用户体验评价模型综述

1、科技文献综述竞赛论文题目：用户体验（QoE）评价模型综述姓 名：专 业：电了与通信丁程指导教师：申报日期：用户体验（QoE）评价模型综述（西安电子科技大学电子与通信工程，指导教师：）摘要：随着计算机和网络科学的发展，多样性信息服务大量涌现，竞 争愈加激烈，服务提供商必须保证良好的用户体验（QoE）才能在竞 争中胜出。因此，如何量化和评价用户依验就成为了学术研究的重要 课题。本文首先讨论并列举了QoE的代表性的定义。随后综述了近年 来几个具有代表性的QoE量化评价模型，详细介绍了综合性的QoE模 型，列举并阐述了这些量化评价模型的影响因素。最后对这些模型的 特点加以总结和比较，提出了当前QoE评

2、价模型研究中存在的问题, 同时对未来QoE评价模型的研究方向进行了展望。关键字：QoE/用户体验QoS/服务质量评价模型 、前言在过去几年中，随着计算机技术和网络技术的快速发展，大量多 样性的应用服务也随之涌现出来，而应用服务提供商之间的市场竞争 也愈来愈激烈。为了在激烈的市场竞争中胜出，服务提供商必须努力 确保自己提供的服务获得用户的认可，进而占领市场。因此，对于服 务提供商而言，他们急切需要一种能够确切评估用户认可程度的评价 标准。目前来说，QoS （ Quality of Service,服务质量）是最广泛采用 的一种评价机制。对于网络业务而言，QoS的关键指标主要包括可用 性、吞吐量、

3、时延变化（包括抖动、漂移）和丢包率等。但是，这些 指标仅仅体现了服务在技术层面和网络传输层面的性能，而忽略了用 户的主观因素。显然，QoS并不能够直接反映用户对应用服务提供商 所提供服务的认可程度。这就会导致服务提供商即使花了很大的精力 来保证网络的QoS,但是不能够有效的获得用户认可。另一方面，为 了保证QoS,需要提供大量的资源，如杲用丰富、安全的余量设备来 应付预期中的“高峰”需求，会给应用服务提供商造成很大的负担， 而且不能应对高峰需求超越预期的情形。QoE （ Quality of Experience, 用户体验质量）则是一种以用户认可程度为衡量标准的服务评价方 法，它结合了用户层

4、面、服务层面、环境层面等影响因素，直接反映 了用户对服务的认可程度。QoE是一个快速形成的基于社会统计学、 认知学、经济学和工程学等的跨学科的研究课题，主要研究人类整体 的品质要求，是人类品质要求和期望的蓝图。目前，大家关于QoE的研究内容主要分为：QoE的定义和影响因 素、QoE的量化方法、QoE评价指标、QoE评价模型、基于QoE的网 络管理及服务管理与优化等几个方面。本文中的第二小节主要介绍和列举了当前文献对QoE定义；第 三小节则介绍了当前QoE的几个代表性模型，详细介绍了综合性模 型；最后对全文作以总结和展望。二、Qoe的理解和定义现在，对QoE的具体定义还没有一个完整统一的论述。最

5、初， QoE被理解为：用户对所提供服务的OSI模型的不同层次QoS机制的 感知的度量。例如文献中，定义QoE为：保证通过IP网络平稳 传输音频和视频的QOS机制的整体性能。就是说以用户的角度对系统 QoS机制的评价。国际电信联盟对QoE的定义为：终端用户对应用或 者服务整体的主观感受和可接受程度。可以看出国际电信联盟对 QoE的定义进行了扩展，它被定义成用户对整个服务的评价，不再仅 仅停留在对QoS机制评价的层面上。文献中，定义QoE为：从用 户出发，体验到一个系统的整体性能。文献中QoE的定义则包含 了更多的信息，定义QoE为：QoE是指在特定环境下，对人与技术、 业务实体之间交互的体验的一

