移动通信业务的高速增长使得传统蜂窝网络结构不能满足用户对通信质量的要求,而异构网络架构可以有效的增强网络覆盖,提高网络能效。随机几何理论是广泛用于建模和分析网络的重要数学工具,且所得理论结果与实际结果吻合。本文利用随机几何工具对网络进行建模,分析其基本的网络性能指标,主要分析信干比近似与覆盖率,并分析微基站密度对网络能效的影响。接着,以两层异构蜂窝网络下的系统能效为研究目标,从基站休眠策略出发,优化系统能效。首先,本文研究异构蜂窝网络下的非泊松模型,以泊松洞过程(Poisson Hole Process,PHP)建模网络模型。以最基本的性能指标信干比(Signal to Interference Radio,SIR)分布为研究对象,利用泊松点过程的近似SIR分析方法,推导出PHP模型下网络SIR增益的具体表达式;并通过缩放泊松网络的信干比门限得到PHP模型下的近似覆盖率。进一步地,推导了能量效率的闭合形式表达式,研究微基站密度对网络能效的影响,通过凸优化算法获得最优的微基站密度使网络能效最大化。其次,在大量微基站部署的场景下,网络能耗很大,由于基站休眠技术可以显著降低网络系统的能耗,因此本文使用基于内容分片存储的微基站休眠方法改善网络能耗。微基站选取存储文件是根据自己存储能力的大小进行随机选取。同时,为了分析该网络中文件传输所消耗的能量,我们定义了一个矩阵用来表示用户与基站的连接状态,并利用该矩阵计算出了网络中的文件传输能耗。然后,我们对未休眠的微基站的个数进行研究,建模一种二维的网络能效优化模型,最终通过找到该模型的最优解确定微基站的状态以及内容分发策略。通过与用户分配策略仿真对比,验证了所用的方法可以有效提高网络能效。最后,本文研究了随机非连续传输(Discontinuous Transmission,DTX)策略对两层异构蜂窝网络能效的影响,利用随机几何工具推导了一般性的两层异构蜂窝网络的能效表达式,主要研究休眠概率对系统能效的影响,并通过数值仿真找到最优的休眠概率使网络能效达到最大值。