基于统计分析的会话视频业务QoE-QoS参数映射方法技术

本发明专利技术属于视频业务QoE和网络资源管理领域，具体的说，是一种基于统计分析的会话视频业务QoE‑QoS参数映射方法，首先，数据采集通过网络封包分析软件抓取所需网络中的视频数据流，将抓取的原始数据流保存成标准文本格式；其次，进行大量的流量统计特征计算；然后，根据国际电信联盟的标准计算出MOS值；选取丢包率、传输速率以及时延抖动等参数进行图形绘制和公式拟合，根据结果得出最佳的参数建议指标；最后将所给参考值代入模型计算，统计落在预先给定的MOS值范围的概率进行验证。本发明专利技术能够在保证用户体验质量的前提下，更加合理有效的分配网络资源，避免将网络资源过多地分配给用户体验质量已得到满足的用户从而导致的资源浪费。

QoE-QoS Parameter Mapping Method for Session Video Service Based on Statistical Analysis

The invention belongs to the field of video service QoE and network resource management. Specifically, it is a method of mapping QoE QoS parameters of conference video service based on statistical analysis. Firstly, data acquisition captures video data streams in the required network through network packet analysis software, and saves the captured original data streams into standard text format; secondly, it carries out a large amount of traffic statistical characteristics calculation. Then, the MOS values are calculated according to ITU standards; the parameters such as packet loss rate, transmission rate and delay jitter are selected for graphical rendering and formula fitting, and the best parameters are obtained according to the results; finally, the reference values are substituted into the model calculation, and the probability of falling within the pre-given range of MOS values is verified by statistics. The invention can distribute network resources more reasonably and effectively on the premise of guaranteeing the quality of user experience, and avoid the waste of resources caused by excessive allocation of network resources to users whose quality of user experience has been satisfied.