6、种评价。分析这些定义，可以出来，随着研究的深入，对QoE的认识， 从单纯的作为QoS的延伸，发展到逐渐引入人和环境作为评价因素; 从对局部的、层面的评价，发展到对整体的评价。三、QoE评价模型随着对QoE研究的展开，越来越多的QoE的评价模型被提出来。 下面我们列举了几个具有代表性的QoE的综合评价模型。1、Andrew Perkis等在文献中提出了 一个衡量用户对于多媒体 服务的体验的模型。该模型是以树的概念提出，它体现了研究QoE 的复杂性和多维度。该模型树如图1所示，它主要包括两个分支来区 分可测和不可测因素。每个分支上的叶子代表模型参数，也一定程度 显示了它们内在关系。而且，这个树模型

7、还能随着时间演化，一些因 素会消退，新的因素也会加入。图1.用户体验模型树该树形模型的可测因素主要是和终端、服务等技术方面相关，主 要有一下几个:终端的软件和硬件QoS»编码器的评估内容评估模型中的不可测因素主要是和我们对服务的感知、我们的期望以 及我们的行为相关。主要包括：»用户体验参数通用的多媒体体验»期望»理解和满意度A态度和习惯这个模型还描述了一个通过将谨慎的值写入XML文档，然后将 该文档用于量化模型参数的框架。此外，该模型还通过了验证试验， 验证试验是在超过4周的时间里，实际使用3G手机来运行视频点播 和手机电视服务。2、在ITU-T'

8、;s G.1080中，提出了一个QoE模型，在这个模 型中，QoE的影响因素被分成两个类别：主观的人为因素和客观的 QoS因素。技术作为QoS的参数，在这个模型中，被归为人类客观的 QoE因素。并且认为，QoS可以像其他因素例如商业因素(价格)一 样影响人的行为，却不是人为因素的固有部分。QoE则是一系列以 人为本的因素，而不是以技术参数为中心。3、在文献中Moller等提出的模型主要是为了指导对多媒体传 输、多模式人机交互等服务内容的评估和评价。该模型主要提出了由 于多模式人机交互而产生的QoS和QoE相关的重要因素的分类。该 模型分类结构如图2所示，主要包括三个方面：(1)涉及用户、系统、

9、应用环境的QoS影响因素；(2 )描述用户行为和系统性能的QoS交互性能；(3)与用户自身的判断过程和感知过程相关的QoE。(sooar.yAJ2s JO A 七一enoSJOt;型aupuQnuu-StaticfactorsUserDynamicfactorsContextSystemEnvironmentalfactorsService factorsAgentfactorsFunctio nalfactorsauueluj o 七 adUserPhysical responseeffort.mOSPS modalitycontextualapprXnis 沖如亦心 appropriate

10、s Dialog Syste rnManagementInputperformanceperformance "put modality Interpretationwpropriatness* rperformance(300)<Dou2(Ddx3 jo A 七-enoOutput qualityCooperativityInputqualityInteraction quality图2.多模式人机交互的QoS与QoE分类方法QoS影响的因素通过交互性能对QoE产生影响。它的三个主要方 面及各方面的指标如下：»用户因素指标：在评估实验进行之前，根据预先定义的用户分类

11、表进行文 件调查筛选。»系统因素指标：参数文档。包括系统开发人员详细说明的代理因素和专家 详细说明的功能性因素。»环境因素指标：系统开发人员提供的参数文档和文献中的任务分析方 法。QoS交互性能影响因素包括两个方面，一个方面是系统，另一个方面是用户。系统交互性能方面包括：»输入性能输入形式合法性»解析性能A对话管理性能情景的合法性A输出形式的合法性»界面的合法性（指提供给用户的输出的表面形式）用户方面的交互性能包括：感知能力认知负荷»物理相应能力以上这些方面都有相应的指标。QoE因素可以通过记录用户行为的日志来获得。它主要包括:

