（计算机科学与技术专业论文）端到端多媒体业务性能体验质量（qoe）研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 缩略语 q o e q o s p s s m b m s v t i m s u e b s u t r a n g e r a n c n h l r v l r q u a l i t yo fe x p 硎e n c e o u a l i t yo fs e r v i c e p a c k e ts w i t c h e ds t r e 锄i n gs e r v i c e m u l t i m e d i ab r o a d c a s t 瓜嗄u l t i c a s ts e r v i c e v i d e o1 b l e p h o n e i pm u l t i m e d i as u b s v s t e m u s e re q u i p m e n t b a s es t a t i o n u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn 咖r k g s m e d g er a d i oa c c e s sn e t w o r k c o r en e t w o r k h o m el o c a t i o nr e g i s t e r v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r 第6 页共7 l 页 体验质量 服务质量 包交换流媒体服务 多媒体广播组播服务 可视电话 i p 多媒体子系统 用户终端设备 基站 通用移动通信系统陆地无线接入网 g s m ，e d g e 无线接入网 核心网 归属位置寄存器 访问位置寄存器 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：羔茸塑坠 本人承担一切相关责任。 日期：丝：至：盈 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被 查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、 缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守 此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 圣鸯鱼 日期：逊：至：堡 导师签名：丕车二蠡肚 日期：二毖嘭l 乞立l 北京邮电大学硕士学位论文端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 摘要 随着多媒体业务的繁荣发展，多媒体业务性能评估的重要性日 益凸现。多媒体业务质量的优劣直接影响到用户使用感受，也是业 务吸引并保持用户的重要因素，因此，如何有效评估端到端的多媒 体业务性能成为一个迫切需要研究和解决的课题。目前的评估方法， 只注重了系统级的因素，忽略了用户的感知，而用户感知对于业务 质量的评估有着非常重要的作用。 本论文围绕多媒体业务性能的体验质量参数q o e ( q u a l i t yo f e x p e r i e n c e ) 进行研究，采用用户主观评测实验具体分析了q o e 参 数集特性，并研究q o e 与q o s 参数之间的关联关系，将传统的q o s 参数划分为s e i c eq o s 和s y s t e mq o s 两类，通过参数之间的关联 映射，共同构建起端到端多媒体业务性能衡量体系，整体上将用户 体验质量参数引入到多媒体业务性能衡量体系研究中来。 本论文的研究成果在于一方面完成了对q o e 参数的系统研究， 获得参数权重，在相关领域起到了引导作用，对研究人员来说具有 一定参考价值；另一方面实现了q o e 结合q o s 参数共同构建端到端 多媒体业务性能衡量体系，旨在为运营商、业务提供商和设备供应 商提供描述端到端多媒体业务性能的量化方法和衡量标准，对多媒 体业务性能衡量方面的研究有着积极的推动作用。 关键宇：q o e业务q o s系统q o s 映射端到端衡量体系 第l 页共7 l 页 北京邮电大学硕士学位论文端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 t h eq u a l i t yo fe x p e r i e n c e ( q o e ) r e s e a r c h o f e n d t o e n dm u l 月i m e d i as e r v i c e p e r f o r m a n c e a b s t r a c t n o w a d a y sm u l t i m e d i as e r v i c ei sb o o m i n g ，s oe v a l u a t i n gm u l t i m e d i a s e i c e sp e r f o r m a n c ei sb e c o m i n