CN113705245A - 语义通信方法、装置、系统、计算机设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种语义通信方法。该方法可以包括：获取语义任务需求；与接收端进行背景知识同步；根据上述语义任务需求，基于同步后的背景知识，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基；将待表征信息从原表征空间变换至由所选取语义基张成的语义表征空间，得到待表征信息在当前语义基基底下的语义信息；基于背景知识与语义任务需求，提取与语义任务需求有关的语义信息，并执行信息编码；以及将编码后的信息发送至接收端。本公开还提供了一种语义通信装置、网络化语义通信系统、计算机设备以及存储介质。

Description

语义通信方法、装置、系统、计算机设备及存储介质

技术领域

本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种语义通信方法、装置、系统、计算机设备及存储介质。

背景技术

传统语法通信仅关注信息的外在表现形式，而不关注其内涵，基本设计目标为信息的正确传输。而传统语法通信从信源信道编码，到载波调制机制，再到宽带通信，这些语法层面的通信技术已逼近香农界，很难继续突破。未来通信系统与网络的通信对象将变化为人、机、物及智能代理，为通信对象的多样化意图提供定制化通信服务。因此，需要一种全新的可以进一步提高信息传输效率的通信方式。

发明内容

有鉴于此，本公开提出一种语义通信方法，可以实现点对点和网络化的语义传输。

上述语义通信方法由发送端设备执行，包括：获取语义任务需求；与接收端进行背景知识同步；根据上述语义任务需求，基于同步后的背景知识，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基；将待表征信息从原表征空间变换至由所选取语义基张成的语义表征空间，得到待表征信息在当前语义基基底下的语义信息；基于背景知识与语义任务需求，提取与语义任务需求有关的语义信息，并执行信息编码；以及将编码后的信息发送至接收端。

其中，与接收端进行背景知识同步包括：所述发送端通过语义知识库与接收端进行背景知识同步。

其中，通过语义知识库与接收端进行背景知识同步包括：根据语义任务需求确定信息编码过程中涉及到的背景知识，并将所述背景知识相应的标识字段发送至语义知识库；由语义知识库根据所述标识字段以及历史登记信息确认发送端和接收端背景知识的当前状态，并进行背景知识同步。

其中，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基包括：

步骤A，根据语义任务需求指定的语义任务类型，从语义基集合中选取一组或多组候选语义基；

步骤B，基于所选取的上述候选语义基，计算待表征信息的语义信息量；

步骤C，根据上述待表征信息的语义信息量，确定上述一组或多组候选语义基是否符合语义任务需求以及是否符合信道传输能力需求，若不符合，则返回上述步骤A，重新选择其他的语义基；若符合，则将上述候选语义基作为上述选定的语义基。

其中，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基进一步包括：若符合要求的语义基有多组，则可以选择语义信息量最小的一组语义基作为上述选定的语义基。

本公开还提出一种语义通信方法，由接收端设备执行，包括：与发送端进行背景知识同步；对接收信息进行信息译码，得到译码后的语义信息；以及根据语义任务需求选择性将上述语义信息从由所接收语义基张成的语义表征空间变换至原表征空间，得到接收数据。

对应上述语义通信方法，本公开的实施例提供了一种语义通信装置，可以包括：

语义任务需求获取模块，用于获取语义任务需求；

同步模块，用于与接收端或者发送端进行背景知识同步；

语义基选取模块，用于根据上述语义任务需求，基于同步后的背景知识，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基；

变换模块，用于将待表征信息从原表征空间变换至由所选取语义基张成的语义表征空间，得到待表征信息在当前语义基基底下的语义信息；

编码模块，用于基于背景知识与语义任务需求，提取与语义任务需求有关的语义信息，并执行信息编码；

发送模块，用于将编码后的信息发送至接收端。

对应上述语义通信方法，本公开的实施例提供了一种网络化语义通信系统，可以实现网络化的语义通信。

上述网络化语义通信系统可以包括：语义智能平面、语义物理承载层、语义网络协议层和语义应用意图层；其中，所述语义智能平面、语义物理承载层、语义网络协议层和语义应用意图层之间通过语义信息流进行交互；其中，

