CN103262484A - 网络服务的用户体验质量管理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种QoE（用户体验质量）管理方案，其中将QoE反馈用于优化QoS提供技术的使用，从而改善网络资源的利用效率。根据本发明的一个方面，一种用于为用户设备提供的网络服务的QoE管理方法，包括：在所述用户设备上显示用于用户输入对所述网络服务的预期QoE值的用户界面；从所述用户接收对所述网络服务的预期QoE值；根据网络QoS参数估计所述网络服务的客观QoE值；和如果所述客观QoE值小于所述预期QoE值则调节所述网络服务的QoS参数。

Description

网络服务的用户体验质量管理的方法和装置

技术领域

本发明总体上涉及网络技术，具体而言，本发明涉及用于网络服务的用户体验质量QoE（Quality of Experience）管理的方法和装置。

背景技术

为了在带宽限制条件下通过互联网和易出错的无线网络实现鲁棒的视频传输，提出了服务质量QoS（Quality of Service）提供技术，这些技术的范围从MAC层（例如WiMAX网络中的ARQ和混合ARQ）到应用层（例如H.264中的容错视频编码）都有。一般而言，这些QoS提供技术有助于改善终端用户对于视频服务的体验，条件是这些技术能够保证一定的QoS性能等级，该性能等级可以通过QoS标准（例如丢包率、延迟、可用带宽等）来测量。

但是，QoS只是网络性能的一个标准，但并不等同于终端用户观察到的视频服务的用户体验质量（QoE），从服务提供商的角度而言，QoE是终极目标。视频QoE不但取决于网络性能，还取决于具体视频应用以及观看者的视觉系统。例如，在1%丢包率的情况下，具有低速运动活动的视频内容的可感知视频质量还是良好的，但是具有较高运动活动的视频内容在这种情况下的可见伪像将会非常烦人。因此，QoS调节并不是在所有情况下对于视频服务的QoE管理都是有效的。

另外，一旦针对某些应用的目标QoS设计出了视频系统，系统性能和采用的QoS提供技术都固定下来。用户无法控制接收到的视频服务的质量，即使感兴趣的节目的可感知质量并不满意。通常根据最坏的信道条件设计目标QoS等级以保证稳定和良好的视频QoE，这可能是一种网络资源的浪费。虽然结合视频服务对现有技术存在的问题进行了说明，本领域普通技术人员可以理解，其他网络服务也具有相同问题。

最后，在家庭网络中，有可能存在多个运行的应用，例如文件下载、电视节目流和网页浏览等。当这些应用竞争资源并且采用独立的技术来改善其各自的QoS，这有可能产生更差的网络恶化，这将给终端用户带来更差的QoE。类似地，用户对于QoE下降无能无力。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种QoE管理方案，其中QoE反馈用于优化QoS提供技术的使用，从而改善网络资源的利用效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于为用户设备提供的网络服务的QoE管理方法，包括：

在所述用户设备上显示用于用户输入对所述网络服务的预期QoE值的用户界面；

从所述用户接收对所述网络服务的预期QoE值；

根据网络QoS参数估计所述网络服务的客观QoE值；和

如果所述客观QoE值小于所述预期QoE值则调节所述网络服务的QoS参数。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于连接服务提供商网络和家庭网络的网关，所述家庭网络具有至少一个从服务提供商网络接收网络服务的用户设备，包括：

第一单元，用于根据QoS参数估计所述网络服务的客观QoE值；和

第二单元，用于在所述客观QoE值小于由网络服务的终端用户的预期QoE值的情况下调节所述网络服务的QoS参数。

附图说明

通过结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，匾额部分匿名的上述其他方面、特征和优点将变得更为清晰，其中：

