Future wireless networks must support real-time, data-driven cyber-physical systems in which communication is tightly coupled with sensing, inference, control, and decision-making. Traditional communication paradigms centered on accuracy, throughput, and latency are increasingly inadequate for these systems, where the value of information depends on its semantic relevance to a specific task. This paper provides a unified exposition of the progression from classical distortion-based frameworks, through information freshness metrics such as the Age of Information (AoI) and its variants, to the emerging paradigm of goal-oriented semantics-aware communication. We organize and systematize existing semantics-aware metrics, including content- and version-aware measures, context-dependent distortion formulations, and history-dependent error persistence metrics that capture lasting impact and urgency. Within this framework, we highlight how these metrics address the limitations of purely accuracy- or freshness-centric designs, and how they collectively enable the selective generation and transmission of only task-relevant information. We further review analytical tools based on Markov decision process (MDP) and Lyapunov optimization methods that have been employed to characterize optimal or near-optimal timing and scheduling policies under semantic performance criteria and communication constraints. By synthesizing these developments into a coherent framework, the paper clarifies the design principles underlying goal-oriented, semantics-aware communication systems. It illustrates how they can significantly improve efficiency, reliability, and task performance. The presented perspective aims to serve as a bridge between information-theoretic, control-theoretic, and networking viewpoints, and to guide the design of semantic communication architectures for 6G and beyond.


翻译:未来的无线网络必须支持实时、数据驱动的信息物理系统,其中通信与感知、推理、控制和决策紧密耦合。传统以准确性、吞吐量和延迟为中心的通信范式对这些系统日益显得不足,因为信息的价值取决于其与特定任务的语义相关性。本文系统阐述了从经典的基于失真的框架,到信息新鲜度度量(如信息年龄及其变体),再到新兴的面向目标的语义感知通信范式的演进过程。我们整理并系统化了现有的语义感知度量,包括内容与版本感知度量、上下文相关的失真公式,以及捕捉持久影响和紧迫性的历史相关错误持续性度量。在此框架内,我们重点阐述了这些度量如何弥补纯以准确性或新鲜度为中心的设计的局限性,以及它们如何共同实现仅生成和传输与任务相关信息的选择性机制。我们进一步回顾了基于马尔可夫决策过程和Lyapunov优化方法的分析工具,这些工具已被用于在语义性能准则和通信约束下刻画最优或近似最优的时序与调度策略。通过将这些进展整合为一个连贯的框架,本文阐明了面向目标的语义感知通信系统的设计原则,并说明了它们如何显著提高效率、可靠性和任务性能。所提出的视角旨在搭建信息论、控制论和网络观点之间的桥梁,并为6G及未来语义通信架构的设计提供指导。

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