随着移动数据流量和移动终端数量的爆炸式增长,传统蜂窝通信系统在实现低时延、高吞吐量的内容分发方面正面临着前所未有的挑战。传统蜂窝网络由于基站负载能力、频谱资源及回程链路资源受限,不能有效保证用户的服务质量。蜂窝与终端直通(Device-to-Device, D2D)混合网络的提出能有效提高频谱资源利用率、均衡网络负载和提升用户体验。然而,随着内容服务的日益流行,用户间越来越普遍的内容共享需求也带了传输内容冗余、网络负载失衡等问题。在蜂窝与D2D混合网络中引入内容缓存机制,能够有效提升网络容量,减少内容传输冗余。然而设计内容缓存方案和内容分发策略时如何考虑缓存相关因素以提高系统效用、降低内容分发的能量消耗值得考虑。本文针对以上问题进行了研究,主要工作内容如下:第一,提出一种基于缓存容量限制的内容缓存方案,旨在利用D2D通信和内容缓存技术高效地实现用户间内容共享,提高系统的全局效用。首先描述了蜂窝与D2D混合网络中内容缓存的系统模型,分析了内容流行度和混合网络中内容缓存模式选择的相关内容。其次,建立了基于系统效用最大化的优化问题,该问题联合考虑了内容的大小、终端缓存容量和D2D通信范围等必要因素,并能够通过计算内容缓存概率优化系统效用。再次,针对所提出的问题,采用复杂度较低的离散二分搜索算法(Discrete Binary Searching Algorithm, DBSA)进行求解。最后通过仿真验证了该内容缓存方案的有效性。第二,提出了一种内容协作分发策略,旨在有效地实现内容共享,并降低混合网络中内容分发能消。首先描述了蜂窝与D2D混合网络中基于内容协作分发的系统模型。其次,提出了一种内容协作分发策略,该分发策略的目标为最小化网络总能耗,其中网络能耗包括簇头节点缓存内容时能耗以及内容转发能耗。再次,采用合作博弈理论模型对蜂窝与D2D混合网络中的内容协作分发问题进行建模,并提出了一种分布式分簇算法(Distributed Clustering Algorithm,DCA)对所提出的问题进行求解。最后,通过仿真证明所提算法能够有效的降低网络能耗,并提升了网络吞吐量。