12、87;交互质量»交互的效率A可用性»外观审美、系统人性化和吸引力实用性和有效性»可接受性以上这些方面也都有相应的指标。该分类结构给出了实证结果，并给出了各方面因素的定义和它们 之间的关系。4、Yan Gong等提出了一个衡量QoE的五角星模型何。该模型 包含五个因素，包括完整性、稳定性、可用率、可用性和瞬时值。这 五项内容明确了 QoE的性能和竞争优势。该QoE模型如图3所示：这该模型的主要性能指标和这些性能指标各自最主要的衡量指标如表1所示表1 QoE的影响因素以及其重要指标QoE主要性能指标最主要衡量指标符号服务完整性时延抖动、丢包率a服务稳定性服务中断率b服

13、务可用率用户接入成功率c服务可用性服务可用性d服务瞬时值服务建立和访问响应时间e在QoE的计算中，每一个因素都会有确定的数值。我们假定每一个因素的值是0,1区间上的一个值，“1”代表每个因素的最大取值,“0”代表每一个因素的最小取值。那么这个五星的面积就作为QoE 的测量值。很明显，QoE的最小取值为0,最大取值为2.4。这个五 边形由五个三角形组成，假定人，人代表三角形的侧边，2代表这两个 侧边的夹角，即7氛 那么每个三角形的面积就是0.5x/1X/2xShUo图 中的分别代表QOE的各个因子，那么QoE可以按照下式计算QoE - + sin 72°ab + he + cd + d

14、w + ea)=0.951 lx (g/? +be + cd + de + ea)三 0.48 x (ab + be + cd + de + ea)我们可以计算五星模型中的各个因子如下：A服务完整性定义规范化的QoE函数以=0/假(i), «表示监测参数类型，例 如时延抖动、丢包率等。i代表第i个采样周期7 0代表实际的特定 最大值，例如最大时延、最大丢包率等。冷代表性能参数的测量值。 攻越大表示QoE越好。假定(0 = m>l，总时间长度为nTy m<no a表示遵守约定的一致性比率，并且©越大，QoE越好。则服务完整 *14 £> = X D

15、EL+ay x JIT+a, x PL u DEL、J1T、PL 分别表示时延，抖动和丢 包率。>服务稳定性服务中断比率为久=因此服务稳定的比率为Db = l-A./=1A服务可用率畀表示总的接入服务的用户数， 7表示接入失败的用户数。那么 服务可用率为D =-m/n.»服务瞬时值。表示目标值，财表示测量值。丫二OW、则/= w>lo则服务瞬时值为D. = ml n oJ»服务可用性服务可用性的量化模型如图4。Service usabilityEfficie ncyEffectivenes0.25(Time) + 0.25(Erro rs) + 0.25(Com

16、pletion) + 0.25(Satisfaction)图4可用性的加权量化模型文献中验证，该模型比传统方法具有更好的QoE量化性能。5、文献提出了一个通信领域中的QoE综合模型。文献首先提 出了一个概念性通信系统，如图5所示。图5.通信系统该通信系统中综合了各个不同要素，例如技术，商业和人类行为。人和技术之间的交互产生了用户模型，来反映用户对技术的要 求，例如服务的功能和QoS参数影响用户的感知、期望和行为等。人和商业之间的交互产生了消费者模型，来反映用户对商业的要 求。例如费用、促销和商标图案等可能会让用户对服务产生积极或者 消极的看法。商业和技术的交互代表服务供应商策略和业务模型，来反

17、映他们 的基础设置建设以及如何有效地通过留住老客户吸引新客户来获取 利润。环境表示通信系统中的，各种各样的场景和情况。环境是很重要 的彫响因素，因为一个人心情可能也会随着环境的变化而变化。在通信系统中有一类关于交互的控制循环，以此产生综合QoE 模型。一个领域代表模型中的一系列知识、行为活动或者影响。该模 型包含四个领域：人、环境、技术和商业。主要的交互有：»人_环境A人技术人商业技术商业»环境一商业技术每个领域有三种抽象：实体、角色和属性。一个实体是现实社会 中的概念或物体。该模型中有四种实体：人类实体、环境实体、商业 实体和技术实体。各个实体及其相互关系如图6所示。Bu

18、siness characteristicsNetwork operatorService providerBusiness domainContextual domainTechological domainBusiness entityTechnological charactensttcsQoSDesign parametersDesign featuresContentPromotions Churn rate图6.通信系统中QoE交互模型系统结构图(1) 人类领域表现为一个具有人口统计学属性，体现不同角色,并且能与技术交互，拥有经验的人类实体。人类领域和其他领域交互 产生QoE的需求