gi m p o n 乏m tg r a d u a l l y t h eq u a l i t yo f m u l t i m e d i as e r v i c ei n f l u e n t st h eu s e r s s e n s ed i r e c t l y i ti sa l s oa n i m p o i r t a n t f a c t o rt oa t t r a c tu s e r s h o wt oe v a l u a t em ee n dt oe n d m u l t i m e d i as e r v i c ep e r f o r m a n c eh a sb e c o m i n gac m c i a lt o p i cw h i c h n e e d sr e s e a r c h i n gm o r e t h eu s u a l r e l a t e dr e s e a r c hj u s tp a y sa t t e n t i o nt o s y s t e mf a c t o r s ，i g n o r i n gt h eu s e r s s e n s ew h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e a c t u a l l y t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h eq o e ( q u a l i t yo fe x p e r i e n c e ) p a r 锄e t e r s p r i m a r i l y i ti n t r o d u c e st h eu s e rs u b je c t i v ee v a l u a t i n ge x p e r i m e n ta j l d d o e sr e s e a r c ho ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nq o ea n dq o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) i td i v i d e st h et r i a d i t i o n a lq o sp a r a m e t e r si n t os e r v i c eq o sa n d s y s t e mq o s t h e ni ta c h i e v e sm a p p i n gt h ed i f f e r e n tl e v e l sp a r 锄e t e r st o c o ns t 】n j c tt h em u l t i m e d i as e r v i c ep e r f o m l a n c em e t r i c ss y s t e m t h i s p 印e rr e a l i z e si n t r o d u c i n gt h eq o ep a r a m e t e r st ot h em e t r i c ss y s t e m t h er e s e a r c hp r o d u c e sa c h i e v e m e n ti n 铆oa s p e c t s f i r s t ，i ta c q u i r e s t h eq o ep a r a m e t e r s w e i g h t i n g i tl a y st h ef o u n d a t i o na n dl e a d st h e d e v e l o p m e n td i r e c t i o n i tp r o v i d e st h er e f e r e n c ev a l u ef o rt h er e s e a r c h p e o p l e s e c o n d ，i tc o m b i n e st h eq o ea n dq o sp a r a m e t e r st oc o n s t m c t t h ee n dt oe n dm u l t i m e d i as e r v i c em e t r i c s i tp r o v i d e st h em e t r i c s m e t h o da n ds t a n d a 【r d lf o ro p e r a t i n g ，s e r v i c ep r o v i d i n ga n de q u i p m e n t s p r o v i d i n gc o m p a n i e s i ta l s op r o d u c e si m p o r t a n te f f e c ti nt h er e l a t e d r e s e a r c ha c t i v e l y 第2 页共7 l 页 ! ! 塞坚皇叁兰堡兰三堂垡笙塞 塑型塑至堡堡些堑垡鳇堡墼堕垦! 