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卫星网络因其覆盖范围大,受地面地理条件影响小等特点,是为地面通信设施难覆盖地域提供通信服务和实现应急通信服务的有效手段。近年来,许多国家和公司都提出建设新一代卫星网络的计划,掀起了卫星网络研究和建设的热潮。路由协议是实现卫星网络高效运行的关键,由于卫星网络具有拓扑快速变化、链路时延变化尺度大、节点和链路失效概率大、资源受限和业务负载动态变化等特点,构建高效、可靠和自适应的卫星网络路由协议面临诸多挑战。拓扑发现与路由构建是路由协议的重要组成部分,直接影响路由协议的功能和效率,本文针对适用于卫星网络的拓扑发现与维护和适应业务变化的路由构建两个方面进行研究,具体工作如下:首先,由于卫星网络中的节点始终处于高速运行中,并且不同节点的运动速度差异大,导致节点间的连接关系不断发生变化,网络拓扑始终处于快速变化中。因此,卫星网络的动态拓扑发现与维护困难,同时,现有路由协议的拓扑发现与维护算法直接应用于卫星网络会导致信令开销大以及链路利用率低的问题。本文针对上述问题,设计了基于预测的卫星网络拓扑发现与维护算法。该算法通过引入预测链路通断记录交换机制和自适应Hello报文发送机制,实现了任意卫星网络分布式动态拓扑发现与维护功能,同时保持了较低的信令开销。其次,卫星网络所承载的业务分布不均匀并且是动态变化的,仅依赖最短路径构建路由,极易使得网络部分区域负载过重而其他区域负载较轻的情况发生,导致网络性能下降。因此,本文在卫星路由构建问题中综合考虑了网络的负载和业务流量,引入强化学习机制对网络业务流量进行动态感知,设计了基于Q学习的卫星网络路由算法。该算法利用Q值来估计因业务传输而导致的网络路径代价的变化,根据网络业务流量来动态地调整数据报文的传输路径,提高了网络的传输效率。在该算法中,Q估计值的初始化,以及在网络拓扑变化时Q估计值的调整,均利用时间聚合图模型实现,这可以防止因链路失效而导致网络路由环路的形成,避免了由于网络拓扑变化而导致的路由震荡的发生。该算法引入了剩余缓存作为惩罚因子,实现了卫星网络的负载均衡和拥塞避免,提高了网络的性能。最后,本文设计并实现了卫星网络路由协议仿真平台,该仿真平台由链路模拟系统、节点仿真系统和性能评估系统三个子系统组成。在仿真平台上结合本文设计的这两种算法,实现了一种分布式的卫星网络路由协议,设计了测试场景,搭建了测试环境,测试了该分布式路由协议的功能和性能。