业务参数对Over-The-Top服务体验质量的影响分析-迭戈·里维拉·比利亚格拉thesis

业务参数对Over-The-Top服务迭戈·里维拉·比利亚格拉引用此版本：迭戈·里维拉·维拉格拉。分析业务参数对Over-The-Top服务体验质量的影响网络和互联网架构[cs.NI]。巴黎萨克雷大学（COmUE），2017年。英语NNT：2017SACLL004。电话：01498214HAL Id：tel-01498214https://theses.hal.science/tel-014982142017年3月29日提交HAL是一个多学科的开放获取档案馆，用于存放和传播科学研究文件，无论它们是否已这些文件可能来自法国或国外的教学和研究机构，或来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaireNNT：2017SACLL004Thèse de docTORATdeL’UnSudPaRIS的电话Ecole DocTORA le NO 580Sciences et Technologies deParDiego Rivera Villagra分析和影响有关参数对服务质量的影响Thèse présentée et soutenue à Evry，le 28/02/2017：评审团组成：CAVALLI女士，Ana Rosa Mrs. Seur，巴黎南部电信局M. CUPPENS，Frédéric Escherseur，Télécom Bretagne PresidentM. TIXEUIL，Sébastien Pasteur，UPMC-LIP 6特别报告员M. SÉNAC，Patrick Eisseur，ENAC（国立特别报告员M. MELLOUK，AbdelhamidEscherseur，巴黎东部大学库希克，纳塔利娅·马埃特雷·德·孔费特，巴黎南部电信局夫人ZAIDI，宾夕法尼亚大学人类发展报告硕士南里考试M. BUSTOS-JIMENEZ，Javier Directeur de Recherche，NICLabs Invité我的兄弟们，我想知道这份文件存在的动机。v致谢首先，我想对我的论文指导Ana Cavalli表示衷心的感谢，感谢他对我的信任，并给我机会发展本文中提出的工作。她也把她的努力和信心，让我工作，积极在欧洲项目新一代过顶服务（NOTTS）。我将永远感激她给我的机会和培训，与欧洲各地的合作伙伴合作，同时，发展论文的工作。除了我的主管的支持，我还要感谢Nina Yevtushenko和Natalia Kushik对我正在开发的工作的持续支持和兴趣他们总是愿意讨论各种想法，并提出新的方法来扩大本文件中提出的工作。如果没有不断的支持，我写的文字就不会存在。虽然这项工作并不是作为一个共同指导，但我一直得到智利整个NICLABS团队的支持，在那里我开发了我以前的全部工作。他们支持我的实际工作，提供他们的支持和处置采取长时间的调查和评估视频的质量。他们的答复使这项工作的最后一部分得以开展，并构成了本文所述结果的主要部分。我想特别感谢哈维尔·布泽尔教授，他一直支持我，并提供了他所有的帮助。此外，Télécom SudParis的前LOR部门（现在的RS2M部门）的整个团队对这项工作给予了巨大的支持，我非常感谢他们。特别是，我要感谢豪尔赫的咖啡休息和讨论有趣的研究课题通常不相关的这项工作，奥尔加是这样一个很好的朋友，并提供支持，当我需要它，何塞分享历史，咖啡和啤酒时，我可以，帕梅拉是我更密切的智利联系，我可以依靠当我需要它。在这段旅程中，还有其他人可以与我分享伟大的时刻首先，我想特别感谢张艺谋。她是为数不多的几个我可以称之为“朋友”的人之一同样，我要感谢哈维尔。当我们在圣地亚哥见面时，我们只是分享了一种专业关系，但时间证明了我不仅可以依靠他的专业支持，而且还可以作为一个真正的朋友。