低轨遥感卫星在农业观测、城市管理、防灾减灾等领域发挥着巨大作用。近年来,伴随着网络技术以及星载处理器、星载路由器等卫星载荷的进步,搭建低轨遥感卫星网络受到各个国家和商业公司的高度关注。作为空间信息网络(Space Information Network,SIN)的基本组件,低轨遥感卫星网络通过遥感数据的在轨获取、处理与分发,提供网络化的遥感数据服务,拥有着巨大的商业前景以及极高的国家战略地位。然而,低轨遥感卫星网络的节点高动态、链路间歇性、终端与卫星切换频繁等特点使得卫星组网面临多种挑战。本文针对低轨遥感卫星组网的上述挑战,提出融合了动态路由、弹性传输、内置移动性以及主动安全的弹性增强的低轨遥感卫星网络架构,从路由、传输、移动性管理以及网络安全四个方面提出四项组网关键技术以应对组网过程中面临的多种挑战,通过关键技术的协同实现低轨遥感卫星网络的高效、弹性、可靠、安全传输。本文的主要研究内容包括:(1)弹性增强的低轨遥感卫星网络架构研究。将动态路由、弹性传输、内置移动性和主动安全等关键技术融合进低轨遥感卫星网络中,从路由、传输、移动性支持、安全等方面全方位地增强低轨遥感卫星网络的弹性,使得卫星网络在复杂的空间环境中依然可以保证高效的路由与传输、无缝的终端访问切换、高可靠的网络数据安全与传输安全。(2)低轨遥感卫星网络的动态路由、弹性传输、内置移动性机制研究。采用基于全局唯一的设备标识(Global Unique Identification of Equipment,E-GUID)寻址的方式,针对低轨遥感卫星网络的节点异构、传输间歇性、终端切换频繁等挑战,提出三项关键技术以提升路由、传输、移动性的弹性,即通过提出基于路径质量辅助和生存时间感知的动态路由算法、逐跳弹性传输机制、存储辅助的内置移动性方案以实现低轨遥感卫星网络弹性、可靠、高效的星间与星地数据传输。依赖MATLAB、Satellite Tool Kit(STK)搭建了基于树莓派的低轨遥感卫星网络半实物仿真平台,利用仿真平台收集的真实数据评估了提出的弹性增强的低轨遥感卫星网络架构及关键技术的性能与开销。仿真结果显示,提出的低轨遥感卫星网络组网关键技术的信令开销、存储开销、能源开销均较低,在突发事件发生后,提出的协议与算法能够很好的感知拓扑变化并保证传输的高效性与可靠性。(3)低轨遥感卫星网络中基于临时路径区块链的全路径主动安全框架。针对现有卫星网络安全机制存在的安全机制孤立、端节点布置、检测颗粒稀疏等挑战提出一个基于临时路径区块链的主动安全框架,保护低轨遥感卫星网络的整条数据传输路径。通过建立临时路径区块链(Temporary Path Blockchain,TPB),用于记录和审计传输过程中路径上各节点行为,区块链的防篡改、可追溯属性保证了记录的可靠性。通过基于节点信用的权益证明(Proof of Reliability,PoR)算法来实现全路径安全策略共识。通过内置在TPB中的安全审计策略,实现全路径节点对于传输路径的协同保护。本文还给出了 TPB针对低轨遥感卫星网络中存在的中间人攻击和Coremelt攻击的具体应用实例,对Coremelt攻击检测算法进行仿真实验,实验结果表明,本文提出的主动安全架构能够及时有效检测和抵御低轨遥感卫星网络中的Coremelt攻击。(4)星载路由器的原型系统研制。依托于中国科学院重点部署项目,采用CPU+FPGA的硬件模式,根据低轨遥感卫星在轨自组网的星载路由器需求,研制具备在轨组网、高速转发、移动性支持、远程控制、故障恢复、版本升级等能力的低轨遥感卫星星载路由器。本文给出了星载路由器的功能和性能测试方案与具体步骤,测试结果证明研制的星载路由器满足低轨遥感卫星在轨自组网需求。