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

Shannon törvénye

A mai kommunikáció Shannon törvényén (Shannon's Law) alapulva fejlődött. Ez az elmélet határozza meg a hálózati kommunikáció határait, és a későbbi képletben szereplő csatorna kapacitás maximumának növelésére irányuló kísérleteket jelentette. Ide tartoznak például az olyan technológiák, mint a MIMO (Multiple Input Multiple Output). Ezek a technológiák Shannon elméletén alapulva arra irányuló erőfeszítések részei, hogy nagyobb csatorna kapacitást érjenek el.

Shannon törvénye az alábbi képlettel fejezi ki a csatorna kapacitásának kiszámítását.

$$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Ezek rendre a csatorna kapacitást (Channel Capacity), a sávszélességet (Bandwidth) és a jel-zaj viszonyt (Signal-to-Noise Ratio) jelentik. Könnyen érthető szavakkal kifejezve a maximális kommunikációs sebesség (C) a rendszer által használható fizikai frekvenciaforrások összegének (B) és annak a **hatékonyságnak ( $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

Amikor ez a csatorna kapacitást kiszámító törvény megjelent, a kommunikációs ipar elkezdett erőfeszítéseket tenni a csatorna kapacitásának növelésére. Így körülbelül 70 éven keresztül a kommunikációs innovációk többsége a csatorna kapacitásának javításában valósult meg.

Azonban a jelenkorra a processzing (feldolgozás) erőforrásai rendkívül sokat fejlődtek. A kommunikáció attól az időszaktól, amikor szövegeket küldtek, mostanra eljutott odáig, hogy térvektorokat küldenek. Korlátok kezdenek megjelenni abban, hogy mindezt az adatot megbízhatóan fel lehessen osztani és továbbítani. Például egy önvezető autó által generált adatok mennyisége naponta több Terabyte is lehet, és ezt a jelenlegi kommunikációs hálózatokkal fenntartani a lehetetlennel határos. Pusztán több kábel lefektetésével és több antenna elhelyezésével gazdasági/fizikai korlátokba ütközünk.

Így a paradigmaváltás elkezdődött, elmozdulva a korábbi, a teljes bit pontos továbbítását célzó paradigmától, a kommunikációba intelligenciát bevezetve, ami csak a kontextus továbbítására törekszik. (*Maga a koncepció már évtizedek óta létezik.) Ez a változás a közelmúltban tapasztalható intelligens modellek erőteljes fejlődésének és a nagyobb adatmennyiségű kommunikáció szükségességének következménye.

Ezt a jelentésátadó kommunikációt Semantic Communication-nek (szemantikus kommunikáció) nevezik.

Szemantikus kommunikáció (Semantic communication)

A szemantikus kommunikáció célja, hogy a korábbi teljes adatátvitel helyett csak a benne rejlő kulcsfontosságú jelentést, azaz a kontextust továbbítsa.

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

1. Technikai probléma: Mennyire pontosan továbbítható a szimbólum (Symbol)? (Ez az én elméletem magterülete.)
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 teljesen megoldotta a technikai problémákat, és most a szemantikai, valamint a hatékonysági problémák lefordításának feladatát végzi.

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

Egy ház ég.

A jelenlegi kommunikációs paradigmában ezt a jelenetet lépésről lépésre adatokká alakítják, majd képként továbbítják.

A szemantikus kommunikációban ez a módszer ahelyett, hogy minden adatot elküldene, mint például: "fekete füst jön ki az ablakból és lángok láthatók", csak a kulcsfontosságú 'jelentést' továbbítja: "Tűz van, azonnali beavatkozás szükséges". Ez drasztikusan elhagyja a felesleges információkat, és arra összpontosít, hogy a vevő egy meghatározott cselekedetet (kiszállás) végezzen.

Ha a kommunikáció a tűzoltás kategóriájába tartozó azonos tudásbázissal rendelkező végpontok között zajlik, akkor ez forradalmi mértékben csökkentheti a helyzet megértéséhez szükséges továbbított adatok mennyiségét.

A szemantikus kommunikáció alapvető kódolási/dekódolási logikája kommunikációs paradigma, de az alkalmazási réteg (Application Layer) felett működik. A küldő oldalon a szemantikus kódoló (semantic encoder) a megadott adatot szemantikai adatokká alakítja, a vevő oldalon pedig a szemantikus dekódoló (semantic decoder) azt a mögöttes forrás által felhasználható formába dolgozza fel. A kettő egy olyan következtetési modell formáját fogja ölteni, amely azonos tudásbázissal rendelkezik, és ez lehetővé teszi a kommunikációt a szemantika átadásával hatalmas adatátvitel nélkül.

Természetesen ez a meglévő kommunikációs paradigma teljességének garanciáján alapul. Először technikailag pontosan kell 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 ez a kutatás még csak most kezdődik.

Azonban az ilyen, a szemantikai kontextuson alapuló kommunikációs rendszer a meglévő szintaktikai kommunikációs rendszertől eltérően nagyon nagy valószínűséggel okoz problémákat, mivel a megbízhatóság (reliability) az AI-tól függ. Még akkor is, ha azonos Knowledge Based-del rendelkeznek, a modell "black box" területéről más értelmezések származhatnak.

Utószó

A 6G (6. generációs) mobilkommunikációban azt mondják, hogy ez a szemantikus kommunikáció kerül alkalmazásra, és egy intelligens internetrendszer jön létre, de kérdőjel merül fel azzal kapcsolatban, hogy miért válik a mobilkommunikációs vállalatok kutatási feladatává az alkalmazási réteg felett működő paradigma. Az én intuícióm szerint a mobilszolgáltatók szerepe az 1. érettségi szint garantálása, ahol a szimbólumok és a bitek technikailag pontosan továbbítódnak, és a szemantikus kommunikáció működésének időpontja már az alkalmazási programok területe.

Másrészt felmerül a kérdés, hogy a megbízhatóságot alapvető értéknek tekintő kommunikációs technológiában lesz-e létjogosultsága ennek az új paradigmának. Én is hordozom magamban ezt a kérdést, és személy szerint kissé negatív állásponton vagyok.

Ennek ellenére azért írok erről, mert úgy gondolom, hogy a mobilkommunikáció következő paradigmája meglehetősen érdekes formában bontakozik ki. A csatorna kapacitásának bővítésére irányuló műholdas internet bevezetése a Project Kuiper, Starlink stb. megjelenésével gyakorlatilag eldöntött tény, és az a kísérlet, hogy új formában törjék át a Shannon törvénye által korlátozott határokat, meglehetősen lenyűgöző volt.