Det næste kommunikationsparadigme ledet af AI-baseret semantisk kommunikation

Shannons lov

Dagens kommunikation har udviklet sig baseret på Shannons lov (Shannon's Law). Dette er en teori, der definerer grænserne for netværkskommunikation, og det har været forsøg på at øge den maksimale kanal kapacitet i de formler, der beskrives nedenfor. Eksempler inkluderer teknologier som MIMO (Multiple Input Multiple Output). Disse teknologier er en del af bestræbelserne på at opnå højere kanal kapacitet baseret på Shannons teori.

Shannons lov udtrykkes ved følgende formel, der beregner kanal kapaciteten: $C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$ author: yoonhyunwoo

Disse repræsenterer henholdsvis Kanal Kapacitet (Channel Capacity), Båndbredde (Bandwidth) og Signal-til-støj-forhold (Signal-to-Noise Ratio). For at forklare det i en letforståelig term: Maksimal kommunikationshastighed (C) er resultatet af at multiplicere den samlede mængde af fysiske frekvensressourcer (B), som systemet kan bruge, med effektiviteten (log₂(1 + S/N)) – hvor mange bits information der kan overføres pr. 1 Hz af ressourcen, afhængigt af signalkvaliteten (S/N).

Efter fremkomsten af denne lov til beregning af kanal kapacitet begyndte kommunikationsindustrien at fokusere på at øge kanal kapaciteten. I cirka 70 år har innovationen inden for kommunikation for det meste bestået i at forbedre kanal kapaciteten.

Men i den nuværende æra er processeringsressourcerne udviklet enormt. Kommunikationen er gået fra at sende tekst til nu at sende rumlige Vektorer. Der er begyndt at opstå begrænsninger i forhold til at opdele og overføre alle disse data på en pålidelig måde. For eksempel kan data genereret af selvkørende biler nå op på flere Terabyte om dagen, og det er næsten umuligt for det nuværende kommunikationsnetværk at håndtere dette. Det bliver økonomisk/fysisk begrænset at løse det blot ved at lægge flere kabler og opsætte flere antenner.

Således er der begyndt at blive forsket i et paradigme, der sigter mod kun at overføre konteksten ved at introducere intelligens i kommunikationen, i stedet for det eksisterende paradigme, der går ud på at overføre alle Bits nøjagtigt. (Selve konceptet har eksisteret i årtier). Og dette er en ændring, der skyldes den seneste kraftige udvikling af intelligente modeller og behovet for kommunikation af større data.

Dette kaldes Semantisk Kommunikation (Semantic Communication), da det er kommunikation, der udveksler betydning (意味).

Semantisk kommunikation (Semantic communication)

Semantisk kommunikation sigter mod kun at overføre den kernebetydning, det vil sige konteksten, der er indeholdt i dataene, i modsætning til tidligere, hvor hele dataen blev overført.

Dette problem er allerede blevet rejst i Shannons og Weavers kommunikationsmodel, og de opdelte kommunikationens modenhed i tre niveauer:

Teknisk problem: Hvor præcist kan Symbolet overføres? (Dette er kerneområdet for min teori.)
Semantisk problem: Hvor præcist formidler det overførte Symbol den ønskede 'betydning'?
Effektivitetsproblem: Hvor effektivt påvirker den overførte betydning modtagerens handlinger?

Indtil nu har udviklingen inden for kommunikation næsten løst det tekniske problem, og nu udføres opgaven med at oversætte det semantiske og effektivitetsproblemet.

Forskellen mellem modenhedsniveau 1 og niveau 2 og 3 (Semantisk kommunikation) illustreres typisk ved eksemplet med et brændende hus.

Et hus brænder.

I det nuværende kommunikationsparadigme omdannes denne scene til data stykke for stykke, og den overføres som et billede.

I Semantisk kommunikation er det en metode, hvor kun den centrale 'betydning' – "Brand opstået, øjeblikkelig udrykning nødvendig" – overføres i stedet for at sende alle data som "sort røg kommer ud af vinduet, og flammer er synlige". Dette har til formål at udelade unødvendig information og få modtageren til at udføre en bestemt handling (udrykning).

Hvis kommunikationen mellem End-to-End har den samme Knowledge Base inden for kategorien brandvæsen, kan dette reducere mængden af overførte data, der er nødvendige for at forstå situationen, markant.

Kerne-Encoding/Decoding-logikken i denne Semantiske kommunikation er et kommunikationsparadigme, men det opererer på applikationslaget. På sendersiden konverterer den semantiske Encoder de givne data til semantiske data, og på modtagersiden behandler den semantiske Decoder dem til en form, der kan bruges af kilden bagved. Begge vil have form af en Inferenzmodel eller lignende med den samme Knowledge Base, hvilket muliggør kommunikation, der udveksler Semantikken uden at overføre enorme mængder data.

Dette sikres naturligvis på baggrund af fuldendelsen af det eksisterende kommunikationsparadigme. Først skal Symbolet kunne overføres nøjagtigt teknisk set, og dette modenhedsniveau er allerede opnået. Nu er den primære opgave, hvor godt det overførte Symbol formidler og tolker informationens Semantik, og forskningen er netop begyndt.

Imidlertid er der en meget stor sandsynlighed for, at der opstår problemer med et kommunikationssystem baseret på en sådan semantisk kontekst, da det i modsætning til det eksisterende syntaktiske kommunikationssystem er afhængig af AI eller lignende for pålidelighed (reliability). Selvom de har den samme Knowledge Based, kan forskellige fortolkninger strømme ud fra modellens Black Box-område.

Efterskrift

Det siges, at 6G (6. generation) mobilkommunikation vil anvende denne Semantiske kommunikation og blive et intelligent internet system, men der er et spørgsmålstegn ved, hvorfor et paradigme, der opererer på applikationslaget, bliver et forskningsemne for mobilselskaber. Min intuition siger mig, at mobilselskabernes rolle er at sikre modenhedsniveau 1, hvor Symbolet og Bitten overføres nøjagtigt teknisk set, og at tidspunktet, hvor den semantiske kommunikation opererer, allerede er applikationsprogrammets område.

Der er også tvivl om, hvorvidt dette kan være et nyt paradigme inden for kommunikationsteknologi, hvor pålidelighed skal være en grundlæggende værdi. Jeg har også denne tvivl og er personligt lidt negativ.

Ikke desto mindre skriver jeg denne artikel, fordi jeg synes, at det næste paradigme for mobilkommunikation udfolder sig på en ret interessant måde. Indførelsen af satellit internet for at udvide kanal kapaciteten er en de facto kendsgerning med fremkomsten af Project Kuiper, Starlink osv., og forsøget på at gennembryde de begrænsninger, der var bundet af Shannons lov, på en ny måde var ret fascinerende.