图1传统三网融合家庭网络的结构示意图；

图2a是根据本发明的实施方式的QoE管理系统的框图；

图2b是用于产生客观QoE等级的不同类型方法的示意图；

图3是根据本发明的实施方式的STB中UI模块结构的框图；和

图4是根据本发明的实施方式的用于QoE管理信息显示和QoE请求输入的电视遥控器示意图；

图5是根据本发明实施方式的用于QoE管理的UI的示意图；

图6是根据本发明实施方式的用于图4和图5的实施例的UI模块300的工作流程的流程图；

图7是根据本发明实施方式的QoE请求消息的帧结构的示意图；和

图8是根据本发明实施方式的协调器单元的工作流程的流程图。

具体实施方式

下面将对本发明的实施方式进行说明。为了说明的目的，对具体结构和细节进行了说明以使本发明得到更透彻的理解。但是，本领域普通技术人员可以理解，不通过所述具体细节也可以实施本发明。

图1传统三网融合家庭网络的结构示意图。如图1所示，家庭设备（例如台式电脑、电话、电视机（机顶盒STB）和笔记本电脑）通过电缆或者无线接口（例如IEEE802.11）连接至家庭网关。所述家庭网关例如可以通过DSLAM（数字用户线路接入复用器）连接至电视头端或者互联网。在家庭网络上可以运行多项服务，包括但不局限于文件下载、IPTV和网页浏览。一般而言，终端用户对于这些接收的网络服务的QoE无能为力。

考虑到上述问题，本发明的一个实施方式提供了家庭网络中网络服务的QoE管理方法和系统。根据本实施方式的一个方面，提供了一个QoE管理单元，其能够提供用户互动界面，使终端用户能够评价网络服务的QoE。例如，通过所述用户互动界面，终端用户可以输入其对于各个网络服务的预期QoE要求，并且当以前的QoE要求在基本网络技术无法满足时对应用的QoE要求进行优先级排序。根据本发明的另一个方面，提供了一个QoE调节单元。所述QoE调节单元从所述QoE管理单元接收预期QoE请求，并基于所述预期QoE请求对基本QoS提供模块的应用进行优化以获得更好的总体QoE性能。

下面将参照附图对用于图1所示家庭网络的QoE管理方法和系统的实施方式的运转进行详细说明。

图2a是根据本发明的实施方式的QoE管理系统的框图。如图2a所示，QoE管理系统包括QoE管理单元201和协调器（或称故障诊断器）单元202。

QoE管理单元201可以在任何一个或多个家庭设备上呈现用户互动界面203，使用户可以输入其对于网络服务的预期QoE等级。可以用任何适当的方式在所述一个或多个家庭设备上显示所述用户互动界面203。用户互动界面203为家庭网络上的某些或者全部网络服务提供QoE管理页，从而用户可以输入其对于每项服务的预期QoE等级。

如图2a所示，QoE管理单元201包括多个QoE评价模块1－N，QoE评价模块1－N分别对应于网络上的各个网络服务（例如电视、VoIP（网络电话）、文件下载、网页浏览等）。每个QoE评价模块可以接收由用户通过用户互动界面输入的网络服务的预期QoE等级并将其传输至协调器单元202。

如图2a所示，协调器单元202包括QoS调节单元202a和网络条件检测模块202b。网络条件检测模块202b测量网络QoS标准（例如丢包率、延迟和可用带宽）并将这些标准提供给QoS调节单元202a。QoS调节单元202a可以基于所述QoS标准产生网络服务的客观QoE等级，并根据所述客观QoE等级是否低于所述接收到的预期QoE等级判断是否需要对QoS提供技术进行调节。

