随着卫星通信技术的发展,特别是星上数字处理技术的不断提高,具有星上基带数据交换和处理功能的宽带通信卫星不断涌现。通信卫星不再仅仅实现数据的转发,还会实现数据的复用、交换,甚至是路由。IP协议已经成为地面网络融合的核心技术,理想的宽带卫星通信系统应当无缝接入基于IP的地面网络,实现星地一体的宽带传输与分发系统。与透明转发通信卫星相比,星上交换通信卫星具有终端单跳连接、星上功耗低、噪声积累小、信道变化灵活、地面设备成本低等优点,有利于构建大容量、高速率的宽带卫星通信系统。但是,卫星信道具有传输时延长、时延抖动大、链路带宽不对称、信道误码率高和带宽时延积大等特点,使得在地面网络中已经成熟应用的技术在宽带卫星通信中并不完全适用。本文针对宽带卫星通信网络IP组网技术的需求和特点,研究适合于空间环境的IP分组交换技术和星地一体组网技术,构建以IP技术为核心的全分组网络体系架构。本文主要研究内容和取得的成果如下:(1)研究了目前宽带通信卫星中采用的基带处理技术,对星载ATM与IP两种分组交换技术进行了理论分析和仿真验证,为选择IP作为宽带卫星通信网络交换平台提供依据。从实现方式和组成结构角度对宽带卫星通信网络组网技术进行了分类比较,依据宽带卫星通信技术发展趋势和未来战场需求,设计了一种由空间核心主干网和卫星仿真局域网构成的混合多层网络体系结构。(2)针对星上基带数据处理的卫星通信网络特点,开展了改进TCP协议性能的研究,提出了基于Snoop改进的卫星网络传输控制协议TCP-ISSAT。论文针对深空通信网络的误码率特别高、传播时延特别长的特点,对TP-Satellite协议的连接建立和数据发送策略进行了改进,提出了 TP-Satellite+协议。仿真实验表明TP-Satellite+协议能够明显缩短文件传输的时间,有效对抗高信道误码,节省反向链路的带宽占用,避免反向链路资源受限带来的不利影响。(3)由于卫星信道特点影响了宽带卫星通信网对终端用户的QoS保证,论文提出了一种静态队列调度算法——基于理想时间间隔的交叉加权轮询算法TIIWRR。该算法引入了"理想时间间隔"的概念,使得同一队列内分组间的时延抖动大大降低,仿真实验验证了该算法的有效性。针对卫星通信网络中误码率较高的特点,论文提出了一种适合于卫星通信网络的基于信道误码率的主动队列管理算法——带IN/OUT位的卫星动态随机早期检测算法S-DRIO。无论是理论分析还是仿真实验都表明了在信道误码率较高的卫星链路中,该算法能够更好的保证流之间的公平性。(4)分析了宽带卫星通信网信令系统现状和信令系统需要解决的问题;定义了语法规则SSD和两种编码规则GER、IER,并对编码效率进行分析;定义了典型协议的交互过程,规范了信令的消息框架和格式;设计了信令系统的安全机制。针对卫星通信网络的安全特点,分析和设计了信令系统中加载的安全方案,使用改进的归纳式协议验证方法对信令系统的安全性进行形式化分析。通过对信令系统进行仿冒、重放和篡改等仿真攻击测试,信令系统均能有效进行检测,验证了信令系统的安全性。