传统路由器采用存储转发的软处理模式，已远不能满足日益增长的网络业务量的需求，新的网络互连设备都相继采用专用的交换系统来完成对数据包的快速转发以适应网络的发展。对于现代路由器中的核心部件-交换系统，存在有如何提高其性能、改进交换结构及其相关的调度算法等关键问题，从当前网络的应用及发展趋势来看无疑是重要的研究课题。 文中分别研究了交换结构中的几个重要问题，包括：在不均衡负载下空分交换结构中的交换调度算法，对于多等级业务的公平调度算法，交换机中的组播策略，以及交换机的多速率扩展。论文分别甄对如上问题提出了新的算法并对其性能进行了深入分析，其主要贡献包括：1.对Crossbar交换结构中的匹配算法进行了分析，说明权重匹配类算法在不均衡负载下有很好的性能，但现有的几种权重匹配类算法的实现计算复杂性太高，不适于工程实现。论文针对不均衡业务下的调度算法进行了研究，提出了一种自适应的迭代轮询算法iARR，与现有的权重匹配类算法相比较，iARR具有很好的对不均衡业务的支持，并且具有很低的实现复杂度，有利于高速交换系统的工程实现。 2.对缓冲Crossbar(BX)交换结构进行了研究，论文中将最大权重优先算法应用于BX结构，并对其在BX结构由于存在空列现象所导致的性能恶化提出了空列权重加倍的解决方案，提高了最大权重优先算法在不均衡负载下的性能。论文同时将自适应轮询算法应用于BX结构，在不均衡负载下取得了与最大权重优先算法相似的性能，简化了调度算法的工程实现复杂性。 3.对共享存储器交换的基本结构进行了排队分析，论文中针对于共享存储器的特点，采用了一种多状态的排队模型，对于两种不同的时隙分配方案，以及完全共享和具有最大队长限制共享的缓冲区共享策略进行了排队分析，并通过仿真验证了分析结果。 4.对公平调度算法进行了研究，在DRR，SRR的基础上，提出了一种多环轮询算法MRR，相对已有的轮询算法，MRR算法在保持算法复杂性为O(1)的基础上，能够有效抑制输出流的突发度，从而减轻后续节点的处理负担并优化网络整体性能。论文对MRR的公平性、时延、输出突发长度等性能进行了理论分析。 5.对共享存储器交换提出了一种新的组播扩展结构：SM‖RFIFO，通过组播功能单元(RFIFO)与中央存储器并行操作来提高组播功能单元的性能，并可以利用加速来进一步提高组播性能，文中利用多状态的排队模型对于组播功能单元进行了理论分析。 6.针对SDH(SynchronousDigitalHierarchy)和以太网(Ethernet)两种不同的传输等级，提出了一种新的多速率的共享存储器交换结构。端口速率可变使交换核心的运行与外部接口的速率无关，使之适合各种交换速率，更有效地利用交换带宽。 7.将理论研究与工程实际相结合，完成了清华华环公司多业务SDH网络平台中共享存储器交换结构的设计与实现。