可以通过已知方法产生上述客观QoE等级。图2b是用于产生客观QoE等级的不同类型VQA（视觉质量评估）方法的示意图。可以将所述用于产生客观QoE等级的方法根据输入划分为分组层模型、比特流等级模型、媒体层模型和混合模型，如图2b所示。媒体层模型以图像信号工作，因此能够获得视频质量的内容相关特征但是不具有图像丢失部分的明确信息。例如，文献“H.Rui,C.Li,S.Qiu,“Evaluation of packet loss impairment on streamingvideo”,Journal of Zhejiang University-Science A,7(0),131-136,(2006)”中提出了一种算法，在假设较强空间不连续性暗示丢包的情况下探测误差区域。分组层模型（例如在文献“Kazuhisa Yamagishi,Takanori Hayashi,“video-qualityplanning model for videophone services,”Information and Media Technologies4(1):1-9(2009)”中披露的方案）基于分组网络协议头信息、网络参数（例如带宽、丢包率、延迟等）和编解码配置信息。显而易见该模型是视频内容不可知，但是具有传输误差的全部信息。文献“A.R.Reibman,V.A.Vaishampayan,Y.Sermadevi,“Quality monitoring of video over a packet network”,IEEE Trans.on Multimedia,6(2),327-334,(2004)”描述了一个比特流等级模型的实例，该实例也基于比特流和分组头。因此其不但能通过分析分组头信息察觉到传输误差，还能通过部分解码视频流获得视频内容特征。混合模型利用图像信号、分组头和比特流信息的组合来预测视频质量以提高预测精度，但是代价是较高计算复杂性。

作为一个修改例，协调器单元202还可以将产生的客观QoE等级传输至QoE管理单元201，QoE管理单元201可以在用户互动界面上将网络服务的客观QoE等级显示给用户。请注意，对于用户输入其对于网络服务的预期QoE等级而言，显示客观QoE等级并不是必须的。但是QoE的相关信息可以有助于用户通过用户互动界面管理网络服务的QoE。另外，用户互动界面还可以显示从协调器单元202接收到的诊断信息，在基本网络无法同时满足用户的所有QoE要求的情况下允许用户对服务的QoE要求进行优先级排序。

QoE管理单元201和协调器单元202可以在物理上位于同一设备中，例如客户端设备、家庭网络或服务器。

QoE管理单元201和协调器单元202可以在物理上位于不同设备中。在这种情况下，例如QoE管理单元201可以物理地位于客户端设备（例如STB）中。如上所述，QoE管理单元201呈现QoE管理页，让用户输入其对于每个服务的预期QoE等级，并将所述预期QoE等级传输至协调器单元202。协调器单元202可以将预期QoE等级用作QoS提供技术调节的预定触发阈值。协调器单元202可以物理地位于家庭网关中。当例如通过上述客观QoE等级和预期QoE等级确定的预定条件被触发时，协调器单元202可以调节和优化基本QoS提供技术。协调器单元202还可以向QoE管理单元201发送诊断信息，QoE管理单元201可以将诊断信息呈现在QoE管理页上，协助终端用户进行选择或者对于不同服务对其QoE要求进行优先级排序。

如上所述，本领域普通技术人员可以理解，安装在家庭网关中的协调器单元202还可以在服务从外部网络到达家庭网关的点处测量服务QoE，而安装在客户端设备的QoE测量单元201可以测量由终端用户输入的服务QoE。在这种情况下，在图1所示家庭网络中，只有由于家庭内网问题造成的QoE下降被考虑用于QoS提供技术的调节/优化。对于非有网络造成的QoE下降，例如由于服务产生的下降，家庭网关将不调节QoS提供技术。例如，当测量到的电视节目的客观QoE等级低于用户要求的预期QoE等级时，家庭网关将发送诊断信息，建议用户选择另外的具有较高视频质量的电视节目，或者代表终端用户向应用服务器发送请求要求具有较高压缩质量的编码流，而不是调节家庭网络中的QoS技术。

下面将说明用于IPTV的QoE管理单元201的QoE评估模块1的操作作为实施例。本领域普通技术人员可以理解，其他的QoE评估模块在此方面也类似。

可以存在于机顶盒（STB）中的QoE评估模块1（例如ITU-T P.NBAMS中定义的视频模型）可以在电视屏幕上呈现用户交互界面203，让用户输入其对于电视节目的预期QoE等级。