最后，我想感谢所有来自智利的朋友，他们来到欧洲（和巴黎），与我共度了一段时间。也许你没有注意到，但与你们分享的几个小时让我想起了我们在大学的美好时光，给了我继续从事我热爱的工作的力量。最后但并非最不重要的是，我要感谢我的家人，当我想念他们的时候，他们总是在那里。尽管距离很远，我仍然喜欢在一切似乎都很黑暗的时候听到他们的声音，看到他们的脸。vi内容vii内容1介绍11.1动机11.2问题31.3论文的范围和计划41.4出版物61.5与主题无关的出版物72艺术92.1OTT（OTT）服务92.1.1时间的开端：电信和视听媒体2.1.2互联网时代和基于互联网的服务2.1.3内容市场的2.1.4The “Unfair Competition” War2.1.5The “Network Neutrality” Treaty2.2 服务质量（QoS）和体验质量（QoE）概念172.2.1服务质量172.2.2经验质量202.3 业务质量（QoBiz）概念233基于EFSM的体验质量评估框架253.1一、导言. 253.2 第26章3.2.1有限状态机（FSM）263.2.2扩展有限状态机（EFSM）273.2.31-扩展有限状态机的等价物293.3 体验质量评估框架313.3.1为顶级服务建模323.3.2使用质量指标34viii内容3.3.3l-等效模型的计算和经验质量373.4 讨论413.5 结论. 424实施经验质量评估框架434.1Montimage MonitoringTool（MMT）4.1.1建筑学444.1.2监视器图像监视工具（MMT）相关引擎454.2 MMT扩展与体验质量评估框架474.2.1L-等效推导算法484.2.2经验质量计算算法494.3 算法的应用494.4 结论.505经验质量框架验证535.1一个顶级仿真平台的实现545.1.1顶级仿真平台545.1.2扰动视频生成工具565.2 初步改进605.2.1OTT模型增强605.2.2增强体验质量模型615.2.3视频评价645.3 结果和模型验证665.3.1上下文变量验证665.3.2体验质量（QoE）模型验证715.3.3QoE模型测试765.4 结论766Over-The-TopService的静态分析796.1一、导言. 796.2 静态分析算法806.3 一个真正的Over-The-Top服务的分析6.3.1实验配置826.4 静态过顶模型分析846.4.1线性经验质量模型846.4.2扩展的体验质量模型856.5 结论887结论.917.1前景93内容ixBibliography参考书目95A beIN Sports Connect服务描述103A.1 介绍103A.2 服务选项103A.3 技术细节104A.4 服务操作104B 扩展有限状态机M3107的JavaScript表示法B.1扩展有限状态机M3107的表示B.2 扩展有限状态机M3109的计算路径B.3 扩展有限状态机M3109的扩充路径C 视频生成工具111C.1segment.sh111C.2 concat.sh115D 验证调查117E Versionfrançaise abrégée119E.1第一章：导言119E.1.1动机119E.1.2Problématique120E.1.3Objectifs et planification dela thèse120E.2 Chapitre 2：ÉtatdeE.2.1Les servicesOver-The-Top（OTT）121E.2.2 Les conceptsde qualité124E.3 Chapitre 3：SystèmeE.3.1PréambuleE.3.2 质量评价系统E.3.3 结论129E.4 第4章：评价制度的实施E.4.1L’outil de