云计算、物联网、人工智能和5G等新技术的出现为光网络的发展带来了新的机遇和挑战。通过采用集中式控制架构,软件定义光网络技术实现了光网络的功能开放和高效管理。然而,由于应用场景的多样性和用户需求的差异性,软件定义光网络面临着新的问题和挑战,具体可以归纳为两方面:一是如何制定灵活组网方案来满足未来无线网络的高性能要求,二是如何设计资源优化算法来实现频谱资源的高效利用和动态提供。针对以上两个问题和挑战,在国家863计划项目的支持下,本论文重点关注5G光接入和多域光网络两个应用场景,在数据层设计了面向5G光接入的灵活组网方案,在控制层提出了多域光网络频谱碎片整理算法,在应用层实现了带宽资源和虚拟光网络的灵活提供,最终完成了如下四项创新性工作。一、针对5G光接入的灵活组网需求,本论文提出了一种支持无线功能灵活切分和可编程光传输的F-RAN(Flexible-Radio Access Network)架构,通过采用软件定义控制技术,实现了无线网络和光传输网络的协同管理。根据基带功能的不同部署方式,F-RAN包含部分集中式和完全分布式两种。F-RAN概念被应用于使用无线协作来管理无线干扰的案例,本文假设采用具有环形和星形拓扑结构的光传输网络。从波长和额外转发器的使用两方面,对所提架构在不同干扰强度下的性能进行了评估。仿真结果表明,在满足无线性能的前提下,与 C-RAN(Centralized-Radio Access Network)相比,F-RAN 可以有效降低光纤资源的消耗量,降低网络部署成本。二、为了整理多域光网络中的频谱碎片,基于软件定义分层控制架构,本论文提出了一种具有最小控制器参与度的多域频谱碎片整理方案。通过引入控制器参与度的概念来量化域控制器参与多域碎片整理的次数。同时,根据潜在阻塞的光路是否通过域间链路,多域重构方案包括两种情况:域内频谱重构和域间频谱重构。本文将该方案在软件定义控制平面上加以实现,实验结果验证了其总体可行性。同时,通过仿真实验对所提方案进行了性能评估。仿真结果表明,多域重构方案能够优化多域光网络的频谱资源,降低网络阻塞率。三、为了实现专线业务的带宽灵活提供,本论文提出了一种基于流量数据分析的光网络带宽自适应调整方案。该方案通过对流量数据的周期性采样,分析出下一周期流量的变化趋势,并根据流量趋势的预测结果对带宽进行相应调整。通过搭建的多厂商软件定义光传送网络实验环境,对所提方案完成了现场实验验证。此外,后续仿真实验评估了方案中不同参数对带宽调整性能的影响。仿真结果表明,方案可以根据流量的动态变化完成带宽自主调整。同时,使用较小的步长和调整周期值可以实现更多的带宽节省和更低的丢包率。四、针对虚拟网络运营商的网络租赁需求,本论文借助于软件定义层次化控制架构,提出了一种面向虚拟网络运营商的网络按需提供方案,该方案主要分为节点映射和链路映射两部分,运营商可以通过可视化界面完成整个操作流程,简化了虚拟网络的提供流程。同时,通过搭建的多厂商软件定义光传送网络实验环境,对所提方案完成了首次现场实验验证。现场实验结果表明,利用所提出的虚拟网络按需提供方案,可以为用户在线提供虚拟网络服务,显著提高了对客户需求的响应速度。