姓名:孟永超? ? ?學(xué)號:22011110013
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https://blog.csdn.net/weixin_45882672/article/details/121852447?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522164767366216780269888421%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&request_id=164767366216780269888421&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~blog~first_rank_ecpm_v1~rank_v31_ecpm-6-121852447.nonecase&utm_term=6G&spm=1018.2226.3001.4450
【嵌牛導(dǎo)讀】
隨著5G技術(shù)的逐漸成熟和人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展,各個國家都開始馬不停蹄的展開了對新一代通信技術(shù)6G的研究和探索,知識圖譜作為人工智能技術(shù)的一個重要分支,如何將知識圖譜技術(shù)應(yīng)用到6G技術(shù)的研究中,是一項很有意義的研究。
【嵌牛鼻子】5G、人工智能、6G、知識圖譜
【嵌牛提問】如何理解新一代的6G通信技術(shù)?什么是知識圖譜?如何將知識圖譜與6G技術(shù)相結(jié)合?
【嵌牛正文】?
1、6G簡介
? ? ? ? 近年來,隨著5G、人工智能(AI, artificial intelligence) 和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷革新,智能移動物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的興起和迅速發(fā)展引發(fā)了新一輪信息技術(shù)革命浪潮,“萬物互聯(lián)”對海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)即時獲得、分析和交換的需求日益增長。為支撐海量連接場景下多類型終端的差異化服務(wù)質(zhì)量,5G引入了多種無線接入技術(shù)和基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[1][2]。隨著移動通信技術(shù)的演進(jìn),移動網(wǎng)絡(luò)形態(tài)呈現(xiàn)多樣化與異構(gòu)化以滿足各種差異化的業(yè)務(wù)需求。
? ? ? ? 當(dāng)前,全球各地陸續(xù)啟動了6G研究工作,業(yè)界指出“數(shù)字孿生,智能泛在”的6G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展愿景,同時期望結(jié)合AI等技術(shù)的發(fā)展,滿足人們?nèi)找嬖鲩L的高性能網(wǎng)絡(luò)需求,覆蓋全社會的千行百業(yè),實現(xiàn)社會智慧互聯(lián)和行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型[3][4]。
? ? ? ? 6G將充分利用各種頻譜資源,比如太赫茲,可見光,結(jié)合超大規(guī)模天線技術(shù),全雙工技術(shù),智能超表面,空天地一體等技術(shù)實現(xiàn)全覆蓋。然而,6G中層出不窮的新業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求也各不相同,這樣就會造成網(wǎng)絡(luò)運維的復(fù)雜度增加。此外,現(xiàn)有的商用無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)擁有大量可配置無線參數(shù),面對未來海量設(shè)備的接入和快速變化的業(yè)務(wù)需求,傳統(tǒng)的以設(shè)備為中心的人工運維的模式難以為繼、性能難以保障、用戶服務(wù)質(zhì)量難以滿足,迫切需要一種更靈活、更簡潔的智慧網(wǎng)絡(luò),以適配未來6G海量智能業(yè)務(wù)的高不確定性。
? ? ? ? AI作為大數(shù)據(jù)的重要使能技術(shù),學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)針對AI內(nèi)生的6G網(wǎng)絡(luò)展開了研究,并取得了積極的成果[5]。6G期待通過AI內(nèi)生增強網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的適變性,使網(wǎng)絡(luò)更好地支撐多樣化服務(wù)和多應(yīng)用場景,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與用戶需求的實時互動,并使網(wǎng)絡(luò)可以更好地滿足用戶需求,構(gòu)建高效的可重構(gòu)柔性無線網(wǎng)絡(luò)。