随着高性能计算技术的突破和发展，对整个地球系统的数值模拟软件系统已经变成可能。地球系统数值模拟软件系统具有空间尺度大、时间尺度大、分辨率要求高的特点，需要对多个物理过程进行耦合，因此需要解决负载非均匀、数据局部性、通信局部性、I/O密集这些问题。Torus拓扑具有良好的通信局部性和高可扩展性，成为该领域的研究热点。然而Torus网络在全局通信性能方面存在劣势，因此，本文提出通过使用光快速链路来加速全局通信，设计并仿真实现了面向3D-Torus和6D-Torus拓扑的光电混合网络。论文的研究内容和贡献如下:　　1、在新型光电混合网络结构设计方面，希望更好的利用光快速链路高带宽、低延迟的特性，改善Torus拓扑在全局通信性能不足，提出了新型光电混合网络拓扑架构互连算法，给出了面向Torus拓扑的光快速通路连接方案。　　2、在新型光电混合网络路由算法方面，由于Torus拓扑本身就存在复杂的死锁问题，再加上光快速链路，成为了一个新的拓扑结构，需要研究出适用于这种新型互连结构的无死锁路由算法。本文提出了DOR RS算法。该算法适用于所有面向Torus拓扑的光电混合网络，且可灵活配置、具备自适应性。　　3、在新型光电混合网络流量分配方面，为了实现网络消息特征与光域和电域结构特性的匹配，本文将高性能计算中“最需要加速”的流量进行优先级排序，然后设计了基于二层队列拥塞监控的统计分析方法，在此基础上给出基于二层拥塞反馈和优先级控制的多路径流量分配量化配置算法。　　4、在新型光电混合网络仿真实现方面，本文在OMNeT++网络仿真模拟器上实现了仿真所需的各个基本组件、Host复合模块、Switch复合模块等，然后组建了多种面向Torus拓扑的光电混合网络系统进行仿真实验，并与传统Torus拓扑性能进行了性能对比。　　通过OMNeT++仿真模拟器测试表明，在某些给定热点流量模式下，面向3D-Torus拓扑的光电混合网络可以提高9.1％端口带宽，并且在整体上缓解全网络拥塞情况;面向6D-Torus拓扑的光电混合网络可以提高15.8％的端口带宽，同时，能够极大的降低端到端延迟、降低网络拥塞情况、调节或避免严重的链路拥塞出现。