云服务、社交网络、移动互联网等新兴技术的发展引发了前所未有的网络传输需求。数据中心备份、大文件传输和包括基因研究在内的大科学数据,传输的数据量可达数十TB,传输所需带宽可达数Gbps。然而,网络中带宽使用在时间和空间上的不均衡性,使得较大网络范围内进行上述的端到端数据传输难以实现。一个典型的例子是跨时区的数据传输。由于不同时区中网络出现带宽使用的峰谷时间不一致,跨多个时区的端到端高带宽通路难以实现。即便在同一个时区中,由于网络中各条链路带宽可用情况差异甚大,能够提供给端到端传输的窗口很小,很难达到海量数据传输的要求。存储转发(SnF)是缓解上述困境的有效手段。通过将数据缓存于具有海量存储的中继节点(例如数据中心中),等到后续网络相对空闲时再继续传输,可以有效提高网络的资源利用率和传输效能。已有研究表明,在不增加网络成本的情况下,引入存储可以极大地提高网络传输数据的能力。但是,存储的引入使得原来的空间路由问题转变为一个同时包括空间和时间两个维度的调度问题。而且,不恰当地调度存储与带宽资源,将加剧资源碎片化、绕路等现象,反而恶化网络性能。很显然,存储的引入对网络资源(包括带宽和存储资源)的调度提出了更高的要求。本论文以海量存储在光电路交换(OCS)网络中的使用为研究场景,主要研究SnF OCS网络中资源调度及相关问题。尽管本论文的研究工作基于波长交换网络开展,但是研究结果同样适用于其它类型的电路交换、虚电路交换的网络,对于在带宽可管理的分组交换网络中应用SnF也具有一定的参考价值。本文的研究内容如下:1.面向存储转发光交换网络的路由框架SnF的核心思想借助存储,实现对不均衡资源的高效调度。因此,如何有效捕捉资源的不均衡性,并用于请求的路由调度,是一切研究的基础。本论文首先提出了一种路由框架,即时移多层图(TS-MLG)。TS-MLG以多层图形式准确捕捉了资源的时空动态变化。只需对TS-MLG进行一次最短路由计算,即同时实现空间路由和时空调度、带宽和存储资源分配,极大简化了网络的路由调度过程。2.存储转发光交换网络的时隙化运行及其性能带宽的不均衡性产生了大量资源碎片。能否合理分配、利用这些资源碎片直接决定了网络的数据传输效能。本论文将时隙化网络运行机制应用于SnF OCS网络。研究发现,采用粗粒度的时隙化运行机制可以有效提高网络的数据传输效能。3.存储转发光交换网络中时空解耦的路由调度方法为了进一步降低资源调度方法的计算复杂度,本论文探讨了时间和空间解耦的调度方法。本文的研究表明,通过将调度问题分解为空间路由和时间调度问题分别求解,不仅可以简化算法设计、降低计算复杂度,而且阻塞性能不会受到较大影响。4.高容错、低成本光交换矩阵设计光交换矩阵是SnF OCS网络的核心设备,数据的可靠传输需要具有容错功能的光交换矩阵。本论文提出一种环型容错结构,适用于任何类型的光交换矩阵。该结构通过将输入端两两相连,实现业务在不同输入端之间的重路由使得输入端都互为冗余。研究表明,该环型容错结构不仅容错性好、可扩展性强,而且系统成本低。5.存储转发光交换在接入和广域网场景的应用为了检验SnF OCS在端到端传输场景中的应用成效,本论文将SnF OCS应用于接入和广域网场景,并提出了两种数据传输方法解决不同网络中遭遇的问题。本论文的主要贡献:(1)提出了一种路由调度框架,有效捕捉了资源动态、简化了路由调度过程;(2)证明了采用粗粒度时隙化机制可以提高网络的数据传输性能;(3)提出了一种时空解耦的路由调度方法,获得了低复杂度、高传输性能;(4)提出了一种光交换矩阵容错结构,实现了高容错性、低成本的容错结构;(5)将SnF OCS应用于接入和广域网,针对实际问题提出了解决方案。