清華大學(xué)葛寧：探索通信開放新架構(gòu) 應(yīng)對(duì)行業(yè)5G的復(fù)雜性挑戰(zhàn)

11月30日消息（樂思）在清華大學(xué)-中國移動(dòng)聯(lián)合研究院將舉辦名為“StarLight”的系列學(xué)術(shù)沙龍活動(dòng)上，清華大學(xué)研究員聯(lián)合研究院行業(yè)5G研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人葛寧發(fā)表了《如何應(yīng)對(duì)行業(yè)5G的復(fù)雜性挑戰(zhàn)》的演講。

在演講中，葛寧指出，現(xiàn)階段，行業(yè)5G的挑戰(zhàn)日益復(fù)雜，現(xiàn)有方法基于還原論思路，采用簡化模型，受限于統(tǒng)計(jì)、穩(wěn)態(tài)理論框架，效率、安全問題日益突出。行業(yè)需要探索通信開放的新架構(gòu)，知識(shí)從人—單機(jī)-網(wǎng)絡(luò)，在更高層次上研究通信中的復(fù)雜性問題。

現(xiàn)有方法存在局限性

最早人們采用兩個(gè)極端的簡化模式來應(yīng)對(duì)行業(yè)5G的復(fù)雜性。首先，圍繞著普適定律，最有代表性的是采樣定律和信息論，無論是在任何時(shí)候以及地點(diǎn)，普適定律都是適用的。其次，對(duì)于信息來說，采用的是i.i.d簡化模式，針對(duì)局部的信息應(yīng)用模型。

葛寧表示，當(dāng)要應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的電磁資源，采用現(xiàn)有的方法的局限性就顯露出來—只關(guān)心了局部，放棄了整體特性。簡化模型導(dǎo)致資源利用瓶頸，面向行業(yè)變動(dòng)條件的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需要新的方式。

對(duì)于現(xiàn)有方法，依據(jù)統(tǒng)計(jì)平均設(shè)計(jì)優(yōu)化，盡力而為，網(wǎng)絡(luò)通常以超額供給的方式提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)付出2-3倍的超額帶寬，也只能滿足典型用戶需求，對(duì)未來大容量、低延時(shí)業(yè)務(wù)仍存在服務(wù)瓶頸。這種統(tǒng)計(jì)理論局限于平均典型，效率面臨瓶頸，難以支持行業(yè)服務(wù)質(zhì)量保障。

此外，隨著行業(yè)的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)的安全成為人們重視的焦點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)器流量中，惡意的流量已經(jīng)占比多半，其原因在于網(wǎng)絡(luò)將業(yè)務(wù)分解為數(shù)據(jù)包，不監(jiān)管通信行為。這樣的方式，網(wǎng)絡(luò)本身設(shè)計(jì)采用無記憶，端到端的原則，穩(wěn)態(tài)假設(shè)替代過程方法、安全需求難以滿足。

應(yīng)對(duì)復(fù)雜的新方法

葛寧指出，在這些網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的挑戰(zhàn)之下，迫切需要突破舊的理論方法，找到新的理論途徑。

新方法最初是來自于“973”的啟發(fā)，也就是基于結(jié)構(gòu)的處理方法。其出發(fā)點(diǎn)是復(fù)雜不確定性描述與處理的粒度。選取合理的力度，找到合適的中間層次，解決復(fù)雜性處理力度的問題。

葛寧認(rèn)為，原來的理論要么模式普適定律，要么是獨(dú)立叢分布的信息。在這種尺度上，無論是在某一段區(qū)域或者某一段時(shí)間，孕育著人的知識(shí)和規(guī)則，這種區(qū)域化的知識(shí)是一個(gè)重要的突破途徑。

在這樣的理論下，通信有了新的視角。通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已經(jīng)到了云網(wǎng)融合的時(shí)代，通信實(shí)際上是分布式處理的組織方式，解決的是行業(yè)中不同終端，不同用戶乃至不同子網(wǎng)中獨(dú)立協(xié)同運(yùn)行的分布式處理的要求。

