Следващата комуникационна парадигма, ръководена от AI-базирани семантични комуникации

Закон на Шанън

Днешните комуникации са се развили въз основа на Закона на Шанън (Shannon's Law). Той представлява теория, която определя границите на мрежовите комуникации, а опитите са били насочени към повишаване на максималния капацитет на канала във формулата, която ще бъде разгледана 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, основани 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), Широчина на лентата (Bandwidth) и Съотношение сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio). Обяснено с прости думи, Максималната скорост на комуникация (C) е произведението на общото количество физически честотни ресурси, които системата може да използва (B), и **Ефективността ( $\log_{2}(1 + S/N)$ 50e45f92ab02a6e49994c

С появата на този закон за изчисляване на капацитета на канала, комуникационната индустрия започна да насочва усилията си към увеличаването му. Така, през приблизително 70-те години, повечето иновации в комуникациите са постигнати чрез подобряване на капацитета на канала.

Въпреки това, в днешно време ресурсите за процесинг се развиха изключително много. Комуникацията премина 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 до няколко терабайта на ден, и е почти невъзможно настоящата комуникационна мрежа да се справи с това. Простото полагане на повече кабели и поставянето на повече антени достига до икономически/физически граници за решаване на проблема.

По този начин започнаха да се проучват парадигми, които се отклоняват от съществуващата за точно предаване на целия бит, като се въвежда интелигентност в комуникацията, стремейки се към предаване само на контекста. (*Самата концепция съществува от десетилетия.) И това е промяна, породена от мощното развитие на интелигентните модели напоследък и необходимостта от комуникация на по-големи обеми данни.

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

Семантична комуникация (Semantic communication)

Семантичната комуникация цели да предаде само основното значение, т.е. контекста, съдържащ се в данните, вместо да предава целите данни, както правеше традиционната комуникация.

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

1. Технически проблем: Колко точно може да бъде предаден символът (Symbol)? (Това е основната област на моята теория.)
2. Семантичен проблем: Колко точно предаденият символ предава желаното „значение“?
3. Проблем с ефективността: Колко ефективно предаденото значение влияе върху действията на получателя?

Развитието на комуникациите досега почти е решило техническия проблем и сега изпълнява задачата да преведе семантичния проблем и проблема с ефективността.

Разликата между ниво 1 на зрялост и нива 2 и 3 (семантична комуникация) обикновено се илюстрира с примера за горяща къща.

Някаква къща гори.

В настоящата комуникационна парадигма тази сцена се превръща в данни бит по бит и се предава като снимка.

При семантичната комуникация, вместо да се изпращат всички данни, като например „черен дим излиза от прозореца и се виждат пламъци“, се предава само ключовото „значение“: „Възникнал е пожар, необходимо е незабавно изпращане“. Целта е да се пропусне ненужната информация и да се накара получателят да предприеме конкретно действие (изпращане).

Ако комуникацията е между крайни точки, които имат една и съща база 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 (Application Layer). От страна на подателя, чрез семантичен енкодер, дадените данни се преобразуват в семантични данни, а от страна на получателя, чрез семантичен декодер, те се обработват във форма, която може да бъде използвана от източника на задния край. Двата ще бъдат под формата на някакъв модел за извод, който има една и съща база знания, което позволява комуникация, обменяща този семантичен смисъл без прехвърляне на огромни обеми данни.

Разбира се, това се гарантира върху завършеността на съществуващата комуникационна парадигма. Първо, трябва да е възможно технически точното предаване на символите, и това ниво на зрялост вече е постигнато. Сега основната задача е колко добре предаденият символ предава и интерпретира семантиката на информацията, и проучванията по този въпрос едва започват.

Въпреки това, комуникационната система, базирана на такъв семантичен контекст, за разлика от съществуващата синтактична комуникационна система, има много голяма вероятност да възникнат проблеми, тъй като зависи от AI и други за надеждността (reliability). Дори при наличие на една и съща Knowledge Based, могат да се появят различни интерпретации в зоната на черната кутия на модела.

Заключение

Очаква се 6G (6-то поколение) мобилни комуникации да приложат тази семантична комуникация, за да се превърнат в интелигентна интернет система, но има въпросителни защо една парадигма, която работи върху приложния слой, се превръща в изследователска задача за операторите на мобилни комуникации. Моето интуитивно усещане е, че телекомуникационните компании имат ролята да гарантират ниво 1 на зрялост, при което символите и битовете се предават точно технически, а моментът, в който семантичната комуникация започва да работи, вече е в областта на приложните програми.

От друга страна, съществува и въпросът дали това ще бъде нова парадигма в комуникационната технология, която трябва да се основава на надеждността като основна ценност. Аз също имам такива въпроси и лично съм малко негативно настроен.

Въпреки това, причината да пиша този текст е, че смятам, че следващата парадигма на мобилните комуникации се развива по доста интересен начин. Въвеждането на сателитен интернет за разширяване на капацитета на канала вече е на практика приет факт с появата на Project Kuiper, Starlink и други, а опитът да се преодолее ограничението, наложено от закона на Шанън, по нов начин беше доста забележителен.

Тъй като няма съдържание за GO, завършвам с gopher.