图3是根据本发明的实施方式的QoE评估模块1结构的框图。如图3所示，QoE评估模块1包括互动单元301，用于在电视屏幕上呈现QoE管理页并获取用户关于IPTV服务的预期QoE等级。QoE评估模块1还包括处理单元302，用于从互动单元301接收预期QoE输入并传输QoE请求消息以将用户对于视频服务的QoE要求通知协调器单元202。

作为实施例，图4所示电视遥控器400可以用于用户启动和实施QoE管理功能，包括输入其对于服务的预期QoE等级，例如视频质量的QoE等级。电视遥控器400在面板上设置有“QoE”按钮401，用于用户启动QoE评估模块1。在按下“QoE”按钮401时，在电视屏幕上将显示用户互动界面。作为实施例，所述用户互动界面可以是图5所示的QoE管理页503a。

如图5所示，QoE管理页503a列出所有或部分家庭网络的家庭内视频服务（包括但不局限于VoIP、电视、文件下载、网页浏览）的QoE管理信息。对于每个视频服务，QoE管理信息可以包括两类信息，即QoE等级和诊断信息。用户可以通过遥控器400的“向上箭头”按钮402或“向下箭头”按钮403移动光标以选择感兴趣的视频服务。图5出于说明的目的示出了当电视服务的QoE等级被选择的实施例。当光标移动至QoE等级项目下的电视服务时，显示用于电视服务的另一个QoE管理页503b。QoE管理页503b呈现可以由协调器单元202提供的电视服务的客观QoE等级和用于由用户输入其对于电视服务的预期QoE等级的空白字段。如图5所示，客观QoE等级为3.0并且可以根据从协调器单元202接收到的数值改变。

当用户通过遥控器400的“向上箭头”按钮402或“向下箭头”按钮403将光标移动至预期QoE等级的空白字段时，显示质量彩色条（quality-colour-bar）501。质量彩色条501包括多个（例如在图5中为5个）色带，所述色带具有不同颜色以表示不同的预期质量等级，由用户选择。例如，质量彩色条501包括浅绿、浅蓝、黄、橙和红色色带510a、510b、510c、510d和510e，分别代表质量下降主观感知的不同等级：按照质量降序的“5：无察觉”、“4：可察觉但并无干扰”、“3：轻微干扰”、“2：干扰”、“1：非常干扰”。客观QoE等级的数值可以与质量彩色条具有相同意义。

用户可以通过按下图4所示遥控器400的“向上箭头”按钮402或“向下箭头”按钮403以将质量框502在质量彩色条510a、510b、510c、510d和510e间移动以选择对应的质量等级，然后按下“OK”按钮405以确认其对于电视节目预期QoE等级的输入。如图5所示，当质量框502停留在质量彩色条510b时，将显示关于此质量色彩条所代表的质量等级（在此情况下为“4：可察觉但并无干扰”）的提示信息以协助用户操作。用户可以通过按下遥控器上的“返回”按钮404返回前面的QoE管理页。

当用户通过遥控器400的“向上箭头”按钮402或“向下箭头”按钮403将光标移动至诊断信息时，将显示另一个QoE管理页503c。例如当用户的所有QoE请求都无法得到满足时可以由协调器单元202产生诊断信息。在一个实施例中，诊断信息可以指出有限带宽并显示每项服务占用的带宽；或者指出丢包率并给出建议的调节；或者指出如果用户不选择具有较高编码质量等级的电视节目视频服务的QoE等级将无法得到满足。协调器处理的实施方式将在下面进行说明。

