空间探索和开发利用的进展使空间任务复杂性不断增加,原有的点到点通信方式已经不能适应现有和未来的空间任务,空间通信正在向更高水准的网络化方向发展。然而空间任务的需求与成本的矛盾突出,迫切需要提供有效的而且是比较经济的通信手段。因特网和商业卫星通信技术的发展为空间通信提供了新途径,如何将在因特网和商用卫星通信系统中所取得的革新技术用于基于空间卫星的数据通信,进而构建天地一体化的网络环境是当前的一个研究热点。本文分析空间通信的需求和特点,研究在空间通信中采用IP技术的可行性,探索适合空间环境的通信模型、网络基础设施和空间任务信息传输的服务质量保证技术。论文的主要成果和创新点如下:(1)提出空间任务与通信分离、以IP技术为基础提供空间信息传输服务的通信方式,并给出了采用因特网和IP网络技术的空间通信模型。在详细分析空间通信标准、IP基础理念和技术以及空间无线和光通信技术发展趋势的基础上,指出空间通信迫切需要成熟的网络协议来支持不断增长的空间任务通信需求,IP可以适应空间通信的需求,可以把IP协议融入空间通信标准中,未来的空间通信应从空间任务中独立出来,由因特网服务提供商提供,走商业化的道路。(2)详细分析了IP的QoS控制机制和体系架构,提出了采用因特网提供空间任务信息传输的服务质量保证模型,并在此基础上,研究空间链路特性,利用经典的控制论方法,提出了适应带宽变化的地空链路共享和基于管理域的带宽重分配算法。该算法根据输出缓存的动态参数判定链路因抗干扰技术带来的链路带宽变化,通知调度器调整调度时机;能够根据用户需求,对变化带宽基于管理域进行重新分配,既能为共享链路的各个用户提供QoS支持,又能保持较高的链路利用率。理论分析和仿真实验表明了该控制算法的有效性。(3)研究了美国宇航局(NASA)现有的空间网络、商业卫星群空间网络原理以及商用系统为空间任务提供通信服务过程中存在的问题,分析了空间通信特点,提出了基于环状的层次空间通信模型。该模型面向空间任务,采用轨内星间链路连接相同轨道卫星构成卫星环,以卫星环的方式为与其轨道倾角在一定范围内同向转动的航天器提供接入服务,高轨道卫星环通过环间星间链路和地空链路为低轨道卫星环提供互联服务和接地服务,这样可以减小因航天器和通信卫星间相对移动造成的频繁切换和较大的相对速率变化所带来的不利影响,从而提升通信系统为用户提供服务的能力。构建了空间模拟环境,用以分析所提出的模型的合理性,也为进一步的研究提供了基础的仿真试验平台。