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随着信息技术和航天技术的迅速发展和应用,空间在政治、经济和军事等领域的战略地位日益提高,21世纪人类对空间信息的需求和依赖,可以与19世纪、20世纪工业革命对电和石油的需求和依赖相比拟,空间信息优势将成为国家和军队强大的关键因素。然而传统的单个卫星所采用的空地链路通信方式已不能满足实际应用需要,因此我国提出要建立和发展空天信息网络。所谓空天信息网络,是由不同轨道上多种类型的卫星系统,按照空间信息资源的最大有效利用原则互连互通,同时又与陆、海、空基共同构成的空、天、地一体化的三维网络系统。本论文通过研究空天信息网络的特点,结合现有的高速数据传输技术,提出了一种骨干网—非骨干网网络模型,并在该网络模型基础上对空天信息网络MAC层进行了重新设计和实现。根据空天信息网络的信道特点,本文设计了一种适合空天信息网络的准定长MAC层帧结构,并通过在Matlab中的仿真确定了具体的帧长度。论文还阐述了空天信息网络MAC层功能在Xilinx公司的FPGA芯片FX70T中的实现过程,MAC层功能的共有5个模块组成,分别是MAC层成帧模块、PKT_Queue模块、Aurora模块、PCI Express模块以及MAC层的解帧模块,并对每个模块和整个系统在Modelsim软件下进行仿真,最后在Xilinx公司的ML507开发板和IDT公司的高速PCIExpress交换背板上实现MAC层数据的高速传输。论文中所设计的MAC层可以在不同链路误比特率下,采用不同的定长帧,达到了提高数据传输效率和网络吞吐量的效果；通过对MAC层帧结构各域的设计,可以实现在数据链路层上进行高速的数据交换和路由,提高了数据传输速率,并通过在具体的硬件环境下的实物测试,最高数据传输速率可达1.552Gbps;此外,本文所设计的MAC层也为其它高速数据传输网络MAC层设计提供了一定的借鉴作用。