旦2 兰! 堕壅 _ _ - - _ - _ _ _ - _ - _ - - - _ - - _ _ - l - _ - - _ _ _ _ _ _ _ - _ - - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - 一一一一。 k e yw o r d s ：q o e s e r v i c eq o ss y s t e mq o s m a p p i n g e n dt oe n d m e t r i c ss y s t e m 第3 页共7 1 页 北京邮电大学硕士学位论文 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 引言 如今在电信行业，电信网络从电路交换网向多业务分组网络过渡，每一个 运营商都必须考虑的一个关键问题是，在分组网络中是否能够向用户提供电信 级的服务质量( q o s ) 。不过，对用户而言，他们并不关心服务提供商怎样去实 现q o s 机制，更多的是关注用户体验质量( q o e ) 。 q o e 就是从用户的角度感觉到的系统整体性能。q o e 可以通过业务的访问 频率、业务服务失败率、稳定的业务服务时间等参数来衡量。q o s 和q o e 的一 个区别角度就是，q o s 是为了保证或增加q o e 而应用在网络上的技术体制，二 者是有着关联关系的。以往研究的重点多在于服务质量q o s 的保证，但是用户 通常不会关注网络带宽和丢包率，他们在意的是通话清晰，以及视频节目流畅 显示而不出现障碍。从这个角度看，用户体验质量q o e 才是衡量一个网络和业 务品质的真正关键所在【l 】f 2 j ，因此我们对于多媒体业务质量的研究，不应仅仅关 注q o s ，而应将q o e 参数引入到研究当中来。 q o e 参数的重要性不言而喻，随着多媒体业务的广泛运用，业务质量直接 影响到用户使用感受，并最终决定产业的发展，因此，在对用户体验质量进行 关注的同时另外一个相关问题有待研究和解决如何有效评估端到端的多媒 体业务性能。在多媒体业务性能衡量领域，目前没有一个通用的衡量体系或是 标准，传统对多媒体业务的性能评估多是针对业务质量参数或体验质量参数单 独层面上的，层次模糊，并且缺乏参数之间的映射：缺乏完整的数学模型，没 有指标间的量化映射关系，使性能评价过程孤立而复杂；一般都依赖研究经验 对参数指标进行选取和测量，忽略了用户和市场的决定因素。因此，如何能把 相互影响的参数q o e 和q o s 关联起来，建立起完整的衡量标准体系在相关领域 具有研究价值和意义。 本论文立足于对端到端多媒体业务性能q o e 参数进行深入研究，研究内容 包括q o e 参数自身特性，q o s 参数相关特性以及q o e 和q o s 参数的关联关系， 最终构建了端到端多媒体业务性能衡量体系。在构建衡量体系的过程中，本论 文将q o s 参数划分为s e i c eq o s 和s y s t e mq o s 两层，并与q o e 层整体构成了 一个分层次的体系架构。本论文的研究成果在于一方面完成对q o e 参数系统研 究，获得参数权重，对领域内相关研究起到了奠基和引导的作用，同时也为形 成端到端多媒体业务性能衡量标准体系贡献了力量，对多媒体业务性能衡量相 关方面的研究有着积极的推动作用。 总之，本论文的研究出发点是q o e 参数，并对与q o e 相关联的q o s 参数 第7 页共7 l 页 北京邮电大学硕上学位论文端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 以及两类参数之间的关联关系进行了研究。本论文具有以下创新点： 1 ) 创新性的将q o e 参数引入到多媒体业务性能研究中来，并重点分析了 q o e 参数集，获得了对q o e 参数集的整体把握，传统上相关领域的研 究集中在q o s 参数上。 2 ) 创新性的引入用户主观评测实验对q o e 参数进行更直观更准确的研 究，并对实验结果进行有效性验证、数据处理、分析结论的一系列流 程，业界相关评测只是针对多媒体音频方面。 3 ) 创新性的将q o s 参数划分了层次，并实现q o e 参数和q o s 参数相关 联，研究了两大类参数之间的关联关系，最终建立起分层次分维度的 端到端多媒体业务性能衡量体系模型。 3 g p p 组织也将端到端多媒体业务性能研究作为重点研究任务，本论文相 关研究课题在3 g p ps a 4 工作组大会上提出并顺利开展，期间获得3 g p p 正式 t r 号：t r2 6 9 4 4 ，最终向大会组织成功输出理论研究成果文稿。 第8 页共7 l 页 北京邮电大学硕士学位论文 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 1 1背景 1 1 1 移动通信业务发展 第一章总述 移动通信业务发展以来，经过多方面的建设，我国通信网络的建设和优化、 业务的开发和拓展、服务质量的提高与改善等方面均取得了显著进步，可以说 移动通信的发展经历了一个光辉的历程，业务类型从最初的单一话音业务已经 逐步发展到今天多种多样的数据和增值业务，从最初满足基本的通信需求到越 来越多样化的应用，市场规模也在迅速增长，体现出巨大的潜力。