Kết cấu mạng WDM bao gồm 2 lớp: thức nhất là kết cấu vật lý, thứ hai là kết cấu logic. Do đó, vấn đề thiết kế toàn bộ mạng sẽ biến thành vấn đề tối ưu hoá 2 lớp này. Trong quá trình tối ưu hoá của 2 lớp này, phải xét tới sự hạn chế và hỗ trợ lẫn nhau. Nhất là thiết kế kết cấu lôgic, phải xét tới yếu tố đặc tính lớp dưới của lớp quang WDM và kết cấu vật lý, cũng cần xét tới đặc tính ứng dụng dịch vụ vận hành ở lớp trên.
Nói chung trước khi xây dựng mạng đã thiết kế xong kết cấu vật lý, việc thiết kế cũng đã xét tới yếu tố lưu lượng, nhưng nói chung có tính cố định tương đối lớn, khi xây dựng sẽ không thay đổi. Dịch vụ vận hành trong mạng là không cố định, mà dịch vụ khác nhau yêu cầu đối với kết cấu mạng cũng khác nhau, do đó thiết kế kết cấu lôgic trở thành rất quan trọng.
Có 2 kiểu kết cấu logic: một kiểu là coi WDM như là một kênh truyền dẫn lớn tạo thành mạng, chỉ có lưu lượng dịch vụ trên các kênh (đặc tính truyền dẫn của nó), do đó khi thiết kế kết cấu mạng chủ yếu xét đến tối ưu hoá ma trận lưu lượng, như phân bố lưu lượng đồng đều, giảm mức nghẽn... Một kiểu khác là coi WDM như là một mạng kết cấu phân lớp, mỗi lớp đều có chức năng nhất định, chức năng giữa các lớp gần như bổ trợ và tạo điều kiện cho nhau, bất kỳ lớp nào cũng ảnh hưởng đến các lớp trên dưới gần kề. Khi thiết kế kết cấu logíc cũng sẽ xem xét tới đặc tính của lớp dưới (kết cấu vật lý) và lớp trên (lớp ứng dụng). Do đó khi thiết kế kết cấu logic cần xem xét không chỉ đơn giản là lưu lượng dịch vụ mà còn cần phải xem xét sự hạn chế về số lượng bước sóng ghép của công nghệ ghép kênh.
Khi thiết kế kết cấu logíc, đề cập đến rất nhiều chỉ tiêu tối ưu hoá của mạng, như hệ số sử dụng năng lực chuyển mạch của điểm nút, tỷ lệ nghẽn lớn nhất của mạng, trễ truyền dẫn bình quân, hệ số ghép kênh bước sóng... Trong nghiên cứu và thiết kế một số kết cấu logíc hiện có, chỉ xét đến một chỉ tiêu trong đó mà bỏ qua những chỉ tiêu quan trọng khác, nhất là bỏ qua chỉ tiêu đề ra đối với mạng liên quan đến ứng dụng của lớp trên. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế kết cấu logíc khi xét đến nhiều loại chỉ tiêu tối ưu hoá dưới điều kiện một số hạn chế cố hữu của mạng WDM có ý nghĩa rất quan trọng.
Khi thiết kế kết cấu, còn có quan hệ với định tuyến và phân phối bước sóng
(RAW). RAW là vấn đề nghiên cứu ứng dụng cơ bản quan trọng, nó giải quyết vấn đề làm thế nào để tạo thành kênh quang chuyển tải tín hiệu thông qua kết nối chéo quang hoặc thiết bị khác, và phân phối hợp lý bước sóng cho các kênh sử dụng, làm cho với tài nguyên có hạn có thể cung cấp dung lượng thông tin lớn nhất.
Vấn đề RAW do 2 bộ phận tạo thành: một là con đường mà mỗi điểm nút nguồn tìm đến điểm nút đích; hai là phân phối bước sóng trên những con đường đó, vì số bước sóng có hạn, không thể xây dựng kênh quang cho từng đôi điểm nút.
Vấn đề RAW còn chia làm RAW động và RAW tĩnh. Nói chung RAW động là yêu cầu xem xét xây dựng kết nối quang đến ngẫu nhiên, RAW tĩnh là trước khi xét đến việc phân phối định tuyến và bước sóng đã biết sự kết nối quang muốn xây dựng.