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作为地面网络的延伸以及卫星网络的拓展,空间信息网(Space Information Network, SIN)因其覆盖面广、组网灵活、建网快以及不受地理环境限制等优点,可以为各种空间任务提供集成式的通信服务。然而随着信息化以及通信业务的发展,现代信息社会对空间信息网的组网能力也提出了更高的要求,以寻求更全面的服务范围、更优质的服务质量。因此本论文致力于空间信息网中的组网关键技术的研究,从网络结构设计、拓扑控制、接入控制三个角度提高空间信息网的组网能力。本论文在深入研究空间信息网研究现状的基础上,重点研究了星座结构设计、多拓扑路由以及接入退避算法,论文的主要创新性研究成果如下：(1)在分析卫星网络星座结构设计原则的基础上,提出了GEO/MEO/LEO星座结构设计方案,仿真研究了所提星座结构的对地覆盖时长以及覆盖百分比性能,研究结果表明所提的星座结构具有百分百覆盖地球表面并且提供180s以上连续覆盖时间的性能。(2)设计了一种空间信息网中面向任务的多拓扑路由算法,根据业务的QoS (Quality of Service)要求以及空间信息网中的空间节点忙碌度为业务设定不同的子拓扑,进行路由和数据的传输。仿真研究了所提算法对网络吞吐量、时延性能以及链路利用率的改进,研究结果表明论文中提出的多拓扑路由算法可以有效地提升业务的吞吐量、降低业务传输时延并提高网络的链路利用率,并且在网络负载较大的情况之下改进的效果更明显。(3)在分析空间信息网的接入策略以及经典退避算法的基础上,提出了一种基于灰色模型的时隙ALOHA接入退避算法,采用灰色系统中的GM(1,1)模型对空间信息网中的信道接入成功率进行预测,并由此判断当前网络状态,以自适应的设置时隙ALOHA接入算法的退避重发等待时间,增强退避重发的成功率。仿真研究了所提算法中GM(1,1)的预测精度、所提算法对吞吐量和时延的改进,研究结果表明,GM(1,1)模型可以对信道接入成功率进行高精度的预测,并且该算法可以有效地提升系统的吞吐量,降低网络传输时延。