卫星网络将服务于多种高带宽需求的业务（如高分图像近实时回传、跨区域分布式计算），这对网络的传输性能提出了较高要求。虽然随着星间链路技术的发展与星上处理能力的增强，卫星网络容量得到了大幅提升，但是网络容量的增加并不能保证业务所期望的传输性能。主要原因有以下三点:1）卫星网络具有高动态拓扑、地面用户分布不均匀等特点，网络负载容易失衡，会出现部分卫星拥塞而周围卫星未被充分利用的情况，增加了数据包的排队延迟和过载丢失概率;2)传统卫星网络路由通常采用单一的选路策略，导致数据传输集中于某些路径，产生路径上的热点问题，增加了负载失衡的可能性;3）已有负载均衡方式对突发性负载造成多个过载节点与时变链路在传输过程中形成的瓶颈拥塞等情况考虑不足，存在负载反应滞后、调节缓慢等问题，无法保障网络的吞吐与延迟性能的稳定性。　　因此，为了充分利用网络容量，最大程度地满足业务的传输性能需求，本论文从负载均衡的角度对卫星网络路由进行优化。首先，建模分析网络负载对传输性能的影响;然后，在基本选路策略基础上，研究高效均衡网络负载的方式;通过构建网络效用最大化的理论框架，研究负载与选路决策最佳结合方式;最后，为了增强对业务服务质量的支持，研究并发负载源在时域的调度方式。具体工作包括:　　1)提出了一种在网络容量固定、业务分布可控情况下稳态传输性能计算分析模型。为了描述网络负载的时空突发性，模型假设业务源为非更新过程，节点间采用非均匀通信模式。然后，根据拓扑结构与负载可叠加性，得到该通信模式下链路负载参数的求解方式。在此基础上，建立关于目标数据流的串联队列，求解相应的端到端传输性能。该模型能够在低时间开销下，较为准确地给出非均衡负载对端到端传输性能的影响，为负载均衡路由策略的设计提供了一种快速验证方式。　　2)提出了一种在网络容量固定、业务随机到达情况下被动式负载均衡路由算法。为了实现网络负载的快速调节，设计了两种不同调节范围的均衡策略:针对单个卫星过载情况，邻间负载均衡根据节点的多链路结构，采用分级链路负载通告，准确调节邻居的数据发送;针对多个相邻过载节点形成的过载区域，采用区域负载均衡，基于球面映射改变路由测度，使得数据流以过载区域为中心进行绕行，加速负载恢复。两种策略可以相互配合，根据拥塞程度在不同范围对负载进行调节。仿真实验结果表明，该被动式负载均衡路由算法能够有效地均衡网络负载，减少因拥塞所导致的排队延迟与数据丢失，保证了网络吞吐量。　　3)提出了一种在网络容量可变、业务随机到达情况下主动式负载均衡路由算法。为了在充分利用网络容量的同时兼顾延迟性能，构建了集成延迟开销的效用最大化的理论框架;通过定义延迟开销为链路速率与距离因子的乘积，得到了地理位置感知的背压算法。该算法不仅保持了背压理论在长时间尺度下的负载均衡性与吞吐最优性，还在短时间尺度下有效减少由环路与过度路径探索带来的延迟。此外，在传统正背压值链路激活策略的基础上，引入表示节点当前转发数据包能力的信誉值，使得非正背压值的链路在满足队长稳定时也可以被激活，加速数据包发送。最后，采用不同拓扑结构的仿真场景对该算法进行验证，结果表明该主动式负载均衡路由算法可以在满足业务不同吞吐速率需求的同时，保持较低的端到端延迟，具有良好的可扩展性。　　4)提出了一种在网络容量固定、路由算法固定情况下并发负载源时域调度算法。考虑到并发负载源之间存在带宽竞争，需要设计相应机制降低该竞争对业务服务质量的影响。本论文以跨区域分布式计算作业为例，以最小化作业运行时间成本为目标。首先对分布式计算框架的通信负载特征进行总结，得到各类型框架的作业关于带宽的进度函数。然后根据当前网络瓶颈带宽，利用进度函数对作业结束时间进行预测;在此基础上，通过搜索各作业开始时间，动态调整带宽资源的使用;为了实现在线调度，设计相应策略加速算法的收敛。仿真实验结果表明，该调度算法与提出的负载均衡路由算法协同作用可以大幅降低作业运行时间成本。