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随着移动网络技术的发展和移动用户的增加，移动数据流量在近年来呈现爆炸性增长的趋势，巨大的数据流量和其高增长速度给现有的移动网络带来极大的压力。据相关研究表明，现有移动网络的能力和其发展速度已经跟不上移动数据爆炸性增长所带来的带宽需求。在移动网络中部署缓存被证明是一种减轻网络流量压力的有效办法，而在缓存节点之间引入缓存协作则能够更大地提升缓存的效率，更好地缓解移动网络的压力。 本论文针对移动网络中的缓存协作问题，主要开展了以下工作： (1)首先针对移动网络中RAN(Radio Access Network)层，研究了宏基站的之间的缓存协作问题。通过将RAN缓存问题映射为一个组合的多臂赌博机问题，提出了一种的分布式RAN缓存策略。进一步地，在该策略的基础上又引入了基站之间的缓存协作，提出了一种基于组合多臂赌博机模型的分布式缓存协作方案，并提出了相应的内容放置算法和请求路由策略。本问题中提出的缓存协作策略的优势在于，可以充分利用宏基站之间的直连链路实现缓存协作，并可以在内容热度分布未知的情况下做出缓存决策，较传统算法更加贴近实际应用。 (2)在RAN缓存协作策略的基础上，进一步针对RAN与EPC(EvolvedPacket Core)缓存并存的实际情况，对二者之间的缓存协作问题进行了研究，提出了一种层次化缓存协作框架。分析了内容放置和请求路由两个子问题有着不同的时间粒度，并在不同的时间粒度上分别对两个子问题进行了数学建模。对于内容放置，利用拟阵性质和子模函数性质，将其转化成了受限于拟阵约束的子模函数的最大化问题，给出的近似算法在最坏情况下可保证达到最优解的1-1/e。请求路由问题的解决则充分用RAN缓存节点之间存在的直连链路，提出了一种更为灵活的请求转发方式，实现了高效的请求转发。 (3)在RAN缓存协作策略的基础上，进一步将缓存进行了下沉，针对宏基站和Small cell基站组成的异构网络(Heterogeneous Network: HetNet)进行了缓存协作研究。明确了该场景的特殊性，即宏基站和Small cell基站相互覆盖，但二者又同时接入同一个上层节点，构成扁平拓扑结构。针对基站交叉覆盖的特点，提出了一种用户接入和请求转发的优先级模型。然后基于此模型在不同时间粒度上分别解决了内容放置和请求路由两个子问题，通过利用拟阵性质和子模函数性质，提出了有理论保证的近似算法分别解决了这两个子问题。