近年来,互联网技术在人们的生活中应用愈加广泛。相对于地面网络而言,卫星网络由于其全球实时覆盖、无需地面基础设施即可通信的特点,已经成为一种重要的网络接入手段,尤其是边远山区、海洋、戈壁等人烟稀少的地方和经济较落后地区。但是,由于卫星不断地绕轨道运动,卫星网络拓扑不断变化,使得地面网络路由算法无法有效地应用于卫星网络。快照路由算法则基于卫星运动的可预测性和周期性,提前计算卫星网络拓扑变化的时间和相应的路由表,通过在预定义的时刻同时切换路由表,从而有效地消除了动态拓扑对网络路由稳定性所造成的影响。本文研究针对卫星网络快照路由算法的优化技术,主要研究内容包括:(1)分析卫星网络集中控制的特点,并根据现有软件定义网络的思想,提出软件定义卫星网络体系结构,进而分析该体系结构在设计与实现中的优势与挑战。然后,针对现有卫星网络体系结构的过顶通信方式与软件定义卫星网络体系结构的单层星间链路转发和GEO卫星层间链路广播通信方式,通过仿真实验比较了三种方式下执行一次完整更新操作的时间间隔。最后,通过实验结果验证了软件定义卫星网络体系结构的优势。(2)分析卫星网络中由卫星周期性的运动所导致的可预测拓扑变化,首次发现了快照路由算法中路由表同时更新导致的回退流量(回流)现象,评估极轨道星座中回退流量对网络路由的影响,并量化分析了极轨道星座中回流链路的数目。提出基于路由表优化的离线回流避免方法,实验结果表明算法在稍微增加网络平均延时的情况下,可以有效减少甚至消除回流路径、降低额外端到端延时和分组丢失率。另外,本文还提出了基于更新顺序优化的在线回流避免方法——集合划分同步更新方法,该方法通过将需要更新的卫星划分为不同的集合,并设定各个集合的快照切换顺序,可在保持原有网络平均延时的同时达到避免回流的效果。(3)分析了卫星网络中由不可预测的星间链路连通性变化导致的不可预测拓扑变化,针对快照路由算法提出了基于源路由多播的环路避免路由更新方法。该方法包含更新最短路径树的集中创建、多播路径的源路由快速部署以及更新执行和确认三部分,仿真结果表明该方法不仅可以保持较低的网络收敛时间,还可以有效减少网络开销。另外,本文还针对存在更新顺序的网络状态,对源路由多播更新方法进行了流水线优化,实验表明经过流水线优化的源路由多播更新方法可以进一步降低路由收敛时间和网络开销。(4)分析了卫星网络拓扑变化的规律,提出通过设计卫星网络拓扑来改进卫星网络快照路由算法性能。本文分别针对极轨道和倾斜轨道卫星网络提出了基于链路重分配的快照优化方法,即在每个快照结束时,通过有规律地重新分配轨道间星间链路来提升下一个快照的分布质量。实验结果表明该方法可以获得更长且恒定的快照持续时间、更少的快照数目、更高的星上转发器利用率以及更低的平均端到端路径延时。