当用户按下“OK”按钮405确认其对于视频服务的期望QoE等级的选择时，其可以通过在QoE管理页503a的状况下按下“返回”按钮404退出QoE管理页。

本领域普通技术人员可以理解，上述QoE管理页只用于说明的目的，也可以采用其他形式的QoE管理页。

图6是根据本发明实施方式的用于图4和图5的实施例的UI模块300的工作流程的流程图。

如图6所示，在步骤S601，在电视屏幕上显示电视节目。

在接下来的步骤S602，QoE评估模块1的互动单元301探测是否从遥控器400接收到“QoE”信号（其表示用户按下遥控器400的“QoE”按钮401）。如果结果为“是”，则过程进行至步骤S603，其中互动单元301将在电视屏幕上显示QoE管理页。例如，可以在电视屏幕上显示图5所示QoE管理页503a。随后管理单元301等待用户输入。如果在下面的步骤S604中互动单元301接收到“返回”信号（其表示用户按下遥控器400的“返回”按钮404），过程进行至步骤S601。如果未接收到“返回”信号，互动单元301将等待用户的输入。

如果在步骤S605互动单元301接收到来自遥控器400的“向上箭头”信号或“向下箭头”信号，过程进行至下面的步骤S606以判断光标在QoE管理页503a上移动至何处。如果光标移动至QoE等级的“电视”项，则在步骤S607中将在电视屏幕上显示对应的QoE管理页。例如可以显示图4所示QoE管理页503b。本领域普通技术人员可以理解，如果光标位于其他服务项上，则可以显示类似于503b的相应QoE管理页。如果光标移动至“诊断信息”，则在步骤S608中将在电视屏幕上显示相应的QoE管理页。例如，可以显示如图4所示QoE管理页503c。下面将结合采用的QoE管理页503b和503c对所述过程进行说明。

在QoE管理页503b上，在“客观QoE等级”项下实时显示客观QoE等级。

如图6所示，互动单元301将从遥控器400接收“向上箭头”信号或“向下箭头”信号并判断光标是否移动至“预期QoE等级”项。如果结果为“是”，在步骤S610中显示具有关于缺省质量下降等级501a的质量框502和对应简短提示信息“无察觉”的彩色条501。如果在步骤S607或S608之后的步骤S609’接收到“返回”信号，步骤将返回步骤S603以在电视屏幕上显示QoE管理页。

在后续的步骤S611，互动单元301将判断是否从遥控器400接收到“向上箭头”信号或“向下箭头”信号。如果结果为“是”，在步骤S612，质量框502将相应地在电视屏幕上的色带510a、510b、510c、510d和510e上移动，并且当质量框502位于某个色带上时会显示对应的提示信息。在后续步骤S613，如果互动单元301接收到“OK”信号（其表示用户按下遥控器400的“OK”按钮405），其从用户获得预期QoE等级输入并将输入数值在屏幕上的管理页503b的“预期QoE等级”旁显示。可以将QoE等级输入传输至处理单元302，处理单元302可以将所述QoE等级输入与“服务ID”封装至TCP（传输控制协议）包中并将该包作为QoE请求消息传输至协调器单元202。所述QoE请求消息的帧结构的实施例示于图7中。如图7所示，预期QoE等级输入采用MOS（平均意见评分）值的形式。也可以采用其他形式的帧结构。

如图6所示，如果在步骤S615互动单元301从遥控器400接收到“返回”信号，过程将返回步骤S607以显示QoE管理页503b。

图8是根据本发明实施方式的协调器单元202的工作流程的流程图。在步骤S801，网络条件检测模块202b获得在家庭网关点察觉到的视频服务的客观QoE水平，其中所述网络条件检测模块202b家庭网关上物理地实施。可以通过测量QoS参数和/或通过扫描视频流获得所述客观QoE水平。

