近年来,随着移动终端技术的发展,移动通信业务扩展迅速,尤其是由视频等多媒体业务产生的数据量正呈爆炸性增长。5G移动通信网将在2020年投入部署运营,为人们提供更快速、便捷的网络生活。同时,随着卫星通信技术的发展以及用户对接入网络需求的增加,卫星与地面通信网络协作传输数据将是未来移动通信的趋势。卫星移动通信系统具有覆盖区域广、不受地理限制、通信频带宽和传输容量大等特点,是下一代移动通信系统中不可或缺的部分。5G移动通信网络与卫星的结合将为人们带来更便利、更全面的网络生活,但同时也将面临更大的数据传输挑战:星地回传网络间重复信息的传输将占用有限的带宽资源,造成无线资源利用率较低的问题。在地面的通信网络,如互联网,网络缓存已被证明是一种有效的提高网络吞吐量和降低时延等性能的方法,且针对地面通信中的缓存研究已较为成熟。因此,本文将缓存技术应用于星地回传网络中,并在此基础上提出优化的缓存内容分配与替换策略,能够解决数据传输过程中造成的星地回传链路利用率低、用户请求时延大等问题。本文首先对卫星回传、5G网络架构与关键技术,以及基于ICN的高速缓存技术进行了研究与整体概述,对5G-卫星回传网络中的数据传输问题进行分析,介绍了运用基于ICN架构的数据缓存策略能够适应未来5G网络高容量、高扩展性的业务需求。为提出星地回传网络架构以及优化的缓存策略提供了理论支撑。针对5G-卫星回传网络中传输效率较低、用户平均时延较大的问题,本文首先提出了一种用于数据传输的5G-卫星回传网络架构,从核心网以及内容服务器的角度来制定卫星及地面相关的网络架构融合,采取卫星与地面通信网共用核心网的方式实现星地通信,且配置内容服务器实现文件内容的缓存。其次,本文在分析了 5G基站各节点与卫星节点间协作关系,完成星地协作缓存问题建模的基础上,提出基于模拟退火算法的协作缓存分配算法,优化了基站及卫星节点中缓存的文件类别,并通过仿真对比验证了所提方案能够实现最小化用户平均时延的目的。考虑到5G-卫星回传网络的多级缓存架构以及在一段时间内文件流行度动态变化的问题,提出了基于LRU的多级缓存替换策略,通过理论分析以及将所提方案与随机缓存替换、基于LFU的缓存替换的仿真结果进行对比,验证了所提方案对进一步降低用户请求时延、提高请求命中率等节约无线资源消耗的性能方面具有显著的提升。