移动通信业 务发展到今天，用户消费的意识也在逐渐成熟，对新业务的需求较过去迫切了 许多，我们正处于整个产业新的市场发展阶段上，未来3 g 无线技术使业务的 数量和丰富程度都将得到极大扩展，展望未来，对于3 g 移动通信业务的发展 趋势，总结具有以下特点1 3 】： 首先，移动业务的娱乐化趋势明显。比如，m t v 、电视、电影片断等移动 视频类业务，目前已经成为各国运营商力推的业务。目前此类业务大都是通过 传统的2 5 g 和3 g 网络来实现的。此外，还有手机小说、移动音乐、移动网游 等业务也受到了广泛欢迎，为运营商们提供了很好的吸引用户的手段。为了更 好地支持移动业务，运营商和设备商在手机终端和网络方面也下了大力气进行 改造。手机娱乐化已经成为移动新业务开发的一个主要方向，成为了移动通信 以及相关行业资金和技术的新的汇聚点。现在的移动通信业务越来越贴近生活， 一些价格低廉、方便好用的业务受到了广大用户的青睐。一些业务技术简单， 但是由于很好地满足了用户的特定需求，而且形式新颖，价格低廉，得到了快 速发展。以短信为例，它作为第二代移动通信系统中数据增值业务的代表，一 直保持着在该领域的主导地位。 其次，随着移动通信技术和用户需求的发展，移动通信业务必将更加贴近 人们的生活。移动通信业务未来的发展方向就是要“通过完善生活中所必需的 功能和服务来实现新的增长”。移动通信业务最广泛的用户群就是广大的普通消 费者，普通用户对于移动通信领域新业务的需求全都源自于人们平常的生活， 新业务诞生的必然推动力则是实现了人们生活中的某项便利或是丰富了人们的 平常生活，具有不可或缺价值的业务则是完善了生活中所必需的功能和服务。 因此，我们说移动通信业务必将贴近人们的生活，只有从人们平常的生活中找 第9 页共7 l 页 北京邮电大学硕上学位论文 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 出发点和契机，新兴业务才会有市场才能有需求，这也是新业务发展壮大的必 要条件。 第三，行业应用和企业应用一直是运营商希望涉足的领域，但是由于此类 应用对业务品质和安全性等方面的要求非常高，很长一段时间，运营商没有开 拓这个领域的能力。随着3 g 时代，包括3 g 蜂窝移动通信技术，以及w i f i 、 w i m a x 等相关技术的发展，行业用户也正在成为移动运营商下一个业务开拓的 重点目标。 运营商们也利用短信平台推出和行业应用相结合的新业务。比如中国移动 提供的企业短信营销系统、中国邮政的短信汇款回执，还有汽车定位、利用短 信支付水电费等满足企业和行业需求的业务。类似于互联网，移动数据业务的 成功要建立在满足多种多样消费需求的基础上，消费者能够以合适的价格使用 丰富的业务，与互联网不同的是，移动环境下，成功的业务或业务提供者必须 关注到业务使用中的体验质量，如果业务质量不能保证，再好的业务也将没有 市场。 1 1 2 多媒体业务概述 随着现代社会经济的高速繁荣发展，个人和企业对社会信息化服务也有了 新的需求，目前，从移动通信业务的发展方向来看，主要分为个人业务和集团 业务两大类。个人业务主要是指包括信息化生活，通信类的服务和媒体娱乐三 者合一的融合业务发展。其中多媒体通信、个性化通信都是通信类业务要考虑 的重点，娱乐成分也将融入到通信环境的构建中，另一方面要构建互动性、社 区化的媒体娱乐环境，在满足客户需求的同时也有助于社会信息化程度的提高。 集团业务主要涉及基础通信业务、企业信息化和行业应用从点到面的融合业务 发展。无论是个人还是集团业务的发展需求，传统的通信系统都已经无法满足 了，唯有多媒体系统才是解决的关键。 多媒体技术已经谈了多年，但其应用始终没有突破，原因主要在于网络技 术的限制和传输带宽的影响，阻碍了多媒体业务的应用。近年来，随着网络信 息技术的发展以及传输带宽的提高，多媒体业务发展的技术瓶颈已经得到了突 破，为多媒体业务的应用提供了有利的技术保障。2 1 世纪是信息时代，人们对 通信的需求，已不仅仅局限于基于窄带的语音互通，而是对基于宽带的语音、 数据、互联网、视频融为一体的多媒体通信业务的需求，并且这种需求变得日 益迫切起来。所以说，宽带多媒体业务已经迎来了发展的契机。 多媒体业务的定义是什么呢? 以传统的观念来讲，多媒体业务是能够提供 第l o 页共7 l 页 北京邮电大学硕士学位论文 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 图像、声音和文字的业务。i t u t 的个研究组( s g 1 ) 专门研究业务定义，它 对于多媒体业务的定义是：具有集成性、交互性和同步性的业务称为多媒体业 务1 4 1 。 1 ) 集成性集成性指的是能对内容数据信息、多媒体和超媒体信息。脚 本信息和特定的应用信息进行存储、传输、处理、显现的能力。 2 ) 交互性交互性指的是在业务系统中人与业务系统之间的相互控制能 力。很显然，交互性是多媒体业务系统必备的一个特性，但井非其独有 ： 的特性，目前许多业务系统也有着程度不等的交互性。如信息检索业务， 它一般都提供菜单和征询单两种用户与业务系统的交互界面，用户可以 通过点菜单或填写征询单，将用户的要求告诉系统，系统根据用户的要 求，将满足条件的信息送给用户。