為什么2G/3G和AI擦不出火花？他們用這篇論文告訴你答案

蕭簫 2021-05-14 00:00:50 來源：量子位

蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

都說5G和AI密不可分，但究竟是為什么？

難道2G、3G和4G不配嗎？

直到讀了這篇題為《通信人工智能的下一個十年》的論文，我才意識到，原來移動通信和人工智能的交叉領(lǐng)域通信人工智能，確實沒那么簡單。

之所以5G與AI能擦出不一樣的火花，不僅與移動通信自身的性質(zhì)有關(guān)，還與人工智能的發(fā)展方向有關(guān)。

對于論文內(nèi)容，亞信科技CTO、高級副總裁歐陽曄博士和清華大學(xué)張亞勤院士親自做了講解。

一起來看看。

為什么是5G+AI？

在回答這個問題之前，首先要了解通信人工智能的發(fā)展階段。

畢竟，移動通信和人工智能，并不是從一開始就“緊密聯(lián)系”的。

歐陽曄博士介紹說，從目前來看，通信人工智能一共經(jīng)歷了三個階段。

第一個關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點，發(fā)生在1999年。

這一年，3GPP作為全球的通信行業(yè)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會，第一次將無線通信算法、模型寫到了3GPP的2G/3G場景規(guī)范中。

當(dāng)時的算法和模型，雖然還不叫人工智能，多數(shù)叫做“基于數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)仿真”、“基于數(shù)據(jù)分析/機器學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)仿真”等技術(shù)，但它確實是通信人工智能的萌芽。

在這之后，移動通信經(jīng)過了2G和3G，一直到2008年來到4G商用階段。

第二階段，是2008年~2018年。

這段時間，3GPP在3G/4G標(biāo)準(zhǔn)中定義了一個關(guān)鍵字SON （Self-organizing network，自組織網(wǎng)絡(luò)），有自組織、自優(yōu)化、自治愈的特性。

隨著SON的提出，通信行業(yè)的廠商和通信運營商，開始逐漸認識到機器學(xué)習(xí)和人工智能對于網(wǎng)絡(luò)的助益。

理論建立了起來，然而機器學(xué)習(xí)和人工智能，在這段時間里卻一直沒有長足發(fā)展。

這與2G、3G和4G自身的特性有關(guān)。

其一，雖然3GPP第一次將機器學(xué)習(xí)和人工智能定義到3G和4G的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)體系中，但它卻并非一個“必選品”，其作用僅僅相當(dāng)于一個電腦附件。

其二，在當(dāng)時知名度較高的AMDOCS、Verizon和AT&T等軟件公司，雖然都有意發(fā)展SON，但卻忽視了一個事實——

2G和3G的網(wǎng)絡(luò)體系生態(tài)，包括軟硬件、接口、流程、信令等，都不是從智能化的理念來設(shè)計的，因此人工智能對它們的加成意義不大，“就像打了一針疫苗卻沒有引起身體反應(yīng)一樣?！?/p>

△亞信科技歐陽曄博士

這也是為什么，在2G、3G乃至于4G的發(fā)展期間，人工智能和移動通信并沒有出現(xiàn)強相關(guān)的現(xiàn)象。

隨后，5G到來，通信人工智能真正進入第三階段。

2017年12月，3GPP第一次定義了通信人工智能的網(wǎng)元 （Network Data Analytic Function），讓人工智能真正變成了移動通信的核心功能。

但，為什么5G和AI的相性度會這么高呢？

張亞勤院士表示，主要原因有兩點。

其一，5G網(wǎng)絡(luò)本身相當(dāng)復(fù)雜。

3G、4G的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，直接就融入了一些AI模型也會用到的算法，如BS算法、生成算法、多目標(biāo)優(yōu)化等，用于負載均衡、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、容量優(yōu)化等應(yīng)用中，但不需要再進行進一步融合。

然而，不論是從接入側(cè)、核心網(wǎng)，還是從傳輸、終端、應(yīng)用這些層面來說，5G的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)都要復(fù)雜得多。

