交换结构和调度策略作为路由交换设备中的核心技术,其性能直接影响甚至决定路由交换设备的性能。近年来随着现代网络技术的迅猛发展,互联网在总体规模和体系结构上发生了重大改变,传统交换调度机制已经成为制约网络规模进一步发展的瓶颈之一,网络核心结点路由交换设备的交换性能正面临严峻的挑战。论文结合国家“十五”863计划信息技术领域“高性能宽带信息网(3Tnet)”重大专项课题《大规模接入汇聚路由器(ACR)系统性能和关键技术研究》(简称ACR)的研发,从交换系统的普遍模型出发对现有的交换系统进行了分类和比较,对该领域的成果进行了较为全面的总结,并基于带缓存交叉开关这一新型交换单元,在高速环境的可扩展性、组播支持方面进行了研究,为ACR构建了一种合适的交换系统解决方案。本文主要工作如下;■针对目前交换技术领域理论分析的不足以及仿真实验评价手段缺乏对交换系统性能评估的有力支撑,采用系统级设计方法和面向对象技术设计实现了一种专用的交换技术性能仿真与评价系统—SPES(Switch Performance Evaluation System)。具有良好的可扩展与可继承特性,为交换技术领域的技术创新和方案设计提供了一个基础研究平台。■分析了具有良好可扩展性交换结构和调度策略设计的基本准则。依据这一准则重点研究了基于联合输入交叉节点排队交换结构调度算法的设计,提出了一种基于份额的动态轮询调度策略FDR,其算法复杂度仅为O(1),具有良好的动态与可扩展特性。SPES系统仿真结果表明FDR具有良好的吞吐量、时延和抗突发性能。■从传统交换结构支持组播交换方面存在的不足出发,提出了支持单组播混合调度的交换结构—MCICQ(Multicast Supporting CICQ)。该结构能够有效解决单组播在交叉开关内部的带宽冲突问题,采用简单的MFDR调度策略就可以获得良好的性能。针对单组播业务对QoS的不同需求,在MFDR的基础上给出了MFS调度策略。MFS除具备良好的可扩展特性外,还具有能够为单组播业务提供不同的带宽保证能力。■依据ACR的研制需求,针对该路由器的特点,以及综合考虑系统性能、设计成本和工程开发周期的基础上,为ACR设计了一种具有组播支持能力的交换系统工程解决方案,满足了其在可扩展性、组播支持方面的需求。该工程实现方案已在《大规模接入汇聚路由器(ACR)系统性能和关键技术研究》项目的路由器设备实际研发中得到成功应用。