monitorage de MontimageE.4.2 使用QoE 130评估系统扩展E.4.3 算法应用131E.5 第5章：QoE评估系统验证E.5.1Mise en ÜuvreE.5.2 Raffinements préliminaires132E.5.3 Résultats et validationdu modèle134E.5.4 结论. 135E.6 第6章：OTT服务统计分析E.6.1统计分析E.6.2 OTT réel 136服务分析E.6.3 OTT 137模型统计分析x内容E.6.4 结论137E.7 第7章：结论和展望137E.7.1前景139x内容1第1章介绍内容1.1动机11.2问题31.3论文的范围和计划41.4出版物61.5与主题无关的出版物7如今，互联网已经成为一个可靠和有效的平台，为客户提供在过去几年中，互联网接入作为用户的主要通信渠道得到了提高这导致了互联网接入的民主化进程，允许用户不仅在工作岗位上，而且在家里甚至在口袋里使用智能手机进行连接。随着这种增长的发生，新的公司在这个平台上看到了一个丰富的土地，以建立新的多媒体商业机会，而无需投资大量资金来部署将内容分发给最终用户所需的昂贵这一事实得到了公共互联网两个因素的发展的支持。一方面，通过使用不断扩展的网络作为交付系统，拟议服务的潜在客户数量每天都在增长，同时使业务的影响力也在另一方面，高速链路的发展允许提供可扩展的服务，这些服务可以适应基于最佳努力的网络的不同条件然而，一个明显的矛盾可能与这最后一个事实。1.1动机尽管为大量的人提供快速连接做出了巨大的努力，但从一开始，互联网就被开发为尽力而为的网络。简单地说，数据（最初是消息）的传递不是由网络本身来确保的，而是尽最大努力在尽可能短的时间内传递没有错误的数据。在可能的问题中，网络的互连引入了代表交付链上可能的故障点的节点：每个节点都可以丢弃包2第1章介绍这些缺点是向期望高质量水平的用户提供服务时的主要缺点像电话和电视这样的服务被设计为保留一定量的资源，以确保传输的内容的交付。在前一种情况下，这些资源在执行呼叫时被保留，并且它们被保持直到呼叫结束。在后一种情况下，磁频谱的一部分被保留用于电视广播，这允许同一电视频道的大量观众同时观看。如前所述，这两种技术在设计时都考虑到了这种行为，这使得它们的质量控制更加容易。当移动到通过不可靠的网络传输的类似随着新公司开始在互联网上提供付费服务，质量保证开始成为一个问题。服务（特别是多媒体）现在必须为总是忙碌的资源而繁荣，有时干扰其他服务并导致例如，传统电话服务的特点是几乎没有延迟（即使是国际电话），没有通话中断和低质量的语音。后者在真实的互联网网络上几乎不需要任何努力就可以实现，但是其余的要求可能很难在尽力而为的基础设施上模拟：数据包丢失可能会导致会话中断，拥塞可能会增加延迟，直到无法进行流畅的会话。当考虑基于视频的服务（如电视，甚至视频点播（VOD）服务）时，这种情况并不那么有希望。TV服务通常以比电话服务更高的质量传输音频，并且另外传输需要与音频同步的运动图像。这些特性极大地增加了需要传输的数据量，这意味着更高的带宽要求。相反，即使电视服务需要某种程度的即时性来提供内容，它也不像电话那样重要，因为通信只以一种方式进行：从广播公司到观众。这一要求甚至不存在于视频点播服务，其中预先录制的视频正在交付给观众时，他们需要它。在这两种情况下，通过互联网提供视听服务对确保客户的质量提出了重要挑战首先，高视觉和音频质量对用户和服务提供商之间的连接的有效带宽施加了很高的限制，当多个用户共享同一个尽力而为网络时，这其次，传输的数据量增加了丢失部分数据的可能性，这可能导致服务减少和延迟增加最后，网络的其他损伤，如延迟抖动，可能会影响流的音频和视频之间的同步，这会大大降低用户感知的质量[15]，[23]，[46]，[60]。