随着航天器、人造卫星和空间探测器的快速发展,人类对空间探索进入了全新的时代,保证空间信息高效可靠的传输,是当前卫星网络的重点。而地面英特网的快速发展,催生了建立一体化通信网络的强烈需求。一体化网络可以通过天基网络对地球建立无缝覆盖,一方面可以缓解地面骨干网的传输压力,另一方面,还可以对无法铺设光纤以及建立基站的海洋和地区提供网络的接入,此外,一体化网络的研究对国家的军事部署也有着重要的战略意义。因此,发展和建设一体化网络是未来航天活动和全球信息化的必然要求。一体化网络通过星际链路建立卫星网络,并且通过星地链路将地面网络和卫星网络融合。由于卫星始终处于周期性的高速运动状态,卫星网络具有可预见的特殊的拓扑动态性,这也导致了其体系协议与IP网络并不相同,在地面接入卫星的时候,协议的转换会造成额外开销。此外,天基网络业务分布不均,卫星所携带能量有限、处理能力不及地面设备,星际链路可能带来的高时延,都是一体化网络研究的所要考虑的重点。本文在此背景下,对空天一体化网络的关键技术进行了研究。文章首先介绍了空天一体化网络的体系结构和各项关键技术及其研究现状,然后基于该体系结构进行剖析,分别对空中网络和卫星网络的关键技术开展了相关研究。在采用TDMA进行接入的网络中,时隙分配算法扮演着重要的角色,针对空中组网的信道资源分配问题,本文设计了一种帧长可变的动态时隙分配算法DSAA-AF(Dynamic Slot Assignment with Adaptive Frame),DSAA-AF根据网络中的业务情况调整一帧内的时隙个数。通过仿真对比可以看到,DSAA-AF在时延、丢包等方面具有一定的提升。对于卫星网络来说,IP化是趋势,一种新的路由算法则是重点研究对象,本文基于卫星网络的特性,利用IP中的多拓扑技术来解决卫星网络的流量优化和抗毁问题,分别提出了两种快照内的路由算法SMTR-OD和SMTR-LB。同时为了减少快照切换导致了路由开销,提出了算法SMTR-SS。文章在OPNET中分别实现了三种算法的仿真,在时延、链路负载等方面进行了对比。结合项目需求,本文在第六章设计了空天一体化网络场景、卫星节点、以及空中节点,并且在OPNET中搭建了仿真平台,对相关指标进行了分析。