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随着信息社会的不断发展,云计算、超清视频点播等带宽密集型业务的快速增长对光传输网络的传输容量提出了更高的要求。基于传统单模光纤的波分复用技术已不能满足未来光网络传输需求。基于光正交频分复用技术的弹性光网络提高了光网络频谱效率。在此基础上,使用基于多芯光纤/少模光纤的空分复用技术提高光网络传输容量,由此形了多维光网络。而且随着数据中心规模和数量不断增长,应用多维光网络实现数据中心间互联成为数据中心间光网络的发展趋势。与传统波分复用光网络相比,多维光网络的资源层级更加复杂,管控难度更大,传统的分布式控制机制无法实现多维光网络的管控。软件定义网络技术通过控制平面与数据平面的分离,能够提高网络的可扩展性,同时集中式管控能够提高网络控制效率。本文在多维光网络中应用软件定义网络理念,设计实现软件定义多维光网络控制架构。在此基础上,通过对多维光网络底层物理资源的抽象,形成虚拟资源,并将虚拟资源分配给虚拟网络,实现多维光网络的虚拟化。本文针对软件定义多维光网络中的虚拟光网络映射问题,研究提出了考虑模式损耗的虚拟光网络映射机制。同时,在多维光网络应用于数据中心间互联的场景中,考虑数据中心IT资源和数据中心间多维光网络传输资源的协同虚拟化机制。在此基础上,针对数据中心间多维光网络中的虚拟网络映射问题,研究提出了拓扑感知的虚拟网络映射机制以及串扰感知的虚拟网络映射机制等相关技术。本文主要包括以下内容:(1)多维光网络极大地提高了网络传输容量,多维光网络虚拟化也是实现光网络资源高效利用的有效手段之一。但是多维光网络的资源层级复杂,管控难度更高。如何实现多维光网络的高效控制以及虚拟化是多维光网络面临的突出问题。本文研究了基于软件定义的多维光网络控制架构,提出了软件定义多维光网络中资源抽象虚拟化机制。在此基础上,引入虚拟光网络服务机制,针对不同虚拟光网络用户需求,合理地分配光交换与光传输资源,实现不同虚拟光网络共享光网络物理层资源。基于软件定义多维光网络的虚拟光网络服务机制简化了网络的管控,为用户提供按需虚拟网络服务,同时也提高了网络资源利用效率。(2)在使用强耦合少模光纤的多维光网络中,模式损耗等物理层损伤对光通道端到端传输质量有较大影响。本文针对物理损伤对网络传输质量的影响,提出了一种物理层损伤感知的虚拟光网络映射方法。在研究提出强耦合少模光纤中模式损耗评估模型的基础上,形成基于少模光纤的多维光网络端到端传输质量评估方法。在此基础上,提出了物理层损伤感知的虚拟光网络映射算法。在虚拟光网络映射过程中,特别是虚拟链路映射过程中,考虑模式损耗对虚拟链路传输质量的影响,动态调整映射策略,为虚拟光网络分配合适的资源,在保障虚拟光网络传输质量的前提下,能够降低网络的阻塞率。(3)在数据中心间多维光网络中,需要为虚拟数据中心业务分配合适的数据中心计算存储资源并为虚拟数据中心节点间数据传输提供合适的光网络带宽,这也是数据中心间多维光网络虚拟化的重要研究内容。本文针对该问题提出了拓扑感知的虚拟网络服务机制。基于软件定义平台实现数据中心与多维光网络联合虚拟化,在此基础上引入拓扑感知的虚拟网络映射机制,同时引入节点和链路协同映射机制,实现数据中心间多维光网络中的高效虚拟网络映射。通过数据中心资源与光网络传输资源的协同,提高了网络资源的利用效率并降低了网络的阻塞率。(4)弱耦合少模光纤用于城域分布式数据中心间互联,提高了数据中心间光网络的传输容量。但是弱耦合少模光纤中模式组间的串扰会影响光通道的传输质量。本文针对虚拟网络服务质量保障需求,提出了一种串扰感知的虚拟网络映射机制。在模间串扰评估模型的基础上提出了使用少模光纤的多维光网络传输质量评估方法。在此基础上,提出了串扰感知的虚拟节点映射机制和虚拟链路映射机制。两种映射机制的有机结合能够缓解网络资源冲突。通过对节点和链路的预先排序以及映射过程中的传输质量预先检验与反馈机制,实现了串扰感知的数据中心IT资源与光网络传输资源协同调度,改善虚拟网络映射的阻塞率性能以及资源利用率。