用户与系统通过这一简单的交互过程 完成了通信过程。在多媒体业务系统中，交互过程将不再是这么简单。 诚然，菜单和征询单这一类简单的交互过程在多媒体业务系统中仍将使 用，以提供简洁而明了的交互操作，但是光有简单的菜单和征询单的交 互过程是不能满足多媒体业务系统的全部需要的，它将需要更为复杂的 交互操作过程。 3 ) 同步性同步性指的是在多媒体业务终端上显现的图像、声音和文字 是以同步方式工作的。例如：用户要检索一个重要的历史事件的片断， 该事件的运动图像( 或静止图像) 存放在图像数据库中，其文字叙述和 语言说明放在其它数据库中。多媒体业务终端通过不同传输途径将所需 要的信息从不同的数据库中提取出来，井将这些声音、图像、文字同步 起来，构成一个整体的信息呈现在用户面前。使声音、图像、文字实现 同步，并将同步的信息送给用户。 多媒体业务系统中的同步性是最主要的特征之一，信息的同步与否，决定 了系统是多媒体业务系统还是多种媒体业务系统。此外，多媒体业务系统中的 同步性也是最为困难的技术问题之一；一般来说，多媒体业务系统是一个资源 受限的系统，所谓的资源受限指的是两种情况：通信速率受限和终端内存受限。 如果这两个方面没有限制，同步本来不会有很大的技术难点，譬如说信道通信 速率不受限，那么只要发端完全安排好信息媒体间的关系，在接收端就完全忠 实的复现出来，信息同步将不成问题，当然在信道的通信速率受限的情况下， 接收端的信息间同步就要困难得多；另外，如果接收端存储器的存储量是无限 的，将所有信息全部接收下来，然后在终端内同步播出，这种场合下同步问题 也好解决，但实际上这个条件经常是无法满足的，因而使同步问题就变得很困 第l l 页共7 l 页 北京邮电大学硕士学位论文 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 难了。 多媒体技术的提出至今已有十多年的历史了，i t u t 对多媒体业务进行了严 格的定义和分类。到目前为止在多媒体业务的应用方面，由于种种原因还未能 取得预期的辉煌，大部分多媒体业务系统还处于实验室阶段或小范围运行阶段。 展望未来，网络技术突飞猛进的发展，竞争机制的广泛引入，瓶颈将会被迅速 打破，多媒体业务将会获得迅速发展，2 1 世纪将是多媒体业务获得广泛应用的 时代。 1 1 3 衡量指标介绍 随着多媒体业务的繁荣发展，多媒体业务性能评估的重要性日益凸现。多 媒体业务质量直接影响到用户使用感受，也是业务吸引并保持用户的重要因素， 因此，如何有效评估端到端的多媒体业务性能成为一个需要迫切研究和解决的 问题。目前的评估方法，只注重了系统级的因素，忽略了用户的感知，而用户 感知对于业务质量评估有着非常重要的作用。本文围绕多媒体业务性能的体验 质量参数进行研究，并将用户体验质量参数引入到多媒体业务性能衡量体系研 究中来，旨在形成端到端的多媒体业务性能衡量体系，能够为运营商、业务提 供商和设备供应商提供描述端到端多媒体业务性能的量化方法和衡量标准。 几年前，数据通信就已经可以提供比较基本的业务了，那个时候业务需求 并不突出，也不是问题。而现在，通过这些年的发展数据通信的最大成就之一 就是支持了更加丰富多彩和个性化的多媒体业务，多种多样的业务特性意味着 为了满足终端用户的期望就需要支持个性化的质量需求。 业界关于多媒体业务性能方面的衡量参数，分为q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 和 q o e ( q u a l 时o f e x p e r i e n c e ) 两大类，而目前业界已有的相关研究多是围绕q o s 参 数进行的，研究人员通过对q o s 参数的研究，从而掌握网络系统级的性能情况， 包括网络的时延、阻塞、丢包率等等。国际电信联盟通信标准化组建议e 8 0 0 中把q o s 定义为决定用户满意程度的服务性能的综合效果f 5 j 【6 j 。q o s 是网络于 用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定，是 指服务性能的聚集效应，它决定用户对特定服务的满意程度，这种主观性的定 义把服务质量与用户所感知的服务联系在一起【_ 7 1 。而q o e 是用户感知的服务质 量，是从用户的角度感觉到的系统的整体性能，它表达了用户对业务感受的满 意程度，q o e 与具体的业务相关联，不同的业务具有不同的q o e 峭】，例如有些 业务对时延敏感，而有些业务则对丢包率比较敏感；q o e 还受端到端网络的q o s 影响；此外，还有影响网络覆盖、业务提供、支持等级等的相关因素。虽然q o e 第1 2 页共7 l 页 北京邮电大学硕士学位论文端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 与用户主观因素相关，是从用户主观感知出发的，但是q o e 却不能仅仅依照研 究人员的经验来定夺，需要的不仅是经验还有调查研究。 q o s 的性能要求首先源于用户的需求，表现为用户层的主观感觉q o s ，即 用户体验质量( q o e ) ，如网络业务用户认为应该达到的页面显示或文件的传送 速度、音频质量、图像质量、视频连续度、音视频同步程度等。