知識圖譜是人工智能的一個重要分支,機(jī)器具有認(rèn)知能力的基石,在AI領(lǐng)域具有非常重要的地位。知識圖譜將人與知識智能地連接起來,能夠?qū)Ω黝悜?yīng)用進(jìn)行智能化升級,為用戶帶來更智能的應(yīng)用體驗[6]。將知識圖譜應(yīng)用到6G網(wǎng)絡(luò)中,可以為6G網(wǎng)絡(luò)提供一種快速便捷的業(yè)務(wù)和意圖檢索能力,并利用知識圖譜中“龐大”的網(wǎng)絡(luò)知識庫針對業(yè)務(wù)場景和需求進(jìn)行推理,生成滿足業(yè)務(wù)需求的智能網(wǎng)絡(luò)。然而,當(dāng)前知識圖譜在網(wǎng)絡(luò)智能化方面才處于起步階段。
2、知識圖譜
? ? ? ?知識圖譜,是通過將應(yīng)用數(shù)學(xué)、圖形學(xué)、信息可視化技術(shù)、信息科學(xué)等學(xué)科的理論與方法與計量學(xué)引文分析、共現(xiàn)分析等方法結(jié)合,并利用可視化的圖譜形象地展示學(xué)科的核心結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史、前沿領(lǐng)域以及整體知識架構(gòu)達(dá)到多學(xué)科融合目的的現(xiàn)代理論。知識圖譜以結(jié)構(gòu)化的形式描述客觀世界中概念、實體及其關(guān)系,將互聯(lián)網(wǎng)的信息表達(dá)成更接近人類認(rèn)知世界的形式,提供了一種更好地組織、管理和理解互聯(lián)網(wǎng)海量信息的能力。
? ? ? ? 知識圖譜的邏輯結(jié)構(gòu)可分為模式層與數(shù)據(jù)層,模式層是核心,數(shù)據(jù)層是基礎(chǔ)。模式層在數(shù)據(jù)層之上,存儲的是根據(jù)數(shù)據(jù)層提煉過的知識,包括實體、關(guān)系以及實體的類型和屬性等對象之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)層主要是由一系列的事實組成,知識以事實(fact)為單位存儲在圖數(shù)據(jù)庫。如果以“實體-關(guān)系-實體”或者“實體-屬性-性值”三元組作為事實的基本表達(dá)方式,則存儲在圖數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)將構(gòu)成龐大的實體關(guān)系網(wǎng)絡(luò),形成“知識圖譜“[6]。
? ? ? ? 知識圖譜主要技術(shù)包括知識獲取、知識表示、知識存儲、知識建模、知識融合、知識計算、知識運維等七個方面,盡管目前已取得了很多成就,但仍在快速演進(jìn)當(dāng)中。從應(yīng)用的角度,知識圖譜逐漸向領(lǐng)域或行業(yè)知識圖譜應(yīng)用拓展,如金融、醫(yī)療、公安、醫(yī)療、司法、電商等,同時知識圖譜的標(biāo)準(zhǔn)化工作仍在進(jìn)行中。
? ? ? ?新華三深耕網(wǎng)絡(luò)行業(yè)三十余年,在計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全等領(lǐng)域有著大量的來自行業(yè)、生產(chǎn)、研發(fā)、運維等維度的專家和生產(chǎn)資料過程數(shù)據(jù)。新華三已于2021年7月份將網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)知識貢獻(xiàn)到OpenKG上,填補了該行業(yè)的空白。https://mp.weixin.qq.com/s/bov41msc-anaAa6qJ5orNA。之后,新華三以當(dāng)前6G研究為契機(jī),繼續(xù)研究6G網(wǎng)絡(luò)行業(yè)知識庫,并已取得了一系列的進(jìn)展。
3、6G網(wǎng)絡(luò)知識庫的構(gòu)建
? ? ? ? 6G的網(wǎng)絡(luò)知識主要包括三大類:網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的知識,網(wǎng)絡(luò)運維知識,和業(yè)務(wù)知識。
? ? ? ?在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上,相比于5G,6G網(wǎng)絡(luò)將提供全覆蓋,全頻譜,全應(yīng)用,強安全的普適通信,通信的維度從“二維”轉(zhuǎn)向“三維”,利用全頻譜將通信從當(dāng)前的地面通信轉(zhuǎn)向“空天地?!比S度的通信模式,以提供具有廣覆蓋、大連接、低時延,高可靠性和高精度定位的通信,所以6G相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也將發(fā)生根本性的變化。
? ? ? ?對于網(wǎng)絡(luò)運維,面對更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和眾多新的應(yīng)用場景,當(dāng)前的運維知識不足以應(yīng)對未來的網(wǎng)絡(luò),而傳統(tǒng)的人工運維耗時耗力,所以需要在豐富的運維知識庫基礎(chǔ)上利用人工智能的方式來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的運維。
