近年来,随着互联网的不断发展,接入网用户数量和用户对网络带宽需求量持续增长,使得网络不断地向高速率、大容量和业务多样化的方向发展。将多种业务综合承载在一张宽带接入网,以实现对多样化业务进行高效的业务传输、安全保障和控制管理,是一种有效的宽带接入解决方案。目前,标准化组织及运营商正积极开展对下一代光接入网的研究。光汇聚接入网融合城域网和接入网,采用WDM、TDM技术以及光放大技术,能够有效支持大容量和多样化业务的传输以及大范围的覆盖,是下一代光接入网的理想方案。光汇聚接入网在网络容量和用户数量上的大幅增加,使得网络故障带来的经济损失更为显著,因此开展保护倒换机制的研究具有非常重要的研究意义和价值。另外,光汇聚接入网网络规模的扩大,网络设备的增加,使得网络能耗迅速增长的同时也带来了网络运行成本的大大增加。因此,节能机制的研究有着长远的意义。本文针对光汇聚接入网的网络结构、网络保护倒换机制、网络节能机制进行了研究和设计,主要研究工作如下：1.参与设计了一种基于波长路由和变换的“环+树型”T/WDM光汇聚接入网结构,并对网络正常运行机制进行了详细的分析。最后开展了物理层方案的仿真验证。2.针对上述光汇聚接入网网络结构,设计了一种“OLT集中控制且与RN协同”的保护倒换机制。并对网络的健壮性、可靠性进行了详细分析,分析表明该保护倒换机制具良好的生存性。3.提出了一种基于模式快速切换且区分业务优先级的10G EPON混合休眠节能方案,并对方案节能效果进行了仿真验证,仿真结果表明,该节能方案在满足业务QoS要求前提下,能够节省72.9%至79.9%的能耗。