空间物联网（Space Internet of Things,S-IoT）是在卫星物联网和地面物联网研究基础上发展并响应我国对于天地一体化信息网络建设的重大信息基础设施。加速发展S-IoT,建设空、天、地、海一体化网络是未来移动通信的必然发展趋势。S-IoT具备广域覆盖特点,能够突破传统地面物联网的局部碎片化网络特征,提供全球无缝覆盖、“随遇接入、按需服务”的接入能力。但是,目前大规模IoT设备的高效接入仍然是一个开放难题。本文面向未来S-IoT广域覆盖下大规模IoT设备的高效接入需求,创新性的提出了多时隙导频分配（Multi-Slot Pilot Allocation,MSPA）随机接入协议,在保证设备满足给定接入失败概率需求的同时,能够显著提升系统的吞吐量。进一步,考虑具有不等接入时延需求的混合终端接入场景,根据接入时延需求划分设备的优先级,在MSPA协议基础上为不同优先级设备按需分配资源实现适配的分组接入,实现了具有不等接入时延保护机制的MSPA随机接入方案。具体研究内容如下:结合未来S-IoT面向大规模机器类型通信（Massive Machine-Type Communication,mMTC）的短突发业务接入需求,针对星地链路长时延的限制,提出了基于竞争的多时隙导频分配随机接入协议,分析了 MSPA协议的接入流程。引入功率控制协助卫星接收端对导频类型检测,并采用二分图和有限码长编码性能界研究了串行干扰消除算法中设备信息恢复过程,推导出用户设备平均接入失败概率和系统吞吐量的理论表达式。仿真结果表明,通过扩展接入时隙来增加设备接入机会,缓解了设备过载时的导频污染,相比于现有随机接入协议,MSPA协议保证设备接入失败概率需求的同时,进一步提升了系统的吞吐量。针对空间物联网业务多样化,用户设备往往具有不同的时延和可靠性需求特点,进一步研究了大规模IoT设备混合接入场景,按照设备接入时延需求划分设备优先级,在MSPA协议研究基础上为不同优先级设备按需分配资源实现适配的分组接入,实现了两种具有不等接入时延保护机制的MSPA随机接入方案:独立分组接入方案和扩展分组接入方案。推导了两种不等接入时延保护方案中不同优先级用户组的平均接入失败概率和吞吐量性能表达式,针对扩展分组方案提出了参数联合优化设计。仿真结果表明,相比于现有随机接入协议,分组接入设计方案可以有效避免不同优先级设备间的导频冲突,保证不同优先级设备在各自接入时延需求内高效接入。此外,扩展分组方案在独立分组接入方案设计基础上,利用高优先级设备的冗余导频资源,为低优先级设备提供卸载接入服务,缓解了低优先级设备的导频冲突问题,并确保低优先级设备以更短接入时延完成接入。具有不等接入时延保护机制的随机接入方案设计为应对未来空间物联网丰富的业务接入需求提供了参考价值。