【技术实现步骤摘要】
基于统计分析的会话视频业务QoE-QoS参数映射方法
本专利技术属于QoE和网络资源分配领域，具体涉及一种基于统计分析的会话视频业务QoE-QoS参数映射方法。
技术介绍
随着计算机网络和通信技术的飞速发展，网络多媒体业务在人们的生活中扮演着越发重要的角色，渗透在日常生活中的方方面面。多媒体业务应用的种类非常繁多，如视频、医疗、网上购物、监控、教学等等。其中，以视频对话、网络直播、2D以及3D大型游戏等形式的会话流发展尤为迅速，未来伴随着经济和互联网的发展，视频对话的市场份额比重将持续增长。如何在保证用户体验质量的前提下，更加合理高效的分配网络资源，是ISP(网络服务提供商)密切关注的问题，也是一个非常迫切的问题。在多媒体业务当中，服务质量(QoS)可能是以往使用的最多的服务模型，国际电信联盟(ITU)在x.902标准，即“信息技术开放式处理参考模型”中定义服务质量(QoS)为：定义在一个或多个对象的集体行为上的一套质量需求的集合，它强调的是技术方面的客观指标。像吞吐量、传输延时、抖动、丢包、带宽等这些服务质量参数就代表了QoS的评价指标，但是随着人们对传输业务的要求越来越高，仅仅依靠单独的QoS而没有结合用户自身的主观感受，已经无法准确的满足人们日益增长的体验质量要求。而体验质量(QoE)，是指用户对网络、系统或者业务质量和性能的直观感受，它综合了各个层面的因素，因此可以很好的描述网络服务的质量。MOS是表示用户对实时多媒体业务质量的感知参数，是用户意见分的平均值，取值范围为1～5。也就是说MOS值来自用户的主观评价，它的结果最为准确，但是这种方法会损耗大量的人力物力，而且实时性不高。概率密度函数是描述随机变量的输出值，在某个确定的点附近取值的概率函数。资源分配是一个很复杂的话题，它涉及网络的方方面面。它主要是指为了解决用户网络性能下降的问题，根据用户的网络实际情况，从不同的角度进行分析，定位问题，提供资源优化的建议。从设计第一代网络开始，就有许多关于网络资源分配的问题，直到现在也是一个非常流行的领域。目前，关于QoE的研究主要还是在模型的建立，或者说通过已经存在的模型来进行验证，极少有在已知MOS值的情况下探究各个参数的分布关系，并把其运用到满足用户体验质量的同时，合理的分配网络资源。QoE模型本身比较复杂，是一个非线性的最优化问题，目标函数非凸，求最优解或者其反函数的过程非常麻烦。加上从各个参数到QoE的映射本来就是多到一的映射，一个变量不能完全确定QoE。所以如果从QoE来推导参数的分布的话，很难得到一个正确的反函数或者最优解。基于这样一种情况，本专利技术就现今比较流行的会话类视频通话进行QoE研究，分析会话业务QoE模型，探究在各个MOS值分段区间的参数关系，并把其运用到网络资源的分配方面。本专利技术在基于用户体验质量的基础之上，提出一种合理有效的分配网络资源的一种方法，可以避免将资源过多的分配给用户体验质量已得到满足的用户从而导致的资源浪费。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述多媒体研究现状的问题，就现今比较流行的会话类视频通话进行QoE研究，分析会话业务QoE模型，探究在各个MOS值分段区间的参数关系，提出了一种基于统计分析的会话视频业务QoE-QoS参数映射方法。实验数据集选取了QQ和Skype视频通话，实验结果表明各个区间的MOS值范围内，参数分布具有一定的规律。利用本专利技术的成果可以在保证用户体验质量的条件下给出不同MOS区间QoS参数(丢包率、带宽)的建议指标，适用于网络资源分配方面，避免将网络资源过多地分配给用户体验质量已得到满足的用户从而导致的资源浪费。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是一种基于统计分析的会话视频业务QoE-QoS参数映射方法，包括如下步骤：步骤1：数据集采集：1.1)利用网络封包分析软件抓取所需网络中会话业务两端的数据流，将抓取的原始数据流保存成标准文本格式；步骤2：特征提取：2.1)将抓取之后的数据流将每条流进行分片；2.2)统计每一个流片的特定参数；步骤3：MOS值计算：3.1)根据ITU-TP1201.1模型和基本参数计算对应的MOS值；步骤4：绘制和分析图形：4.1)选取某些参数为输入，得到MOS值的三维、二维分布图，对会话视频业务数据进行统计分析，给出在不同MOS区间参数的建议参考值；4.2)将MOS值分段，绘制各个分段MOS区间参数的概率分布柱状图，并进行公式的拟合，计算拟合公式的各项指标；4.3)统计各个分段MOS区间的时延抖动的分布情况；步骤5：结论与验证：5.1)综合考虑步骤4.1和4.2等所绘制的图形以及拟合的公式，给出在不同MOS区间QoS参数(丢包率、带宽)的建议指标。5.2)将步骤5.1中给出的建议指标代入ITU-TP.1201.1模型，统计各个分段区间达到给定MOS值范围的概率，验证建议指标的准确性。进一步，上述网络封包分析软件为WireShark。作为优选，上述标准文本格式包括包到达时间、源IP地址、目的IP地址、协议类型、数据包大小五列原始信息。上述步骤2.1所述对数据流进行分片，是因为所使用的会话类QoE模型适用于短时流(10s-16s)，实验以15s进行分片。上述步骤2.2中的所述特定参数包括丢包率、传输速率、时延抖动、中断等。作为优选，上述步骤3.1所述ITU-TP1201.1模型为国际电信联盟制定的针对网络流媒体的用户体验质量的计算方法，主要运用于封装在RTP/UDP/IP包中的媒体有效载荷(音频、视频)，是一种低分辨率(如移动电视)的区域模型算法。上述步骤4.1所述某些参数为丢包率和传输速率。其中，选取丢包率为横坐标，传输速率为纵坐标。作为优选，上述步骤4.2所述MOS值分段为以1为间隔将MOS值进行分段。作为优选，上述步骤4.2所述公式的拟合是指拟合为二阶高斯的形式，各项指标包括：和方差、均方根以及确定系数。上述步骤4.3所述统计各个分段MOS区间的时延抖动的分布情况是指在步骤4.2的基础上，在分段MOS区间内统计时延抖动的分布情况，计算均值和标准差，以柱状图的形式绘制图形。作为优选，上述步骤5.1所述QoS参数(丢包率、带宽)的建议指标是依据4.1以及4.2综合得出的一个考虑网络资源以及用户体验质量的建议指标。本专利技术所给的建议指标都是以中心对成的原则所得，因为这样得出的指标，不仅以极大概率保证了用户体验质量，而且在资源分配方面也尽量做到不浪费，避免将网络资源过多地分配给用户体验质量已得到满足的用户从而导致的资源浪费。4.1所绘制的图形可以分为带宽敏感区和不敏感区，有很明显的分布特征。第一步先横跨各个MOS值作一条分界线，分割线上半部分为带宽敏感区，下半部分为带宽不敏感区；第二步，找出左边传输速率边界的中点，从中点画出一条中线相交与分割线；第三步，找出右边的丢包率的中点，从中点画出一条中线相交分割线与同一点，即为参数建议指标。其他的MOS值区间，重复第二步、第三步。其他业务场景，重复以上步骤，即得出各个区间的参数参考值。结合4.2的PDF函数，得出不同MOS区间的QoS参数的建议指标。上述步骤5.2所述验证建议指标的准确性，其具体步骤为先将计算所得的各组数据进行分类，以0.5为间隔，根据MOS值进行分类；接着将各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于统计分析的会话视频业务QoE‑QoS参数映射方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：数据采集：1.1）利用网络封包分析软件抓取所需网络中会话业务两端的数据流，包括有线和无线，将抓取的原始数据流保存成标准文本格式；步骤2：特征提取：2.1）将抓取之后的数据流将每条流进行分片；2.2）统计每一个流片的特定参数，所述特定参数包括丢包率、传输速率、时延抖动、中断；步骤3：MOS值计算：3.1）根据ITU‑T P1201.1模型和基本参数计算对应的MOS值；步骤4：绘制和分析图形：4.1）选取某些参数为输入，得到MOS值的三维、二维分布图，对会话视频业务数据进行统计分析，给出在不同MOS区间参数的建议参考值，所述参数为丢包率和传输速率，其中，选取丢包率为横坐标，传输速率为纵坐标；4.2）将MOS值分段，绘制各个分段MOS区间参数的概率分布柱状图，并对并对PDF函数进行公式拟合，计算拟合公式的各项指标；4.3）统计各个分段MOS区间的时延抖动的分布情况；步骤5：结论与验证：5.1）综合考虑步骤4.1和4.2等所绘制的图形以及拟合的公式，给出在不同MOS区间QoS参数的建议指标；5.2）将步骤5.1中给出的建议指标代入ITU‑T P.1201.1模型，统计各个分段区间达到给定MOS值范围的概率，验证建议指标的准确性。...