所述语义应用意图层用于对通信对象意图进行挖掘并分解为至少一个子意图；

所述语义网络协议层用于从所述至少一个子意图中获取本层的语义任务需求，并根据语义任务需求完成语义信息转换，并据此完成协议的优化与重新编排，形成新的语义协议；

所述语义物理承载层用于从语义网络协议层所传达的语义任务需求中获取本层的语义任务需求，并根据语义任务需求完成语义信息转换，完成信源数据信息的信息编码与传输；以及

所述语义智能平面用于驱动承载着相关信息的语义信息流在全网的流转与共享。

对应上述语义通信方法，本公开的实施例提供了一种计算机设备，可以包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述语义通信方法。

对应上述语义通信方法，本公开的实施例提供了存储介质，用于存储一种用于执行上述语义通信方法的计算机程序。

本公开的实施例提出了一种面向通信对象意图的语义基表征框架，并基于此框架设计了一种点对点语义通信方法、装置以及网络化语义通信系统。上述语义通信方法可有效满足通信对象意图并充分利用通信资源，实现高效率的语义通信。此外，上述网络化语义通信系统为网络化语义通信提供了全新的设计思路，填补了相关设计的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1显示了本公开一些实施例所述的语义通信方法的实现流程；

图2显示了本公开另一些实施例所述的语义通信方法的实现流程；

图3显示了本公开一些实施例所述的语义通信装置的内部结构；

图4显示了本公开一些实施例所述的语义通信系统的内部结构；

图5显示了本公开一些实施例所述的实现语义通信方法的计算机设备的内部结构。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如前所述，目前传统通信方式的发展已经遇到了瓶颈，很难继续突破。未来通信系统与网络的通信对象将变化为人、机、物及智能代理，为通信对象的多样化意图提供定制化通信服务。语义通信引入信息的语义维度，可以根据通信对象的意图鉴别信息含义，相较于传统语法通信能够显著提高需求服务质量与通信效率。

考虑到语义信息的主观特性和多变特性，如何实现语义通信系统仍是尚待深入探索且极具挑战性的难题。具体而言，语义通信首先需完成通信双方通信意图与背景知识的同步。其中，通信意图同步保证发送端能够根据接收端的具体意图发送其所需信息。背景知识同步则保证双方对相同信息的语义理解相同，避免“沟通”障碍。因此，如何实现意图与背景知识的同步，以及如何根据意图进行语义表征和编码等等都是语义通信技术的关键点和难点。

为了解决上述语义通信技术中的一系列问题，本公开提出了一种面向语义任务需求的语义信息表征框架，即语义基(Semantic base，Seb)表征框架。需要说明的是，语义基是构建语义表征空间的一组基底，不同的语义基可以张成的语义表征空间不同。在语义通信架构中，待传输数据信息及语义任务需求、背景知识等相关信息均可作为待表征信息，并基于语义基框架进行表征，语义基根据表征需要动态选择。语义基的选取与构建均需以满足任务需求为前提。其中，语义任务需求是指通信对象完成某个类型的任务(如图像分类、图像识别、语音识别、文本理解等)时对不同颗粒度、不同侧重点信息的要求。此外，语义基的选取与构建还需要基于背景知识完成，充分考虑发送端和接收端的背景知识，以保证发送端发送的语义信息经过语义基表征以后，在接收端结合背景知识能够准确恢复出来。语义基决定了语义信息量的相关参量取值或分布情况，从而影响语义信息量计算结果。在实际应用中，语义基表征框架预先针对不同的语义任务类型预设若干组语义基或者还可以动态构建形成新的语义基，构成可动态更新的语义基集合。语义表征时则根据具体任务需求及背景知识，从中选择符合任务类型的语义基。

基于上述思想以及提出的语义基表征框架，本公开的一些实施例提出了一种语义通信方法，该方法可以根据通信对象的意图灵活选取适合的语义基，并根据所选取的语义基完成信源信息的表征空间变换及信息编码，为意图驱动下的语义信息表征提供了统一框架和实现方案。

