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为了应对移动网络流量爆炸式增长,满足各类新型业务需求,研究者们提出一系列基于软件定义的移动网络架构,希望利用软件定义网络逻辑上的集中控制等优势,简化网络管理,降低运营成本。然而,在如何实现网络流量的有效管理,提高用户体验等方面仍面临许多挑战。本文围绕网络侧的流量优化、移动用户侧的计算密集型应用和流量密集型应用优化等核心目标,以基于软件定义网络的合作缓存、合作迁移以及流媒体传输优化等三个方面为切入点展开研究,本文的创新点主要包括:1.针对网络侧流量优化,本文提出基于软件定义的合作缓存体系,通过在SDN控制器上部署缓存管理与调度策略,实现SDN交换机上内容的高效部署。本文将内容部署问题描述为多产品设施选址问题,设计具有1/2的近似比的松弛算法(Relaxation Algorithm,以及比RA算法计算速度快三个数量级的启发式算法(Heuristic Algorithm,HA),允许SDN控制器以更高的频率更新部署决策。基于实际流量的实验表明,系统具有很好的传输延迟优化效果。另外,基于Open vSwitch设计实现的原型系统证明了设计的可行性。2.针对计算密集型移动应用,本文提出基于软件定义的合作计算迁移体系框架,通过在SDN控制器上部署任务调度机制,实现移动节点间高效的合作任务迁移。本文设计了条件最优算法和能耗贪婪算法作为性能基准,并进一步设计了能耗比例公平的在线调度算法,实现移动设备能耗与网络对外流量消耗的折衷平衡。基于实际流量的实验表明,系统在有效控制网络对外流量的前提下实现了更好的移动设备节能效果。3.针对流量密集型移动应用流媒体,本文提出了基于软件定义的流媒体传输优化调度策略。该策略基于SDN控制器记录的用户行为统计用户观看视频的退出概率,对缓存进行管理。本文将该问题建模为依赖背包问题,基于滚动时域控制理论设计在线调度算法。基于实际用户观看行为数据的实验表明,与传统的下载策略相比,该算法在提高用户QoE的同时可以节约用户流量30%。