近年来,网络技术和卫星技术的蓬勃发展、交叉融合,诞生了卫星网络这一新型的网络系统。依托卫星网络构建的天地一体化网络,具有服务覆盖范围广、部署不受地理条件约束和随遇接入等优点,已成为未来全球通信基础设施的重要组成部分。另一方面,当前互联网的用户群正经历由固定、有线用户向移动、无线用户的深刻变革:移动、无线用户的数目及其产生的流量都已大大超过固定、有线用户。在这种背景下,研究适应卫星网络自身特点,并从本质上支持用户移动性的关键技术,具有深刻的现实意义。当前卫星网络的用户移动性支持技术研究,主要参考地面无线互联网的相关技术。这些技术通常使用一个标识同时表示用户的身份和用户当前的网络位置,这对支持用户的高移动性(固定的身份,频繁变化的网络位置)产生了不利影响。此外,经典的用户移动性支持技术,如移动IP,借助位置固定的家乡代理(home agent)屏蔽了用户的移动,但是潜在地付出了路由伸张、扩展性差、鲁棒性差等代价。因此,在地面下一代无线网络的设计中,标识-位置分离技术被广泛认为有助于从本质上为用户提供高移动性的支持。本文基于标识-位置分离的思想,面向卫星网络的特殊背景,对其中涉及的各项关键技术进行深入研究,主要研究内容包括:(1)提出基于标识-位置分离的卫星网络架构。该架构采用标识-位置分离的思想,将用户的身份标识和其网络位置清晰地分开,从本质上支持用户的移动性。用户发起与通信对端的连接时,首先查询映射解析系统,获得目的端的标识-位置绑定映射。然后对报文进行封装等处理,送入卫星网络进行路由。对用户移动性的支持也是基于标识-位置分离策略完成,用户的移动由映射解析系统进行追踪,通过查询映射解析系统可以获得用户移动后最新的网络位置。此外,针对控制平面,还提出一种基于单层异构卫星网络的高效控制框架。不同于传统的基于GEO卫星的多层卫星控制框架,理论分析与性能评估证明:此框架可以降低控制报文的传输延迟,增大控制网络容量,同时增强控制网络可靠性。(2)提出基于虚拟接入点的标识-位置间接绑定方法。卫星网络的接入点与地面用户的相对移动是非静止轨道卫星网络中存在的特殊现象。采用地面移动IP技术和未改进的标识-位置分离技术提供的用户移动性支持,会带来频繁的绑定更新,潜在地影响这类用户移动性支持技术的性能。通过引入虚拟接入点的概念,可以将卫星与用户的相对移动逻辑上分为各自独立的运动,即将卫星与用户的绑定分为卫星与虚拟接入点的绑定以及用户与虚拟接入点的绑定。由于卫星的轨道运动具有确定性和可预测性,虚拟接入点可时变地由不同的实体卫星充当;用户与虚拟接入点的绑定采用标识-位置分离策略,并由映射解析系统维护,独立地处理用户的移动性。理论分析和性能评估证明:相比基于移动IP的方案,本方案降低了绑定更新的频率和开销。因此,可为在卫星网络中进行标识-位置分离提供重要支撑。(3)提出基于多层服务域的垂直绑定更新方法。基于虚拟接入点的间接绑定方法可以显著降低绑定更新发生的频率,但潜在地引入了新的称为“乒乓效应”的问题,即在虚拟接入点服务域边界处用户的往返运动,会产生大量额外的绑定更新。因此,需要进一步的优化来缓解乒乓效应导致的绑定更新。基于大规模卫星星座的支持,可以构建多层服务域的结构。通过将多层服务域以“半覆盖”的方式交错排布,可以使得用户进行垂直绑定更新后,重新绑定到另一层的服务域的中心区域。进而,可以迟滞下一绑定更新的发生,以达到减少绑定更新的目的。理论分析和性能评估证明:提出的多层方案相比单层方案在绑定更新频率方面得到进一步的降低,对乒乓效应引发的频繁绑定更新具有一定缓解作用。(4)提出面向高移动性卫星网络的映射解析系统设计。现有映射解析系统在支持卫星网络的用户移动性方面存在被动缓存、静态部署、查询延迟大和绑定更新开销大等不足,因此需要设计具有低查询延迟、低更新开销、高可用性等目标的映射解析系统。提出的映射解析系统主要包含副本部署控制器和映射解析服务器,副本部署控制器负责决定副本的复制数量和部署位置,而映射解析服务器负责具体响应用户的映射解析查询请求。副本部署控制器通过动态副本部署算法决定副本数量以平衡查询延迟和更新开销,并按照需求驱动的方式将有限的副本尽可能部署到对该绑定映射请求较为频繁的区域。理论分析和性能评估证明:本方案具有更小的查询延迟及更低的更新开销。