清華大學葛寧：探索通信開放新架構 應對行業(yè)5G的復雜性挑戰(zhàn)

11月30日消息（樂思）在清華大學-中國移動聯(lián)合研究院將舉辦名為“StarLight”的系列學術沙龍活動上，清華大學研究員聯(lián)合研究院行業(yè)5G研究團隊項目負責人葛寧發(fā)表了《如何應對行業(yè)5G的復雜性挑戰(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、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，知識從人—單機-網(wǎng)絡，在更高層次上研究通信中的復雜性問題。

現(xiàn)有方法存在局限性

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

葛寧表示，當要應對日益復雜的電磁資源，采用現(xiàn)有的方法的局限性就顯露出來—只關心了局部，放棄了整體特性。簡化模型導致資源利用瓶頸，面向行業(yè)變動條件的網(wǎng)絡優(yōu)化需要新的方式。

對于現(xiàn)有方法，依據(jù)統(tǒng)計平均設計優(yōu)化，盡力而為，網(wǎng)絡通常以超額供給的方式提供服務。網(wǎng)絡付出2-3倍的超額帶寬，也只能滿足典型用戶需求，對未來大容量、低延時業(yè)務仍存在服務瓶頸。這種統(tǒng)計理論局限于平均典型，效率面臨瓶頸，難以支持行業(yè)服務質量保障。

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

應對復雜的新方法

葛寧指出，在這些網(wǎng)絡復雜性的挑戰(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)，也就是基于結構的處理方法。其出發(fā)點是復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，解決復雜性處理力度的問題。

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

在這樣的理論下，通信有了新的視角。通信網(wǎng)絡的發(fā)展已經(jīng)到了云網(wǎng)融合的時代，通信實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)中獨立協(xié)同運行的分布式處理的要求。

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

在信息論對應的下方是通信復雜性，這種通信復雜性針對的是分布式處理面臨的不同處理單元之間為了達到協(xié)同處理需要交互的多少通信量。這是在知識的交互下，解決處理的問題。這種交互協(xié)議復雜性也成為網(wǎng)絡需要應對的新的業(yè)務服務方式。我們需要整合不同的知識，使之成為有序的知識庫。

在該背景下，需要探討面向知識的信息理論。通過信息+知識的閉環(huán)演進，能使網(wǎng)絡不斷地發(fā)展，積累出新的知識和規(guī)則。在面向知識的信息理論，新的通信方式，從人機通信到虛擬交互。未來，當引入機器之后，機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，但是對未來人機物混雜的交互系統(tǒng)，就需要引入先驗知識，以編碼規(guī)范信息含義，就要求發(fā)展可擴展的標準規(guī)范，達到含義網(wǎng)絡統(tǒng)一，實現(xiàn)機器互聯(lián)互通。知識庫承載編碼含義，可按場景分類，通過演進更新適應需求變化，

引入先驗知識庫 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。為了應對行業(yè)5G的復雜性，需要把人和網(wǎng)絡的能力結合起來，人的計算、記憶以及溝通能力是有限的，要發(fā)揮網(wǎng)絡的能力來應對行業(yè)5G的復雜性。知識使用從人到單機到網(wǎng)絡，探索網(wǎng)絡新架構，研究應對復雜性的新途徑。

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，引入先驗知識庫，提升通信能力。在層析信道模型和計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、媒體內容以及流量性質提供途徑。網(wǎng)絡需要不斷地學習以及記憶，形成知識驅動的智能通信架構，通過網(wǎng)絡化知識庫的構建和運用來應對通信中日益增長的復雜性。

葛寧強調：“以往的通信網(wǎng)絡是一個管道，希望在引入智能協(xié)同優(yōu)化平臺之后，網(wǎng)絡能實現(xiàn)對外交互，從封閉到開放，對服務過程不斷評價和優(yōu)化。同時，引入環(huán)境、媒體、行為等知識庫，實現(xiàn)從人工驅動到知識驅動，閉環(huán)自主學習。”

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