数据中心是云计算、物联网和大数据等计算和应用的核心基础设施。其中,数据中心网络(Data center network,DCN)是影响数据中心性能的重要因素,在数据中心的设计、构造中具有关键地位。数据中心网络将大规模服务器及网络设备作为整体互联起来,向用户提供网络化计算和网络化存储等功能。互联网的蓬勃发展以及社会的数字化变革极大地促进了数据中心的发展,同时对数据中心的构建、性能提出了许多新的要求。针对传统的有线数据中心在布线、扩展、运维等方面面临的一系列的挑战,无线数据中心网络的研究逐渐兴起。但是现有的无线数据中心网络在易部署和即插即用等方面还存在着一定的局限。本文旨在构建新型的无线数据中心网络,以解决现有数据中心网络的这些局限和不足。为此,本文开展了以下几个方面的研究:(1)系统分析并归纳总结了现有的数据中心网络结构随着云计算、物联网和大数据等新型计算和应用的兴起,传统的树型数据中心网络已无法满足新的需求。研究人员基于不同的设计理念,从不同的角度出发设计了多种类型的数据中心网络,力求满足数据中心高性能以及可持续发展的要求。本文对现有的数据中心网络结构进行了系统的梳理与分类,并以各类别中典型的结构为例,总结了每一类别的设计出发点,并分析了各自的优势与局限。(2)提出了机架层面的完全无线DCN结构WSWDC在无线DCN的构建过程中,本文基于当前研究成果存在的局限,提出了无线网络构造的三个设计准则,分别是:1)全无线,所有机架间的链路都是无线的;2)易部署,不需要改变数据中心现有的基础设施;3)即插即用,不需要额外的集中控制和管理实体。基于这三个设计准则,我们设计了WSWDC。这是第一个基于可见光通信的完全无线DCN设计。WSWDC的无线链路分为规则链路以及随机链路,具有小世界网络的特点。针对WSWDC的结构特点,本文设计了基于标识符的高效路由机制,在常数时间复杂度完成点对点的无线路径路由。(3)提出了混合无线DCN结构SFNet与TIO为了降低网络构建成本,提高网络灵活性,本文设计提出了两种混合无线数据中心网络结构,分别命名为SFNet与TIO。二者均以无线网络增强现有的有线FatTree设计,实现有线结构与无线结构的优势互补。本文重点介绍了SFNet的构建及优化方法。在SFNet中,任意两个机架之间都存在着三种路径,即有线路径,无线路径以及混合路径。本文聚焦于设计SFNet的混合路径的路由算法。同时,为了减少网络拥塞,提高带宽等资源的利用率,我们对SFNet中的流量调度问题进行了建模,并分别针对批量流量和序列流量提出了拥塞感知的流量调度算法。(4)本文进行了大量实验来评估所提出的新型无线DCN性能本文主要从拓扑以及网络性能方面对所提出的无线DCN进行评估。对于WSWDC,本文对它的两种变种进行了评估,即激光增强的WSWDC和距离有限的WSWDC。通过两种类型的WSWDC与Grid进行对比,证明了WSWDC在不同网络规模,不同流量模式下表现均优于Grid。对于混合无线DCN结构SFNet,我们将其与VLCcube进行对比,同时还对序列流调度算法OFS进行了评估。实验结果显示,SFNet性能优于VLCcube,而本文提出的流调度算法可以充分提高SFNet的性能表现。