即使当网络条件是影响用户注意到的质量的主要因素时，它也不是在使用服务时影响用户的唯一维度。如今，越来越多的服务是通过互联网提供的，与电信公司提供的传统服务相比，互联网以具有竞争力的价格影响了大量的人尽管这些竞争性价格通常低于传统竞争力，但同时提供高水平的质量和收入对服务提供商来说可能是一个巨大的基于互联网的服务提供商的主要缺点在于他们的主要坚韧：互联网。诚然，这个平台降低了部署成本，以提供价值，代价是失去控制交付过程的能力。换句话说，基于互联网的服务转移了通过通常由电信公司管理的网络传递其数据的责任此外，这些最后的演员不采取任何收入1.2. 问题3当通过其网络传输大量数据时，这通常会增加互联网接入的运营成本在这种情况下，电信公司有权限制这些削减收入的替代服务的使用。这代表了寻找隐藏两个市场的解决方案的主要动机，旨在最大限度地减少对共享互联网基础设施的影响，并最大限度地提高整个分销链中所涉及的公司的收入。考虑到所有这些影响，重要的是即使在高度损伤的情况下也要提供高水平的质量通过这种方式，将有可能使客户对服务更加忠诚，并愿意向其他潜在客户推荐该通过将适当的质量保证技术应用于基于互联网的服务，将有可能提供可靠的报价并满足用户因此，重要的是为技术人员提供适当的技术-以质量模型及其相应的监控工具的形式-旨在监控他们的流，优化他们的1.2问题质量概念随着互联网的发展而发展。最初，质量与客观指标相关联，称为服务质量（QoS）。作为这最后一个事实的示例，典型的服务质量（QoS）度量涉及网络相关参数的测量，诸如流的分组丢失和延迟。如果我们考虑在互联网的第一个时代（或Web 1.0）通常提供例如，不提供交互式内容的网页通常在客户端的浏览器中下载一次当Web 2.0时代开始时，验证这种行为的假设不再成立。Web 2.0将丰富的内容引入互联网，将互动性、音频和视频引入网站。这最后一种类型的内容使托管网站更加动态，不仅对最终用户硬件而且对传输内容的网络随着博客网站和后来的视频博客的兴起每次用户访问网站时，客户端都必须联系网站，询问自上次访问以来的更新在丰富的多媒体内容的情况下，不仅服务器和客户端必须接受巨大的变化，以再现内容，而且网络被迫传输比以前显着更高的数据量如前所述，多媒体内容打破了通常控制网络的范式;大量数据现在穿过网络，QoS参数现在可以以不可预测的方式影响服务例如，延迟可能导致关于直播的不同步交付在分组丢失的情况下，它可以在正在流传输的服务的视频和/或音频上产生冻结，从而产生相同的解压缩效果并且需要跳过流的部分以便保持服务的活跃度。在任何情况下，QoS都不是预测对多媒体流的影响的好指标，因为它们强烈地依赖于其他更高级别的客观指标-例如音频或视频的面对这些挑战，需要提供一个提供广泛视角的指标4第1章介绍同时，从用户的角度表达质量概念。感知的QoS是一个概念，它是由需要将主观维度纳入质量分析。后来，这一概念演变为通用术语体验质量（QoE），它从用户的角度正式定义了质量。即使当该定义认识到QoE的多学科方法时，其分析也集中在QoS相关度量如何影响QoE值，即，用户感受到的质量为了实现这一目标，文献提供了大量的研究，分析这些关系，然后用于阐述质量模型来预测QoE的值。此类研究的主要目标是为服务提供商提供适当的工具来监控其网络并预测体验质量，帮助他们防止服务质量差的情况文献上提出的QoE模型可以满足质量监控的基本需求，但它们缺乏对QoE的多学科分析。特别是，用户 虽然QoE被定义为一个多学科的概念-业务决策是影响它的多个因素之一-文献没有提供关于这些变量如何影响QoE的深入分析。本文提出的工作旨在通过从多学科的角度将业务维度整合到QoE分析中来扩展QoE研究。换句话说，这项工作通过从QoE的目标和业务维度提供QoE分析来扩展现有技术，以便向服务提供商提供更广泛的质量模型。1.3论文的范围和计划在最后的段落中，已经暴露并解释了QoE概念的多学科性质。