图1显示了本公开一些实施例所述的语义通信方法的实现流程，该方法可以由发送端设备执行。如图1所示，该方法可以包括：

步骤102，获取语义任务需求。

在本公开的实施例中，上述语义任务需求的来源可以有多种，包括：发送端完成某个类型的任务(如图像分类、图像识别、语音识别、文本理解等)时对待传输信息的要求；或由接收端告知发送端的，其完成某个类型的任务(如图像分类、图像识别、语音识别、文本理解等)时对待传输信息的要求。可以看出，每个语义任务需求均会指定一个语义任务类型，例如，图像分类、图像识别、语音识别、文本理解等等。

步骤104，与接收端进行背景知识同步。

由于在本公开的实施例中，语义基选取及后续信息编/译码过程均与背景知识有关，通信双方需要首先完成双方背景知识的同步，保证双方对相同信息的语义理解相同，避免“沟通”障碍。然后，才能进行后续的语义通信。在本公开中，背景知识通常是指通信对象理解语义信息所需的信息，可包括公知性知识、专有性知识等。

在本公开的一些实施例中，发送端可以通过语义知识库与接收端进行背景知识同步。具体地，语义知识库以语义信息形式存储每个用户的背景知识。语义知识库以集中式或分布式的方式存储于通信网络中。

发送端在信息编码前，根据语义任务需求确定信息编码过程中涉及到的背景知识，并将相应的标识字段发送至语义知识库；语义知识库根据该字段以及历史登记信息确认收发端用户背景知识的当前状态，并进行背景知识同步。此时，若发送端具备该背景知识但接收端不具备，则将发送端的相关背景知识同步到接收端的背景知识中，反之亦然。若发送端与接收端均具备对应的背景知识，则进一步比较其更新的版本(时间戳、版本编号等)，若不一致，则用较新一方的背景知识更新另一方的对应部分。此外，当用户本地的背景知识发生自发性更新时，此时将会由用户主动发起背景知识的更新，将新的内容以语义信息的形式更新至语义信息库。

步骤106，根据上述语义任务需求，基于同步后的背景知识，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基。

在本公开的实施例中，如前所述，语义基表征框架针对不同的语义任务类型预设若干组语义基或者动态构建形成新的语义基，构成可动态更新的语义基集合。如此，发送端在语义通信之前需要首先根据语义任务需求所指定的语义任务的类型以及背景知识从语义集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基。然后，再进行后续的通信操作。在本公开的实施例中，上述所选取的与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基可能有一组或者多组。

在本公开的实施例中，上述步骤106中的从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基具体可以包括：

步骤A，根据语义任务需求指定的语义任务类型，从语义基集合中选取一组或多组候选语义基。

如前所述，语义基集合中包含了针对不同的语义任务类型预设的若干组语义基，如此，在本公开的实施例中，在上述步骤A，可以根据语义任务需求指定的语义任务类型，从语义基集合中直接选取与所述语义任务类型对应的一组或多组候选语义基。

步骤B，基于所选取的上述候选语义基，计算待表征信息的语义信息量。

在本公开的实施例中，上述待表征信息的语义信息量具体是指待表征信息在当前基底下语义信息编码信息量的最小值。

步骤C，根据上述待表征信息的语义信息量，确定上述一组或多组候选语义基是否符合语义任务需求以及是否符合信道传输能力需求，若不符合，则返回上述步骤A，重新选择其他的语义基；若符合，则将上述候选语义基作为上述选定的语义基。

在本公开的实施例中，在确定上述一组或多组语义基是否符合信道传输能力需求时，若基于所选取候选语义基计算的语义信息量大于信道容量，则可视为不符合信道传输能力需求；反之，则可视为符合信道传输能力需求。

此外，在上述步骤C中还需判断所选择的一组或多组语义基是否符合语义任务需求所包含的各个方面的需求。

具体地，在上述步骤C中，若符合要求的语义基有多组，则可以选择语义信息量最小的一组语义基作为上述选定的语义基。

进一步，如果在上述步骤中没有找到与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基，则可以首先以任务需求为目标，结合收发端背景知识，构建新的语义基，并更新语义基集合。然后，再重新执行上述步骤106。

