相比较传统单层卫星星座结构,多层卫星网络结构具有更好的抗毁性和更高的网络吞吐量,已成为未来卫星组网设计的主要选择。多协议标签交换(Multi-Protocol Lable Switching, MPLS)是一种先进的传输技术,能够兼容各种异构网络,可以很好地支持QOS和流量工程。多层组网的结构下,卫星MPLS网络关键技术在于数据传输、信令协议设计和QoS保障机制三个层面。本文设计了混合了中低轨卫星、高空平台和地面网关的多层卫星网络,应用MPLS网络技术架构,以高空平台和地面网关作为边界路由,低轨卫星作为数据传输的主要网络,中轨卫星和地面网关共同构成管理和控制中心。并采用最长服务时间与负载平衡的混合策略处理星地链路的切换。针对地面终端不同的业务类型需求,提出了一种能够有效降低传输时延、平衡网络负载的路由算法,为不同类型业务报文设计相应的LSP。通过分析标签与业务的绑定过程,本文还设计了适合于在MPLS隧道中进行转发的数据报文格式。针对地面信令的不足之处提出了改进意见,分析卫星MPLS网络中信令的工作流程。最后介绍了采用OPNET软件平台所搭建的仿真模型,从进程模型、节点模型和网络模型三个层次上建模。通过与OSPF算法不同业务流下的网络性能参数的对比,验证了所设计的路由算法在减少网络时延,优化网络资源方面的能力。