文|腦極體

信息的傳遞從人類(lèi)誕生之初就開(kāi)啟了。信息的傳遞初始是通過(guò)人與人之間的咿咿呀呀吆喝，眼耳舌的信息接收與處理，食物與生存的信息得以傳播，文明在此之后開(kāi)始延續(xù)。圖像與語(yǔ)言的傳播，則讓人類(lèi)的協(xié)同進(jìn)化加快速率，人類(lèi)的足跡踏上了更加廣闊的疆域。

兩百多年前，人類(lèi)的腦力突然進(jìn)化，技術(shù)文明的突然爆發(fā)，信息的傳播升級(jí)過(guò)程不再依靠千百年來(lái)的腳程，目力與聽(tīng)覺(jué)，而是以看不見(jiàn)的信號(hào)波為主。從1838年摩爾斯發(fā)明有線(xiàn)電報(bào)開(kāi)始，到1918年的調(diào)幅無(wú)線(xiàn)電廣播，再到今天，我們?nèi)庋劭床坏叫畔⒌膫鞑?，但信息在世界的各個(gè)角落中流動(dòng)，覆蓋到經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)、生活等各領(lǐng)域，擊破地域、空間等限制的藩籬，影響著所有的一切。

在智能時(shí)代，信息網(wǎng)絡(luò)變得十分復(fù)雜，整體的信息系統(tǒng)存在信息的存儲(chǔ)和計(jì)算，信號(hào)傳輸速率會(huì)受到通道寬度、噪聲大小以及信號(hào)功率的影響，存在極限，給信息的傳輸帶來(lái)難題，這也意味著需要從系統(tǒng)角度來(lái)探索整體最優(yōu)性。

信息理論的基礎(chǔ)-香農(nóng)信息論構(gòu)建了現(xiàn)代信息大廈的根基，建立了信息度量、壓縮、傳輸?shù)幕A(chǔ)理論體系。同時(shí)也對(duì)通信傳輸中的極限提出了從語(yǔ)義層面出發(fā)的解決方案，那么以語(yǔ)義變革為基礎(chǔ)，后香農(nóng)時(shí)代的通信技術(shù)會(huì)如何發(fā)展呢？

通信傳輸?shù)摹皹O限”

1948 年，在信息通信領(lǐng)域中誕生了一個(gè)偉大的通信理論-著名的香農(nóng)定理：通信信道容量在理論上存在極限值，它表示信道中的極限信息傳輸率和信道能力，被奉為現(xiàn)代通信的“金科玉律”。此后，香農(nóng)定理成為現(xiàn)代信息論的基礎(chǔ)理論，信息產(chǎn)業(yè)得以高速發(fā)展，在通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，基于七十多年前的香農(nóng)定理，一代又一代的通信產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，并為今天通信的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

邁入數(shù)智化時(shí)代，我們進(jìn)入到萬(wàn)物感知、萬(wàn)物互聯(lián)的智能社會(huì)，新的生產(chǎn)和生活模式也在不斷的崛起中，這些都與七十年前香農(nóng)時(shí)代發(fā)生了根本性的變化。隨著 5G技術(shù)的快速發(fā)展，幾乎達(dá)到了香農(nóng)定理的極限。很多業(yè)內(nèi)的通信專(zhuān)家也表明“5G之后無(wú)G”，在點(diǎn)到點(diǎn)的信道容量方面已經(jīng)趨近容量限值。未來(lái)通信技術(shù)的發(fā)展，剩下的只是通信頻道量的擴(kuò)張。

通信行業(yè)的發(fā)展到了需要直視挑戰(zhàn)的階段。在世界移動(dòng)通信大會(huì)上，華為輪值董事長(zhǎng)郭平指出：“香農(nóng)定理和馮諾依曼架構(gòu)已遇到很大瓶頸，我們需要探索新的理論和架構(gòu)?！?/p>

香農(nóng)極限與馮諾依曼架構(gòu)的瓶頸，也讓計(jì)算與通信演化的方向朝量子計(jì)算、DNA存儲(chǔ)、語(yǔ)義通信的方向延展。利用語(yǔ)義通信來(lái)解決信息傳輸?shù)拇鎯?chǔ)與效率等問(wèn)題，運(yùn)用量子計(jì)算的特質(zhì)來(lái)并行執(zhí)行龐大的計(jì)算任務(wù)。

探索這些新的信息傳遞與處理模式，可以把信息的傳遞延伸到更加廣闊的未知地帶，如深海通信、深空通信、人體網(wǎng)絡(luò)和分子網(wǎng)絡(luò)等。這些研究的方向都為未來(lái)提供了新的增長(zhǎng)與創(chuàng)新空間。