在本公开的一些实施例中，发送端选定语义基后，还会主动将选定的语义基发送给接收端，与接收端进行语义基的同步，以保证接收端在与发送端相同的语义表征空间中完成信息从语义表征空间至原表征空间的变换。或者，在本公开的另一些实施例中，发送端还可以仅在接收到接收端的语义基请求之后，再把选定的语义基发送给接收端，完成与接收端语义基的同步。

在接收端，信息从语义表征空间至原表征空间的变换则需根据接收端具体需求决定是否执行，例如，在图片分类任务中，接收端可直接利用接收的图片语义信息完成任务，而无需恢复完整图像，也即无需对接收信息进行从语义表征空间到原表征空间的变换。

步骤108，将待表征信息从原表征空间变换至由所选取语义基张成的语义表征空间，得到待表征信息在当前语义基基底下的语义信息。

在本公开的实施例中，上述原表征空间通常是指待表征信息所处的表征空间。例如，对于信源数据信息来讲，上述原表征空间通常可包括语法表征空间；而对于背景知识来讲，上述原表征空间通常可包括语义表征空间。

如此，在上述步骤108中，可以通过原表征空间到语义表征空间的线性或非线性变换关系将待表征信息从原表征空间变换至所选取语义基张成的语义表征空间，从而得到待表征信息在当前语义基基底下的语义信息。

步骤110，基于背景知识与语义任务需求，提取与语义任务需求有关的语义信息，并执行信息编码。

在本公开的实施例中，上述信息编码以及其译码过程可基于模块化设计或联合设计两种方式实现，通信双方采用相同的设计思路并已预先设定，这两种方式可以具体为：

1)模块化设计：信息编码/译码可以包括：基于语义基的语义弹性编/译码模块以及信道编/译码模块。其中，上述语义弹性编/译码模块可以通过分组码、非分组码、无失真编码、限失真编码等编码方法实现，语义弹性编码以当前语义基下待表征信息的语义信息量为理论下界指导，编码时使编码后信息的平均码长尽量逼近该下界。此外，上述语义弹性编/译码模块还可以集成包括语义基选取与构建、语义信息量计算、语法/语义-语义/语法空间变换等操作完成信源在语义层面的压缩与解压缩。上述信道编/译码模块可以采用公知性信道编码技术实现，二者相互独立。

2)联合设计：联合设计基于语义基的语义弹性编/译码和信道编译码模块(还可以集成包括语义基选取与构建、语义信息量计算、语法/语义-语义/语法空间变换等操作)与信道编/译码模块联合设计，基于同一目标函数进行联动优化，即在一定语义保真度准则(由语义任务需求确定，如语义相似度等)下进行最高效的信息传输。

需要说明的是，上述两种信息编码方式均可以通过现有公知性编码技术或机器学习模型来实现。

从上述描述可以看出，上述信息编码可以通过多种方式实现，本质上是一种弹性编码，其中的“弹性”是指可以根据语义任务需求变化灵活调整语义编码的方式以及编码参数(码率模式、码率大小等)的选取等等。

更进一步，在本公开的一些实施例中，上述“弹性”还可以进一步扩展到语义基的选取，也即根据信息编码的结果动态调整语义基的选取。具体地，在本公开的一些实施例中，在上述步骤110执行完信息编码之后，可以进一步判断编码后的信息是否满足传输条件，如果满足，则执行后续的步骤112，如果不满足，则可以返回到上述步骤106，重新进行语义基的选取。具体地，上述传输条件具体可以为：上述编码后的信息的体量是否超过信道传输能力等等。

