深空Ka波段数据通信，与C/X/Ku波段相比，因其可用频段较宽且码间干扰较小等优点，已成为当前深空数据通信的主流。但是，Ka波段链路存在受地球天气变化影响而可用性降低，导致数据传输过程需要频繁切换，进而造成数据传输效率下降。另外，深空通信距离极远所造成的误码率高、传播时延长、链路易中断等通信困难，使得空间数据咨询委员会所建议的文件传输协议(CFDP, CCSDS File Delivery Protocol)在深空数据传输任务中的效率急剧下降。因此，需要针对深空Ka波段下的文件传输协议做出相应的改进，以匹配未来高质量空间数据传输的业务需求。本文首先将中继星节点存储-转发机制引入深空AWGN信道，将原有的单跳链路变为双跳链路，缩短点对点链路的通信距离，降低数据分组的错误概率。并设计了相应的协议改进策略，从而减少长距离条件下CFDP协议的传输时延。文中设计了基于“等待EOF”与“非等待重传PDU”两种机制共同作用下该协议的存储-转发策略，建立了相应的时延性能的理论分析模型。理论与仿真结果表明：在深空信道环境下，通过优选中继点位置，本文提出的中继协议改进方案较传统的直接传输方案、放大转发方案和译码转发方案在传输时延方面获得几十到几百a.u.(1a.u.=480sec)时延的减少量。其次，基于中继协议和深空Ka波段特性，进一步提出一种新颖的基于高带宽、天气波动敏感的Ka波段深空链路的中继CFDP协议。此方案将深空链路划分为天气敏感链路段和天气不敏感链路段，以双跳传输方式代替传统的单跳链路传输。文章给出了所设计协议的详细传输机制，并对Ka波段信道下深空文件的平均传输时延和链路效率进行了数学建模。基于此数值模型，讨论了关于最小化的文件传输时延的中继节点位置问题。此外，我们还对一些实践价值较高的空间中继卫星位置(如：拉格朗日点等)部署本协议方案进行数值仿真。仿真结果表明：与传统的CFDP协议方案相比，特别是在信道环境恶劣情况下，此协议方案能有效地减少几a.u.以上的文件传输时延，同时还能有效地提高10%以上的链路效率。最后，对CCSDS建议的未来空间通信的发展趋势——容延迟/中断网络(DTN, Delay/Disruption Tolerant Networking)进行了初步研究。空间DTN通信节点的内存特性和能力成为决定空间DTN网络数据传输质量的关键因素之一。本文提出了一个基于多维马尔可夫链的数学模型用于评估空间DTN中间节点的动态内存特性。同时，通过建立时延性能评估模型和bundle投递成功概率评估模型来分析中间节点内存的动态特性。数值仿真结果表明：(1)源文件被拆分成的bundle越大，造成的中间节点高内存占用(内存占用率>=90%)时间就越长；(2)DTN中间节点内存占用时间受bundle大小的影响比受LTP segment大小影响更显著；(3)在给定bundle生命周期的情况下，相对LTP segment大小的影响，bundle的投递成功概率更取决与bundle大小，而不是LTP segment的大小。