随着信息技术产业革命的进一步深化,计算机网络技术得以飞速发展,互联网应用得到大规模普及,以高清晰度视频业务、数据中心数据请求、分布式服务等为代表的新型大容量业务与日俱增,数据流量呈爆炸性增长的趋势迫使研究员和运营商不断地探索先进的光传输及组网方案实现高效组网达到提高网络容量的目的。在这样的背景下,以灵活栅格技术为核心的大容量、动态灵活、高频谱效率的灵活栅格光网络作为光纤通信网络发展方向的必然选择已成为业界共识。不同于传统的固定栅格技术,灵活栅格技术打破了信道中心频率间隔固定的约束,更充分地适应多种粒度业务传输需求变化,能提供高效的频谱资源按需分配的方式并建立弹性的光超级信道,这些特点将极大地改善网络资源利用率以实现网络容量的增加。论文围绕灵活栅格技术为核心,重点研究了从固定栅格光网络向灵活光网络演进升级过程,解决了固定栅格和灵活栅格共存的光网络服务提供问题,考虑到单芯光纤容量受限的问题,进一步研究了多芯光纤灵活光网络,探索未来光网络路由频谱调控及优化技术。主要工作如下:第一,针对面向灵活栅格光网络演进升级场景,围绕固定栅格与灵活栅格技术异构设备互操作需求,研究了固定栅格与灵活栅格共存的光网络场景下频谱资源分配方法,提出了该场景下三大频谱分配约束:频谱一致性约束、频谱连续性约束和频谱兼容性约束,并设计了一种可度量的演进升级方案:基于升级概率的可度量演进升级方案。该方案是以面向灵活栅格平滑演进策略为基础,在最大节点度数优先(HDF)策略和最大流量优先(HTF)策略基础上,对待升级的固定栅格网络进行概率建模,对网络演进过程实现可管理化。通过研究不同参数条件下的演进升级方案发现,针对不同的应用场景或升级需求,可度量的演进升级方案表现出不同的性能变化,不过,一致地指出升级网路中小部分节点为灵活栅格节点,就能显著提高现网网络容量,降低业务的阻塞率。此外,随着升级进程逐步深化,研究结论表明将固定栅格升级到灵活栅格所带来的收益也在逐步减少。第二,针对固定栅格与灵活栅格共存的网络场景,立足于网络演进升级方案,研究该场景下路由频谱资源调控技术。引入待升级节点组(PUNG)的概念并提出了三种不同的PUNG构建策略,分别是:概率最大值策略(MVS)、节点联通策略(CNS)及最大权重链路策略(LWLS),进一步优化了面向灵活栅格光网络的可度量演进升级方案,并仿真验证了不同PUNG策略对网络升级性能的影响。基于PUNG除了实现演进升级过程可控之外,还能实现了业务提供的升级感知,并提出了升级感知的业务提供策略(MSP)。通过对所提策略进行仿真分析发现,对比传统无升级感知的业务提供策略(NSP),MSP能够在不牺牲业务阻塞率的前提下,有效地降低业务中断率,为演进升级过程的业务请求提供稳定的服务。第三,随着互联技术的飞速发展,网络容量需求进一步加大,受限于香农非线性极限,标准单模光纤(SSMF)在可预见的未来已无法作为传输媒介为用户提供足够容量需求。基于空分复用技术(SDM)的多芯光纤灵活光网络成为未来光网络的研究方向。多维度的资源域在提高了光网络容量的同时也带来了路由资源分配越发复杂的问题,鉴于此,围绕多芯光纤基本物理属性,研究串扰约束下的路由、纤芯和频谱分配算法,提出了一种串扰感知的服务提供策略(CAP-DPP)和一种距离自适应的路由、纤芯和频谱分配算法(DA-RCSA)。通过在仿真平台上验证两种所提技术发现,在多芯光纤灵活光网络中,考虑芯间串扰的影响,并提出相应的减轻串扰影响算法可以有效地降低网络中业务阻塞率。