最終信息模式：終結(jié)香農(nóng)極限 通信傳輸?shù)臉O限 語義通信的另類空間

信息的傳遞從人類誕生之初就開啟了。信息的傳遞初始是通過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，文明在此之后開始延續(xù)。圖像與語言的傳播，則讓人類的協(xié)同進化加快速率，人類的足跡踏上了更加廣闊的疆域。

兩百多年前，人類的腦力突然進化，技術(shù)文明的突然爆發(fā)，信息的傳播升級過程不再依靠千百年來的腳程，目力與聽覺，而是以看不見的信號波為主。從1838年摩爾斯發(fā)明有線電報開始，到1918年的調(diào)幅無線電廣播，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角落中流動，覆蓋到經(jīng)濟、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)存在信息的存儲和計算，信號傳輸速率會受到通道寬度、噪聲大小以及信號功率的影響，存在極限，給信息的傳輸帶來難題，這也意味著需要從系統(tǒng)角度來探索整體最優(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。同時也對通信傳輸中的極限提出了從語義層面出發(fā)的解決方案，那么以語義變革為基礎(chǔ)，后香農(nóng)時代的通信技術(shù)會如何發(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)展打下了堅實的理論基礎(chǔ)。

邁入數(shù)智化時代，我們進入到萬物感知、萬物互聯(lián)的智能社會，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，幾乎達到了香農(nóng)定理的極限。很多業(yè)內(nèi)的通信專家也表明“5G之后無G”，在點到點的信道容量方面已經(jīng)趨近容量限值。未來通信技術(shù)的發(fā)展，剩下的只是通信頻道量的擴張。

通信行業(yè)的發(fā)展到了需要直視挑戰(zhàn)的階段。在世界移動通信大會上，華為輪值董事長郭平指出：“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，也讓計算與通信演化的方向朝量子計算、DNA存儲、語義通信的方向延展。利用語義通信來解決信息傳輸?shù)拇鎯εc效率等問題，運用量子計算的特質(zhì)來并行執(zhí)行龐大的計算任務(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提供了新的增長與創(chuàng)新空間。

多智能體泛在聯(lián)接

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

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

語義通信的信號接收雙方憑借本地的語義知識庫，通過傳輸極少的內(nèi)容，各自分別編碼和解碼，實現(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間，也能保證實時保真的通信質(zhì)量。

語義通信是對通信本質(zhì)的深化，在信息論學(xué)者Weaver提出這個超前當(dāng)時時代的未來概念時，因為技術(shù)的限制，早期的通信設(shè)備只是信號轉(zhuǎn)換的機器，不具備智能的能力，無法表達與理解語義。隨著5G+AI技術(shù)的不斷發(fā)展，通信設(shè)備的智能化進展，通信的模式有了新的變化，也使得語義傳輸?shù)难芯颗c發(fā)展有了可以生長的土壤和載體，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。

對于語義通信來說，核心的是語義知識庫，這是通信雙方溝通的基石。語義知識庫以普適性知識和語義體系作為基礎(chǔ)，可以打破目前M2M智聯(lián)中信息模態(tài)不一致導(dǎo)致的不兼容性問題，

也能保障H2M、 H2H智聯(lián)交互及通信時的服務(wù)體驗，減少語義和物理信號之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)，降低可能產(chǎn)生的語義失真。業(yè)內(nèi)人士也將語義通信譽為真正意義上的人工智能通訊方式?？梢詽M足智能體之間泛在互聯(lián)的需求。

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

終極通信模式

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

1.語義知識庫難共享。語義知識庫是語義傳輸?shù)幕?，通信的參與者需要共享相同或者相似的哲學(xué)世界觀與知識模型，知識積累和數(shù)據(jù)采集需要持續(xù)不斷地投入，會耗費大量的時間與成本。在一些未知語義知識的傳輸中，對雙方的知識庫的協(xié)同更新能力也有較高的要求。否則在一些發(fā)射與接收端知識庫不一致的情形下，雙方的共有知識不一致，會發(fā)生傳輸?shù)男畔o法保真的情形。對于一些壽命較短的設(shè)備和機器，維護和更新知識庫也需要耗費龐大的通信和存儲成本。

2.語義通信技術(shù)本身的局限，語義的語境難感知且難識別。語義的信號包含的信息包羅萬象，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)的人對于通信領(lǐng)域的專業(yè)知識會更加敏感，擅長自動駕駛領(lǐng)域的會更關(guān)注聚焦無人駕駛信息。語義的信息內(nèi)容傳遞會容易局限在信息傳輸兩端的背景中。對于知識識別和處理來說，會比較困難。

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)和更新知識庫的情形下，可能會引起本地知識/隱私數(shù)據(jù)潛在的泄露風(fēng)險，數(shù)據(jù)隱私難以保護。

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

通信是現(xiàn)代科技各行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，語義通信的變革也會將通信技術(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)等等都會隨語義通信模式的出現(xiàn)而變革。

而這些變化也將影響各類行業(yè)接口、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的改變。未來可能會出現(xiàn)這樣的場景，新購買的商品，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明書，與用戶交流成為最方便快捷的趨勢。用戶不再需要學(xué)習(xí)使用產(chǎn)品的這道工序。智能體之間進行溝通的機器語言也將誕生，多智能體的協(xié)作理解也將成為現(xiàn)實，人機協(xié)同、機機協(xié)同的效能大幅提升。

在過去，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)。通過一些智能設(shè)備，只要雙方想要傳遞信息，信息便會通過心靈感應(yīng)的方式傳遞，不會存在誤解與失真的情形發(fā)生，信息的傳遞效率也沒有時間的限制，即刻就能完成。人能夠從低效的信息傳播中解放出來，智識得到全面的發(fā)展?？苹米髌分型耆男撵`感應(yīng)難以實現(xiàn)，不過如果細(xì)究其本質(zhì)，心靈感應(yīng)和語義通信的本質(zhì)相似，都在追求信息的保真與效率，換句話說，語義通信也是一種低階的心靈感應(yīng)方式。一旦成熟，解放出來的效率與抹平的信息障礙，帶給我們的未來不可限量。