进算法EMXRR_k。这种算法实现简单,与普通的Buffered Crossbar结构中算法实现复杂度相似,并且能够避免信元调度时引发的冲突。最后的仿真结果证明,在使用比较合适的调度算法时,BCSB交换结构能够在保证交换系统性能稳定的同时,有效提高交换结构缓存空间的使用率。本文基于BCSB结构所进行的研究,对实际交换系统的设计和实现有着重要的参考价值和指导意义。