多智能體泛在聯(lián)接

探究解決香農(nóng)極限的語(yǔ)義通信問(wèn)題，需要回答語(yǔ)義通信的基礎(chǔ)內(nèi)涵與核心本質(zhì)。語(yǔ)義通信的概念是由Weaver和Shannon 在1948年發(fā)表的經(jīng)典論文中首次提出，語(yǔ)義通信是面向信號(hào)語(yǔ)義的通信，其本質(zhì)是傳遞由語(yǔ)義符號(hào)表達(dá)的信息，這些符號(hào)能夠讓接受者秒懂其中的含義。

人類(lèi)之間的通信目的是達(dá)意，我們使用語(yǔ)音交流說(shuō)的每一句話(huà)，不僅僅是為了讓對(duì)方聽(tīng)到而是聽(tīng)懂。在現(xiàn)代信息的傳遞上，目前的通信技術(shù)是信息信號(hào)的搬運(yùn)而不是信息的傳遞。信息的傳遞主要是以信號(hào)波形或數(shù)據(jù)比特保真為原則，把提取和理解信號(hào)中的信息任務(wù)交給了人自身。從信號(hào)傳遞到信息理解是需要花費(fèi)代價(jià)，對(duì)于大量信號(hào)的傳遞，傳輸效率與直接理解信息的通信方式需要重構(gòu)變革。

語(yǔ)義通信的信號(hào)接收雙方憑借本地的語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)，通過(guò)傳輸極少的內(nèi)容，各自分別編碼和解碼，實(shí)現(xiàn)大量信息的準(zhǔn)確與快速傳遞。跟科幻劇和諜戰(zhàn)劇中的黑科技傳輸形式類(lèi)似，極少內(nèi)容量的傳輸，就可以完成信息的傳遞，不僅降低信息傳遞和理解的時(shí)間，也能保證實(shí)時(shí)保真的通信質(zhì)量。

語(yǔ)義通信是對(duì)通信本質(zhì)的深化，在信息論學(xué)者Weaver提出這個(gè)超前當(dāng)時(shí)時(shí)代的未來(lái)概念時(shí)，因?yàn)榧夹g(shù)的限制，早期的通信設(shè)備只是信號(hào)轉(zhuǎn)換的機(jī)器，不具備智能的能力，無(wú)法表達(dá)與理解語(yǔ)義。隨著5G+AI技術(shù)的不斷發(fā)展，通信設(shè)備的智能化進(jìn)展，通信的模式有了新的變化，也使得語(yǔ)義傳輸?shù)难芯颗c發(fā)展有了可以生長(zhǎng)的土壤和載體，面向任務(wù)的多智能體新型通信模式有了交流和協(xié)作的可能。

對(duì)于語(yǔ)義通信來(lái)說(shuō)，核心的是語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)，這是通信雙方溝通的基石。語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)以普適性知識(shí)和語(yǔ)義體系作為基礎(chǔ)，可以打破目前M2M智聯(lián)中信息模態(tài)不一致導(dǎo)致的不兼容性問(wèn)題，也能保障H2M、 H2H智聯(lián)交互及通信時(shí)的服務(wù)體驗(yàn)，減少語(yǔ)義和物理信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)，降低可能產(chǎn)生的語(yǔ)義失真。業(yè)內(nèi)人士也將語(yǔ)義通信譽(yù)為真正意義上的人工智能通訊方式?？梢詽M(mǎn)足智能體之間泛在互聯(lián)的需求。

在通信行業(yè)內(nèi)，語(yǔ)義通信也開(kāi)始被看重，通信界巨頭、大公司都在基礎(chǔ)理論方面開(kāi)始探索。而在這些先行者的步伐中，未來(lái)我們也會(huì)看到AR、VR的實(shí)時(shí)常態(tài)化使用，大量智能體間信息的傳輸會(huì)更快更準(zhǔn)確。

終極通信模式

作為智能化時(shí)代的新型通信技術(shù)，語(yǔ)義通信未來(lái)將會(huì)在智能設(shè)施、多智能體協(xié)作、人機(jī)自然交互、人機(jī)融合、城市協(xié)同安防等方面具有廣闊前景。不過(guò)雖然語(yǔ)義通信具有較大的潛力和價(jià)值，但魚(yú)和熊掌難以兼得，其發(fā)展仍然面臨挑戰(zhàn)。