【技术特征摘要】
1.一种基于统计分析的会话视频业务QoE-QoS参数映射方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：数据采集：1.1）利用网络封包分析软件抓取所需网络中会话业务两端的数据流，包括有线和无线，将抓取的原始数据流保存成标准文本格式；步骤2：特征提取：2.1）将抓取之后的数据流将每条流进行分片；2.2）统计每一个流片的特定参数，所述特定参数包括丢包率、传输速率、时延抖动、中断；步骤3：MOS值计算：3.1）根据ITU-TP1201.1模型和基本参数计算对应的MOS值；步骤4：绘制和分析图形：4.1）选取某些参数为输入，得到MOS值的三维、二维分布图，对会话视频业务数据进行统计分析，给出在不同MOS区间参数的建议参考值，所述参数为丢包率和传输速率，其中，选取丢包率为横坐标，传输速率为纵坐标；4.2）将MOS值分段，绘制各个分段MOS区间参数的概率分布柱状图，并对并对PDF函数进行公式拟合，计算拟合公式的各项指标；4.3）统计各个分段MOS区间的时延抖动的分布情况；步骤5：结论与验证：5.1）综合考虑步骤4.1和4.2等所绘制的图形以及拟合的公式，给出在不同MOS区间QoS参数的建议指标；5.2）将步骤5.1中给出的建议指标代入ITU-TP.1201.1模型，统计各个分段区间达到给定MOS值范围的概率，验证建议指标的准确性。2.根据权利要求1所述的一种基于统计分析的会话视频业务QoE-QoS参数映射方法，其特征在于：所述网络封包分析软件为WireShark。3.根据权利要求1所述的一种基于统计分析的会话视频业务QoE-QoS参数映射方法，其特征在于：所述标准文本格式包括包到达时间、源IP地址、目的IP地址、协议类型、数据包大小五列原始信息。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：董育宁，曹婷婷，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32