它的分析需要对影响它的因素有一个广泛的、综合的理解这种新颖的方法侧重于四个主要贡献，以提供对QoE的完整分析。首先，第二章回顾了与本论文主题相关的文献。首先，介绍了OTT业务的概念，阐述了OTT业务的主要区别、OTT业务给整个互联网生态系统带来的创新，以及OTT业务与电信公司之间尚未解决的主要争议。其次，介绍了两个主要概念：QoS和QoE。本节还指出了这两个概念的演变以及QoE概念是如何被创造出来的，以便在质量概念上引入感知维度此外，本节还分析了QoE的主要影响因素，以及哪些是仍然需要解决的主要挑战。QoE概念的整体方法是上述挑战之一，将业务维度纳入研究的特定目标。在这个意义上，最后一节介绍了业务质量（QoBiz）概念，提到了将业务分析集成到QoE概念中所做的最具代表性的努力这项工作通过将业务和主观参数纳入分析来扩展QoE域，从而解决了一些开放在QoE上包含业务参数需要正确理解和计算这两个维度如何对最终QoE值做出贡献。为此，第3章中提出的第一个贡献集中在一个新的QoE评估的建议1.3. 论文的范围和计划5框架，旨在提供一个全面的方法来评估基于互联网的多媒体服务的质量 这个框架是基于建模的用户和服务之间的互动，从用户的角度来看，使用扩展有限状态机（EFSM）的数学形式主义。这些模型的优点是保留哪些是可能的跟踪或用例，同时保留哪些是用户在使用服务时做出的决定利用该信息，可以使用考虑用户的决策（包括经济决策）的适当QoE模型，作为初始的初步分析，在框架上使用EFSM创新技术的下一步是实施该方法，以提供一套准备用于实际服务的具体技术。第4章呈现了先前描述的QoE评估框架的实现虽然它是可能的，从零开始实施的方法，这项工作利用的EFSM仿真和监测能力的MMT软件实现的框架作为这个工具的扩展特别地，两个主要算法形成框架的主要实现，分别计算EFSM模型上包含的迹线及其各自的QoE该特定实现可以受益于MMT表达EFSM的能力，并使用其深度分组检测（DPI）/深度流检测（DFI）特征来获得网络和业务参数以馈送两种算法。此外，它示出了如何组合使用这两种算法，以便提供一个完整的解决方案，以在线的方式预测QoE值的服务的实时用户上面描述的实现原型需要经过适当的验证，然后才能用于第5章介绍的真实软件。该验证过程还包括找到将目标和业务参数映射到单个QoE值的适当QoE模型这是通过实现一个基于Web的多媒体平台来实现的，该平台模仿真实服务的行为，使用该平台有两个目的。一方面，通过对真实用户的调查，确定业务变量的影响程度;另一方面，该平台模拟了真实多媒体服务的行为，显示干扰视频并向用户询问质量值利用该信息，可以生成适当的QoE模型以考虑分析中的影响因素来计算质量值一旦这个过程完成，实现的原型是准备应用于实际的多媒体服务，预测的质量值与MMT的监测工具相结合。第6章介绍了多媒体服务的模型如何也可以用于在开发的早期阶段执行服务的静态分析由于正式模型是从用户的角度构建的，因此它能够保留真实用户可能面临的场景。为了帮助过程的开发并确定业务决策如何影响最终QoE值，可以在启动服务之前使用框架，从而获得服务的可能QoE为此，服务模型的初步版本可以与框架一起使用，该框架计算用户的可能场景，并且使用适当的质量模型计算其各自的最后，第7章提出了一般结论和前景的技术提出和实施这项工作。上述贡献的集合旨在向服务提供商提供完整且集成的QoE计算解决方案即使在本文档中提出了一个具体的实现作为MMT软件的扩展，所有贡献的公式也是6第1章介绍通用性足以在任何其他合适的软件上实现，只要它可以与可以从用户和服务之间的交互中提取信息的监视工具结合使用。1.4出版物前面提到的作品已发表在不同的期刊，会议论文集和研讨会。与这项工作有关的出版物的完整清单如下：[1]D. Rivera和A.Cavalli，2016年，页七二五七三○doi：10.1109/WAINA.2016.105。