空间信息网络是以空间平台为载体,实时获取、传输和处理空间信息的网络系统,是全球范围内的研究热点。卫星网络是空间信息网络的核心网络,如果卫星网络的计算、交换和路由仍然依赖于地面站,那么卫星通信只能通过“弯管”式转发,随着通信业务的多样化发展以及各种应用的不断增长,现有模式支撑不了各种业务;另外,我国地面站布站受限,如果卫星网络不组网,卫星只有在地面站可见范围内才能与地面站通信,极大了阻塞了信息的传递;通过卫星组网,卫星系统可以独立于地面站运行,加快信息的传输,可以有效应对自然灾害,提高空间信息网络的鲁棒性;通过卫星组网,可以有效的整合空间信息资源,构建有机的网络体系。空间信息网络在服务远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输、航天测控等重大应用都具有特殊功能及作用,是我国亟需发展的一项重大战略性工程。本文主要研究空间信息网络的架构,以及适应业务多样性的卫星网络QoS路由算法,以及链路切换控制策略。论文主要的工作和成果包括:(1)提出了一种基于SDN的空间信息网络架构设想,该架构有效的解决了现有网络存在的卫星负载受限,网络管理不灵活,地面布站受限等问题。该架构采用SDN “控制转发分离”的核心思想,将复杂的计算功能从卫星中抽离出来,中低轨的卫星只负责简单的数据转发,对地静止的GEO卫星还负责全局视图的收集,主要的控制功能由计算能力强大的地面基站负责;卫星与卫星之间通过星间链路互联互通组成网络,使得卫星系统可以成为一个独立的系统,减少对地面站的依赖。(2)提出了一种基于线性规划与遗传算法的QoS离线路由算法,仿真证明,该方案有效的降低了丢包率、链路拥塞率、呼叫阻塞率。该算法采用了虚拟拓扑策略来隐藏卫星网络的动态性;为了能够满足多种业务需求,本文采用多QoS度量指标,然后采用遗传算法来进行路由选择,遗传算法作为一种启发式算法,所以能很好的根据历史数据做出较好的QoS路由选择,进而可以降低拥塞,并能平衡网络负载,因此本算法在满足QoS多度量的条件下,能取得很好的效果。(3)提出了一种基于SDN流表的链路切换控制方案。该方案有效解决了链路切换时造成的通信中断、信元丢失、信令开销过大和流表更新不一致的问题。在链路切换之前,保持原有链路的连接,直到新链路稳定之后,才断开原有链路的连接,实现“无缝切换”,能降低通信中断的概率,减少信元丢失数目;由于卫星网络的拓扑变化是一个渐进的过程,为了降低信令开销,控制器可以比较已有流表项和新计算的流表项,只发送改变了的流表项。来减少了对其它未中断链路的影响,减少ISL链路资源的消耗以及信令资源的消耗。另外,可以利用卫星网络拓扑的周期性和可预测性,提前部署好路由信息,保证信息更新的一致性,降低路由环路的可能性。论文的结构和各章节内容安排如下:第一章介绍了论文的研究背景与研究意义,并分析了空间信息网络的国内外研究现状,以及卫星组网的关键技术。第二章首先分析了空间信息网络的框架选择,说明了软件定义网络应用于空间信息网络的优势;然后介绍了适合我国的卫星星座选择;之后分析了空间信息网络的控制器部署方案;最后提出基于SDN的空间信息网络架构,从物理和逻辑上对该架构进行了详细介绍。第三章分析了卫星网络QoS路由算法相关问题,重点分析了拓扑控制策略和QoS度量方案。第四章首先分析了本文提出的卫星网络拓扑模型,然后对QoS路由算法建模,给出了 QoS约束模型、优化目标模型,并给出了该算法的数据结构模型,然后给出仿真系统的实现和配置信息,通过仿真分析了该算法的特点。第五章针对卫星网络中的链路切换问题和SDN流表项的“优先级”和“超时”字段,提出了基于SDN的链路切换控制策略。第六章为本论文的总结与展望部分。