随着新业务的不断涌现，IP数据业务已经成为骨干光网络中的主要流量，IP数据业务的“Best Effort”服务模式已经不能适应新业务对“按时而可靠”性的服务质量要求，而且引起了带宽迅速消耗。此外，流量的增长速率已超过骨干光网络容量的增长速度，导致网络容量需求已远远落后于网络容量的增长。因此，仅以“传送”为目的的骨干光网络正面临着两大挑战：第一、能否在骨干光网络上提供“Better—Than—Best Effort”型的数据业务服务已经成为学术界共同面临的理论问题；第二，为了解决光网络面临的容量瓶颈，骨干光网络正朝着“全光交换”的方向发展，如何对全光交换实现有效控管，满足光交换通道的“透明无阻塞”特征需求更是业界面临的重大挑战。本论文针对这两项重大理论问题进行深入研究，分别从数据面与控管面为新型骨干光网络的网络层的完善准备了理论条件，本论文完成主要原创性工作如下：　　 1.首次提出了路由条件限制下的流量汇聚算法。该算法是在分析iBUS算法(其主要目的就是为数据业务提供“按时”而“可靠”的服务质量)中流量汇聚与紧急调度两个进程之间相互制约关系的基础上，考虑到路由因素对iBUS算法性能的重要影响，在iBUS算法的流量汇聚进程中，根据路由因子把流量分类为单跳分组(原始分组，没有组包)与多跳数据包(也就是多个分组根据相同的目的地组成的更大粒度的数据包)。单跳分组不再参与紧急调度进程，从而降低了多跳数据包的排队时延，有效提升了紧急调度的效率，而且单跳分组利用多跳数据包之间的空闲信道传递，可以有效提高网络容量的利用效率。本原创性研究内容已经发表在。IEEE Communications Letters。　　 2.首次提出了光层资源三维一体化的控管方案。其主要目的是适应未来光交换网络对“端到端透明无阻塞光交换通道”的配置要求，将光层资源在时间、空间、波长三维上为用户的建链请求作“预配置”。为了使光层资源在三维上的“预配置”成为可行方案，本文创造性地提出了Preset中央状态数据库结构，Preset中央状态数据库可以从资源指配机制上消除光层资源在任何一维发生冲突的可能性，满足了透明光交换通道的“端到端无阻塞”要求。该控管方案的本质内涵是充分利用成熟的高速电子处理技术，采用精确预置(Preset)资源的方式，实现现代网络业务在光网络中透明无阻塞的光传输，进而把当前光网络的“轻载”运营模式向更高效的资源利用模式转变。与现有方案相比，光层资源的利用效率可以改善2～3个量级，该项研究也为新型光交换网络中“透明光通道”的建链与控管准备了理论基础。该原创性内容已经发表在Photonic Network Communications。　　 3.基于当前光电子器件的技术水平，为满足网络流量对Preset中央状态数据库处理能力的要求，首次提出了可同时支撑集中式控制与分布式控制的全光交换网络系统结构和业务分类传送方法1。并设计了边缘节点结构、核心节点结构以及Preset中央状态数据库节点结构。同时根据IP层流量到达光交换网络时的数学分布特征，提出了可实现业务分类传送的光交换网络边缘节点组包算法2。　　 此外，本论文在上述创新工作基础上做了一些探索性研究，主要内容包括：基于创新点1提出了以数据包紧急度作为反馈因子的动态时间门限汇聚算法，用以满足数据业务差分服务要求；基于创新点2提出了光层多域集约式控管理论。该理论将Ⅳ个节点的光网络划分为m个域，并且当m=1时，在全网内执行三维一体化资源控管方案；当m=N时，在全网执行分布式控制方案；当1＜m＜N时，在每个子域内执行三维一体化资源控管方案，而在每个子域间执行类似JET控制协议的“域间预约”机制，协调每个子域的资源配置。该原创性内容已经被IEEEOECC2009会议收录。