Modellierung des QoS-QoE-Zusammenhangs für mobile Dienste und empirische Bestimmung in einem Netzemulations-Testbed

In der theoretischen Auseinandersetzung mit mobilen Internet-Diensten sind Quality of Service (QoS) und Quality of Experience (QoE) als hochkomplexe und verbundene Konzepte zu erkennen. QoS umfasst dabei die technische Sicht auf das Telekommunikationsnetz, charakterisiert durch leistungsrelevante Parameterwerte (z. B. Durchsatz und Latenz). QoE hingegen bezieht sich auf die Bewertung des Nutzererlebnisses (z. B. Zufriedenheit und Akzeptanz). Zur gemeinsamen Erklärung bedarf es einer multi- bzw. interdisziplinären Betrachtung zwischen Ingenieurs- und Humanwissenschaften, da neben der Technik auch der Mensch als Nutzer in den QoS-QoE-Zusammenhang involviert ist. Ein mehrschichtiges Modell erfasst die relevanten Einflussfaktoren und internen Zusammenhänge zwischen QoS und QoE sowohl aus Netz- als auch Nutzersicht. Zur Quantifizierung des Zusammenhangs konkreter Werte in einer empirischen QoE-Evaluation wurde ein umfangreiches psychophysikalisches Laborexperiment konzipiert. Das dafür entwickelte Netzemulations-Testbed erlaubt mobiltypische Netz- und Nutzungssituationen gezielt in einem Testparcours zusammenzubringen. Die formulierten Prinzipien zur Testrelevanz, -eignung und -effizienz berücksichtigen hierbei die Besonderheiten des Testaufbaus und -designs mit echten Endgeräten und Diensten. Die Ergebnisse von über 200 Probanden bestätigen die vorhergesagten QoS-QoE-Charakteristiken der sechs untersuchten Dienste als kontinuierlich-elastisch bzw. sprunghaft-fest. Dienstspezifisch lässt sich jeweils von einem angestrebten Grad der Nutzerzufriedenheit auf die notwendigen Werte der QoS-Netzparameter schließen, woraus sich ein QoS-QoE-Zufriedenheitskorridor zwischen einem unteren und oberen Schwellwert ergibt. Teilweise sind dabei QoS-unabhängige Faktoren, z. B. die Art der Präsentation der Stimuli in der App auf dem Endgerät, als ebenso relevant zu erkennen wie die QoS-Netzparameter selbst.The thesis is centered on the relationship of Quality of Service (QoS) and Quality of Experience (QoE) for mobile Internet services. While QoS covers the technical view on the telecommunications network characterized by performance-related parameter values (e.g. throughput and latency), QoE refers to the assessment of the user experience (e.g. satisfaction and acceptability) in the use of the services. In the thesis QoS and QoE are revealed as highly complex and related concepts in theoretical contemplation. Integrating both concepts requires a multidisciplinary or interdisciplinary approach between engineering and human sciences to consider both - technological aspects of the network as well the human user. The designed multilayered model appropriately integrates the technical network view as well as the user's perspective by considering all relevant factors of influence and all internal relationships between QoS and QoE. The conducted extensive psychophysical laboratory experiment with real users, devices and services quantifies the relationship between specific QoS values and specific QoE values. A testbed developed for network emulation allows combining typical mobile network situations with typical usage situations in a controlled and focused manner. The three elaborated principles to test for relevance, suitability and efficiency take into account the special features of the test setup and test design. Test results gained from more than 200 volunteers confirm the predicted QoS-QoE-characteristics of the six tested mobile services to be either elastic or non-elastic. It is possible to conclude from the desired degree of user satisfaction on the necessary values of the QoS network parameters, which results in a QoS-QoE-corridor between lower and upper threshold values. Findings prove that QoS-independent factors, e.g. the type of presentation of the stimuli in the app on the user’s device, can be as relevant for QoE as the evaluated QoS network parameters themselves