Следващата комуникационна парадигма, ръководена от базираните на AI семантични комуникации

Закон на Шанън

Днешното комуникационно развитие се основава на Закона на Шанън (Shannon's Law). Това е теория, която определя границите на мрежовата комуникация, и представлява опити за увеличаване на максималния капацитет на канала на формулата, която ще бъде обсъдена по-долу. Например, съществуват технологии като MIMO (Multiple Input Multiple Output). Тези технологии са част от усилията за постигане на по-висок капацитет на канала, базирани на теорията на Шанън.

Законът на Шанън се изразява чрез следната формула за изчисляване на капацитета на канала: $C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$ author: yoonhyunwoo

Те съответно означават Капацитет на канала (Channel Capacity), Ширина на лентата (Bandwidth) и Съотношение сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio). Обяснено с по-прости думи, Максималната скорост на комуникация (C) е произведението на общото количество физически честотни ресурси, които системата може да използва (B), по **Ефективността ( $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

С появата на този закон за изчисляване на капацитета на канала, комуникационната индустрия започна да влага усилия в увеличаването му. Така, през приблизително 70 години, по-голямата част от иновациите в комуникациите се осъществяваха чрез подобряване на капацитета на канала.

Въпреки това, в настоящата епоха, ресурсите за обработка са се развили изключително много. Комуникацията е преминала от изпращане на текст до изпращане на пространствени вектори. Започна да възниква ограничение при надеждното разделяне и предаване на всички тези данни. Например, данните, генерирани от автономни автомобили, могат да достигнат няколко терабайта на ден, и е почти невъзможно настоящата комуникационна мрежа да се справи с тях. Простото полагане на повече кабели и поставянето на повече антени достига икономически и физически граници за разрешаване на проблема.

По този начин, започнаха изследвания върху парадигма, която се отклонява от съществуващата за точно предаване на целия бит, като въвежда интелигентност в комуникацията и цели предаването само на контекста. (*Самата концепция съществува от десетилетия). Това е промяна, породена от мощното развитие на интелигентните модели напоследък и необходимостта от комуникация на все по-големи обеми данни.

Тази комуникация, която обменя смисъл (意味), се нарича Семантична комуникация (Semantic Communication).

Семантична комуникация (Semantic communication)

Семантичната комуникация цели да предава само ключовия смисъл, т.е. контекста, съдържащ се в данните, вместо да предава всички данни, както е било досега.

Този проблем вече е бил повдигнат в комуникационния модел на Шанън и Уивър, които разделят зрялостта на комуникацията на три нива:

Технически проблем: Колко точно могат да бъдат предадени символите (Symbol)? (Това е основната област на моята теория.)
Семантичен проблем: Колко точно предадените символи предават желания „смисъл“?
Проблем с ефективността: Колко ефективно предаденият смисъл влияе върху действията на получателя?

Развитието на комуникациите досега почти е решило техническия проблем и сега изпълнява задачата да преведе семантичните проблеми и проблемите с ефективността.

Типичен пример, използван за разликата между Етап 1 на зрялост и Етапи 2 и 3 (Семантична комуникация), е примерът с горящата къща.

Някаква къща гори.

В настоящата комуникационна парадигма тази сцена се преобразува в данни стъпка по стъпка и се предава като снимка.

При семантичната комуникация, вместо да се изпращат всички данни като "черен дим излиза от прозореца и се виждат пламъци", се предава само ключовият „смисъл“: "Възникнал е пожар, необходимо е незабавно изпращане". Целта е ненужната информация да бъде смело пропусната и получателят да бъде подтикнат към конкретно действие (изпращане).

Ако комуникацията между крайни точки има еднаква база от знания в категорията "пожарна безопасност", това може драстично да намали обема на предаваните данни, необходими за оценка на ситуацията.

Основната логика за кодиране/декодиране на тази семантична комуникация е комуникационна парадигма, но работи върху приложния слой. На страната на изпращача, семантичен енкодер преобразува дадените данни в семантични данни, а на страната на получателя, семантичен декодер ги обработва във формат, който може да бъде използван от източника на по-заден план. И двата ще бъдат под формата на модел за извод с еднаква база от знания, което позволява комуникация, обменяща семантиката без необходимост от масивен трансфер на данни.

Разбира се, това се гарантира върху завършеността на съществуващата комуникационна парадигма. Първо, символите трябва да могат да бъдат предавани точно от техническа гледна точка, и това ниво на зрялост вече е постигнато. Сега основната задача е колко добре предадените символи предават и интерпретират семантиката на информацията, и изследванията тепърва започват.

Въпреки това, комуникационната система, базирана на такъв семантичен контекст, за разлика от съществуващата синтактична комуникационна система, има много голям потенциал за възникване на проблеми, тъй като надеждността (reliability) се основава на AI и други подобни. Дори при наличието на еднаква Knowledge Based, могат да се появят различни интерпретации от областта на черната кутия на модела.

Заключение

Очаква се 6G (шестото поколение) мобилни комуникации да интегрират тази семантична комуникация и да се превърнат в интелигентна интернет система, но съществува въпросителен знак защо парадигма, работеща върху приложния слой, става изследователска задача за мобилните оператори. Моята интуиция е, че мобилните оператори имат ролята да гарантират Ниво 1 на зрялост, където символите и битовете се предават точно от техническа гледна точка, а моментът, в който семантичната комуникация започва да функционира, вече е област на приложните програми.

От друга страна, съществува и въпросът дали това може да бъде нова парадигма в комуникационната технология, която трябва да има надеждността като основна ценност. Аз също имам тези съмнения и лично съм малко негативно настроен.

Въпреки това, причината да напиша този текст е, че смятам, че следващата парадигма в мобилните комуникации се развива по доста интересен начин. Внедряването на сателитен интернет за разширяване на капацитета на канала е на практика факт с появата на Project Kuiper, Starlink и други, а опитът да се преодолее ограничението, което Законът на Шанън поставя, по нов начин, беше доста впечатляващ.