移动自组网(Mobile Ad-Hoc Network,MANET)是一种不依赖基础网络设施的无中心分布式网络,它因部署条件灵活而被广泛应用于各类通信场景。然而,作为一种无线网络,MANET存在时频资源受限问题,当网络规模增大时,大量的路由开销将导致通信资源面临瓶颈。对此,一种有效的思路是在MANET中构建虚拟骨干网,借助虚拟骨干网实现高效的路由发现与数据中转。然而,现有的虚拟骨干网构建算法大部分是基于理想信道的图论研究,未考虑信令交互丢失以及通信资源有限等问题。因此,本文针对大规模MANET实际场景,设计适用于工程部署的虚拟骨干网。本文充分考虑了控制信令交互以周期广播为主、业务数据传输可靠性要求高的特点,设计了一种基于CSMA/动态TDMA的混合时帧结构,提供高效的时隙空分复用机制。基于该结构,本文提出一种虚拟骨干网快速构建算法,算法充分考虑了实际场景中信道非理想的问题,制定高鲁棒性的信令交互机制,实现虚拟骨干网整体的快速构建以及单节点的快速接入,建成的虚拟骨干网拥有较少的骨干节点数,且能够有效维护动态拓扑下网络的连通性。在此基础上,本文进一步提出基于虚拟骨干网的混合路由协议VB-AODV,协议主动维护骨干节点间的高频路由,并借助虚拟骨干网链路完成高效的按需路由发现。本文利用网络仿真平台对虚拟骨干网构建算法的性能以及VB-AODV的路由性能、吞吐量、丢包率、时延等指标进行仿真验证。仿真结果表明,本文提出的虚拟骨干网构建算法具备快速构建优质虚拟骨干网和有效维护动态网络拓扑的能力;而相比于传统自组网中的AODV,基于虚拟骨干网的VB-AODV协议在节省了大量路由信令开销的同时拥有更快的路由响应速度。