1.語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)難共享。語(yǔ)義知識(shí)庫(kù)是語(yǔ)義傳輸?shù)幕?，通信的參與者需要共享相同或者相似的哲學(xué)世界觀(guān)與知識(shí)模型，知識(shí)積累和數(shù)據(jù)采集需要持續(xù)不斷地投入，會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間與成本。在一些未知語(yǔ)義知識(shí)的傳輸中，對(duì)雙方的知識(shí)庫(kù)的協(xié)同更新能力也有較高的要求。否則在一些發(fā)射與接收端知識(shí)庫(kù)不一致的情形下，雙方的共有知識(shí)不一致，會(huì)發(fā)生傳輸?shù)男畔o(wú)法保真的情形。對(duì)于一些壽命較短的設(shè)備和機(jī)器，維護(hù)和更新知識(shí)庫(kù)也需要耗費(fèi)龐大的通信和存儲(chǔ)成本。

2.語(yǔ)義通信技術(shù)本身的局限，語(yǔ)義的語(yǔ)境難感知且難識(shí)別。語(yǔ)義的信號(hào)包含的信息包羅萬(wàn)象，內(nèi)容豐富。容易受到各種地域、背景、階層、環(huán)境等限制，例如通信行業(yè)的人對(duì)于通信領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)會(huì)更加敏感，擅長(zhǎng)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的會(huì)更關(guān)注聚焦無(wú)人駕駛信息。語(yǔ)義的信息內(nèi)容傳遞會(huì)容易局限在信息傳輸兩端的背景中。對(duì)于知識(shí)識(shí)別和處理來(lái)說(shuō)，會(huì)比較困難。

3.信息的傳遞涉及隱私安全的矛盾。信息傳遞的雙方在不斷地交換各自獲取感知到的信息，在協(xié)調(diào)和更新知識(shí)庫(kù)的情形下，可能會(huì)引起本地知識(shí)/隱私數(shù)據(jù)潛在的泄露風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)隱私難以保護(hù)。

這些難題都是語(yǔ)義通信發(fā)展路途的攔路虎，香農(nóng)極限的瓶頸解決依賴(lài)于這些限制的突破。語(yǔ)義通信的模式會(huì)使得通信功能從相互信號(hào)傳遞變?yōu)橄嗷贤ń涣?。人機(jī)協(xié)同、人機(jī)混合的智能模式也會(huì)得以上升到新的維度。這也推動(dòng)智能體之間的高效合作，完成更多復(fù)雜、開(kāi)放、魯棒等問(wèn)題。

通信是現(xiàn)代科技各行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，語(yǔ)義通信的變革也會(huì)將通信技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)帶領(lǐng)到新的階段。從通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)到核心的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，包括各種通信接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等等都會(huì)隨語(yǔ)義通信模式的出現(xiàn)而變革。

而這些變化也將影響各類(lèi)行業(yè)接口、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的改變。未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)這樣的場(chǎng)景，新購(gòu)買(mǎi)的商品，可以與人直接交流，不需要紙質(zhì)圖文或者視頻版的使用說(shuō)明書(shū)，與用戶(hù)交流成為最方便快捷的趨勢(shì)。用戶(hù)不再需要學(xué)習(xí)使用產(chǎn)品的這道工序。智能體之間進(jìn)行溝通的機(jī)器語(yǔ)言也將誕生，多智能體的協(xié)作理解也將成為現(xiàn)實(shí)，人機(jī)協(xié)同、機(jī)機(jī)協(xié)同的效能大幅提升。

在過(guò)去，信息的傳遞講究的是復(fù)刻，速率，而在技術(shù)的極致發(fā)展中，通信產(chǎn)業(yè)的終極追求從快到懂，人從分析處理信息的步驟中簡(jiǎn)化、解放，信息傳遞的效率從內(nèi)容的角度全面升維。

在科幻作品中，通信的終極模式是心靈感應(yīng)。通過(guò)一些智能設(shè)備，只要雙方想要傳遞信息，信息便會(huì)通過(guò)心靈感應(yīng)的方式傳遞，不會(huì)存在誤解與失真的情形發(fā)生，信息的傳遞效率也沒(méi)有時(shí)間的限制，即刻就能完成。人能夠從低效的信息傳播中解放出來(lái)，智識(shí)得到全面的發(fā)展?？苹米髌分型耆男撵`感應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)，不過(guò)如果細(xì)究其本質(zhì)，心靈感應(yīng)和語(yǔ)義通信的本質(zhì)相似，都在追求信息的保真與效率，換句話(huà)說(shuō)，語(yǔ)義通信也是一種低階的心靈感應(yīng)方式。一旦成熟，解放出來(lái)的效率與抹平的信息障礙，帶給我們的未來(lái)不可限量。