随着宽带卫星通信系统加上空间网络技术的不断突破,卫星通信进入互联网应用时代从理想变为了现实,低轨道卫星在未来5G甚至6G的发展过程中将扮演重要角色。而软件定义网络(Software Defined Network,SDN)控制转发分离、编程接口开放化和控制集中化的三大特点为未来低轨道卫星网络的发展方向提供了新的思路。首先,本文在介绍SDN的空天地网络系统的发展现状的基础上,分析了以OneWeb为代表的低轨道卫星网络在现有的传统卫星网络架构下所面临的各种问题,而SDN的思想与空间信息网络的有机融合可以有效解决网络管理难度大和网络资源受限等问题,为空间网络未来的发展带来新的机遇。其次,设计了基于SDN的OneWeb系统网络架构,分析了将SDN的思想应用于OneWeb低轨道卫星网络的优势,详细介绍了系统地面站、OneWeb卫星等各个部分的工作流程。在此基础上,对控制器系统进行了设计,其中重点对控制器的部署方式、模块化的设计方式和南向协议的选择进行了讨论,以便其适用于本文所设计的空天地网络环境;随后对控制器中的基础模块进行了分析,对链路发现、路由功能和切换功能模块进行了设计,并基于POX控制器实现了一个适用于本课题的SDN控制器。然后,针对路由功能模块,对比两种不同的拓扑虚拟化方法后选择使用基于网络拓扑时间虚拟化的路由方法;利用网络仿真软件Mininet和所设计的改进的POX控制器,对比了最短路径算法和Ecmp算法下端到端的吞吐率,针对星地间链路可能存在的链路不稳定的情况,实现了基于Ecmp算法的端到端的吞吐率优化算法,验证了该算法的有效性和可靠性。最后,针对切换功能,利用Mininet-Wifi模拟了OneWeb卫星对地面基站的硬切换过程。提出了基于流表提前下发的硬切换算法,实验表明新提出的算法能够在一定程度上降低卫星对地面基站的切换时延和丢包率。