月球作为地球唯一的天然卫星,将在以后的深空探索中发挥重要作用,有必要对其进行探索和开发。与地球表面通信环境相比,月面无线通信环境较差且缺乏必要的网络基础设施,而移动自组织网络（Mobile Ad Hoc Network,MANET）具有的无中心、自适应组网等特点,正适用于月面无线通信环境。本文研究内容基于月面自组织网络通信系统,包括以下三个研究目标:首先,设计并实现适应月面环境和业务特性的自组织网络协议栈;其次,为了支撑航天员生命体征信息的服务质量保障,设计并实现了业务分类算法和低接入时延的多址协议;最后,通过实验室和外场测试,充分验证自组织网络协议栈以及多址接入协议的正确性、有效性。为了实现以上研究目标,本文从以下三个方面进行设计与实现:首先,在MANET协议栈之外,增加了一个接口模块,称为IP接口模块,该模块接收其他设备或路由协议任务产生的TCP/IP协议格式的数据帧并过滤,之后根据数据类型进行分流处理;然后,为了满足时延敏感数据对端到端时延的要求,借鉴基于优先级概率统计的多址接入协议（Statistic Priority-based Multiple Access,SPMA）协议设计思想,从发送阈值调整、信道占用统计和退避算法三个方面对MAC层的接入控制协议进行设计与优化;最后,对于协议栈中的网络层、路由协议和部分通用功能,参考已有的MANET协议栈中的设计和实现方式,在Vx Works系统上进行实现。协议栈设计完成并实现后,运行于Vx Works系统的低时延通信模块上,并在实验室和沙漠环境中对运行协议栈的节点构成的网络进行功能和性能测试。网络功能性测试对节点间双信道的双向连通性和骨干节点通过宽带信道传输路由信息数据帧并维护路由表的功能进行测试;网络性能测试是对骨干节点低时延信道的端到端时延、吞吐量和传输可靠性的测试,以及对宽带信道的端到端时延和吞吐量的测试。测试结果表明运行该协议栈的节点构成的网络,其功能与性能满足系统指标要求。