如果服务提供 商能在保持网络和服务正常运行的情况下，经济、有效的为所有用户提供一致 的q o e ，就能挂在竞争中赢得客户，保持竞争优势。 q o e 定义为一个应用或业务的总体可接受性，是终端用户的主观感知，总 体可接受性受用户期望和环境影响。q o e 是用户对网络服务的满意程度，q o e 是一份q o s 水平声明，反映了已经得到用户认同的该用户获得的q o s 水平。不 同的业务具有不同的性能度量和目标。比如语音业务用户希望得到清晰的、无 噪音的、无回音的通话效果，数据业务用户则对业务响应时间和有效载荷，以 及它们的抖动范围感兴趣。 从网络提供的角度来说，可以通过控制一些具体的、可度量的、可量化的 参数来提供服务质量，如传输延迟、抖动、丢失率、带宽要求、吞吐量等指标。 服务质量不单单是网络的事情，而是应用程序、用户终端、网络、服务器各部 分的综合效应。例如，一个用于远程视频播放的端到端活动，就可能由以下几 部分组成：从媒体服务器获得视频，在源地进行压缩，通过i n t e m e t 将其传送到 目的地，在目的地进行解压缩，并根据播放窗口的大小对视频按比例进行调整， 最后在视频窗口播放。在端到端路径上，任何一个环节不符合q o s 的要求，都 会影响播放的完整性【9 】【l u j 。 q o e 说到本质实际上就是更加关注用户的使用体验，目的是实现以用户为 中心的管理。而q o s 是关注于s e i c e 层面，目的是实现以s e i c e 为中心的管 理。从q o s 上升到q o e 也说明管理中心的一个转变。总之，q o s 的关键在于 如何从网络的角度上来处理业务，能为业务提供者提供办法来保证业务质量， q o e 则强调如何从用户的角度上来处理业务，后者将业务看作一个整体并将考 虑影响性能的各个方面。如果多媒体表达要真正有效的话，在多媒体系统里的 质量概念必须考虑用户感知，不仅需要考虑网络还需要考虑用户感知需求。本 论文集中在这方面的研究，研究分析了q o e 参数集的特性，强调了q o e 参数 的重要性并将其引入到衡量体系中来，使得q o e 参数与q o s 参数相关联，共同 构建端到端多媒体业务性能衡量体系。 第1 3 页共7 l 页 北京邮电大学硕士学位论文 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 1 2课题概述 1 2 1研究内容 数据网络以往研究的重点多在于q o s 的保证，但是最终衡量一个网络和业 务品质的标准在于用户的体验质量q o e 。所谓q o e 就是从用户的角度感觉到的 系统的整体性能。q o s 是为了保证或增加q o e 而应用在网络上的技术体制，q o e 与具体的业务相关联。相对于不同的业务而言，q o s 的标准不一定适用于q o e ； 有限的资源不可能对每个业务都保证同等的q o s 。不同的业务具有不同的q o e ， 例如有些业务对时延敏感，而有些业务则对丢包率比较敏感。如果业务不能保 证一定的q o e ，那么就会丢失用户，直接影响运营商的收益，因此对于多媒体 业务而言，研究q o e 参数指标的意义具有更切实的需求，同时q o e 又和q o s 参数有着密切的关系，可以说q o e 主要受到q o s 的决定，但不仅仅是受q o s 的决定，它还与用户个体因素和业务类型相关，取决于用户对业务的期望度， 以及不同场景下开展的具体业务类型。 本论文旨在研究q o e 参数集自身特性，并将其引入到传统的多媒体业务性 能研究中来，研究了q o e 和q o s 参数之间的关联关系，提出分层次和分维度的 性能评价指标，具体的体系架构层次划分自上而下为q o e 、s e r v i c eq o s 和 s y s t e mq o s ，最终构建了移动通信网络上的端到端多媒体业务性能衡量体系。 首先对q o e 层参数给出确切的定义，并引入用户主观评测实验进行研究分析， 获得参数权重；其次，具体量化s e r v i c eq o s 层参数以及给出计算公式，并研究 q o e 和s e i c eq o s 参数之间的关联映射关系；第三，定义了s y s t e mq o s 层参 数，利用数学理论知识建立了s e r v i c eq o s 和s y s t e mq o s 之间的映射模型；最 终得到一个从q o e 到q o s 整体的端到端多媒体业务性能衡量体系，并在网络部 署和规划以及对现网开展某项业务的评估起到指导作用。 1 2 2 系统架构 首先，介绍一下典型的端到端移动通信多媒体业务网络，如图2 1 所示 第1 4 页共7 l 页 北京邮电大学硕士学位论文 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 图2 1 端到端移动通信多媒体网络 上图所示的业务网路主要由用户终端，接入网，核心网和服务器组成。