在下一步骤S802，QoE调节模块202a判断来自家庭网络外部的视频服务的客观QoE等级是否小于用户的预期QoE等级。如果步骤S802的结果为“否”，QoE调节模块202a将向应用服务器发送请求要求具有较高压缩质量的编码流。如果步骤S802的结果为“是”，在下一步骤S803，QoE调节模块202a将指示网络条件检测模块202b检测家庭网络中的每个服务的可用带宽和丢包率。上述“来自家庭网络外部的视频服务的客观QoE等级”是指基于上游网络条件和视频服务器（例如电视头端）的输出处测量的压缩视频质量测量的客观QoE。根据步骤S802，判断视频服务的QoE下降是否是在视频进入家庭网络之前造成的。如果是的话，不应该在家庭网络内部解决质量下降问题。

在步骤S804，QoE调节模块202a基于步骤S803的结果判断可用带宽是否足以满足家庭网络上运行的所有服务的QoE要求。如果步骤S804的结果为“否”，在步骤S805中QoE调节模块202a将根据需要重新安排所述服务以根据用户选择或者服务的预期QoE等级的优先等级权衡运行的应用服务的QoE性能。如果步骤S804的结果为“是”，在步骤S806中，当客观QoE等级与预期QoE等级不匹配（即客观QoE等级小于预期QoE等级）时，QoE调节模块202a将根据安装在客户端设备上的QoE管理单元201传输的期望QoE等级反复地优化可用QoS提供技术（例如自适应调制和编码、应用层混合FEC和ARQ、在具有视频变码器时的帧内宏块刷新）。

现有的QoS提供技术的范围从物理（PHY）层到应用层，例如包括PHY层的自适应调制和编码技术、Wimax无线接入网中的MAC层ARQ（自动重传请求）/混合ARQ、应用层混合FEC和ARQ以及差错复原视频编码工具（例如在家庭网关上存在视频变码器的帧内宏块刷新）。上述QoS提供技术可以单独使用或者以跨层优化方式联合使用。在一个简单的实施例中，当触发QoS调节时，在PHY层逐渐和反复地增加调制和编码方案（MCS）等级，从而以系统资源消耗为代价改善对于传输误差的鲁棒性，直至客观QoE等级满足期望QoE。在更高级的跨层QoS优化中，在不同层反复的检索QoS提供技术的优化组合直至客观QoE等级满足期望QoE。

上面对本发明的实施方式进行了说明，但本领域普通技术人员可以在本发明的原理和范围内做出很多修改。

Claims (9)

1.一种用于为用户设备提供的网络服务的QoE管理方法，包括：

在所述用户设备上显示用于用户输入对所述网络服务的预期QoE值的用户界面；

从所述用户接收对所述网络服务的预期QoE值；

根据网络QoS参数估计所述网络服务的客观QoE值；和

如果所述客观QoE值小于所述预期QoE值，调节所述网络服务的QoS参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述QoS参数包括丢包率、可用带宽和延迟。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述用户界面包括多个平均意见评分，所述用户从所述多个平均意见评分进行选择以作为所述预期QoE数值的输入。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络服务包括文件下载、视频流和网页浏览。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

根据在所述网内或网外估计所述网络服务的客观QoE值在网内或网外调节所述网络服务的QoS参数。

6.一种用于连接服务提供商网络和家庭网络的网关，所述家庭网络具有至少一个从服务提供商网络接收网络服务的用户设备，包括：

第一单元（202b），用于根据QoS参数估计所述网络服务的客观QoE值；和

第二单元（202a），用于在所述客观QoE值小于由网络服务的终端用户的预期QoE值的情况下调节所述网络服务的QoS参数。

7.根据权利要求6所述的网关，其中从所述至少一个用户设备传输所述预期QoE值。

8.根据权利要求7所述的网关，还包括第三单元（201），用于在所述至少一个用户设备上显示用户界面，使用户能够输入所述至少一个用户设备上的网络服务的预期QoE值。

9.根据权利要求7所述的网关，其中所述至少一个用户设备包括第三单元（201），用于在所述至少一个用户设备上显示用户界面，使用户能够输入所述至少一个用户设备上的网络服务的预期QoE值。

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