第五代移动通信(5th Generation mobile networks,简称5G)技术的飞速发展导致了海量应用的出现,这些应用提供的服务使现有工业系统和人们的生活更加智能化。然而,大量的应用需要依托于更为智能化的运营商网络,而运营商网络的两个主要承载业务是物联网和宽带。但是在传统网络架构下,运营商网络管理非常困难,软件定义网络(Software Defined Network,简称SDN)应运而生。其集中式控制大大降低了网络管理的难度,提高了对云计算、虚拟化等新兴技术的支持度,从而增强了对网络所承载业务的支撑能力和服务能力。本论文将软件定义网络运用于运营商网络,首先设计并实现了基于sFlow的软件定义网络测量系统,用于实时监测运营商网络中不同粒度的网络流量,然后优化软件定义网络的性能以提高运营商网络的业务承载能力。本文主要研究分为三个部分。1.网络测量是深入理解网络的重要途径,我们设计并实现了一个基于sFlow的网络测量系统。该系统主要用于监测网络中的端口、主机和应用三个层面的网络流量数据。系统主要由采集、存储和显示三个模块组成,详细介绍三个模块的功能、设计和实现。最后在虚拟网络和真实网络中验证了软件定义网络技术的可行性和系统测量结果的正确性。2.对于物联网应用,5G技术的飞速发展促使网络将面临海量设备接入的挑战。然而,软件定义网络中单个控制器的请求处理能力有限,因此采用多个控制器的分布式控制平面来实现物联网的可扩展性和可靠性。我们研究了大规模网络场景下多控制器的区域划分问题,首先通过实验验证了单台控制器处理能力的局限性,利用超图分析了软件定义网络中流路径上的非均匀数据传输。然后我们提出了一个软体定义物联网的分割算法(PASIN),以达到总负载最小的目标,并在每个域中限制交换机至控制器的总延迟。实验结果验证了PASIN算法的有效性。3.对于宽带应用,运营商网络需要保障宽带业务的服务质量(Quality of Service,简称QoS),而带宽是影响QoS的关键因素。我们研究了运营商网络中由于主机的动态连接导致的的动态带宽分配问题。在树形网络拓扑下分析了动态带宽分配的级联问题,通过考虑带宽分配的性能和代价之间的权衡,将动态带宽分配问题建模为一个优化问题,提出了一种基于有限范围的带宽分配算法(RALR)。并采用李雅普诺夫漂移理论来讨论分配范围的影响。实验结果验证了RALR算法的性能和效率。