一 个多媒体业务流程主要经过的五个阶段是：业务处理结点( t r a n s a c t i o n ) 、有线传 输( w i r e dt r a n s p o n ) 、无线接入( r a d i oa c c e s s ) 、无线传输( w i r e l e s st r a n s p o r t ) 和客 户端( c l i e n t ) ，即可将端到端的网络抽象成这五个逻辑网元，其中客户端与基站 之间是无线传输信道，基站和服务器之间是有线传输信道。 本论文研究涉及到现有多媒体业务的两类衡量参数q o e 和q o s 。在论文中 将它们划分为三层：q o e ，s e “i c eq o s 和s y s t e mq o s 。层次自上而下，分别是 从用户的体验质量到底层的网络业务质量。对于这三层参数，需要重点指出的 是q o e 参数，业界从未将q o e 参数和业务性能衡量关联在一起，本论文重点 之一是引入了q o e 参数到衡量体系研究中来，不仅分别研究了各层参数，还研 究了q o e 与q o s 参数之间的映射关系，使得三层参数相关联。q o e 和q o s 参 数不是相互独立的，而是相互制约和相互影响的，可以说上层的q o e 主要受底 层的q o s 影响，但不完全由底层的q o s 参数来决定，它同时还受业务种类，业 务环境，人主观思想等等的影响，本论文的目标是最终形成一个完整的端到端 多媒体业务性能衡量体系。 关于系统级q o s 参数，本论文进行了层次和网段的划分，纵向分为 a p p l i c a t i o n 、t r a j l s p o r t 和u n d e rt r a i l s p o r t 三层，横向依据现实网络分为c l i e n t 、 i 湖i oa c c e s sn e t 、7 v d r k 、w i r e l e s st r a n s p o nn e 铆o r k 、w i r e d 仃觚s p o r tn e t 、v o r k 和 t r a n s a c t i o nn o d e 五个部分，以此构成二维的逻辑体系。然后依照横向网络的划 分分别建立数学理论模型，对于s y s t e mq o s 的每个参数采取相应模型完成 s e i c eq o s 层参数和底层s y s t e mq o s 参数的关联映射。 总之，本论文通过对于q o e 参数的研究，衍射到与q o s 参数关联关系的研 究，通过对论文中提出的三层参数分别研究并建立关联关系，最终构成一个纵 向分层横向分段的二维逻辑体系架构，称之为端到端的多媒体业务性能衡量体 系。体系架构如图2 2 所示： 第1 5 页共7 1 页 北京邮电大学硕士学位论文 端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 u s c r s q o e p s s o 0 5 a i l d k t h e n p ，= p f + 1 t l l e n g f = g j + 1 0 3 ，t h e nr e j e c t o b s e r v e r i 上述验证方法的核心思想分析如下： 对于每一个视频片段，要根据所有参评人员的评分结果算出一个评分的参 考值，参考值总体上代表了所有参评人员的评分结果的均值趋向，每个参评人 员的评分结果都要和此参考值进行比较，此参考值体现在上述评估算法里就是 峰值系数：t ，每个测试的视频片段都有一个对应的p z t 参数值。 对于每个参评人员来说，要评测他在此次试验中评测数据的有效性，有效 无效均是对此用户的所有评测数据而言，以判断对此评测人员全部评测数据的 取舍。这里针对每个参评人员对所有评测视频片段的评分结果分别进行处理， 计算每个参评人员的p 、q 值。p 、q 值的大小代表了参评人员对所有视频片段 的评分与每个视频片段评分参考值偏差较大的数目。 当p 值很大时，表明此参评人的所有评分普遍高于参考值，即可以理解为 此用户对q o e 参数损伤的敏感度较低；当q 值很大时，表明此参评人的所有评 分普遍低于参考值，即可以理解为此用户对q o e 参数损伤的敏感度较高；这两 种情况都可认作是合理的。 第3 0 页共7 l 页 若p 和q 值都很大的时候，表明此参评者的评分结果绝大多数都偏离参考 值，但不是一致的偏离方向，有的比参考值高，有的比参考值低，而参考值来 源于所有人的平均水平，即说明此参评者对此q o e 参数损伤的敏感度异常，具 体表现为某些参数敏感度高，有些参数敏感度低，整体上异于普通人群对此参 数的评测准线，因此认为此参评者的评测数据不具备普遍性，在实验里认为评 分数据无效，需舍去。 