在這種時候，5G的網(wǎng)絡(luò)模型，已經(jīng)無法用精確的數(shù)學(xué)模型表示，這個時候用上AI模型，反而能在傳輸和運營等層面上提供新的思路。

其二，5G通信產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常巨大。

而AI的特性之一，剛好是能處理大量數(shù)據(jù)。

利用深度學(xué)習(xí)算法，就能讓通信網(wǎng)在協(xié)議層真正地融合，也能更高效地使用計算機領(lǐng)域的算法、和互聯(lián)網(wǎng)中的技術(shù)，來讓移動通信變得更高效。

△清華大學(xué)張亞勤院士

除此之外，張亞勤院士認為，5G與AI融合所面臨的最大挑戰(zhàn)，是要看它的核心應(yīng)用在什么地方：

看視頻更快、圖片傳輸效率更高、VR/AR等等，可能都不是它最核心的應(yīng)用。更大的應(yīng)用，可能還是在工業(yè)場景，例如無人駕駛、邊緣計算、低能耗等場景上。

如何用新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、最低能耗的方式、最有效的路徑完成任務(wù)，是一個很大的挑戰(zhàn)，但也是未來的機遇。

通信人工智能，到哪一步了？

那么，處在“第三階段”的通信人工智能，現(xiàn)在發(fā)展到哪個階段了？

歐陽曄博士表示，從下面這張表來看，目前通信人工智能處于L1和L2階段之間。

簡單來說，目前行業(yè)實現(xiàn)了通信生態(tài)系統(tǒng)中部分自治的能力，也就是通過人工智能、自動化技術(shù)，來實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中某一部分自治的能力。

而且，這個能力并不是百分百閉環(huán)的。

也就是說，目前我們正處在L1.5的階段上。

以通信網(wǎng)絡(luò)為例，目前3GPP在核心網(wǎng)絡(luò)的交換機中已經(jīng)定義了NWDAF功能，它可以幫助網(wǎng)絡(luò)路由更智能地進行判斷和選擇，也可以進行更準(zhǔn)確的分析。

也就是說，在網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點上、或者網(wǎng)絡(luò)的某些關(guān)鍵組件和部件上，實現(xiàn)了一些智能化的功能。

而理想的階段，則是達到完全網(wǎng)絡(luò)自治管理。

也就是說，電信運營商的NOC（Network Operation Center）不再需要有人來進行網(wǎng)絡(luò)運維和運營，AI能取代、或是高度取代原來的網(wǎng)絡(luò)工程師和IT工程師。

簡而言之，運營和運維這張網(wǎng)絡(luò)的IT系統(tǒng)中的所有人工成分，都可以被AI取代。

達成這樣的目標(biāo)，至少還需要多長時間？

通信人工智能的下一個十年

對于通信人工智能未來的發(fā)展，歐陽曄博士同樣進行了預(yù)測：

2023年能實現(xiàn)L2，但真正想要往L4以及L5發(fā)展，估計要到2027年以后。

具體來說，歐陽曄認為，2023年能初步建成網(wǎng)絡(luò)智能化，也就是網(wǎng)絡(luò)人工智能的網(wǎng)元。

而從2023~2027年這4年間，移動網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將從L2、L3往L4演進。

2027年左右，第六代移動通信將會出現(xiàn)。

歐陽曄博士表示：

這一階段，將決定人工智能是否會在6G中繼續(xù)扮演重要角色，還是逐漸就在5G的嘗試中失敗了。

這個過程，是通信網(wǎng)絡(luò)本身的演進。

這篇論文，由亞信科技、Verizon（美國威瑞森電信）、AT&T（美國電話電報公司）、中國移動、中國電信、斯蒂文斯理工學(xué)院和清華大學(xué)的研究人員共同撰寫。

目前，論文已在中國科技核心期刊《電信科學(xué)》上發(fā)表，中文預(yù)覽版已在ArXiv平臺發(fā)布。

如果想進一步了解通信人工智能的發(fā)展和整體生態(tài)體系，可以戳下方地址，閱讀論文~

《通信人工智能的下一個十年》ArXiv論文地址：
https://arxiv.org/abs/2101.09163