随着信息网的不断普及和发展,各种新兴网络业务不断涌现,使光传送网面临网络容量不足和“网络僵化”两大问题。一方面,光传送网的扩容速度远小于网络用户对网络带宽需求的增长速度,使光传送面临网络扩容压力;另一方面,越来越臃肿、低效的网络架构难以满足网络新业务的需求,造成“网络僵化”问题。弹性光网络虚拟化技术是应对以上光传送网所面临挑战的一种有效手段,这主要归因于两点,1)在弹性光网络基础上对网络资源进行虚拟化抽象,实现资源共享和灵活调度,能有效提高现有基础网络资源的利用率,在有限的资源条件下提供更大的网络承载能力,缓解光传送网的扩容压力;2)通过在物理网络上为用户提供逻辑上相互隔离按需分配的虚拟网络,可以方便用户构建定制化的网络架构,以适用不同具体网络服务的差异化需求,有效破解“网络僵化”问题。本文围绕弹性光网络虚拟化问题,在频谱分配算法、网络虚拟化.映射算法、多层网络虚拟化映射算法、虚拟网保护算法等方面进行深入的研究,并取得了一定的创新性成果。本文主要的创新性研究工作包括以下几点。(1)针对动态场景下弹性光网络频谱分配的碎片化和低效资源利用问题,本文综合考虑工作频谱的预期服务时间和空闲频谱的空间分布对弹性光网络连接承载能力的影响,提出了一种基于业务持续时间感知的最小加权持续时间差MWHTD(Minimum weighted holding time difference)算法,以提高弹性光网络频谱分配的资源利用率。该算法采用频谱加权持续时间差WHTD(Weighted holding time difference)度量指标来衡量备选路径的频谱使用状态和碎片化程度,进一步预测其承载未来连接请求的能力,通过最小化WHTD的频谱分配方法,减少网络频谱碎片产生的可能性,提高了频谱资源利用率。仿真结果表明,本文提出的MWHTD算法相比传统算法能够降低阻塞率近18%。(2)针对弹性光网络虚拟化中节点映射和链路频谱映射的资源效率和协同优化问题,本文基于两种应用场景,对节点映射过程和链路映射进行联合优化,分别提出了受地理位置约束的度优先最小综合代价 DMTC(Degree-Prior minimum total cost)映射算法和无地理位置约束的最大基本邻接率 MARB(Maximum adjacency ratio of basis)映射算法,优化节点映射和链路映射的协同机制,以提高不同场景中虚拟化映射的综合资源利用率。DMTC在虚拟节点按权重排序的基础上,以最小资源代价为目标,通过算法迭代对节点映射和链路映射进行联合优化,以提高请求接受率和减少网络资源占用。通过此方法,在依次为每个虚拟节点确定物理映射节点的同时,算法直接将虚拟链路端点的相应物理映射节点间计算频谱代价时的可用路径作为对应的虚拟链路的物理映射路径,达到了节点映射和链路映射的协同统一。MARB算法在协同节点映射和链路映射的协同策略上,将链路映射时具体物理映射路径的跳数与节点映射时对应的物理映射节点的选择策略相关联,通过对链路映射时对应物理路径跳数的预测,以跳数最小化为目标,为虚拟节点选择匹配的物理映射节点,减少对应物理映射路径的跳数,进而在链路映射阶段减少对频谱资源的占用,减少网络频谱碎片,提高在优化的路由上找到可用频谱可能性。仿真结果表明,本文所提出的DMTC和MARB算法相比于传统弹性光网络虚拟化映射算法,降低了请求阻塞率,提高了对资源的使用效率。其中阻塞率相比于传统算法分别下降了近16%和40%。(3)针对多层网络虚拟化映射中层间缺少信息互通、资源映射效率低的问题,本文提出了一种最小跨层资源代价MCRC(Minimum cross-lyaer resource cost)多层网络虚拟化映射算法,通过电层(IP)层与光层协同映射和资源选择优化,以提高多层网络虚拟化映射的资源利用率。该算法首先以物理节点的综合资源能力大小和虚拟节点的资源需求量为依据,顺序地为虚拟节点依次匹配可选的最大资源物理映射节点,提高节点映射的成功率。然后,以改进的辅助图模型为基础,采用按各类物理链路的稀缺程度评估其权重的辅助图物理链路权重计算方法计算当前物理链路的权重,均衡链路映射的资源分配;再综合当前虚拟网需求带宽与电层链路剩余带宽差值及当前虚拟网业务持续时间与电层链路当前所有业务的剩余时间的差值,以最小化这两个量的乘积作为选择电层链路的策略,从时域和频谱两个角度为物理映射路径中的可选电层链路选择匹配的电层链路,提高电层链路带宽利用率,高效地解决多层网络虚拟化映射问题。仿真结果显示,本文所提出的MCRC算法相比于对照算法可降低阻塞率。(4)针对光网络保护资源冗余、资源利用效率低的问题,本文利用保护路径频谱资源共享策略,提出了一种距离自适应DAMSC(Distance-adaptive minimum spectrum cost)弹性光网络虚拟网保护路径映射算法,以提高网络频谱利用率和虚拟网保护映射成功率。在利用映射算法解决节点映射和工作路径的映射问题后,为了进一步高效地解决保护路径映射问题,本文根据保护路径频谱资源共享的特点提出了保护路径频谱共享数学模型。在此基础上,针对每个频隙,定义了共享链路集合以约束共享路径所保护路径的链路组成,并借助此概念计算当前频隙未来再被共享的可能性大小,DAMSC算法以频隙被使用或共享前后这种可能性的变化值作为此次使用或共享此频隙的代价,在删减图的分层图上,利用距离自适应手段,在不同调制格式情况下,以路由中所有使用的频隙的代价和最小化为目标,为虚拟网所有虚拟网中的虚拟链路寻找物理保护路径,减少保护路径资源冗余,提高虚拟网保护映射的频谱利用率。仿真结果表明,本文提出的DAMSC算法相比传统虚拟网保护算法在阻塞率方面有明显降低。