上述逻辑用程序实现如下： i m p o r tj a v a i o 术： i m p o r tj a v a u t i l 宰： p u b l i cc l a s st e s t p r i v a t ed o u b l e n u i i i ： p u b l i c i n tp ； p u b l i c i n tq ： p u b l i c i n tc o l u m n ： p u b l i c i n tr 钾： p u b l i cd o u b l e 口a ； p u b l i cd o u b l e 口t ： p u b l i cd o u b l e s ： p u b l i ct e s t ( ) s u p e r ( ) ： c o l 姗n = 3 7 ： r o w = 5 3 ： n u m = n e wd o u b l e r o 霄 c o l u 珊n ： s = n e wd o u b le c 0 1 u m n ： t = n e wd o u b l e 【c 0 1 u m n ： a = n e wd o u b l e c o l u m n 】： ) 枣木 木初始化函数，作用是从一个d a t 文件中读取数据，改文件有r o _ 一1 行，每行有c o l u 哪一1 个数据，具体的读取数据函数在r e a d d a t a ( ) 函数里 卑f p u b l i cv o i di n i t ( ) b u f f e r e d r e a d e ri n = n u ll ： t r y i n = n e wb u f f e r e d r e a d e r ( n e _ f i l e r e a d e r ( 一e ：d a t a d a t a d a t ，) ) ： lc a t c h ( f il e n o t f o u n d e x c e p t i o ne ) t o d oa u t o g e n e r a t e dc a t c hb l o c k e p r i n t s t a c k t r a c e ( ) ： 第3 l 页共7 l 页 北京邮电大学硕士学位论文端到端多媒体业务性能体验质量( q o e ) 研究 f o r ( i n ti = 1 ：i r o w ：i + + ) t r y f r e a d d a t a ( i ，i n ) ： )c a t c h ( i o e x c e p t i o ne ) ，l c 幸 木计算函数， 雒| t o d oa u t o g e n e r a t e dc a t c h b l o c k e p r i n t s t a c k t r a c e ( ) p u b l i cv o i dc a l c u l a t e ( ) d o u b l es u m ： d o u b l ea v e r a g e ： d o u b l es u m l ： d o u b l es u m 2 ： d o u b l ea v e r a g e l ： d o u b l ea v e r a g e 2 ： f o r ( i n tj = 1 ：j c 0 1 u m n ：j + + ) 计算每列的和 s u m ：0 ： s u m l = o ： s u m 2 = 0 ： f o r ( i n ti = l ：i r o w ：i + + ) s u m + = n 佃 i j ： 该列的平均值 a v e r a g e = s u m ( r o w 一1 ) ： a j = a v e r a g e ： s y s t e m o u t p r i n t l n ( 一a 一+ j + = 一+ a v e r a g e ) ： 计算每列值一平均值的2 次方和4 次方 f o r ( i n ti = l ：i r o 霄：i + + ) s u m l + = m a t h p o w ( n u m i j 一a v e r a g e ，2 ) 第3 2 页共7 l 页 s u m 2 + = m a t h p o w ( n u m i j 一a v e r a g e ，4 ) f 平均值 a v e r a g e l = s u m l ( r o 霄一1 ) ： a v e r a g e 2 = s u m 2 ( r o 霄一1 ) ： 标准差 s j = m a t h s q r t ( s u m l ( r o w 一2 ) ) ： s y s t e m o u t p r i n t l n ( s 一+ j + 一 = 一+ s j ) ： t j = a v e r a g e 2 m a t h p o w ( a v e r a g e l ，2 ) ： ) f o r ( i n ti = l ：i r a 霄：i + + ) p = 0 ： q = 0 ： f o r ( i n tj = 1 ：j = 2 ) ( t j = a j + 2 木s j ) p = p + 1 ： e l s ei f ( n u m i j = a j + m a t h s q r t ( 2 0 ) 木s j 】) p = p + 1 ： e l s ei f ( n u m i j o 0 5 ) ( m a t h a b s ( ( p q ) ( p + q ) ) 程序的最终输出结果验证了实验数据的有效性。在这里可以直观的看到，本次 实验得到的所有数据均可以用来做最后实验分析的有效数据。 3 2 5实验结果 3 2 5 1 测试结果 根据记录的用户测试数据，计算得到针对每一个参数损伤，计算所有用户对其 打分数值和参考视频打分数值差的平均值，如下表所示： 表3 。2