? ? ? ?在業(yè)務(wù)和性能的角度,6G的業(yè)務(wù)將在5G的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展,例如進(jìn)一步增強的移動寬帶(feMBB)、超大規(guī)模機(jī)器類通信(umMTC)和增強的高可靠低時延通信(euRLLC),長距離高移動性通信(LDHMC)和超低功耗通信(ELPC)、、超高速低時延通信(uHSLLC)和超高數(shù)據(jù)密度(uHDD等)[4],支持更豐富的業(yè)務(wù)場景和類型,同時業(yè)務(wù)的性能也進(jìn)行了相應(yīng)的提升,比如feMBB的最大速率從100Mbps提高到1Gbps,euRLLC中可靠性從99.999%提升到99.99999%,時延降低到1ms以下。
? ? ? ? 然而,網(wǎng)絡(luò)知識庫的獲取存在著諸多挑戰(zhàn)。雖然當(dāng)前各標(biāo)準(zhǔn)化組織的標(biāo)準(zhǔn)化文檔,比如3GPP,ETSI等的標(biāo)準(zhǔn),各產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的白皮書,如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書,智慧港口白皮書等,各科研機(jī)構(gòu)的研究報告和論文可以提供大量的數(shù)據(jù),但是這些資料大部分都是基于應(yīng)用場景介紹使能技術(shù)和一些所需的性能指標(biāo),不同的資料中雖然場景和性能指標(biāo)都類似,但是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)卻不統(tǒng)一。因此造成數(shù)據(jù)分散,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度不高,大量有價值的知識更多是存在于非結(jié)構(gòu)化的文本中。這些數(shù)據(jù)專業(yè)性強、術(shù)語繁多,從理解上來看與通用語言理解存在很深的鴻溝,從邏輯上來看場景又十分復(fù)雜。而在當(dāng)時,開源的電子信息或者網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)詞庫知識(尤其是5G、6G網(wǎng)絡(luò)知識庫)為零,常識知識為零,帶標(biāo)注可訓(xùn)練的數(shù)據(jù)為零。而要實現(xiàn)6G網(wǎng)絡(luò)的知識抽取,就必須在眾多瑣碎的文獻(xiàn)資料中不斷的分析提煉,在困難中不斷破冰。
a、業(yè)務(wù)知識庫構(gòu)建
? ? ? ? 知識處理一定是一個從易到難,從粗到細(xì)、從人工到自動的過程。首先,為了構(gòu)建一個初始的知識庫,首要的目標(biāo)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。資料管理通常是樹形結(jié)構(gòu),如新華三官網(wǎng),以樹狀結(jié)構(gòu)梳理了產(chǎn)品類型-產(chǎn)品系列-規(guī)格型號的關(guān)系,在產(chǎn)品規(guī)格型號一頁,又以表格記錄了產(chǎn)品的各種軟硬件規(guī)格描述。所以,可以使用爬蟲系統(tǒng)收集和解析產(chǎn)品之間“isA”和“sameAs”的關(guān)系,以無監(jiān)督+詞向量的方式對齊了產(chǎn)品規(guī)格特性,最終以模板映射到圖上三元組關(guān)系。
? ? ? ?對于當(dāng)前的5G業(yè)務(wù)和未來的6G業(yè)務(wù),根據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)等級(SLA),其主要性能包括數(shù)據(jù)速率,時延,可靠性,抖動,定位精度等方面。5G/6G業(yè)務(wù)類型涉及多個行業(yè),如娛樂、教育、工業(yè)生產(chǎn)、交通、農(nóng)業(yè)等,每種行業(yè)的業(yè)務(wù)的性能各不相同。當(dāng)前海量文獻(xiàn),如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、論文、白皮書等,對各個行業(yè)的業(yè)務(wù)性能定義的數(shù)據(jù)格式不同,并且相同行業(yè)的業(yè)務(wù)性能定義也有差異。表 1和表 2分別給出了3GPP標(biāo)準(zhǔn)中定義的工廠自動化的業(yè)務(wù)性能指標(biāo)和中國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中定義的全連接工廠的業(yè)務(wù)性能指標(biāo)。從中可以看出,不同資料中定義的這些業(yè)務(wù)知識均不具備結(jié)構(gòu)化的性質(zhì),絕大部分都是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。所以從海量文獻(xiàn)中提取6G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并組成網(wǎng)絡(luò)知識三元組面臨巨大的挑戰(zhàn)。


