21世纪以来,随着全球信息化和网络化进程的不断推进,网络业务不断朝着IP化方向演进,这种演变趋势促进了传统光网络宽带化和智能化的深刻变革,光网络进入了高速发展时期。虚拟拓扑设计作为光传送网设计的核心,一直备受国内外研究者的关注。3G/LTE、 IPTV等新兴业务的大规模商用部署使得当前互联网存在的僵化问题越发突出,虚拟化技术作为一项有效解决该问题的革命性技术被引进到光网络中。在光网络虚拟化问题中,建立合理的映射机制实现虚拟光网络与底层物理网络的高效映射,设计出一个高性能的虚拟光网络拓扑是尤为重要的。当前已提出的虚拟网络拓扑映射算法在一些性能上的表现不尽如人意,因此,如何更好的研究和解决虚拟拓扑设计问题,为虚拟光网络提供切实有效的映射方案和策略,是本文研究的主要内容。依托于实验室相关研究课题项目,本论文的主要工作及其成果如下：第一,对虚拟拓扑的设计问题进行深入研究：首先对光网络虚拟拓扑进行了概述,然后将该问题分解为拓扑生成、光通道路由、波长分配、流量路由4个子问题依次解决。最后,分析了在进行虚拟拓扑设计时所考虑的因素,并根据这几个相关因素,阐述了不同网络优化目标下的虚拟拓扑设计启发式算法的基本思路；第二,针对虚拟光网络的映射问题进行了一系列的研究：在光网络虚拟化三层架构的基础上,建立了虚拟光网络拓扑映射问题的数学模型；分析了两种传统的映射算法VNE_BLSL(Virtual Network Embedding with the Balanced Load at Substrate Fiber Links)和VNE_RCFS(Virtual Network Embedding with the Reduced Consumption of Frequency Slots),并将这两个算法的优点进行了结合,提出了一种创新的考虑负载均衡的虚拟网络映射算法、NE_LB (Virtual Network Embedding with Load Balancing)算法,以实现物理网络链路中频隙占用的负载均衡和减小使用的频隙资源总数为综合优化目标；定义了频谱资源负载方差SDSRL (Square Deviation of Spectrum Resource Loa)、物理路径平均跳数ASPHC(Average Substrate Path Hop Count)和频谱使用总数SU(Spectrum Usage)三个参数作为映射算法主要的性能评价指标；通过在NSFNET网络中仿真,验证了VNE_LB算法在网络的负载均衡和消耗的网络资源总数这两个性能表现上取得了很好的折中,解决了VNE_RCFS和VNE_BLSL算法中存在的物理网络频隙资源负载的均衡性能和消耗资源总数两个性能上的矛盾问题。第三,围绕着作者在研究生期间参与的科研项目“光网络规划与优化设计软件平台”的需求、系统架构以及作者主要负责的网络规划设计、网络路由计算、网络评估、网络优化这4个模块的具体设计与实现等方面展开探讨。