Det næste kommunikationsparadigme drevet af AI-baseret semantisk kommunikation

Shannons Lov

Dagens kommunikation har udviklet sig baseret på Shannons Lov (Shannon's Law). Dette er en teori, der fastlægger grænserne for netværkskommunikation, og forsøgene på at øge den maksimale kanalkapacitet i de nedenfor beskrevne formler. Eksempler er teknologier som MIMO (Multiple Input Multiple Output). Disse teknologier er en del af bestræbelserne på at opnå højere kanalkapacitet baseret på Shannons teori.

Shannons Lov udtrykkes ved følgende formel til beregning af kanalkapacitet: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$

Disse betegner henholdsvis Kanalkapacitet (Channel Capacity), Båndbredde (Bandwidth) og Signal-til-støj-forhold (Signal-to-Noise Ratio). For at forklare det i enklere vendinger betyder det, at den maksimale kommunikationshastighed (C) er lig med den samlede mængde af fysiske frekvensressourcer, som systemet kan bruge (B), ganget med effektiviteten (log₂(1 + S/N)), som angiver, hvor mange bits information der kan overføres pr. 1 Hz af ressourcen, afhængigt af signalkvaliteten (S/N).

Efter at denne lov til beregning af kanalkapacitet opstod, begyndte kommunikationsindustrien at fokusere på at øge kanalkapaciteten. Gennem de sidste cirka 70 år har innovationen inden for kommunikation for det meste bestået i at forbedre kanalkapaciteten.

Imidlertid er processeringsressourcerne i den nuværende æra udviklet enormt. Kommunikationen er gået fra at sende tekst til nu at sende rumlige vektorer. Der er begyndt at opstå begrænsninger for pålideligt at opdele og transmittere alle disse data. For eksempel kan data genereret af selvkørende biler nå op på flere Terabyte om dagen, og det er næsten umuligt at håndtere dette med det nuværende kommunikationsnetværk. Simpelthen at installere flere kabler og opsætte flere antenner vil nå økonomiske/fysiske grænser.

Således er man begyndt at forske i et paradigme, der sigter mod kun at overføre konteksten ved at introducere intelligens i kommunikationen, i stedet for det eksisterende paradigme om at transmittere alle bits præcist. (*Selve konceptet har eksisteret i årtier) Og dette er en ændring, der skyldes den nylige kraftige udvikling af intelligensmodeller og behovet for kommunikation af større datamængder.

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

Semantisk kommunikation (Semantic communication)

Hvor semantisk kommunikation traditionelt transmitterede hele dataene, sigter det nu mod kun at transmittere den essentielle betydning, det vil sige konteksten, der er indeholdt i dataene.

Dette problem blev allerede rejst i Shannons og Weavers kommunikationsmodel, og de opdelte kommunikationens modenhed i tre niveauer.

1. Teknisk problem: Hvor præcist kan Symbolet overføres? (Dette er kerneområdet for min teori.)
2. Semantisk problem: Hvor præcist overfører det transmitterede symbol den ønskede 'betydning'?
3. Effektivitetsproblem: Hvor effektivt påvirker den overførte betydning modtagerens handlinger?

Indtil nu har udviklingen inden for kommunikation næsten løst det tekniske problem, og opgaven er nu 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 databehandles denne scene bit for bit og overføres som et fotografi.

I semantisk kommunikation sendes i stedet for at sende alle data, såsom "sort røg kommer ud af vinduet og flammer er synlige", kun den essentielle 'betydning': "Brand er opstået, øjeblikkelig udrykning er nødvendig". Dette udelader bevidst unødvendig information og har til formål at få modtageren til at foretage en specifik handling (udrykning).

Hvis kommunikationen mellem endepunkterne har den samme vidensbase inden for kategorien brandvæsen, kan dette reducere mængden af transmitterede data, der er nødvendige for at forstå situationen, drastisk.

Kernen i indkodnings-/afkodningslogikken i denne semantiske kommunikation er et kommunikationsparadigme, men det opererer på applikationslaget. På sendersiden konverterer en semantisk enkoder de givne data til semantiske data, og på modtagersiden bearbejder en semantisk dekoder dem til en form, der kan bruges af den bagvedliggende kilde. De to vil være i form af en inferensmodel eller lignende, der deler den samme vidensbase, og dette muliggør kommunikation, der udveksler semantikken uden behov for massiv datatransmission.

Det er naturligvis sikret oven på fuldstændigheden af det eksisterende kommunikationsparadigme. Først skal symbolet kunne transmitteres præcist teknisk set, og dette modenhedsniveau er allerede opnået. Nu er den primære opgave, hvor godt det transmitterede symbol overfører og fortolker informationens semantik, og forskningen er kun lige begyndt.

Imidlertid er der en meget stor sandsynlighed for, at der opstår problemer, fordi dette kommunikationssystem baseret på semantisk kontekst, i modsætning til det eksisterende syntaktiske kommunikationssystem, er afhængig af AI eller lignende for pålideligheden (reliability). Selvom de har den samme Knowledge Based, kan der opstå forskellige fortolkninger i modellens black-box-område.

Efterskrift

Det siges, at i 6G (6. generation) mobilkommunikation vil denne semantiske kommunikation blive anvendt, hvilket vil føre til et intelligent internet-system, men der er et spørgsmålstegn ved, hvorfor et paradigme, der opererer på applikationslaget, bliver et forskningsområde for mobiloperatører. Min intuition er, at mobiloperatører har rollen som at sikre modenhedsniveau 1, hvor symboler og bits overføres præcist teknisk set, og det tidspunkt, hvor semantisk kommunikation opererer, allerede er applikationsprogrammets domæne.

På den anden side er der 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 skeptisk.

Ikke desto mindre er grunden til, at jeg skriver denne artikel, at jeg synes, det næste paradigme inden for mobilkommunikation udfolder sig på en ret interessant måde. Indførelsen af satellitinternet for at udvide kanalkapaciteten er i realiteten et fait accompli 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.

Da der ikke er noget indhold om GO, afsluttes det med en gopher.