[2]D. Rivera， N.库 希 克 角 Fuenzalida， A. Cavalli 和 N. Yevtushenko ， 607-614. doi ：10.1109/ICWS.2015.86。[3]D.Rivera，A.R.Cavalli，N.Kushik和W.Mallouli，138-doi：10.5220/0006005001380145。[4]D. R. Villagra和A. R. Cavalli，pp. 2773-doi：10.1109/TLA.2016.7555253。出版物[2]提出了新的质量评估框架，引入了EFSM的必要概念，并推导出了分析在线多媒体服务时要应用的相应方法。此外，该出版物还展示了如何通过在真实服务上运行该方法来应用该方法，该方法用于在不同场景中分析其QoE。所提出的方法在出版物[1]中正式化，其中提出了三个主要算法的概要这项工作确定了框架的哪些部分可以以自动方式执行，这允许将这种方法作为全新的或现有工具的扩展此外，本文还设置了一个在线工具，使用这些算法，以监测一个真正的OTT服务的基础，旨在预测未来的场景质量，并避免那些可能导致不满意的用户。然后，通过出版物[3]中介绍的三种算法来实现该框架及其相应的方法。主要目标是提供一种正式的方法来实现所需的程序，通过使用建议的框架分析任何OTT服务。这三个算法被设计为自动化该方法的三个主要过程，即l-等效计算、QoE增强和模型的场景总数的计算这些算法被实现为MMT软件的扩展，并应用于真实的OTT服务，以便确定QoE值如何在所有场景中分布。有了这些信息，服务提供商甚至可以在开发的早期阶段得出关于服务的结论，旨在帮助他们通过改善低质量场景来集中精力最后，作为总结拟议框架潜力的一种方式，整个方法在文章[4]中公开。 在本出版物中，主要优点和如何1.5. 与主题无关的出版物7方法可以应用的要点，其目的是提高新的，新兴市场的方法的知名度1.5与主题无关的出版物除了前面提到的出版物之外，在这项工作的发展过程中还出版了其他与本文件中提出的研究主题无关的作品[5]S. Blasco，J.Buzono，和D.Rivera， pp. 2853[6]D. Rivera，E. Achá，J. Bustos-Jiménez和J. Piquer，[7]D. Rivera，S. Blasco，J. Bustos-Jiménez，and J. Simmonds，1-6.一般来说，这些出版物与Linux操作系统中用户数据报协议（UDP）发现对UDP套接字换句话说，任何使用多个线程并发读取UDP套接字的应用程序都不会提高应用程序的整体性能。在[6]中，对问题进行了初步分析，研究了并发访问序列化的起源这项工作指出了Linux内核上的不可扩展性问题，其套接字的实现不允许对该数据结构的并发访问此外，这项工作还提出了一个天真的解决方案，作为一个原型在用户空间应用程序中实现测试UDP性能的详细分析在[7]中公开。在这项工作中，所有可能的故障点被识别和测试。 首先，将Linux套接字的性能与其他内核提供的结构进行比较：FIFO队列（这个测试表明，尽管使用了相同的读取原语，但只要引入更多的线程，Linux Internet套接字的性能就会下降最后，这项工作还提出了一个分析研究的Linux互联网套接字同步方案，确定一个自旋锁的原因，序列化访问UDP套接字。最后，在[5]中进一步分析了这个问题，实验性地测量了由于并发访问量而导致的锁定系统的崩溃。为此，执行存储器访问的完整简档，建立可伸缩性崩溃的根本原因是由于硬件通信信道上的资源争用。这项工作还提出了一个优化的天真的解决方案中提出的[6]，其目的是最大限度地减少在硬件级别的竞争这是基于Linux模块，按照不同的策略在不同的UDP套接字中重新分配数据包，旨在最大限度地减少在不同CPU内核上运行的任务之间的实验表明，这种方法是一种