近年来,随着宽带业务发展,以实时高分辨率视频、分布式服务、数据中心服务等为代表的新型业务与日俱增,互联网业务流量得到了前所未有的巨大增长,这对传统光网络的承载能力提出了更高的要求。在业务驱动场景下,发展大容量、高谱效、动态灵活的全光网技术成为必然趋势。以灵活栅格为核心的弹性光网络,是未来网络的发展方向,应用前景广阔。论文围绕灵活栅格光网络面临的频谱控制与管理关键问题,通过提出频谱工程的原创性思想,探索合理高效的资源调控机制,解决灵活栅格全光网的频谱利用效率问题。论文完成的主要工作和创新点总结如下：第一,针对灵活栅格光网络中频谱资源状态复杂多样的特点,基于资源分配所需满足的频谱一致性及连续性约束,从业务层和网络层两个角度出发,提出了面向业务属性和资源状态的路由频谱分配方法。其中,前者将业务根据其属性进行分类,同时将频谱划分成不同区域的空间,为具有同类属性的业务分配同一频谱空间；后者根据网络中频谱的使用情况,有效规范路径的选择和链路的资源分配。仿真结果表明两种方法均能明显降低网络的阻塞率(最高达60%),且基于资源状态的路由频谱分配方法具有更佳性能。第二,针对灵活栅格光网络中频谱碎片带来的资源浪费问题,深入研究了动态网络资源优化与频谱重构策略。具体来讲,基于面向受阻业务和面向网络性能两种重构触发条件,提出了最大化频谱规整度重构(MSCD)算法和频谱规整度触发重构(SCTD)算法。其中,MSCD算法针对当前受阻业务触发网络的局部重构,并在重构过程中选择频谱规整度最大的路径作为重构路径；而SCTD算法在网络的频谱规整度达到特定阈值门限时触发网络整体重构,直至网络规整度恢复到门限范围内。仿真结果表明相对MSCD算法,SCTD算法能取得更低的业务阻塞率,但其付出的代价是影响了更多的业务。另外,SCTD算法中的触发阈值对频谱重构的性能影响较大。第三,针对灵活栅格光网络中业务粒度与资源粒度不匹配问题,借助频谱工程的思想,利用辅助图模型实现了基于可切片收发机的三种动态多层流量疏导算法,即最小化新建光路(MLP-SE)算法、最小化虚拟跳数(MVH-SE)算法和最小化物理跳数(MPH-SE)算法。仿真对三种算法的性能(如业务带宽阻塞率、光路所需平均收发机个数、光路平均虚拟跳数和物理跳数等)进行了对比分析,结果表明不同的流量疏导算法具有不同的优势,其中MLP-SE、MVH-SE和MPH-SE算法分别在能耗、用户QoS和频谱资源效率上具备最佳性能,具体该采用何种算法需要根据网络运营商的核心目标来选择。第四,针对光网络向灵活栅格平滑演进场景,围绕固定栅格和灵活栅格两类设备互通操作需求,研究了混合网络情景下的频谱资源分配方法,并设计了两种演进方案：逐步升级网络中的节点和逐步升级节点内WSS。其中,第一种方案包含最大连通度节点优先(HDF)、最大业务流量节点优先(HGTF)、最大承载流量节点优先(HCTF)、最大高带宽流量节点优先(MHTF)及最大低带宽流量节点优先(MLFT)五种策略。通过对两种演进方案进行仿真分析发现,只要升级网络中部分节点(甚至是节点内部分WSS)支持灵活栅格技术,就能明显提高网络容量,降低业务阻塞率。