在移动通信系统的极速发展进程中,移动设备的数量以爆发式的速度增长。传统的语音业务正逐渐地被移动数据业务所取代,下一代移动通信系统(5G)将会面临巨大的挑战。为了解决下一代移动网络中巨大的数据流量带来的冲击,有效提高用户体验质量(Quality of Experience,QoE)并减少网络运营成本,发展高效的内容分发与缓存技术来减少冗余数据传输以提升移动网络性能势在必行。近年来新兴的移动云计算技术能够为数据内容服务提供充足的存储与计算资源,为互联网数据业务的发展提供了新的技术途径。由于目前的移动蜂窝网络采用集中式架构,系统中无线接入网、回程网络以及核心网络的无线链路容量与带宽实际上不足以应对移动通信系统中数据流量的增长。针对5G通信系统中海量的数据流量对移动通信网络的冲击问题,本文从以下三个方面对内容分发与缓存技术进行了研究:首先,我们对面向5G网络的内容分发与缓存的关键技术进行了调研。基于通信业界对于未来5G网络架构的共识,在前人研究工作的基础上,我们在本文中提出一种面向5G的分层次分布式云服务移动通信系统架构(HDCSN),该模型由云接入层(C-RAN)、分布式微云系统(DCSN),以及核心云数据中心(DCs)三个层次组成。DCSN由多个被部署到网络边缘的微云(Cloudlet)所组成,可以将DCs中的服务内容(Web、Video)提前部署缓存到本地微云服务器,以减少用户请求内容在网络中重复冗余的传输以减少网络流量,减少内容获取时延以获得更高质量的用户体验。在HDCSN架构基础上,我们提出一种合作内容缓存架构,基本思路是利用微云服务之间相互协作共享缓存内容。基于该缓存架构,我们提出一种最优化协作式内容分发机制,利用流行度区分内容,根据内容在系统中被请求、更新与新到达的情况进行状态变换,实施内容缓存的动态管理。我们基于内容状态建立并求解一个最优化模型,以得到最优的内容分发方案,在HDCSN中获得尽可能低的平均总传输时延。计算机仿真结果显示,本文提出的方案可以明显提高缓存命中率,减少网络流量和减少内容传输时延。另外,针对缓存内容的实时更新与节省网络传输开销的问题,我们在进一步的研究中提出了一种基于马尔科夫决策过程(MDP)的内容缓存与传输机制。在HDCSN架构基础上,该方案利用随机线性网络编码处理DCs中的数据内容,微云服务器预先在本地缓存数据服务(例如网页、视频等)的编码包,并同样采用流行度区分内容。我们提出了三种在贪心算法背包问题中的度量标准,并利用贪心算法基于MDP动态地进行缓存更新与数据传输决策,以最小化HDCSN系统中的平均内容传输开销。通过计算机仿真结果表明,本文所提出的基于MDP的缓存与传输机制能够有效地提高缓存命中率、减少系统中平均内容传输开销。