Das nächste Kommunikationsparadigma, angetrieben durch KI-basierte Semantische Kommunikation

Shannon'sches Gesetz

Die heutige Kommunikation hat sich auf der Grundlage von Shannon's Law entwickelt. Dies ist eine Theorie zur Bestimmung der Grenzen der Netzwerkkommunikation, und es gab Versuche, die maximale Kanalkapazität der später beschriebenen Formel zu erhöhen. Dazu gehören Technologien wie MIMO (Multiple Input Multiple Output). Diese Technologien sind Teil der Bemühungen, basierend auf Shannons Theorie, eine höhere Kanalkapazität zu erreichen.

Das Shannon'sche Gesetz wird durch die folgende Formel zur Berechnung der Kanalkapazität ausgedrückt: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Diese stehen jeweils für die Kanalkapazität (Channel Capacity), die Bandbreite (Bandwidth) und das Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise Ratio). Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass die maximale Kommunikationsgeschwindigkeit (C) das Produkt aus der Gesamtmenge der physikalischen Frequenzressourcen (B), die das System nutzen kann, und der **Effizienz ( $\log_{2}(1 + S/N)$ 50e45f92ab02a6e49994c

Nachdem dieses Gesetz zur Berechnung der Kanalkapazität aufkam, begann die Kommunikationsbranche, sich auf die Steigerung der Kanalkapazität zu konzentrieren. So basierte die Innovation in der Kommunikation in den letzten etwa 70 Jahren größtenteils auf der Verbesserung der Kanalkapazität.

In der heutigen Zeit sind jedoch die Ressourcen für die Verarbeitung extrem fortgeschritten. Die Kommunikation ist von der Übertragung von Text zu dem Punkt gelangt, an dem nun Raumvektoren übertragen werden. Es beginnen sich Grenzen abzuzeichnen, diese gesamten Daten zuverlässig zu zerlegen und zu übertragen. Beispielsweise können die Daten, die ein autonomes Fahrzeug generiert, täglich mehrere Terabyte erreichen, und es ist nahezu unmöglich, dies mit dem aktuellen Kommunikationsnetzwerk zu bewältigen. Die bloße Verlegung weiterer Kabel und die Aufstellung weiterer Antennen stoßen an wirtschaftliche und physikalische Grenzen.

Daher hat man begonnen, ein Paradigma zu erforschen, das sich vom bisherigen Paradigma der exakten Übertragung aller Bits löst und stattdessen Intelligenz in die Kommunikation einführt, um lediglich den Kontext zu übertragen. (Das Konzept selbst existiert bereits seit Jahrzehnten.) Dies ist eine Veränderung, die durch die jüngste starke Entwicklung intelligenter Modelle und die Notwendigkeit der Kommunikation größerer Datenmengen bedingt ist.

Dies wird als Semantic Communication bezeichnet, da es sich um eine Kommunikation handelt, die Bedeutung (意味) austauscht.

Semantische Kommunikation (Semantic communication)

Während die semantische Kommunikation im Gegensatz zur herkömmlichen Übertragung der gesamten Daten steht, zielt sie darauf ab, nur die Kernbedeutung, d. h. den Kontext, der darin enthalten ist, zu übertragen.

Dieses Problem wurde bereits im Kommunikationsmodell von Shannon und Weaver aufgeworfen, und sie teilten die Reife der Kommunikation in drei Ebenen ein:

1. Technisches Problem: Wie genau kann ein Symbol übertragen werden? (Dies ist der Kernbereich meiner Theorie.)
2. Semantisches Problem: Wie genau vermittelt das übertragene Symbol die gewünschte 'Bedeutung'?
3. Effektivitätsproblem: Wie effektiv beeinflusst die übermittelte Bedeutung das Verhalten des Empfängers?

Bisher hat die Entwicklung der Kommunikation das technische Problem weitgehend gelöst, und nun wird die Aufgabe der Übersetzung des semantischen und des Effektivitätsproblems wahrgenommen.

Der Unterschied zwischen der Reifegradstufe 1 und den Stufen 2 und 3 (semantische Kommunikation) wird typischerweise anhand des Beispiels eines brennenden Hauses veranschaulicht.

