随着无线通信技术的迅猛发展与移动互联网、物联网服务的不断延伸,低轨卫星网络以其广泛的覆盖面积、相对较低的传播时延、灵活的组网方式与越来越低的卫星发射及使用成本,逐渐从传统地面通信网络的补充演变为人们日益增长的通信需求的新的主要承载,同时也成为未来天地一体化网络的重要组成部分。移动性管理技术是低轨卫星网络的基础与支撑性技术,其保证了用户在移动过程中会话的连续性。在保证功能性外,当前针对低轨卫星网络移动性管理技术的研究更侧重于性能的提升,考虑到低轨卫星网络所具有的特点,如网络拓扑高动态性、卫星对地高速相对运动造成用户的频繁切换等因素使得传统移动性管理技术的时延指标不再满足未来网络中低时延应用的要求。同时,我国低轨卫星网络建设还面临着地面站部署受限的附加限制。因此,以我国天地一体化网络建设项目为背景,设计一套适用于低轨卫星网络的低时延移动性管理方案具有较高应用价值与研究意义。本文主要研究工作与成果如下:阐述了移动性管理技术原理并对其在低轨卫星网络环境中的发展现状进行综述、分析了当前低轨卫星网络移动性管理方案同时指出其不足并明确了本文研究课题需解决的问题。具体地,本文研究了四种典型的移动性管理协议,详细分析了协议交互机制并对各协议的切换时延指标作了定量分析。分别从定量与定性的角度分析了移动性管理协议从哪些方面影响了用户的通信时延,并据此总结出低轨卫星网络中移动性管理协议时延优化所面临的问题,并通过仿真直观地展示了低轨卫星网络环境下前文总结的问题对四种移动性管理协议下用户端到端通信时延的影响。本文特别针对移动性管理协议时延指标作出优化,提出了一种基于分簇的低轨卫星网络分布式移动性管理方案,能在无需全球布设地面站的条件下实现对移动用户的分区域位置管理。方案主要创新点包括:1.基于地理位置区的卫星网络分簇设计。该设计增加了卫星网络对地面移动用户的服务时间从而降低了移动用户的切换频率。2.移动用户状态信息簇内共享机制。该机制在缩短协议切换处理耗时的同时能有效避免因簇规模过大而导致的地面移动用户信息在簇内过于频繁地同步的问题。3.网络边缘用户“虚切换”机制。该机制避免了因地面管理区与卫星覆盖区不一致导致的网络边缘用户被动切换时会话中断,降低了用户通信时延。4.分布式移动性管理架构。能有效解决现有集中式移动性管理技术中普遍存在的次优路由、单点失败等问题,降低了低轨卫星网络中用户端到端通信时延。同时,为准确描述用户在低轨卫星网络中的行为,本文建立了卫星星群服务时间模型与移动用户会话模型,在此基础上对方案关键问题进行了详细地数学分析并对协议切换时延进行了量化分析。最后,本文在早期开源项目OAI-PMIPv6基础上对源代码进行大量改造、适配与功能添加,实现了本文方案策略并使其能运行于当前Linux开发环境。此外,本文设计并搭建了方案测试与验证网络,验证了方案的可行性与功能完整性。