Nové komunikační paradigma řízené AI-založenou sémantickou komunikací

Shannonův zákon

Dnešní komunikace se vyvíjí na základě Shannonova zákona (Shannon's Law). Jedná se o teorii stanovující 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 je vyjádřen následujícím vzorcem pro výpočet kapacity kanálu:

Tyto termíny znamenají Kapacitu kanálu (Channel Capacity), Šířku pásma (Bandwidth) a Odstup signálu od šumu (Signal-to-Noise Ratio). Zjednodušeně řečeno, maximální komunikační rychlost (C) je součinem celkového množství fyzických frekvenčních zdrojů, které systém může použít (B), a efektivity (log₂(1 + S/N)), která udává, kolik bitů informace lze přenést na 1 Hz zdroje v závislosti na kvalitě signálu (S/N).

S objevením tohoto zákona pro výpočet kapacity kanálu začalo komunikační odvětví soustředit úsilí na její zvyšování. Po dobu přibližně 70 let se inovace v komunikaci většinou soustředily na zlepšování kapacity kanálu.

Nicméně v současné době se zdroje pro zpracování dat nesmírně rozvinuly. Komunikace se posunula od éry posílání textu až k bodu, kdy se posílají prostorové vektory. Začaly se objevovat limity pro spolehlivé rozdělení a přenos všech těchto dat. Například data generovaná autonomním automobilem mohou dosahovat i několika terabajtů denně, a zvládnout to pomocí současné komunikační sítě je téměř nemožné. Pouhé pokládání více kabelů a umisťování více antén naráží na ekonomické a fyzické limity.

Tímto způsobem se začala zkoumat nová paradigma, která opouští stávající model pro přesný přenos celých bitů a usiluje pouze o přenos kontextu zavedením inteligence do komunikace. (*Samotný koncept existuje již desítky let) A je to změna způsobená silným rozvojem inteligentních modelů a potřebou komunikace s větším objemem dat.

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

Sémantická komunikace (Semantic communication)

Zatímco stávající komunikace přenášela celá data, sémantická komunikace si klade za cíl přenášet pouze klíčový význam, tedy kontext, obsažený v datech.

Tato problematika byla již nastolena v komunikačním modelu Shannona a Weavera, kteří rozdělili vyspělost komunikace do tří úrovní.

1. Technická otázka: Jak přesně lze přenést symbol (Symbol)? (Toto je klíčová oblast mé teorie.)
2. Sémantická otázka: Jak přesně přenesený symbol sděluje požadovaný „význam“?
3. Efektivní otázka: Jak efektivně ovlivňuje sdělený význam chování příjemce?

Dosavadní vývoj komunikace vyřešil téměř technické otázky a nyní se zabývá úkolem přeložit sémantické a efektivní otázky.

Pro ilustraci rozdílu mezi 1. stupněm vyspělosti a 2. a 3. stupněm (sémantická komunikace) se obvykle používá příklad hořícího domu.

Nějaký dům hoří.

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

V sémantické komunikaci se namísto odesílání všech dat, jako například „z okna stoupá černý kouř a jsou vidět plameny“, přenáší pouze klíčový „význam“: „Požár, nutný okamžitý výjezd“. Cílem je záměrně vynechat 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 radikálně snížit objem přenášených dat potřebných pro pochopení situace.

Klíčová logika kódování/dekódování této sémantické komunikace je sice komunikační paradigma, 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 pro navazující zdroj. Oba budou mít formu inferenčního modelu se stejnou znalostní bází, což umožní komunikaci, která si vyměňuje sémantiku bez nutnosti přenosu obrovského množství dat.

To je samozřejmě zaručeno na základě vyspělosti stávajícího komunikačního paradigmatu. Nejprve musí být zajištěn přesný přenos symbolů na technické úrovni, a tato úroveň vyspělosti již byla dosažena. Hlavním úkolem se nyní stává, jak dobře přenesené symboly sdělují a interpretují sémantiku informace, a výzkum teprve začíná.

Nicméně komunikační systém založený na tomto sémantickém kontextu, na rozdíl od stávajícího syntaktického komunikačního systému, má velmi vysokou pravděpodobnost vzniku problémů, protože spoléhá na spolehlivost (reliability) AI apod. I když se jedná o stejnou znalostní bázi (Knowledge Based), mohou se objevit různé interpretace v oblasti "černé skříňky" modelu.

Závěr

Očekává se, že v 6G (6. generaci) mobilních komunikací bude aplikována tato sémantická komunikace, čímž vznikne inteligentní internetový systém. Nicméně existuje otazník ohledně toho, proč by paradigma fungující nad aplikační vrstvou mělo být výzkumným úkolem mobilních operátorů. Podle mé intuice je role mobilních operátorů zajistit úroveň vyspělosti 1, kde jsou symboly a bity technicky přenášeny přesně, a okamžik, kdy funguje sémantická komunikace, je již doménou aplikačního programu.

Dále existuje pochybnost, zda toto nové paradigma najde uplatnění v komunikační technologii, kde spolehlivost musí být základní hodnotou. I já mám tyto pochybnosti a osobně zastávám spíše negativní postoj.

Přesto píšu tento článek, protože si myslím, že příští paradigma mobilní komunikace se vyvíjí docela zajímavým způsobem. Zavedení satelitního internetu pro rozšíření kapacity kanálu je v podstatě hotovou věcí s příchodem Project Kuiper, Starlink a podobných, a pokus prolomit limity, kterými byl Shannonův zákon svázán, novou formou, byl docela fascinující.