步骤112，将编码后的信息发送至接收端。

图2显示了本公开实施例所述的另一种语义通信方法的实现流程，该方法可以由接收端设备执行。如图2所示，该方法可以包括：

步骤202，与发送端进行背景知识同步。

在本公开的实施例中，接收端可以通过与步骤102相同的方法实现与发送端的背景知识同步。

步骤204，对接收信息进行信息译码，得到译码后的语义信息。

在本公开的实施例中，接收端可以根据发送端的信息编码方法选择信息译码方法。具体地，若发送端采用模块化思路，则接收端可以采用公知性技术完成信道译码，并然后利用对应于发送端语义弹性编码的译码技术完成信源译码；若发送端采用联合设计思路，则接收端利用对应于发送端联合语义弹性信源信道编码的译码技术完成联合语义弹性信源信道译码，得到译码后的语义信息。

在步骤206，根据语义任务需求选择性将上述语义信息从由所接收语义基张成的语义表征空间变换至原表征空间，得到接收数据。

如前所述，在接收端，信息从语义表征空间至原表征空间的变换需根据接收端具体语义任务需求决定是否执行，例如，在图片分类任务中，接收端可直接利用接收的图片语义信息完成任务，而无需恢复完整图像，也即无需将接收的图片语义信息从语义表征空间变换至原表征空间。也就是，在这种情况下，图片的语义信息即可作为接收数据。而在其他情况下，则需要将上述语义信息从由所接收语义基张成的语义表征空间变换至原表征空间，从而得到接收数据。

需要说明的是，在需要将上述语义信息从由所接收语义基张成的语义表征空间变换至原表征空间的情况下，接收端需要获取发送端选定的语义基，以保证接收端能够在与发送端相同的语义表征空间中完成语义表征空间至原表征空间的变换。因此，在本公开的一些实施例中，发送端在选定语义基之后，会将选定的语义基发送至接收端。此时，接收端将接收并缓存发送端所选定的语义基，并在需要时进行语义表征空间至原表征空间的变换。或者，在本公开的另一些实施例中，在接收端确定需要将上述语义信息从由所接收语义基张成的语义表征空间变换至原表征空间的情况下，会向发送端请求其选定的语义基，并在接收到发送端返回的语义基后，执行上述将语义信息从由所接收语义基张成的语义表征空间变换至原表征空间的步骤。

下面以图片的语义表征为例详细说明上述语义通信方法。假设需要完成的语义任务类型为分类问题，如区分动物与植物，则根据相应的语义任务需求，从语义基集合中选择符合任务类型的语义基，此例中可以选定轮廓为基底，基于此基底完成空间变换后，从语义信息中提取对应于动植物轮廓的语义信息并压缩编码。如此，接收端在接收并解压缩译码得到以轮廓为基底的语义信息之后，即可利用上述以轮廓为基底的语义信息进行分类。可见，在这种语义任务类型下，发送端无需传输图片的细节，即可实现任务，从而大大降低所需传输的信息量，提高传输效率。又假设语义任务类型变为进一步识别动物的具体种类，则需要对语义基进行调整，在轮廓的基础上选择能够包含更多有助于识别的信息的基底，例如颜色、眼、耳等特征，并基于所选择的基底完成空间变换、相应语义信息的提取及压缩编码。如此，接收端在接收并解压缩译码得到以包含更多识别信息的语义基为基底的语义信息之后，即可利用上述语义信息进行精细分类。可见，在上述语义通信方法中，可以根据实际的语义任务需求灵活地选择语义基，并基于所选择的语义基进行空间变换以及编码等等，实现意图驱动下的语义通信，可以极大提高通信系统的传输效率。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种语义通信装置，该装置的内部结构可以如图3所示，主要包括如下部分：

语义任务需求获取模块302，用于获取语义任务需求。

同步模块304，用于与接收端或者与发送端进行背景知识同步。

语义基选取模块306，用于根据上述语义任务需求，基于同步后的背景知识，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基。

