随着飞艇、无人机、船舶、车辆等天空海地高速移动设备的联网需求增加,终端节点的分布已由平面向三维立体空间扩展。多无人机组成的无线自组织网络,是一种以能够在任何地方进行测量以及在高度受控的空域飞行的无人机为中心的自配置网络,可作为空天一体化网络中的关键中间架构。特别地,本文研究面向那些以运行在三维环境中的无人机为主要通信载体,以自组织方式实现设备间组网,且满足高动态特征的无人机网络,它们可以看作是三维高动态网络的一种特殊形式。对于三维高动态网络,网络拓扑结构随时间剧烈变化,动态特性明显,用于数据传输的有效路由协议对其广泛使用至关重要。鉴于三维高动态网络工作环境及场景的特殊性,网络中的节点在承担数据转发任务时可能会故障频发,这会使得分组丢失或传输超时,造成无法预估的后果,此外,该网络的带宽资源亦非常有限。针对以上问题,本论文从以下两个方面进行研究:首先,为缓解现有地理路由协议应用于三维高动态网络所造成的频繁节点失效问题,本文设计了一种三维高动态网络下的可靠度感知的贪婪多播路由协议(Reliability-Aware Adaptive Greedy-Multicast Routing Protocol for 3D Highly Dynamic Networks,RAGM-3D),内容包括:(1)根据网络特点,设计合适的指标对下一跳节点作初步筛选;(2)基于网络状态,建立可靠度评估模型对节点的实际转发效果作评估;(3)区分主节点和备用节点,基于主节点的可靠度提出动态策略来选择下一跳转发节点。以此为基础,对所设计的RAGM-3D协议在分组投递率、平均端到端时延和路径开销三个方面的性能进行了分析,并对以上三个性能指标进行仿真评估,结果体现出了RAGM-3D的综合性能优势。其次,为进一步提升路由质量,弥补定期信标策略产生的额外网络带宽以及不准确位置信息缺陷,本文提出了一种包含两个能用于触发信标广播机制的增强型自适应位置更新机制(Enhanced Adaptive Position Update,EAPU),其中,能触发信标广播的机制分别为移动预测机制(Mobility prediction,MP)和按需学习机制(On-Demand Learning,ODL)。MP机制以信标生成速率与节点更改速度或方向等运动特征的频率相适应为目标,基于线性运动方程式评估节点的预测位置与实际位置的误差是否大于模糊逻辑系统输出的可接受误差值,以此决定是否触发信标广播。ODL机制是为了弥补MP机制对数据传输节点的拓扑更新不敏感而提出的,该机制创新地定义了信标发送标志位forbidden来关闭数据频发区域中非转发路径上节点的信标分组产生,同时,令那些位于数据转发路径上有大量数据转发的网络节点能拥有更丰富的本地拓扑视图。在此基础上,定义了未知邻居和过期邻居概念,并对信标开销和本地拓扑精度进行了理论分析。最后通过仿真验证了三维高动态网络下EAPU机制在平衡网络开销和位置精度方面的优越性能,并且路由的整体性能也得到了提升。