문. 시맨틱 통신 연구 동향(2022.12.)

문. 시맨틱 통신 연구 동향(2022.12.)

답.

1. 개요

  - 2030년대의 6G와 AI 시대의 많은 애플리케이션에서 스마트 단말기, 로봇, 스마트 감시와 같은 에이전트는 장면을 이해하고 명령을 자동으로 실행할 수 있을 것으로 예상함

  - 시맨틱에 초점을 맞추고 통신의 목표를 명확하게 식별하면 소스에서 의도한 정보를 전달하는 데 엄격하게 관련된 데이터를 추출하는데 도움이 됨

  - 이것이 전송 및 복구 데이터의 양을 크게 줄여 대역폭, 지연 및 에너지를 절약하는 핵심이 될 수 있음

  - Shannon 패러다임을 넘어선 돌파구로 여겨지는 시맨틱 통신은 의미에 상관없이 각각의 심벌이나 비트를 정확하게 수신하기보다는 소스가 전달하는 의미 정보의 성공적인 전송을 목표로 함

 

2. 시맨틱 통신이란?

<그림. 시맨틱 통신 개념도>

구 분	설 명
개념	- 기존 통신은 정보를 비트 시퀀스로 변환하여 처리하고 수신기에서 정보를 나타내는 비트 시퀀스가 정확하게 복구하는 것임 - 시맨틱 통신은 정보의 시맨틱을 전송하므로 중요한 차이점 중 하나는 수신기에서 실행될 작업이나 동작에 따라서 시맨틱 특징을 포착하는 시맨틱 코딩을 도입함
특징	- 지식 그래프기반 시맨틱 인코딩으로 우선 지식 그래프 형태로 통신 당사자 간의 공통 지식 배경에 대한 적절한 표현을 찾은 다음 지식 그래프를 사용하여 데이터를 인코딩함 - 기계학습을 이용하여 통합된 시맨틱과 채널 인코딩의 학습기반 접근 방식 필요

  *JSCC(Joint Source-Channel Coding): 멀티키디어 콘텐츠, 음성과 텍스트 전송과 같은 실제 시맨틱 통신의 응용 프로그램에서 소스-채널분리보다 더 효과적인 코딩 기법

 

3. 시맨틱 통신을 위한 성능 메트릭 종류

구 분	설 명
단어 오류율	- 시맨틱 텍스트 전송을 측정하는데 사용함
BLEU 점수	- Bilingual Evaluation Understudy - 기계 번역 이후 텍스트 품질을 측정하는데 사용하는 지표
이미지 시맨틱 유사성 메트릭	- 컨텍스트에 따라 달라지는 고차 이미지 구조에 따라 결정됨
시각적 시맨틱 임베딩	- 이미지 시맨틱 유사성을 평가하는 시맨틱 임베딩 - SGG(Scene Graph Generation), 이미지 캡션과 이미지 검색에 널리 사용됨
PESQ	- Perceptual Evaluation of Speech Quality - 배경 잡음, 아날로그 필터링, 가변 지연과 같은 다양한 조건에서 음성 신호의 품질에 대한 일반적인 메트릭

 

4. 시맨틱 통신 프레임워크 설명

<그림. 시맨틱 통신시스템 프레임워크>

구 분	설 명
지식기반 시맨틱 통신시스템	- 수신기에서 재구성할 수 있는 중요한 데이터 샘플만 전송하는 것을 목표로하는 시스템 - 시맨틱이 지식기반 또는 지식 그래프를 미리 구성하여 이미 알려져있다고 가정
전송 레벨	- 채널 인코더와 디코더에 의해 전송 매체를 거친 후 수신기에서 심볼의 성공적인 수신을 보장하는 현재의 통신 기술
시맨틱 레벨	- 시맨틱 표현을 얻기 위해 시맨틱 인코더와 디코더에 의해 수행되는 시맨틱 정보 처리를 담당함
배경지식	- 시맨틱 송신기와 수신기는 시맨틱 특징 추출을 용이하게 하기 위해 각각 특정 배경 지식을 갖추고 있음

 

5. 시맨틱 통신 채널 처리요소

구 분	설 명
물리적 채널	- 전송된 심볼에 잡음, 페이딩과 심볼간 간섭과 같은 채널 손상을 유발하는 물리적 채널
시맨틱 채널	- 오해, 해석 오류 또는 추정된 정보의 교란으로 인한 시맨틱 잡음에 의한 오류 채널 - 자연어 처리 분야에서의 잡음과 해커에 의한 적대적 잡음 존재함

 

도메인	이동통신	중요도	중
참고문헌	권동승 외 1명, “시맨틱 통신 연구 동향”, 전자통신동향분석, 2022.12, pp74-83.