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 definerer grænserne for netværkskommunikation, og de forsøg, der er gjort for at øge den maksimale kanal kapacitet i den nedenstående formel. Eksempler inkluderer teknologier som MIMO (Multiple Input Multiple Output). Disse teknologier er en del af bestræbelserne på at opnå en højere kanal kapacitet baseret på Shannons teori.

Shannons lov udtrykkes ved følgende formel, der beregner kanal kapaciteten:

Disse betegner henholdsvis Kanal kapacitet (Channel Capacity), Båndbredde (Bandwidth) og Signal-støjforhold (Signal-to-Noise Ratio). For at forklare det i enkle vendinger betyder det, at den maksimale kommunikationshastighed (C) er resultatet af at gange den samlede mængde fysiske frekvensressourcer, som systemet kan bruge (B), med effektiviteten (log₂(1 + S/N)), som angiver, hvor mange bits information der kan overføres pr. 1 Hz af den ressource, afhængigt af signalkvaliteten (S/N).

Efter fremkomsten af denne lov, der beregner kanal kapaciteten, begyndte telekommunikationsindustrien at fokusere på at øge kanal kapaciteten. Således har innovationen inden for kommunikation i omkring 70 år hovedsageligt bestået i at forbedre kanal kapaciteten.

Imidlertid er processeringsressourcerne i den nuværende æra udviklet enormt. Kommunikationen er nået til det punkt, hvor den sender rumlige vektorer i stedet for blot tekst. Der er begyndt at opstå begrænsninger i pålideligt at opdele og transmittere alle disse data. For eksempel kan data genereret af en selvkørende bil nå op på flere terabytes om dagen, og det er næsten umuligt at håndtere dette med det nuværende kommunikationsnetværk. Simpelthen at lægge flere kabler og opsætte flere antenner når økonomiske/fysiske grænser for løsning af problemet.

Således er forskning begyndt i et paradigme, der bevæger sig væk fra det eksisterende paradigme med nøjagtig transmission af alle bits og i stedet sigter mod kun at transmittere kontekst ved at indføre intelligens i kommunikationen. (*Selve konceptet har eksisteret i årtier) Og dette er en ændring, der skyldes den seneste kraftfulde udvikling af intelligente modeller og behovet for kommunikation af større datamængder.

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

Semantisk kommunikation (Semantic communication)

Hvor semantisk kommunikation i traditionel forstand transmitterede hele data, sigter den nu mod kun at transmittere den kernebetydning, dvs. 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 (Symbol) transmitteres? (Dette er kerneområdet for min teori.)
2. Semantisk problem: Hvor præcist overfører det transmitterede symbol den ønskede 'betydning'?
3. Effektivitetsproblem: Hvor effektivt påvirker den transmitterede 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 med eksemplet om et brændende hus.

Et hus brænder.

I det nuværende kommunikationsparadigme omdannes denne scene detaljeret til data og transmitteres som et billede.

I semantisk kommunikation er det en metode til at overføre den centrale 'betydning' som "Brand opstået, øjeblikkelig udrykning nødvendig" i stedet for at sende alle data, såsom "Sort røg kommer ud af vinduet, og flammer er synlige". Formålet hermed er at udelade unødvendige oplysninger og få modtageren til at udføre en bestemt handling (udrykning).

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

Kerne-Encoding/Decoding-logikken i denne semantiske kommunikation er et kommunikationsparadigme, men det opererer på applikationslaget. På sendesiden konverterer den semantiske Encoder de givne data til semantiske data, og på modtagesiden behandler den semantiske Decoder dem til en form, der kan bruges af den bagvedliggende kilde. Begge vil være i form af en inferensmodel eller lignende, der har den samme vidensbase, hvilket muliggør kommunikation, der udveksler semantikken uden at transmittere store datamængder.

Dette sikres naturligvis på baggrund af fuldstændigheden af det eksisterende kommunikationsparadigme. Først skal symbolet kunne transmitteres nøjagtigt 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 i et kommunikationssystem baseret på en sådan semantisk kontekst, i modsætning til et eksisterende syntaktisk kommunikationssystem, fordi det er afhængigt af AI eller lignende for pålidelighed (reliability). Selvom de har den samme Knowledge Based, kan der opstå forskellige fortolkninger i modellens "black box"-område.

Efterskrift

I 6G (sjette generation) mobilkommunikation siges det, at denne semantiske kommunikation vil blive anvendt, hvilket vil resultere i et intelligent internet-system, men der er et spørgsmålstegn ved, hvorfor et paradigme, der opererer på applikationslaget, bliver et forskningsemne for mobiloperatører. Min intuition er, at mobiloperatører har rollen som teknisk at sikre modenhedsniveau 1, hvor symboler og bits transmitteres nøjagtigt, og det tidspunkt, hvor semantisk kommunikation fungerer, allerede er applikationsprogrammets område.

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

Årsagen til, at jeg alligevel skriver denne artikel, er, at jeg synes, at det næste paradigme inden for mobilkommunikation udvikler sig på en ret interessant måde. Indførelsen af satellitinternet for at udvide kanal kapaciteten er faktisk en kendsgerning med fremkomsten af Project Kuiper, Starlink osv., og forsøget på at gennembryde de begrænsninger, der var underlagt Shannons lov, i en ny form var ret fascinerende.