变换模块308，用于将待表征信息从原表征空间变换至由所选取语义基张成的语义表征空间，得到待表征信息在当前语义基基底下的语义信息。

编码模块310，用于基于背景知识与语义任务需求，提取与语义任务需求有关的语义信息，并执行信息编码。

发送模块312，用于将编码后的信息发送至接收端。

上述语义通信装置还可以进一步包括：

译码模块314，用于对接收信息进行信息译码，得到译码后的语义信息。

反变换模块316，用于根据语义任务需求选择性将上述语义信息从由所接收语义基张成的语义表征空间变换至原表征空间，得到接收数据。

可以看出，本公开的实施例提供了面向通信对象意图的语义通信方法和装置，在实现通信双方意图及背景知识同步的基础上，可以根据通信对象意图进行语义表征与编码，完成信息的语义传输，并且可以更高效率满足通信对象意图。

此外，本公开还提出了一种网络化语义通信系统。该网络化语义通信系统主要用于实现网络化的语义通信，其内部结构如图4所示，可以包括：语义智能平面、语义物理承载层、语义网络协议层和语义应用意图层。上述各个部分之间通过语义信息流进行交互。

上述语义信息流(Semantic Information Flow，S-IF)用于承载相关信息。这些相关信息包括例如背景知识、通信对象意图信息等等，这些相关信息使用网络化语义基框架进行表征，并由语义信息流承载。

上述语义应用意图层(Semantics-empowered Application-Intent Layer，S-AI)主要用于对通信对象意图进行深入挖掘并分解为至少一个子意图。其中，上述网络化语义通信系统中的语义网络协议层可以从上述至少一个子意图中获取自身的语义任务需求。上述语义应用意图层将确定的上述至少一个子意图传达至语义网络协议层，同时还将经语义信息流汇聚至语义智能平面。

上述语义网络协议层(Semantics-empowered Network Protocol Layer，S-NP)主要用于分析上述至少一个子意图，从上述至少一个子意图中获取本层的语义任务需求，并根据本层的语义任务需求完成语义信息转换，并据此完成协议的优化与重新编排，形成新的语义协议。其中，在本公开的实施例中，上述语义信息转换可以包括语义基选取。

此外，上述语义网络协议层还将进一步将从上述至少一个子意图中获取的语义任务需求传达给语义物理承载层。

上述语义物理承载层(Semantics-empowered Physical-Bearing Layer，S-PB)主要用于分析上述至少一个子意图，从语义网络协议层所传达的语义任务需求中获取本层的语义任务需求，并根据本层的语义任务需求，完成语义信息转换，并完成信源数据信息的弹性编码与传输。

上述语义智能平面(Semantic Intelligence Plane，SI)主要用于驱动承载着相关信息的语义信息流在全网的流转与共享，同时还可综合评估当前系统对任务需求的服务质量，做出各层的优化与演进决策。

可以看出，上述网络化语义通信系统一方面通过选取合适的语义基进行语义协议表征及数据信息表征，提高信息的网络交互效率；另一方面，为意图信息、背景知识、环境信息等相关信息分别选取合适的语义基进行表征，为数据信息表征与传输提供背景知识同步、意图获取等必要支撑，同时降低相应的信息交互开销。层间进行信息交互时，需要完成语义信息转换，如果语义信息粒度不同可能涉及语义基变换，将收到的语义信息转换为本层能够利用的形式。例如，语义网络协议层在解析来自语义应用意图层的语义信息时，根据语义信息粒度不同，进行语义基更新与语义空间变换，从而获得对应于语义网络协议层的语义信息。

下面将具体介绍上述网络化语义通信系统各个功能模块的工作流程。

语义信息流，是外部信息及内部信息的语义信息的动态有序流动，经语义智能平面驱动在各层流动，其中，外部信息包括物理环境信息、频谱环境信息、电磁环境信息等，内部信息包括各层基本信息、意图信息、背景知识等智能相关信息。在上述网络化语义通信系统中，通信双方意图、背景知识、各层语义基等信息的同步均基于语义信息流完成。

语义智能平面，独立于数据平面与控制平面，纵贯语义物理承载层、语义网络协议层以及语义应用意图层，管理并控制语义信息流在不同层级、不同网元间的流转，实现信息如意图、环境信息、背景知识、决策信息等的全网交互与统筹协调；同时通过网络性能评估与决策推演，实现网络自主调整、进化。语义智能平面的具体功能可以包括如下几个方面：

