A következő kommunikációs paradigma, amelyet az AI-alapú szimantikus kommunikáció vezet

Shannon törvénye

A mai kommunikáció a Shannon-törvényen (Shannon's Law) alapulva fejlődött. Ez az az elmélet, amely a hálózati kommunikáció határait határozza meg, és ezek mind olyan kísérletek voltak, amelyek a későbbiekben ismertetett képlet csatornakapacitásának maximumát igyekeztek növelni. Ide sorolhatók az olyan technológiák, mint például a MIMO (Multiple Input Multiple Output). Ezek a technológiák a Shannon-elméleten alapulva a nagyobb csatornakapacitás elérésére irányuló erőfeszítések részei.

A Shannon-törvény a csatornakapacitás kiszámítására szolgáló alábbi képlettel fejezhető ki: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Ezek rendre a csatornakapacitást (Channel Capacity), a sávszélességet (Bandwidth) és a jel-zaj viszonyt (Signal-to-Noise Ratio) jelentik. Könnyen érthető szavakkal kifejezve a maximális kommunikációs sebesség (C) az a fizikai frekvenciaforrások (B) összessége, amelyeket a rendszer felhasználhat, megszorozva a hatékonysággal (efficiency, $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

Miután megjelent ez a törvény a csatornakapacitás kiszámítására, a távközlési ipar elkezdett erőfeszítéseket tenni a csatornakapacitás növelésére. Így körülbelül 70 éven keresztül a kommunikációban bekövetkezett innovációk nagyrészt a csatornakapacitás javításában valósultak meg.

A jelen korban azonban a processzing erőforrásai rendkívül sokat fejlődtek. A kommunikáció attól az időszaktól, amikor még csak szöveget küldtünk, eljutott oda, hogy már térvektorokat küldünk. Ennek a sok adatnak a megbízható felosztása és továbbítása elkezdett korlátokba ütközni. Például az önvezető autók által generált adatok mennyisége elérheti a több terabyte-ot naponta, és ezt a jelenlegi kommunikációs hálózatokkal szinte lehetetlen kezelni. Pusztán több kábel lefektetésével és több antenna telepítésével történő megoldás eléri a gazdasági/fizikai határokat.

Így elkezdődött egy olyan paradigma kutatása, amely eltávolodik a teljes bitek pontos átvitelének hagyományos paradigmájától, és a kommunikációba intelligenciát bevezetve csak a kontextus átvitelére törekszik. (*Maga a koncepció évtizedek óta létezik.) Ez a változás a közelmúltbeli intelligens modellek erőteljes fejlődésének, valamint a nagyobb adatmennyiségű kommunikáció iránti igénynek köszönhető.

Ezt a kommunikációt, amely jelentést (意味) cserél, Szemantikus Kommunikációnak (Semantic Communication) nevezik.

Szemantikus kommunikáció (Semantic communication)

A szemantikus kommunikáció célja, hogy ahelyett, hogy a korábbiakhoz hasonlóan a teljes adatot továbbítaná, csak a benne rejlő alapvető jelentést, azaz a kontextust továbbítsa.

Ezt a problémát már Shannon és Weaver kommunikációs modellje is felvetette, és ők a kommunikáció érettségét három szintre osztották.

1. Technikai probléma: Milyen pontosan továbbítható a szimbólum (Symbol)? (Ez az én elméletem alapvető területe.)
2. Szemantikai probléma: A továbbított szimbólum mennyire pontosan adja át a kívánt 'jelentést'?
3. Hatékonysági probléma: A továbbított jelentés mennyire hatékonyan befolyásolja a vevő viselkedését?

A kommunikáció fejlődése eddig szinte megoldotta a technikai problémát, és most az a feladat, hogy a szemantikai és hatékonysági problémákat fordítsuk le.

Az 1. érettségi szint és a 2., 3. szint (szemantikus kommunikáció) közötti különbségre jellemzően az égő ház példáját használják.

Egy ház ég.

A jelenlegi kommunikációs paradigma szerint ezt a jelenetet aprólékosan adatokká alakítják, majd képként továbbítják.

A szemantikus kommunikációban ahelyett, hogy minden adatot elküldenének, például azt, hogy "fekete füst jön az ablakból és lángok láthatók", a lényeges 'jelentést' továbbítják: "Tűz van, azonnali kivonulás szükséges". Ez a módszer bátran elhagyja a felesleges információkat, és célja, hogy a vevőt egy meghatározott cselekvésre (kivonulásra) ösztönözze.

Ha a kommunikáció végpontjai ugyanazzal a tudásbázissal rendelkeznek a tűzoltás kategóriájában, ez drámaian csökkentheti az adatok továbbításához szükséges mennyiséget a helyzet felméréséhez.

A szemantikus kommunikáció alapvető kódolási/dekódolási logikája a kommunikációs paradigmába illeszkedik, de az alkalmazási réteg (Application Layer) felett működik. A küldő oldalon egy szemantikus enkóder segítségével a megadott adatok szemantikai adatokká alakulnak, a vevő oldalon pedig egy szemantikus dekóder dolgozza fel ezt olyan formátummá, amelyet a mögöttes forrás (source) fel tud használni. A kettő egy olyan következtetési modell formáját ölti, amely ugyanazzal a tudásbázissal rendelkezik, és ez lehetővé teszi a szemantika cseréjét anélkül, hogy hatalmas adatátvitelre lenne szükség.

Természetesen ez a meglévő kommunikációs paradigmák teljességén alapul. Először technikailag pontosan kell tudni továbbítani a szimbólumokat, és ez az érettségi szint már elért állapotban van. Most az a fő feladat, hogy a továbbított szimbólumok mennyire jól adják át és értelmezik az információ szemantikáját, és a kutatás most kezdődik.

Azonban az ilyen, szemantikai kontextuson alapuló kommunikációs rendszerek a meglévő szintaktikai kommunikációs rendszerekkel ellentétben rendkívül nagy valószínűséggel okoznak problémákat, mivel a megbízhatóság (reliability) tekintetében AI-ra és másokra támaszkodnak. Még ha ugyanazzal a Knowledge Based-zel rendelkeznek is, a modell fekete dobozában eltérő értelmezések bukkanhatnak fel.

Utóirat

A 6G (6. generációs) mobilkommunikációban azt mondják, hogy ez a szemantikus kommunikáció lesz alkalmazva, és egy intelligens internetrendszer jön létre, de kérdőjelek merülnek fel azzal kapcsolatban, hogy miért válik a mobilszolgáltatók kutatási feladatává egy olyan paradigma, amely az alkalmazási réteg felett működik. Az én intuícióm szerint a mobilszolgáltatók szerepe az, hogy biztosítsák az 1. érettségi szintet, ahol a szimbólumok és a bitek technikailag pontosan továbbítódnak, és a szemantikus kommunikáció működésének időpontja már az alkalmazások területéhez tartozik.

Másrészt felmerül a kérdés, hogy lesz-e új paradigma egy olyan kommunikációs technológiában, amelynek alapvető értéke a megbízhatóság. Én is hasonló kérdéseket teszek fel, és személy szerint kissé negatív állásponton vagyok.

Ennek ellenére azért írom ezt a cikket, mert úgy gondolom, hogy a mobilkommunikáció következő paradigmája meglehetősen érdekes formában bontakozik ki. A csatornakapacitás bővítése érdekében a műholdas internet bevezetése a Project Kuiper, a Starlink és mások megjelenésével gyakorlatilag kész tény, és az a kísérlet, hogy a Shannon-törvény által szabott korlátokat új formában áttörjék, meglehetősen érdekes volt.