Nový komunikační paradigmat, který je řízen AI-založenou sémantickou komunikací

Shannonův zákon

Dnešní komunikace se rozvíjela na základě Shannonova zákona (Shannon's Law). Jedná se o teorii, která určuje limity síťové komunikace, a byly to pokusy o zvýšení maximální kapacity kanálu ve vzorci, který bude popsán níže. Například existují technologie jako MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tyto technologie jsou součástí snahy o dosažení vyšší kapacity kanálu na základě Shannonovy teorie.

Shannonův zákon se vyjadřuje následujícím vzorcem pro výpočet kapacity kanálu: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Tyto symboly označují postupně Kapacitu kanálu (Channel Capacity), Šířku pásma (Bandwidth) a Poměr signálu k šumu (Signal-to-Noise Ratio). Zjednodušeně řečeno, Maximální komunikační rychlost (C) je součin celkového množství fyzických frekvenčních zdrojů, které může systém využít (B), a Efektivnosti (log₂(1 + S/N)), která udává, kolik bitů informace lze přenést na jednotku zdroje 1Hz v závislosti na kvalitě signálu (S/N).

Jakmile se objevil tento zákon pro výpočet kapacity kanálu, komunikační průmysl se začal soustředit na její zvyšování. Po zhruba 70 let se většina inovací v komunikaci odehrávala v oblasti zlepšování kapacity kanálu.

Nicméně v současné době se zdroje pro zpracování (Processing) nesmírně rozvinuly. Komunikace se posunula od pouhého zasílání textu k přenosu prostorových vektorů. Začaly se objevovat limity v možnosti spolehlivě rozdělit a přenést všechna tato data. Například data generovaná autonomním vozidlem mohou dosáhnout řádu terabajtů denně, a pro současné komunikační sítě je téměř nemožné je zvládnout. Pouhé pokládání většího počtu kabelů a instalace více antén naráží na ekonomické a fyzické limity.

Tímto způsobem se začal zkoumat nový přístup, který opouští paradigma přesného přenosu všech bitů a zavádí inteligenci do komunikace s cílem přenášet pouze kontext. (*Samotný koncept existuje již desítky let) A jedná se o změnu způsobenou silným rozvojem současných inteligentních modelů a rostoucí potřebou komunikace s větším objemem dat.

Tato komunikace, která si vyměňuje význam (意味), se nazývá Sémantická komunikace (Semantic Communication).

Sémantická komunikace (Semantic communication)

Zatímco dříve sémantická komunikace přenášela celá data, nyní si klade za cíl přenášet pouze klíčový význam, tedy kontext, který je v datech obsažen.

Tento problém byl již nastolen v komunikačním modelu Shannona a Weavera, kteří rozdělili vyspělost komunikace do tří úrovní.

1. Technický problém: Jak přesně lze přenést symboly (Symbol)? (Toto je klíčová oblast mé teorie.)
2. Sémantický problém: Jak přesně přenesené symboly předávají požadovaný „význam“?
3. Problém účinnosti: Jak účinně předaný význam ovlivňuje chování příjemce?

Dosavadní rozvoj komunikace téměř vyřešil technický problém a nyní se zabývá úkolem přeložit sémantické problémy a problémy účinnosti.

Rozdíl mezi 1. stupněm vyspělosti a 2. a 3. stupněm (sémantická komunikace) se obvykle ilustruje příkladem hořícího domu.

Nějaký dům hoří.

V současném komunikačním paradigmatu se tato scéna po jednotlivých bitech převádí na data a odesílá se jako fotografie.

V sémantické komunikaci se namísto odesílání všech dat, jako například "z okna vychází černý kouř a jsou vidět plameny", přenáší pouze klíčový „význam“, například „Vypukl požár, nutný okamžitý výjezd“. Cílem je odvážně vypustit nepotřebné informace a přimět příjemce k provedení konkrétní akce (výjezd).

Pokud se jedná o komunikaci mezi koncovými body, které sdílejí stejnou znalostní bázi v kategorii hasičství, může to výrazně snížit objem dat potřebných pro pochopení situace.

Klíčová logika kódování/dekódování v rámci této sémantické komunikace je sice komunikačním paradigmatem, ale funguje nad aplikační vrstvou. Na straně odesílatele sémantický kodér převádí daná data na sémantická data a na straně příjemce sémantický dekodér tato data zpracovává do formy použitelné zdrojovým systémem na pozadí. Oba budou mít podobu inferenčního modelu se stejnou znalostní bází, což umožní komunikaci, která si vyměňuje sémantiku bez nutnosti přenosu obrovského množství dat.

Samozřejmě, toto je zajištěno na základě dokončenosti stávajícího komunikačního paradigmatu. Nejprve musí být možné technicky přesně přenést symboly, a tato úroveň vyspělosti je již dosažena. Nyní se hlavním úkolem stalo, jak dobře přenesené symboly předávají a interpretují sémantiku informace, a výzkum teprve začíná.

Nicméně, komunikační systém založený na takovém sémantickém kontextu, na rozdíl od stávajícího syntaktického komunikačního systému, spoléhá na AI a podobné technologie pro spolehlivost (reliability), což může vést k velkým problémům. I když mají modely stejnou Knowledge Based, v oblasti „černé skříňky“ modelu se mohou objevit různé interpretace.

Závěr

Očekává se, že mobilní komunikace 6G (šesté generace) bude zahrnovat sémantickou komunikaci a stane se inteligentním internetovým systémem. Nicméně existují otazníky ohledně toho, proč by se paradigma fungující nad aplikační vrstvou mělo stát výzkumným úkolem mobilních operátorů. Moje intuice mi říká, že mobilní operátoři mají za úkol zajistit technickou úroveň vyspělosti 1, kde jsou symboly a bity přenášeny přesně, a sémantická komunikace je již doménou aplikací.

Na druhou stranu existuje také pochybnost, zda se v komunikační technologii, kde je spolehlivost základní hodnotou, objeví toto nové paradigma. Také mám takové pochybnosti a osobně zastávám spíše negativní postoj.

Přesto píšu tento článek, protože si myslím, že se příští paradigma mobilní komunikace rozvíjí poměrně zajímavým způsobem. Zavedení satelitního internetu za účelem rozšíření kapacity kanálu je fakticky dané díky vzniku Project Kuiper, Starlink a dalších, a pokusy překonat limity Shannonova zákona novým způsobem byly docela fascinující.