火星探测是未来几年内人类深空探测的重要活动之一，这离不开深空通信系统的支持，而构建深空骨干网络已经成为未来深空通信系统中不可或缺的一部分。深空骨干网络是指由一组稳定的、高可用、高容量的中继节点组成，它提供长距离通信节点之间的数据链路（直接链路或多跳链路），对探测器、空间站、太空飞船、行星中继卫星等发送导航定位信息、遥测遥控信息,并对科学数据进行存储转发。深空骨干网络研究的难点在于其链路具有断续通信、信息时延大、双向速率不对称性等特点。而深空探测通信高昂的成本使得开发的新技术需要通过构建地面通信仿真平台，进行充分的论证之后才能实际应用。针对于此，本文首先系统的阐述了深空通信的发展及深空骨干网络的结构，分析和研究了拉格朗日点的特性，并论证了选择拉格朗日点作为深空骨干网络节点的合理性。同时研究了拉格朗日点中继卫星的STK轨道预报模型，并给出了STK轨道参数。其次在研究深空骨干网络的基础上，针对地球到火星通信设计了地火通信骨干网络的四种方案：单层双中继、单层多中继、双层双中继和双层多中继，并分析了各种方案的优缺点。在以上分析和设计的基础上，利用STK软件实现地火通信骨干网络场景及火星行星网场景，并对以日地系、日火系拉格朗日点为节点的地火通信骨干网络进行可见时间和链路距离的仿真。最后，根据仿真数据，从提高网络可见时间和选择较短距离链路两个方面考虑，对地-火星际骨干网络的节点选择进行了数学建模，给出了节点动态选择的数学模型。