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基于通用多协议标签交换（Generalized Multi-Protocol Label Switching,GMPLS）协议的光网络能够提供大容量高速率的网络连接。然而,随着网络技术的快速发展,5G、物联网、大数据以及云计算等新兴业务层出不穷,光网络的控制平面逐渐变得僵化。例如,光控制平面根据预定义的策略配置光网络,以及重新配置以响应故障,负载和应用变化都显得很困难。因此,复杂多变的业务需求对光网络的灵活管理和控制提出了新的挑战,同时也促进了光网络向更加智能的方向发展。软件定义网络（Software-Defined Networking,SDN）作为一种新型的网络架构,通过控制平面与数据平面的分离打破了垂直方向僵化的局面,促进网络逻辑控制的集中化并且引入对网络编程的能力。得益于SDN思想与光网络的深度融合,促使了软件定义光网络（Software-Defined Optical Networks,SDON）的诞生。SDON 使光控制平面更加容易去创建和引入新的网络抽象、简化网络管理和促进网络演进。然而,基于SDON,仍然需要解决恢复力通信、时延敏感业务传输、多粒度网络管控以及开放灵活网络的管理等诸多问题。目前,光网络中故障恢复方案多采用保护策略,通过控制器预先配置与工作路径平行的保护路径。当检测到网络故障时,它允许数据转发平面起到故障恢复的作用。但是,这种解决方案无法处理工作路径和保护路径都崩溃的情况。同时,针对时延敏感型业务,缺乏有效的时延监测机制。值得注意的是,时延测量和流量工程都很重要。如果运营商希望通过SDON解决方案在光网中为各种用户提供时延保证服务,则必须设计监控机制并开发流量调度算法。此外,在固定粒度波分复用与灵活粒度正交频分复用的混合光网络中,需要更加灵活的路由与资源分配方案以进一步提高光谱资源的利用效率。最后,为了进一步开放基于架构按需节点和多核光纤链路的网络灵活性,亟需设计具有多功能的光控制平面来对底层复杂基础设施进行管理和控制。因此,对软件定义多维光网络中智能路由与资源优化研究具有重要的学术意义与应用价值。本文的主要研究内容概括如下:（1）第二章研究软件定义光网络中故障恢复路由方案。首先,专注于基于软件定义光网络中数据平面的故障恢复解决方案。带外控制机制被用于控制器和数据转发单元之间的通信。接着,分别展示了故障检测方法、动态所有对最短路径算法和故障恢复应用等解决方案。然后,通过实验演示,验证了动态端到端路径恢复的总体可行性。最后,从端到端时延、控制器的CPU利用率和流量阻塞率等方面对性能进行了定量评估,显示了整体方案的有效性。结果表明,在三个设计的测试场景中,包括连接建立和故障恢复在内的整个过程可以在50ms内完成,满足运营商级别的要求。（2）第三章研究软件定义光网络中时延敏感服务保证路由方案。首先,提出了通过使用链路层发现协议（Link Layer Discovery Protocol,LLDP）监控模块和Echo监控模块来设计链路时延的监控机制。然后,设计了动态最短实验路由算法（Shortest Delay Routing Algorithm,SDRA）,以增强数据传输的安全性并满足对时延敏感的业务需求。接下来,通过扩展RYU控制器开发一个带有时延监控机制和SDRA算法相结合的路由应用程序。此外,在半实用的SDON测试平台中对所提出的解决方案的整体可行性进行了实验演示。最后,基于NSFNET网络拓扑,在平均路径时延,控制器处理时延和端到端时延等方面,定量评估了 SDRA方案在不同业务负载下的性能。与最短跳数路由算法相比,基于SDRA的时延解决方案更加具有优势。（3）第四章研究软件定义多粒度光网络中路由与资源分配方案。首先,详细阐述软件定义多粒度光网络的整体网络架构,并扩展OpenFlow协议以实现控制和数据平面之间的无缝操作。接下来,制定了分配多粒度网络资源的数学问题。对于透明的灵活粒度正交频分复用光网络,设计基于频谱效率和连通度的路由、调制等级与频谱分配算法（Routing,Modulation Level and Spectrum Allocation based on Spectral Efficiency and Connectivity,SEC-RMLSA）。对于不透明的固定粒度波分复用光网络,设计从大容量虚拟网络中选择具有最大容量/跳数光路的算法（Maximized Capacity-over-Hops First,MCHF）。然后,利用精心设计的权重和最大流算法在源节点和目的节点之间构建大容量虚拟网络,这有助于根据动态链路负载实时找到最优的流量调度方案。此外,通过扩展RYU控制器来开发多粒度路由应用程序。最后,在半实用系统测试平台中实现所设计的解决方案。同时,基于NSFNET拓扑,实验验证和评估所提出的解决方案的总体可行性和效率。结果表明,SEC-RMLSA和MCHF算法能够提高光谱效率,从而降低业务阻塞率。（4）第五章研究软件定义空分复用光网络中路由与资源分配方案。首先,描述软件定义空分复用光网络架构,并基于架构按需（Architecture on Demand,AoD）可重配置节点的软件定义空分复用光网络构建路由与资源分配优化模型。其次,基于业务类型设计光纤核分类算法,避免相邻光纤核之间的串扰,从而合成所需的AoD光节点。此外,基于多核光纤和AoD节点,提出服务于多种类型业务的路由与资源分配算法,并开发路由应用程序。最后,在不同业务负载下,比较基于最大剩余容量优先（Maximum Capacity First,MCF）、基于最短距离优先（Shortest Distance First,SDF）和基于最小跳数优先（Minimum Hop First,MHF）三种算法的性能。针对时分复用、波分复用以及正交频分复用三种类型业务请求,三种算法在不同类型业务请求下,表现出不同的网络性能,如阻塞率、平均核转换次数、平均波长转换次数以及平均频谱槽转换次数等。因此,为了在不同的网络负载下自适应地去控制网络,灵活切换不同的路由与资源分配算法被建议采用。