随着人工智能、大数据和物联网等新兴技术的迅猛发展和交叉融合，数据中心和超算中心的应用负载特征呈现愈发明显的多样化趋势，对互连网络的灵活性要求越来越高。现有的软件定义网络(SDN)虽然实现了网络层之上的灵活性，但受限于电域连接的固定性，无法实现物理层次的资源弹性分配。软件定义互连(SDI)旨在打破网络硬件的刚性结构，实现网络中的拓扑可重构、带宽可调整和协议可定义等目标。　　相比于传统的电交换技术，光交换具备更强的灵活性，可以为SDI提供更好的支持，本文将重点研究动态可重构光互连网络。在不改变物理布局布线情况下，通过软件定义的方法实现拓扑结构的动态重构。可重构光网络的物理层提供动态重构的光链路基础，控制层解决如何由一种拓扑快速、低丢包地重构为另外一种拓扑，应用层负责动态生成与应用通信特征匹配的拓扑结构和参数。本文从这三个方面开展了深入研究:　　在物理层，本文提出了一种易扩展的可重构光网络结构和一种快速可重构光网络结构。当前的数据中心和超算中心节点数量众多，简单的光交换机级联结构重构能力弱、扩展性差，本文提出了一种融合多种光交换原理的层次化可重构光网络构造方法，对多种光参量采用集中调制、分层解析的交换机制，解决了可重构光网络的扩展性问题，基于常用的40端口AWGR和64端口MEMS即可扩展到60k节点的网络规模;本结构中每条光链路均同时复用多个维度信息，大幅提升链路利用率。　　考虑到不少应用通信特征变化快，对重构延迟要求高，本文还提出了一种基于AWGR的快速可重构光网络结构，理论上可以达到纳秒级的物理切换延迟，采用波段划分和收发模块共享机制实现了AWGR的多层次互连，同时通过增加逻辑光路和器件端口之间的物理约束简化了波长控制复杂度。实际结果显示，不同层次AWGR之间采用0.4nm的波段间隔即可支持本结构正常工作，在10GHz频率下接收端功率为-16dBm，误码率为10-12BER，没有发现明显的功率损耗。　　在控制层，本文提出了一种无间断的快速拓扑重构方法。拓扑动态重构时需要完成大量光链路的通断，采用直接拓扑构建方法会带来大量的丢包和乱序，采用中间环状拓扑进行过渡的重构方法虽然大大减小了丢包率，但存在中间拓扑多、重构时间长的问题。本文研究发现，典型的直接网络拓扑中均存在哈密尔顿链，以哈密尔顿链的连通性为基础不但可以保证重构过程链路无间断、还可大幅减少中间拓扑数量，据此本文提出了快速无间断拓扑重构算法，可在不超过3个中间拓扑的情况下完成拓扑之间的快速重构，原型系统实际评测结果显示，相对于直接重构算法，丢包率降低了80％。　　在应用层，本文提出了一种层次化的拓扑自动匹配算法。面对节点数量众多的计算机互连网络，如何快速生成与当前通信特征匹配的互连网络拓扑结构和参数极具挑战性，枚举匹配法的复杂度太高，现有研究多集中于通信特征中热点流量的预测和调度。本文研究发现，拓扑结构和通信流量矩阵之间具备规律的映射关系，据此首次提出了一种层次化的拓扑矩阵模型，给出了通信特征自动匹配方法，通过对通信流量矩阵进行弹性的逐层匹配快速收敛到待重构的拓扑结构和参数。DOE通信库下的评测显示，本方法均可快速收敛到匹配拓扑结构，平均匹配效果比典型拓扑改进了60％以上。　　本文构建了一个可重构光网络原型系统，对物理结构和控制算法进行了验证和优化。测试结果显示，本文提出的可重构网络结构在物理层具备较强的可实现性，光频谱特性和功率特性均符合主流光器件的参数要求;具备较好的动态重构性能，光空间交换的重构切换延迟仅为7.67ms，无间断重构丢包率不超过10％。