葛寧稱，在新的視角下，通信和網(wǎng)絡(luò)有了新的發(fā)展。從通信到網(wǎng)絡(luò)，如果引入知識(shí)K，整個(gè)信息理論就有了新的內(nèi)涵。在信息論對(duì)應(yīng)的上方，傳統(tǒng)的信息理論主要解決端到端的互信息問題，引入知識(shí)后，就成為了條件互信息，條件就成為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和處理的方式。在傳遞過程中，不僅要處理比特，還要處理知識(shí)的交互和傳遞。

在信息論對(duì)應(yīng)的下方是通信復(fù)雜性，這種通信復(fù)雜性針對(duì)的是分布式處理面臨的不同處理單元之間為了達(dá)到協(xié)同處理需要交互的多少通信量。這是在知識(shí)的交互下，解決處理的問題。這種交互協(xié)議復(fù)雜性也成為網(wǎng)絡(luò)需要應(yīng)對(duì)的新的業(yè)務(wù)服務(wù)方式。我們需要整合不同的知識(shí)，使之成為有序的知識(shí)庫。

在該背景下，需要探討面向知識(shí)的信息理論。通過信息+知識(shí)的閉環(huán)演進(jìn)，能使網(wǎng)絡(luò)不斷地發(fā)展，積累出新的知識(shí)和規(guī)則。在面向知識(shí)的信息理論，新的通信方式，從人機(jī)通信到虛擬交互。未來，當(dāng)引入機(jī)器之后，機(jī)器與人的交互就要觸及信息的含義新的層面。

葛寧指出，傳統(tǒng)的通信是傳遞比特，格式是事前約定的，但是對(duì)未來人機(jī)物混雜的交互系統(tǒng)，就需要引入先驗(yàn)知識(shí)，以編碼規(guī)范信息含義，就要求發(fā)展可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，達(dá)到含義網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)機(jī)器互聯(lián)互通。知識(shí)庫承載編碼含義，可按場景分類，通過演進(jìn)更新適應(yīng)需求變化，

引入先驗(yàn)知識(shí)庫 提升通信能力

葛寧指出，在新的理論的支撐下，得以逐漸探索新的通信架構(gòu)。為了應(yīng)對(duì)行業(yè)5G的復(fù)雜性，需要把人和網(wǎng)絡(luò)的能力結(jié)合起來，人的計(jì)算、記憶以及溝通能力是有限的，要發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的能力來應(yīng)對(duì)行業(yè)5G的復(fù)雜性。知識(shí)使用從人到單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)，探索網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)，研究應(yīng)對(duì)復(fù)雜性的新途徑。

傳統(tǒng)通信流程是簡化模型，面向穩(wěn)態(tài)分解。973提出創(chuàng)新思路，引入先驗(yàn)知識(shí)庫，提升通信能力。在層析信道模型和計(jì)算通信模型方面整明可行性與有效性。新的發(fā)展思路是引入高層次閉環(huán)反饋，為“管”傳播環(huán)境、媒體內(nèi)容以及流量性質(zhì)提供途徑。網(wǎng)絡(luò)需要不斷地學(xué)習(xí)以及記憶，形成知識(shí)驅(qū)動(dòng)的智能通信架構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)化知識(shí)庫的構(gòu)建和運(yùn)用來應(yīng)對(duì)通信中日益增長的復(fù)雜性。

葛寧強(qiáng)調(diào)：“以往的通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)管道，希望在引入智能協(xié)同優(yōu)化平臺(tái)之后，網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)對(duì)外交互，從封閉到開放，對(duì)服務(wù)過程不斷評(píng)價(jià)和優(yōu)化。同時(shí)，引入環(huán)境、媒體、行為等知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)從人工驅(qū)動(dòng)到知識(shí)驅(qū)動(dòng)，閉環(huán)自主學(xué)習(xí)。”

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