Ein Haus brennt.

Im aktuellen Kommunikationsparadigma wird diese Szene Stück für Stück in Daten umgewandelt und als Bild übertragen.

In der semantischen Kommunikation wird nicht die gesamte Information gesendet, wie z. B. "Schwarzer Rauch kommt aus dem Fenster und Flammen sind sichtbar", sondern nur die Kern-"Bedeutung" wie "Brand ausgebrochen, sofortige Entsendung erforderlich" übermittelt. Dies zielt darauf ab, unnötige Informationen konsequent wegzulassen und den Empfänger zu einer bestimmten Handlung (Entsendung) zu veranlassen.

Wenn die Kommunikation zwischen Endpunkten mit der gleichen Wissensbasis in der Kategorie "Feuerwehr" stattfindet, kann dies die Menge der übertragenen Daten, die für das Verständnis der Situation erforderlich sind, revolutionär reduzieren.

Die Kern-Encoding-/Decoding-Logik dieser semantischen Kommunikation ist ein Kommunikationsparadigma, das jedoch über der Anwendungsschicht arbeitet. Auf der Sendeseite wandelt ein semantischer Encoder die gegebenen Daten in semantische Daten um, und auf der Empfängerseite verarbeitet ein semantischer Decoder diese in eine Form, die von der nachgeschalteten Quelle genutzt werden kann. Beide werden die Form eines Inferenzmodells o. Ä. mit der gleichen Wissensbasis annehmen, was eine Kommunikation ermöglicht, die Semantik austauscht, ohne riesige Datenmengen übertragen zu müssen.

Dies wird selbstverständlich durch die Vollständigkeit des bestehenden Kommunikationsparadigmas gewährleistet. Zuerst muss die genaue Übertragung von Symbolen technisch möglich sein, und dieser Reifegrad ist bereits erreicht. Nun ist die Hauptaufgabe, wie gut das übertragene Symbol die Semantik der Information vermittelt und interpretiert, und die Forschung dazu hat gerade erst begonnen.

Allerdings birgt dieses auf semantischem Kontext basierende Kommunikationssystem im Gegensatz zum bisherigen syntaktischen Kommunikationssystem ein sehr hohes Fehlerpotenzial, da es bei der Zuverlässigkeit (reliability) von AI o. Ä. abhängt. Selbst wenn die gleiche Knowledge Based vorhanden ist, können unterschiedliche Interpretationen aus dem Blackbox-Bereich des Modells resultieren.

Nachwort

Es wird angenommen, dass in der 6G (6. Generation) Mobilkommunikation diese semantische Kommunikation angewendet wird, um ein intelligentes Internetsystem zu schaffen. Es besteht jedoch ein Fragezeichen, warum ein Paradigma, das auf der Anwendungsschicht arbeitet, zu einem Forschungsthema für Mobilfunkanbieter wird. Meine Intuition sagt mir, dass die Mobilfunkanbieter die Rolle der Gewährleistung des Reifegrads 1, bei dem Symbole und Bits technisch korrekt übertragen werden, innehaben, und der Zeitpunkt, zu dem die semantische Kommunikation funktioniert, bereits der Bereich der Anwendungsprogramme ist.

Andererseits besteht auch die Frage, ob dies ein neues Paradigma in einer Kommunikationstechnologie sein kann, die Zuverlässigkeit als Grundwert voraussetzen muss. Auch ich hege solche Zweifel und bin persönlich eher negativ eingestellt.

Der Grund, warum ich diesen Artikel schreibe, ist jedoch, dass ich die Entwicklung des nächsten Paradigmas der Mobilkommunikation für eine ziemlich faszinierende Form halte. Die Einführung von Satelliteninternet zur Erweiterung der Kanalkapazität ist durch das Aufkommen von Project Kuiper, Starlink usw. praktisch eine feststehende Tatsache, und der Versuch, die Grenzen, die durch das Shannon'sche Gesetz bedingt waren, in einer neuen Form zu überwinden, war ziemlich bemerkenswert.

Da es keinen Inhalt zu GO gibt, schließe ich mit einem Gopher ab.