随着无线通信业务流量的指数型增长,无线网络中宏基站与小基站异构部署成为提升网络容量、实现高速传输的主要手段。但与此同时,致密化、异构化的网络形态使得无线干扰环境变得更加复杂,无线资源的有效调度和控制变得十分困难,网络的能耗也随业务量增大而急剧增加。新型大连接、突发性、低速率的物联网业务也对网络造成了巨大的信令负担和承载压力。为了应对这些挑战,实现面向用户的高能效无线网络设计与适配服务,控制与业务分离的异构无线网络成为了下一代网络的主要演进方向。本论文从异构无线网络组网特性、卫星地面协作异构网络资源管理方法和异构网络存储管理方法的角度开展探讨,深入研究了控制与业务分离的异构无线网络的性能与资源管理方法。论文的主要工作和创新点包括:1.软件定义异构无线网络组网特性研究基于现网实测数据,分别提取出城区、郊区、密集市区的基站分布模型与典型参数,为全文理论分析提供模型基础。并基于该模型,从网络演进的角度提出了一种控制与业务分离的极简数据基站系统架构,给出了软件定义网络中的基站公共导频开销和回程链路代价,理论分析了基站同频、异频组网时网络性能与小基站发射功率、部署密度等网络参数的关联关系。结果表明通过控制面与业务面的有效分离,在给定网络负载率的约束条件下,较传统网络可大幅提升网络能效和覆盖概率。该结论与系统级仿真平台的仿真结果相互印证,并针对异构无线网络小基站超密集部署场景进一步优化移动性参数,降低切换失败率达80%以上,进一步提升了网络能效。2.基于控制业务分离的卫星地面协作网络性能研究基于卫星的广覆盖特性,本文中将控制与业务分离的网络设计思路拓展到卫星地面协作网络中,利用卫星和地面基站、网关的协作,突破传统的独立无线资源管理和服务控制模式,提出一种控制面与业务面分离的卫星与地面协作网络,理论分析了在地面基站稀疏和密集部署的场景中协作网络的覆盖概率、网络容量和网络能效与用户接入偏置、基站发射功率、部署密度之间的关系。同时,充分利用卫星通信系统的广覆盖和对全局信息的掌握,提出卫星和地面基站协作网络的资源管理方法、带宽分配方法和休眠方法,可有效提升网络吞吐量和端到端能量效率。结果表明,在地面基站部署稀疏的场景中存在频谱效率与能量效率的折中关系,在仅牺牲3%的频谱效率的情况下,有效提升网络能效达90%;在地面基站密集部署的场景中,利用卫星灵活调度基站休眠,可大幅增加网络中地面基站休眠机会,在保证覆盖的前提下大幅提升网络能量效率。3.高能效异构无线网络存储管理研究综合考虑异构无线网络的通信资源和存储资源,结合网络行为、用户、业务行为模型,研究控制与业务分离的网络架构中的存储管理方法,分别针对接入方式已定、存储策略已定和用户与网络行为已定这三种情况,设计出高能效存储部署方法、高能效存储接入方法和高能效存储与接入联合优化方法,全面提升网络性能。由于传统存储策略中没有考虑回程链路容量受限和网络能效问题,也缺乏对网络中基站业务流量的关联关系的挖掘和利用,为此本研究提出了新的异构网络存储部署方法、以用户为中心的存储接入方法和基站关系系数定义式,通过挖掘基站关系网络中业务规律具有代表性的重要基站,给出了基于重要基站的存储和回传机制。在存储容量和回程链路容量受限的前提下,推导得到了不同存储管理技术的网络性能理论表达式,分析得出了三种情况下的网络覆盖、网络容量和能量效率与关键参数之间的关系。研究得到控制与业务分离网络中存储容量约束的三个主要的折中关系:网络能效和小基站密度的折中关系、网络能效与小基站存储能力的折中关系,网络能效与小基站发射功率的折中关系。理论结果表明,所提策略均能提升用户击中存储文件的概率,并实现网络容量和能量效率的提升。