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随着互联网的迅猛发展,在线视频已经成为当前互联网数据流量的重要组成部分。大量的视频内容以及爆炸式发展的视频服务需求,使互联网承受着巨大的压力,内容分发网络(Content Distribution Network,CDN)已成为提供此类内容服务的主要技术。相对于传统网络架构,CDN能够减少用户访问延时,均衡服务负载,降低网络访问成本,提高用户体验质量(Quality of Experience,QoE)。传统CDN的研究主要集中在请求重定向、内容缓存与分发以及服务器的部署,并且已经进行了较多的研究,但是在新的网络环境和新的应用业务需求场景下(如,直播、短视频等)传统的算法已经不能满足现有网络的需求,现在的CDN技术面临了:(1)在数据中心虚拟化的潮流下,多内容提供商(Internet Content Provider,ICP)共用服务器时,由于对底层物理资源的不合理的利用,从而造成了资源浪费;(2)由于直播应用和短视频应用的发展,视频内容碎片化和内容的繁多且更新迅速,从而导致CDN的频繁重定向和内容缓存的频繁更新;(3)在移动互联网场景下,用户的移动性带来内容的请求动态性,导致频繁的重定向和内容缓存的频繁迁移和更新。目前大多数内容服务器(Content Server,CS)的部署与路由控制分别由CDN和互联网服务提供商(Internet Service Provider,ISP)独立运行管理,因此服务器的部署会影响网络节点之间的流量需求矩阵,很难最大限度的发挥ISP所管理的流量工程(Traffic Engineering,TE)在内容传输网络中的作用,并且在多ICP的场景下此问题更加明显。目前CDN主要通过请求重定向将请求分配到合适的服务器进行服务器负载均衡,对于请求内容未命中时的内容更新的负载均衡研究较少,视频内容碎片化和用户移动性会导致内容的频繁更新,目前的内容更新主要通过最近服务器或者从源内容服务器(Source Content Server,SCS)获取更新,当需求不均衡时,很可能致使一些服务器过载从而降低CDN的服务能力。针对上述问题,本文首先在ISP和CDN共享链路状态前提下,考虑将用户对多个ICP的需求以小区为单位进行聚合,然后再根据网络拓扑及小区的个性化需求,以最小化联合部署成本为目标进行内容服务器的部署、内容的缓存及传输路由的联合优化。在满足带宽和存储等资源受限的前提下,建立数学模型,提出了基于混合遗传模拟退火算法、预筛选策略和残余带宽修正策略的部署方案并进行仿真验证,结果表明该部署方案能够快速有效的降低部署成本及缓存冗余。接下来,针对碎片化的内容和各种直播类内容的动态性和实效性而无法总是缓存,导致服务器频繁更新的负载不均衡问题,本文研究在协作式缓存网络中多用户进行并发请求且未命中时,考虑使各个更新内容服务器负载均衡的目标前提下,然后考虑如何提高请求接受率的同时最小化更新路由成本。在满足内容服务器负载和链路带宽的限制下,建立数学模型,提出了基于混合遗传模拟退火算法的内容服务器负载均衡策略和基于贪心策略算法的最小成本路由策略,并进行了仿真验证。结果表明负载均衡部署方案能有效控制服务器间的负载均衡度,并且通过链路分裂策略和相同内容链路聚合策略后,请求的接受率和部署成本有明显收益。