19、。(2) 技术领域表现为服务从设计到交付生命周期中所有技术的 一个蓝图。这一领域是当前QoE研究过程中研究的最多的内容。(3) 商业领域表现为提供一个特定服务相关的所有商业内容的 全体。它最终影响了用户的购买意向和服务提供商所能提供的价格。(4) 环境领域表现为人、技术、商业实体交互时的具体条件、 情况和环境。它通过影响人的感知体验进而对整体QoE产生显著影 响。与试图建立预测因素与结果因素之间的因果关系的社会科学模 型叩冋类似，该模型将所有因素分为三个类别：预测因素、结果因素 和中间因素。域间的具体的映射关系如图7所示。预测因素和QoE因素之间的因果关系是一个固有关系。调节过程和中间过程是可

20、选的，如果对QoE深入研究或者要求更加精确的 话，调节和中间过程可以实例化。各领域属性之间的简单关系如下式Total QoE(Moderation factors) = Direct effect(Prediction factors)Indirect eJfect(Mediatin factors)同时文献给出了一个多媒体提供商的视频点播实例对该模型进行了印证。本文参考了现有的文献，首先讨论了 QoE的定义，随后主要综 述了 QoE的量化评价模型，详细介绍了 QoE综合模型。这些模型的 简单比较如表2所示。表2各个模型特点简单比较ModelHuman DomainTechnological

21、DomainContextualDomainBusinessDomainHuman Roles and HumanDemographicArtnbutesSubjectiveQoE FactorObjectiveQoE FactorAndrew Perkis et alNoYesNoYesNoYesITU-T G.1080UnclearYesNoYesLimitedNoSebastian Moller et al.No rolesYesYesYesLimitedNoYan Gong et al.NoLimitedLimitedYesNoNoKhalil et aLYesYesYesYesYes

22、YesQoE的研究涉及多个学科领域，十分复杂，QoE的量化评价模型 还有很多问题需要进一步解决：(1) QoE的多领域融合问题。QoE涉及到多个领域的交叉融合, 但是许多现有的评价模型还不能够很好的解决这个问题。还需要更加 综合性的量化评价模型来揭示QoE与其属性之间本质上的关系。(2) 人的主观因素和环境因素对QoE的影响还需要更加深入的 研究和探索。人的主观因素和环境因素都很难量化，需要借助其他学 科的方法来进一步探究这些影响因素。建立科学的量化指标。(3) 对不同的服务建立一套通用的评价指标需要进一步讨论。 对同一种服务则需要更加细化和统一的指标。(4) QoE的理论还不够成熟，因此涌现

23、出了许多不同的量化方 法和评价方法。大多数关于QoE评价的研究主要集中在视频和音频业务中。随着研究的继续深入，相信QoE的量化模型会更加完善实用。参考文献1 Siller M,Woods J. QoE improvement of multimedia transmission /Proceedings of the IADIS International Conference,2003,II： 821-8252 OzNei 1 Timothy M. Qual i ty of experience and qual i ty of service, For IP video conferenc

24、ing. Di rector of Technical Market ing of Polycom Video Communications. Whi te Paper by Polycom, 20053 ITU-T： Def ini t ion of qua 1i ty of experience(QoE) International TelecommunicationUnion, Liaison Statement, Ref.: TD 109rev2(PLEN/12), 20074 Garcia M, Canovas A, Edo M e t a 1. A QoE management s

25、ystem for ubiquitous IPTV dev ices/Proceedings of the 2009 Third International Conference on Mobile Ubiquitous Computing, Systems, Services and Technologies. 2009： 1471525 Khal i 1 ur Rehman Laghari et al. Toward Total Qual i ty of Experience: A QoE Model in a Communi cat ion Ecosystem. 2012: 58-656 A. Perkis et al. A Model for Measuring Qual i ty of Experience, Proc. 7th Nordic Signa 1 Processing Symp. 2