1)语义环境表征：外部信息和内部各层级基本信息经过初步的信息过滤，经由语义信息流汇聚至语义智能平面；语义智能平面选定环境表征的语义基(组)后，通过进一步的语义分类、聚合、表征，形成环境的语义信息。最终，环境的语义信息汇入语义信息流，由语义智能平面驱动，在各层之间流动，完成环境语义信息的全局共享。

2)背景知识管理：语义智能平面依托语义知识库，具备强大的存储与处理能力，用于管理、控制背景知识在不同用户/网元间的同步过程。考虑到背景知识的体量及多样性，背景知识基于语义基表征框架表征后，以语义信息的形式存储于语义知识库中，可经由语义信息流实现更新与全局共享，降低背景知识的存储与同步开销。

3)语义决策与推理：语义智能平面根据语义应用意图层分解得到的一系列子意图，结合语义信息流中包含的内部信息、外部信息，衡量当前系统性能、评估当前系统的通信对象需求，并据此为所有层级提供系统改进决策，决策信息通过语义信息流被进一步传至控制平面以实现通信对象意图驱动的传输与组网。

对于语义物理承载层，本方案提出的点对点语义通信方法是由语义物理承载层的主要完成的。其中，语义任务需求来自语义应用意图层分解的子意图，继而分解为不同的语义任务需求，背景知识同步在语义智能平面管控下完成。

语义网络协议层，从语义应用意图层提供的通信对象子意图集合中获取属于语义网络协议层的语义任务需求，基于语义基表征框架，去除其中的信息冗余，形成新的语义协议单元，实现网络层面的高效交互。由于通信实体具备学习能力，因而在每次通信过程中，通信实体可通过不断积累相关语义协议更新策略、经验等，最终形成通用性更强的语义协议单元，从而面对多样化的通信场景、多变的意图，实现协议的自主优化、生成。

其中，语义网络协议层的主要功能模块包括：

语义信息计算：基于各自的背景知识和语义基，通过不同语义信息的联合表征、推理、演绎等，形成新的语义信息。

语义协议解析：即根据语义网络协议层的语义任务需求对现有协议单元的语义信息进行分析、提取和重新表达，得到语义任务需求有关的语义信息。

语义协议形成：即根据语义网络协议层的语义任务需求对语义协议信息进行调整、重新编排、计算及封装，形成包含新语义信息的协议单元。

语义协议转换：基于不同语义基、来自不同网元等语义协议数据之间的相互等效转换，以保证语义信息的有效解读。

语义应用意图层，基于背景知识，实现通信对象意图的挖掘与分析，并将通信对象意图分解为至少一个子意图，最后基于语义基框架进行表征。子意图集合及对应语义基传至语义网络协议层，为其提供具体的语义任务需求；同时，子意图集合通过语义信息流传至语义智能平面，语义智能平面可基于各层的具体语义任务需求，结合系统整体性能的评估结果，进行进一步的系统优化决策推演。

语义应用意图层的具体工作步骤为：

步骤1：意图挖掘，即结合背景知识，基于网络信息，进行通信对象的意图提取、分析、综合等；

步骤2：意图分解，即将提取出的通信对象意图进一步分解为至少一个子意图，方便后续的表征；

步骤3：意图表征，即基于背景知识，选择符合其语义任务需求的语义基，并据此完成表征空间的变换，得到子意图的语义表征，形成表征子意图的语义信息；

步骤4：将子意图的语义信息及所用的语义基传至语义网络协议层，管控相关的语义信息同时通过语义信息流汇聚至语义智能平面。

本发明提出的基于语义基的网络化语义通信系统，为数据信息、背景知识、意图等信息提供了统一的语义信息表征框架，为面向通信对象意图的语义通信系统奠定基础，同时有效降低了点对点及网络化语义通信系统中背景知识同步、数据传输等环节交互开销，为网络化语义通信提供了全新的设计思路，填补了相关设计的空白。

