如今,无人机系统在军事和民生领域都得到了广泛使用,相较于单无人机,多无人机协同工作能更加有效、灵活、实用。由无人机组成的自组织网络可以看作是移动自组网的一种特殊形式,具有无需基础设施辅助、部署简单、扩展容易等特点。本文的研究内容是针对无人机飞行自组网由于节点高速移动链路易断裂,网络负载分配不均等问题,综合分析多种路由协议在无人机网络中性能的优劣,对使用范围较广的AODV路由协议（Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing,AODV）进行研究设计,使其在高负载和高移动性的无人机自组网中表现出更好的性能。针对AODV协议仅使用跳数作为路由选择的唯一判据,无法选择出网络中最稳定、质量最好的路由,以及使用单路径传输数据,无法很好的实现网络中业务量均衡分配的问题,本文将AODV协议与跨层优化设计、多度量权值优化、多径路由思路和负载均衡策略相结合,提出了CLB-AODV路由协议（Cross-layer Load-Balancing based AODV）。首先,CLB-AODV路由协议通过跨层优化设计,实现节点内部跨层信息共享;其次,为了选出链路更稳定和生存时间更长的路由,我们优化了路由判据的计算,综合考虑了节点能量、节点缓冲区剩余队列长度和相邻节点间的移动性,创建多条路由质量最好的路径进行数据传输;最后,为了实现网络负载均衡,新增Load报文来传递网络负载情况,通过活跃路径中节点的工作负载和路径跳数计算路径的负载代价,源节点根据不同路径的负载对多条路径动态分配数据流量,最终提升网络稳定性,减少端到端时延,降低发生网络拥塞的可能性。本文通过OPNET仿真软件设计CLB-AODV路由协议的网络模型,验证该协议的可行性,并与传统AODV协议进行对比,比较不同网络规模、不同节点移动速度和不同负载的场景下不同路由协议对网络性能的影响。通过对比吞吐量、平均端到端时延和路由开销的性能,证明CLB-AODV在高负载和高移动性无人机自组网中能有效提高吞吐量并减少传输时延,提升网络的稳定性。