? ? ? ?為了解決以上存在的5G/6G業(yè)務(wù)知識庫中無結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的問題,我們采用如下步驟并構(gòu)建知識庫:
? ? ? ?首先,利用爬蟲工具和關(guān)鍵字檢索搜集互聯(lián)網(wǎng)中各種5G/6G相關(guān)資料,如白皮書、峰會會議資料、標(biāo)準(zhǔn)文檔、應(yīng)用場景分析等,將其存放在候選資料庫中,如圖 1所示。注意:未來的候選資料庫會隨時進(jìn)行更新。

? ? ? ? 其次,利用標(biāo)記的關(guān)鍵字和數(shù)據(jù)解析器去解析候選資料庫中的文本和表格信息,并將于關(guān)鍵字匹配的相關(guān)信息提出來并保存,保存的信息類型是原始的文本和表格。提取的主要數(shù)據(jù)包括典型應(yīng)用場景、應(yīng)用場景的子場景、子場景中的典型業(yè)務(wù)、典型業(yè)務(wù)的一些網(wǎng)絡(luò)需求和性能指標(biāo)等等。如表 1和表 2中所示。
? ? ? ?然后,由于檢索解析到的表格形式和數(shù)據(jù)類型不統(tǒng)一,均屬于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),并不能直接用于構(gòu)建業(yè)務(wù)知識庫。所以需要人工進(jìn)行檢查、修改、整理,使形式各樣的數(shù)據(jù)規(guī)范化,形成最終的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),并將上述所有數(shù)據(jù)均保存到csv文件當(dāng)中。部分典型的業(yè)務(wù)子場景如圖 2所示,智能電網(wǎng)中場景-子場景-典型業(yè)務(wù)-性能指標(biāo)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如圖 3所示。


? ? ? ?最后,在業(yè)務(wù)模型和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢之后,利用一個數(shù)據(jù)映射的文件將模型中的頂點標(biāo)簽,邊標(biāo)簽與csv數(shù)據(jù)對應(yīng)起來,針對具體業(yè)務(wù),解析業(yè)務(wù)和其具體性能指標(biāo),然后將其映射成三元組關(guān)系。不同三元組根據(jù)實體與實體之間關(guān)系,共同形成的知識圖譜,最后構(gòu)成完整的知識圖譜。
? ? ? ?知識圖譜構(gòu)建示例:知識圖譜平臺使用的是H3C的圖引擎系統(tǒng)。根據(jù)上文中介紹的業(yè)務(wù)場景模型,設(shè)計出知識圖譜的模型結(jié)構(gòu)如圖 4所示。圖中模型的圓代表頂點標(biāo)簽,而有向箭頭代表邊標(biāo)簽,邊標(biāo)簽和頂點標(biāo)簽都有其對應(yīng)的名稱。頂點標(biāo)簽共有5個,分別代表基站,網(wǎng)絡(luò)切片,業(yè)務(wù)場景,子場景和具體業(yè)務(wù)。邊標(biāo)簽為了便于檢索,設(shè)定為一個,表示位于邊標(biāo)簽的起點的頂點標(biāo)簽與末端的頂點標(biāo)簽是從屬的關(guān)系。

? ? ? ?最終完成的知識圖譜的部分可視化圖像如圖 5所示:

? ? ? ?圖中紅色的圓圈對應(yīng)上述模型中base_stations頂點標(biāo)簽,綠色、藍(lán)色、黃色和紫色分別對應(yīng)slices頂點標(biāo)簽、scenario頂點標(biāo)簽、sub_scenario頂點標(biāo)簽和service頂點標(biāo)簽,邊標(biāo)簽與模型中類似。如此,一個基礎(chǔ)的6G業(yè)務(wù)知識圖譜構(gòu)建完成。
b、網(wǎng)絡(luò)知識庫構(gòu)建
? ? ? ?根據(jù)上文所述,6G網(wǎng)絡(luò)將是一個3維的網(wǎng)絡(luò)從而實現(xiàn)全維度的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。6G的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還處于研究階段,業(yè)界并未一個統(tǒng)一的共識。但是基于當(dāng)前的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)推測,未來6G網(wǎng)絡(luò)也劃分成三個層面:核心網(wǎng),承載網(wǎng)和接入網(wǎng)。