其次，本发明提出的基于语义基的点对点语义通信方法，能够根据通信对象的意图实现弹性信息编码与传输，在满足通信对象需求的同时充分利用了通信资源。

最后，本发明提出的基于语义基的网络化语义通信方法，实现了通信对象意图驱动的网络化语义通信，同时能够进行系统的自主优化与演进，有效提高了网络化语义通信的信息交互效率、服务质量及智能水平。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的一种语义通信方法。

图5示出了本公开实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

上述公开实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的语义通信装置，并且具有相应的方法公开实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行日上任意一实施例所述的语义通信装置。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

上述公开实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的语义通信装置，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种语义通信方法，由发送端设备执行，包括：

获取语义任务需求；

与接收端进行背景知识同步；

根据上述语义任务需求，基于同步后的背景知识，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基；

将待表征信息从原表征空间变换至由所选取语义基张成的语义表征空间，得到待表征信息在当前语义基基底下的语义信息；

基于背景知识与语义任务需求，提取与语义任务需求有关的语义信息，并执行信息编码；以及

将编码后的信息发送至接收端。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，与接收端进行背景知识同步包括：通过语义知识库与接收端进行背景知识同步。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述通过语义知识库与接收端进行背景知识同步包括：根据语义任务需求确定信息编码过程中涉及到的背景知识，并将所述背景知识相应的标识字段发送至语义知识库；由语义知识库根据所述标识字段以及历史登记信息确认发送端和接收端背景知识的当前状态，并进行背景知识同步。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基包括：

步骤A，根据语义任务需求指定的语义任务类型，从语义基集合中选取一组或多组候选语义基；

步骤B，基于所选取的上述候选语义基，计算待表征信息的语义信息量；

步骤C，根据上述待表征信息的语义信息量，确定上述一组或多组候选语义基是否符合语义任务需求以及是否符合信道传输能力需求，若不符合，则返回上述步骤A，重新选择其他的语义基；若符合，则将上述候选语义基作为所述选定的语义基。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基进一步包括：若符合要求的语义基有多组，则选择语义信息量最小的一组语义基作为所述选定的语义基。

6.一种语义通信方法，由接收端设备执行，包括：

与发送端进行背景知识同步；

对接收信息进行信息译码，得到译码后的语义信息；以及

根据语义任务需求选择性将上述语义信息从由所接收语义基张成的语义表征空间变换至原表征空间，得到接收数据。

7.一种语义通信装置，包括：

语义任务需求获取模块，用于获取语义任务需求；

同步模块，用于与接收端或者发送端进行背景知识同步；

语义基选取模块，用于根据上述语义任务需求，基于同步后的背景知识，从语义基集合中选取与语义任务需求匹配且符合信道传输能力的语义基；

变换模块，用于将待表征信息从原表征空间变换至由所选取语义基张成的语义表征空间，得到待表征信息在当前语义基基底下的语义信息；

编码模块，用于基于背景知识与语义任务需求，提取与语义任务需求有关的语义信息，并执行信息编码；

发送模块，用于将编码后的信息发送至接收端。

8.一种网络化语义通信系统，包括：语义智能平面、语义物理承载层、语义网络协议层和语义应用意图层；其中，所述语义智能平面、语义物理承载层、语义网络协议层和语义应用意图层之间通过语义信息流进行交互；其中，

所述语义应用意图层用于对通信对象意图进行挖掘并分解为至少一个子意图；

所述语义网络协议层用于从所述至少一个子意图中获取本层的语义任务需求，并根据语义任务需求完成语义信息转换，并据此完成协议的优化与重新编排，形成新的语义协议；

所述语义物理承载层用于从语义网络协议层所传达的语义任务需求中获取本层的语义任务需求，并根据语义任务需求完成语义信息转换，完成信源数据信息的信息编码与传输；以及

所述语义智能平面用于驱动承载着相关信息的语义信息流在全网的流转与共享。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任意一项所述的语义通信方法。

10.一种存储介质，其特征在于，用于存储一种用于执行权利要求1-6中任意一项所述的语义通信方法的计算机程序。

Images