随着空间技术与应用的发展,未来空间系统正在向以网络为中心的多个卫星或者多个航天器模块,按不同应用需求分布在一种或多种轨道上,协同合作完成某项空间任务(如:遥感、导航、探测、通信等)的方向发展。其中星间通信组网技术是各种分布式卫星系统关键技术之一。但由于星间通信距离变化大、三维动态自组网、星载资源受限等特点使得星间通信组网技术的研究面临着诸多挑战。本文针对星间通信无线自组网MAC协议关键技术开展深入研究。首先对适合于星间通信组网的IEEE 802.11 MAC协议进行了较为深入的研究,分析了星间长距离通信对IEEE 802.11 MAC协议影响,并建立了马尔科夫链分析模型对MAC协议进行了理论分析与验证。接下来在星间长距离通信、星间网络规模已知信息、星间网络传输数据特性三个方面,对IEEE 802.11 MAC协议分别进行了适应性改进和优化研究,提出了一种基于CSMA,辅以确定性的避免冲突算法的协议CSMA/AWCA,利用优化后的MAC协议进行了分离载荷无线组网FP-MAC协议方案的设计,利用NS3网络仿真平台对FP-MAC协议进行可行性分析和性能仿真验证。论文的主要研究工作如下:1.针对星间网络通信距离长、卫星尺寸重量功率受限、网络规模变化和卫星数据业务等特点,对介质访问控制协议,包括固定分配类协议如TDMA、FDMA、CDMA,中心调度类协议如轮询,竞争类协议如ALOHA、CSMA等,进行了优缺点定性分析,确定了基于CSMA/CA的IEEE 802.11无线MAC协议(Wi Fi技术)为论文研究基础。2.针对星间通信长距离导致的传播时延高,深入分析了IEEE 802.11 MAC协议跟传播时延有关的超时等待机制、虚拟载波侦听机制、帧间间隔等;时隙是MAC协议工作的基本时间单位,重点分析了时隙和传播时延的关系,提出了冲突间隔的概念,并建立了长距离下的马尔科夫链模型对MAC协议进行了理论分析与验证。3.针对星间通信网络传播时延高及隐藏终端等问题,对IEEE 802.11 MAC协议的工作流程、帧间间隔进行了改进,确定了星间长距离约束条件下的最短数据帧长、NAV、Slot Time的计算方法;针对星间通信距离变化,提出了一种自适应调整MAC协议参数的方法。4.针对星间通信网络规模信息已知的情况,在星间长通信距离改进协议基础上,改进了退避算法,设计了一种新的基于CSMA,辅以确定性的避免冲突算法的协议CSMA/AWCA,提高了网络吞吐量,降低了MAC接入时延,减少了冲突率。5.研究并实现分离载荷无线组网的FP-MAC协议,根据飞行编队拓扑结构、节点类型和应用要求,设计了组网信道用于卫星组网时数据交互,负责管理通信网络,以及数据通信信道用于组网后科学数据和运控数据进行数据传输,给出了相应的流程方案,在NS3卫星网络仿真平台进行了协议进行了性能测试。