在卫星网络系统中,由于地球表面卫星用户的不均衡分布,不同地区的卫星负载可能会有很大的不同,这将导致部分卫星的网络强度较高,部分卫星可能相当闲置,进而造成卫星系统资源的浪费,甚至可能无法满足网络QoS服务要求。针对上述问题,很多国内外研究人员尝试使用多层卫星网络系统进行数据协作传输和负载均衡,然而这些方案大多基于SOS(Satellite Over Satellite)多层卫星网络架构,将低层卫星的链路负载直接通过其管理者转移至高层卫星,这将进一步导致高层卫星管理者发生网络拥塞,进而导致高层卫星网络负载不均衡,并没有从根本上解决问题。本文针对MEO/LEO两层卫星网络架构,提出一种优化的网络拓扑结构,从优化卫星网络模型的角度来提高卫星系统的利用率。此外,本文提出了一种针对优化网络拓扑的路由算法和负载均衡OTLB(Optimized Topology based Load Balancing)算法,针对LEO层和MEO层分别提出相应的网络负载均衡和拥塞控制机制,从而保证QoS网络服务。本文的主要贡献如下:·本文构建了一种基于MEO/LEO的优化网络拓扑结构,赋予MEO层卫星两种角色:MEO管理者和中继MEO卫星。一方面,MEO层卫星作为一组LEO卫星管理者,负责该组LEO层的链路状态报告的收集和路由计算,另一方面,在该拓扑结构中为每一个LEO卫星择优选择一个中继MEO卫星节点,用以进行数据协作传输和网络负载均衡。·本文提出了中继MEO卫星的选择模式,根据两层卫星节点的链路状态报告和MEO与LEO卫星节点之间的相对位置关系,为每一个LEO卫星节点择优选择一个中继MEO卫星。在实现该方案的过程中,本文在LEO层和MEO层卫星的设计中添加相应的数据结构,以便进行网络拓扑信息存储,进而实现本文的网络路由方案。·本文提出了针对当前优化网络模型的路由方案。该路由方案包括路由计算、拓扑控制、卫星节点失效三个方面。本文提出了针对优化网络模型的跨层路由算法,同时针对中继MEO卫星提出相应的拓扑控制和卫星节点失效处理策略。·本文提出了OTLB负载均衡算法,包括基于中继MEO卫星的OTLB算法,和基于中继MEO卫星与MEO管理者的OTLB算法。上述两种算法均可以实现LEO层和MEO层的负载均衡。本文针对链路负载提出相应的阈值判断标准,并在不同的链路负载状况下使用不同的数据转发逻辑,从而实现LEO层和MEO层的网络负载均衡。本文扩展了NS2的相应lib库,在此基础上实现了基于MEO/LEO跨层路由和负载均衡算法,并进行相应的对比实验。实验结果表明,本文提出的路由协议和负载均衡机制具有较好的性能,可以提供QoS网络服务。