在互联网技术蓬勃发展的推动下,以高清视频传输、虚拟机动态迁移等为代表的大容量、低时延、突发性业务不断涌现,这类业务在传输容量和带宽灵活性两方面,对光网络基础设施都提出了更高的需求。由于传统波分复用技术(WDM)栅格固定,不能为业务提供超高速率传输和灵活的带宽分配,频谱灵活光网络技术应运而生。与此同时,解决传统网络僵化问题的网络虚拟化技术日渐成熟,虚拟网络也逐渐成为了一种重要网络应用。针对频谱灵活光网络的特点,合理设计包括端到端业务和虚拟网络在内的网络应用层,到物理层的层间映射机制,能够更充分地利用网络资源,发挥频谱灵活光网络的内在优势。本文对频谱灵活光网络中层间映射机制和算法,以及支持网络虚拟化的频谱灵活光网络架构进行了深入的研究,主要完成的工作和创新点如下：一、频谱灵活光网络的动态运行,造成了频谱碎片问题,针对这一问题应用了基于频谱碎片级联的三种业务映射算法,分别为首次命中、最佳适应和最差适应。仿真结果表明,这三种算法都可以达到降低业务阻塞率与带宽阻塞率,提高网络频谱资源利用率的目的,三种算法在改善业务阻塞率方面的效果十分相似(三种算法的阻塞率指标相差不超过0.4%)。二、针对数据中心间频谱灵活光网络虚拟化问题,在虚拟光网络频谱一致性约束下,提出了一种基于节点分级的虚拟网络映射算法。仿真结果表明,相比传统的基于同构子图探测的虚拟网络映射算法,基于节点分级的虚拟网络映射算法可以节省最多32%的物理光网络频谱资源,提高虚拟网络映射成功率,使得相同的物理网络能够承载更多的虚拟网络。三、针对频谱灵活光网络的自身特点扩展Openflow协议,设计并实现能够控制光交换设备的Switch,搭建软件定义的频谱灵活光网络试验平台,在该平台上实现虚拟网络映射功能。