Следващата комуникационна парадигма, ръководена от AI-базирани семантични комуникации

Законът на Шанън

Съвременните комуникации са се развили въз основа на Закона на Шанън (Shannon's Law). Това е теория, която определя границите на мрежовата комуникация, и опитите за повишаване на максималния капацитет на канала в уравнението, което ще бъде описано по-долу, са били насочени към това. 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 следното уравнение за изчисляване на капацитета на канала: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$

Те съответно означават Капацитет на канала (Channel Capacity), Широчина на честотната лента (Bandwidth) и Съотношение сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio). Обяснено с думи за по-лесно разбиране, Максималната скорост на комуникация (C) е произведението на общото количество физически честотни ресурси, които системата може да използва (B), по Ефективността ( $\log_{2}(1 + S/N)$ ), която показва колко бита информация могат да бъдат пренесени на 1Hz от този ресурс в зависимост от качеството на сигнала (S/N).

С появата на този закон за изчисляване на капацитета на канала, комуникационната индустрия започна да насочва усилията си към увеличаването му. Така, през последните приблизително 70 години, иновациите в комуникациите до голяма степен се осъществяваха чрез подобряване на капацитета на канала.

Въпреки това, в настоящата епоха, ресурсите за обработка се развиха изключително много. Комуникацията премина от изпращане на текст до точката на изпращане на пространствени вектори. Започна да възниква ограничение при надеждното разделяне и предаване на всички тези данни. Например, данните, генерирани от автомобил със самоуправление, могат да достигнат няколко терабайта на ден, и справянето с това чрез сегашната комуникационна мрежа е почти невъзможно. Простото полагане на повече кабели и поставянето на повече антени достига до икономически/физически граници за разрешаване на проблема.

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

Това се нарича Semantic Communication (Семантична комуникация), тъй като представлява комуникация, при която се обменят значения (意味).

Семантична комуникация (Semantic communication)

Ако при традиционната комуникация се предаваха всички данни, то семантичната комуникация цели да предаде само ключовото значение, съдържащо се в тях, т.е. контекста.

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 преданият символ предава желаното "значение"?
3. Проблем с ефективността: Колко ефективно предаденото значение влияе върху поведението на получателя?

Развитието на комуникацията досега почти е решило техническия проблем и сега се изпълнява задачата по превод на семантичния проблем и проблема с ефективността.

Типичен пример, който се използва за разликата между ниво 1 на зрялост и нива 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 "от прозореца излиза черен дим и се виждат пламъци", се предава само ключовото 'значение', като например "Възникнал е пожар, необходимо е незабавно изпращане на екип". Целта е ненужната информация да бъде решително пропусната и получателят да бъде накаран да предприеме конкретно действие (изпращане на екип).

Ако комуникацията е между крайни точки, които имат една и съща база от знания в категорията "пожарна безопасност", това може драстично да намали количеството данни, които трябва да бъдат предадени за разбиране на ситуацията.

Основната логика за кодиране/декодиране на тази семантична комуникация е комуникационна парадигма, но работи върху приложния слой. На страната на предавателя, чрез семантичен енкодер, дадените данни се преобразуват в семантични данни, а на страната на получателя, чрез семантичен декодер, те се обработват във форма, която може да бъде използвана от изходния източник. Двете ще бъдат под формата на модел за извод, който има една и съща база от знания, и чрез това става възможна комуникация, при която се обменя семантиката без прехвърляне на огромни количества данни.

Естествено, това се гарантира върху завършеността на съществуващата комуникационна парадигма. Първо, символите трябва да могат да бъдат предадени точно технически, и това ниво на зрялост вече е постигнато. Сега основната задача е колко добре предаденият символ предава и интерпретира семантиката на информацията, и изследванията по този въпрос тепърва започват.

Въпреки това, комуникационната система, базирана на такъв семантичен контекст, за разлика от съществуващата синтактична комуникационна система, разчита на AI и други за надеждност (reliability), поради което е много вероятно да възникнат проблеми. Дори ако се приеме, че имат една и съща Knowledge Base, в областта на "черната кутия" на модела може да се генерира различна интерпретация.

Заключение

Твърди се, че в 6G (шесто поколение) мобилни комуникации ще бъде приложена такава семантична комуникация, което ще доведе до интелигентна интернет система, но има въпросителен знак защо парадигма, която работи върху приложния слой, става изследователска задача за мобилните оператори. Моята интуиция е, че мобилните оператори имат ролята да гарантират ниво 1 на зрялост, при което символите и битовете се предават точно технически, а моментът, в който семантичната комуникация започне да работи, вече е област на приложния софтуер.

От друга страна, съществува и въпросът дали това ще бъде нова парадигма в комуникационната технология, която трябва да има надеждността като основна ценност. Аз също имам този въпрос и лично аз съм малко по-скоро негативен.

Въпреки това, причината, поради която пиша тази статия, е, че смятам, че следващата парадигма в мобилните комуникации се развива по доста интригуващ начин. Внедряването на сателитен интернет за разширяване на капацитета на канала е на практика факт с появата на Project Kuiper, Starlink и др., и опитът да се преодолеят ограниченията, обвързани със Закона на Шанън, по нов начин, беше доста интересен.

Тъй като няма съдържание за GO, завършвам с gopher.