多媒体内容传输占据了移动互联网流量的主体。但是,移动通信中过高的流量资费抑制了用户的内容需求。本论文根据移动通信网络的特点,以跨层设计的方式提出了两种分别针对上行和下行链路的机会无线内容分发网络的设计,目的是通过发现并利用移动通信网络中的冗余资源,实现较低成本的内容分发。上行机会内容分发的基本原理是利用网络开放性基础设施(如开放接入的微基站或WLAN热点)带来的低成本接入机会,当用户移动进入开放性小区后再上传内容。为了提高上行传输效率,我们引入了用户协作机制,允许多个协作用户接收本地广播并缓存内容,进而借助多个用户的独立移动性增加上行接入机会。我们首先对上行设计的协议流程进行了描述,并进而提出了一个融合排队论模型和随机几何干扰模型的分析框架,从理论上深入分析了上行内容分发的性能,揭示了用户和基站密度、传输功率、用户移动性、和报文段长度对吞吐量-时延关系的影响。我们的研究发现在排队平衡的条件下,单用户最大吞吐量上限为0.7239λo/λu bits/s/Hz,其中λo和λu分别表示基站密度和用户密度。下行机会内容分发网络的基本原理是通过动态感知网络中冗余容量的状况,结合用户的内容订阅情况与浏览习惯,利用冗余容量向用户进行弹性、低成本的内容预推送。在下行链路中,我们建立了融合应用层和物理层设计的跨层系统模型,并将内容分发问题建模为一个随机系统中的期望最大化问题。我们系统性地分析了冗余容量、推送时隙、用户数对系统分发成本的影响,也研究了用户到达率对机会内容分发效果的影响。通过数值分析,我们验证了常规流量占比、推送时隙和用户数对系统预推送成本影响的关系。我们提出的两种方案能够充分利用移动通信的特点来对内容分发网络进行优化设计,为新型移动内容分发系统的研发提供了有益的理论参考。