由于移动设备的大量普及、社交网络的蓬勃发展以及网络资源密集型终端应用的出现,数量急剧增长的移动终端和随之而产生的无线数据流量正在飞速增长。目前常见的内容分发网络（Content Delivery Network,CDN）大多采用基于云服务器的存储方案,即云服务器存储所有的内容并且通过回程网络将内容分发至用户端。飞速增长的数据流量给回程网络带来了巨大的传输压力,甚至有可能造成回程链路的堵塞而影响用户的服务体验。利用边缘服务器为用户提供内容存储服务成为降低传输延迟并减轻回程网络负担的有效方法。边缘服务器距离用户较近且可以提供更为丰富灵活的存储资源,在5G网络中占有重要的地位。边缘存储中的一个重要问题是如何设计存储策略从而利用每个边缘服务器有限的存储资源以提高边缘存储的命中率从而为用户提供更好的存储服务。由于网络拓扑的未知性,大规模的存储场景和用户的移动性,如何设计简单、可靠、高效的存储策略是一个巨大的挑战。为了应对该挑战,研究人员提出了概率存储策略来解决大规模无线存储网络的内容放置问题,通过寻求最佳存储概率来确定存储资源的分配进而优化存储网络的性能。基于概率存储策略,本文研究了概率存储在双层异构存储网络中的应用和性能优化,提出了空间协作存储策略,研究了存储网络中物理层安全机制（Physical Layer Security,PLS）的性能。本论文的主要贡献概括如下。首先,本文利用随机几何对双层异构存储网络的性能进行了分析,并对内容的存储概率进行了优化。本文在模型中考虑了存储内容所占空间的大小对存储网络性能的影响,利用拉格朗日乘子法求出了最优存储概率的闭式解,提出了CPC算法,解决了已有文献中求得的最优解不够精确的问题。从理论上讲,利用此算法求出的解不会导致存储资源分配时的溢出和浪费。除此之外,本文考虑了用户请求数量对存储网络性能的影响,分析了多用户场景下的存储网络性能,并利用Difference of Convex Programming（DC规划）算法对内容存储概率进行了优化。其次,本文提出了双层异构网络中基于空间分布的合作式存储策略。在此策略中,辅助设备存储的内容要受到其最近的边缘服务器的影响。此策略可以减少辅助设备和边缘服务器的重复存储,降低存储冗余,提高存储网络性能。本文利用随机几何对提出的存储策略的性能进行了分析,着重分析了存储网络的命中率和传输速率,并利用蒙塔卡罗仿真实验方法验证分析结果,结果证明,仿真数值结果和分析结果完全拟合。同时将提出的策略和文献中已有的存储策略进行了对比,实验证明,本章节提出的存储策略性能要好于已有的存储策略。最后,本文研究了存储网络中的物理层安全问题。本文介绍了无线网络中的物理层安全机制和原理,并以此为基础设计了适用于大范围无线存储网络的物理层安全策略,利用向传输内容中添加冗余信息的方式实现存储网络内容的安全传输。本文利用随机几何对采用物理层安全策略的存储网络进行性能分析,并采用交替优化算法对冗余信息速率和内容的存储概率进行优化以最大化网络的安全传输概率。