在通信网络发展的时代背景下,无人机集群的组织模式向着网络化、智能化领域不断发展。无人机自组网是无人机集群组成的移动自组织网络,各个无人机节点采用多跳无线路由的方式进行通信,拓展了无人机网络的信息覆盖范围和通信距离,同时增强了网络的抗毁性和健壮性。无人机自组网的路由协议在传输路径和选路优化等方面,为控制消息和数据信息的分发提供建立、维护和路由决策。路由协议的性能很大程度上决定着无人机通信网络的性能,面向任务的路由算法设计是满足无人机网络任务传输需求和通信性能指标的关键。本文根据无人机自组网的特点和需求,主要研究工作如下:分析了定向组网模式的优势和存在的问题,紧密结合定向传输的特点,针对网络拓扑结构和传输业务的质量服务,研究了已有的无人机自组网的路由协议,重点研究了经典的按需路由协议AODV的原理、性能优势和不足之处,由于无人机自组网的拓扑变化、节点间链路稳定差,导致传输时延大、路由失效等问题,同时考虑任务传输的服务质量(QoS)要求。在此基础上,研究并设计了面向任务的跨层路由算法DABP-AOCR,该算法将MAC层所估计的定向链路可用带宽作为链路传输吞吐量的上限,将节点间链路层预测的可用带宽信息发送到网络层作为路由选择的判据,同时周期性更新邻居节点的信息保证路由有效性,实现对新入网业务的信道接入和路由控制,保障网络中已存在的传输业务的的QoS,避免了因链路断开导致的路由失效或者路由选择时负载不均衡导致的局部链路过热和带宽浪费。可用带宽预测和运动预测提升了全局网络的QoS性能。在预测定向多跳链路业务的实际带宽消耗时,该算法还充分考虑了多跳传输的定向传输“流内竞争”问题,使得路由决策更加稳定和可靠,同时提升服务质量。以数据分组到达率、平均端到端时延和路由开销为性能指标,在Aeronet网络仿真平台上对多种路由协议进行仿真并分析,仿真结果表明,相较于典型的移动自组网路由协议,本文提出的基于动态链路可用带宽预测跨层路由算法DABP-AOCR能够提升全网的传输性能,满足任务传输的QoS要求,有效地提高无人机自组网的分组到达率、降低平均端到端时延、减少路由开销。