核心網(wǎng)基于SDN/NFV技術(shù)通過不同的網(wǎng)元實現(xiàn)數(shù)據(jù)的核心匯聚功能,主要執(zhí)行接入管理、會話管理、數(shù)據(jù)匯聚轉(zhuǎn)發(fā)、用戶鑒權(quán)、網(wǎng)絡(luò)切片管理、策略控制等功能;承載網(wǎng)作為連接核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的單元,是6G網(wǎng)絡(luò)中必不可少的一環(huán),其主要網(wǎng)元包括光纖、核心路由器和交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備;6G的全維度網(wǎng)絡(luò)覆蓋主要通過接入網(wǎng)來完成,接入網(wǎng)網(wǎng)元可以在地面(地面基站)、海上(海洋基站)、空中(無人機(jī),衛(wèi)星等)。對于不同的網(wǎng)絡(luò)實體,其基本屬性包括:資源類型、地理位置、IP地址、鄰居、接口鏈路、具備的能力、性能規(guī)格等。
? ? ? ?對于網(wǎng)絡(luò)知識庫的構(gòu)建,可以在組網(wǎng)的過程中通過人工的方式手工構(gòu)建,也可以在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成并運行之后由各個網(wǎng)元設(shè)備自行上報進(jìn)行構(gòu)建。當(dāng)前,我們根據(jù)網(wǎng)絡(luò)仿真工具在網(wǎng)絡(luò)運行過程中初步構(gòu)建了接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片的知識庫,其構(gòu)建過程如下:
? ? ? ?首先,配置網(wǎng)絡(luò)仿真文件,配置文件分為5個部分,分別為基站,切片,移動模式以及客戶端以及一些預(yù)設(shè)參數(shù),其中基站的參數(shù)包含了基站的帶寬容量,覆蓋范圍(coverage),以及基站的三維坐標(biāo)(x, y, z)。而切片參數(shù)包括時延容忍度、服務(wù)質(zhì)量等級、帶寬保證量、最大帶寬、客戶優(yōu)先級等參數(shù)。這些仿真輸入?yún)?shù)作為知識庫的一部分結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。基站和客戶端的位置信息如圖 12所示,其中橙色為基站,藍(lán)色為客戶端,基站包括地面站和空中站。

? ? ? ?其次,根據(jù)配置的文件執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)切片的仿真。在仿真過程中的,實時的記錄和收集仿真的中間結(jié)果和最終的輸出結(jié)果,包括部分網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù),如客戶連接率、網(wǎng)絡(luò)切片帶寬使用率、客戶切換率、數(shù)據(jù)速率、時延等參數(shù)。所有的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)均會進(jìn)行搜集,保存成結(jié)構(gòu)化的CSV文件。部分保存后的切片數(shù)據(jù)如圖 7所示。

? ? ? ?最后,根據(jù)輸入配置文件和仿真過程中搜集到的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),同樣利用一個數(shù)據(jù)映射文件將模型中的頂點標(biāo)簽、邊標(biāo)簽與csv數(shù)據(jù)對應(yīng)起來,然后將網(wǎng)絡(luò)切片、基站、參數(shù)、性能指標(biāo)等映射成三元組關(guān)系。不同三元組根據(jù)實體與實體之間關(guān)系,共同形成的知識圖譜,最后構(gòu)成完整的網(wǎng)絡(luò)知識圖譜。其中基站和切片的三元組示意圖如圖 8所示。

? ? ? ?當(dāng)前搜集的知識圖譜數(shù)據(jù)可以為后續(xù)探討其他人工智能算法的應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),如結(jié)合強化學(xué)習(xí)測試動態(tài)的切片算法對網(wǎng)絡(luò)性能的影響和6G網(wǎng)絡(luò)生成等,這些目前還在研究過程中。
? ? ? ?對于核心網(wǎng)和承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)知識庫構(gòu)建,H3C還在探索階段,后續(xù)將在接入網(wǎng)知識庫的基礎(chǔ)上,構(gòu)建出其他網(wǎng)絡(luò)知識庫。
4、總結(jié)
? ? ?當(dāng)前,5G已經(jīng)逐步覆蓋到了大部分的個人業(yè)務(wù),逐漸向垂直行業(yè)進(jìn)行擴(kuò)展。作為下一代的移動通信系統(tǒng),6G的研究和探索才剛剛起步。6G與知識圖譜的結(jié)構(gòu)更是處于萌芽階段,新華三將持續(xù)在這個方向上進(jìn)行探索,并期待與同行的專家一起共筑6G與知識圖譜的美好未來。
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