Het volgende communicatieparadigma, geleid door AI-gebaseerde Semantische Communicatie

Wet van Shannon

De hedendaagse communicatie is ontwikkeld op basis van de wet van Shannon (Shannon's Law). Dit is een theorie die de limieten van netwerkcommunicatie bepaalt, en de pogingen waren gericht op het verhogen van de maximale kanaalcapaciteit van de hierna te bespreken formule. Dit omvat technologieën zoals MIMO (Multiple Input Multiple Output). Dergelijke technologieën zijn een onderdeel van de inspanningen om een hogere kanaalcapaciteit te bereiken, gebaseerd op de theorie van Shannon.

De wet van Shannon wordt uitgedrukt door de volgende formule om de kanaalcapaciteit te berekenen: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Deze staan respectievelijk voor Kanaalcapaciteit (Channel Capacity), Bandbreedte (Bandwidth) en Signaal-ruisverhouding (Signal-to-Noise Ratio). Eenvoudig gezegd, de maximale communicatiesnelheid (C) is het product van de totale hoeveelheid fysieke frequentiebronnen die het systeem kan gebruiken (B) vermenigvuldigd met de efficiëntie (log₂(1 + S/N)) die aangeeft hoeveel bits aan informatie per 1 Hz van die bronnen kunnen worden overgedragen, afhankelijk van de signaalkwaliteit (S/N).

Nadat deze wet voor het berekenen van de kanaalcapaciteit was geïntroduceerd, begon de communicatie-industrie zich in te zetten voor het vergroten van de kanaalcapaciteit. Zo heeft de innovatie in communicatie gedurende ongeveer 70 jaar voornamelijk plaatsgevonden in de verbetering van de kanaalcapaciteit.

Echter, in de huidige tijd zijn de middelen voor Processing enorm gevorderd. Communicatie is geëvolueerd van het versturen van tekst naar het versturen van ruimtelijke vectoren. Er beginnen zich beperkingen voor te doen bij het betrouwbaar opdelen en verzenden van al deze data. De data die een autonome auto genereert, kan bijvoorbeeld oplopen tot enkele terabytes per dag, en het is bijna onmogelijk voor het huidige communicatienetwerk om dit te verwerken. Het bereiken van economische/fysieke grenzen wordt een feit als men dit simpelweg wil oplossen door meer kabels te leggen en meer antennes te plaatsen.

Aldus is men begonnen met het onderzoeken van een paradigma dat afstapt van het bestaande paradigma van het nauwkeurig verzenden van alle bits, en dat door het introduceren van intelligentie in de communicatie zich richt op het verzenden van uitsluitend de context. (Het concept zelf bestaat al tientallen jaren.) Dit is een verandering die het gevolg is van de recente krachtige ontwikkeling van intelligente modellen en de noodzaak om grotere hoeveelheden data te communiceren.

Dit wordt Semantic Communication genoemd, aangezien het communicatie is die betekenis (意味) uitwisselt.

Semantische communicatie (Semantic communication)

Semantische communicatie streeft ernaar om, in plaats van alle data te verzenden zoals voorheen, alleen de kernbetekenis, oftewel de context, die erin vervat is, te verzenden.

Dit probleem werd reeds aangekaart in het communicatiemodel van Shannon en Weaver, en zij verdeelden de volwassenheid van communicatie in drie niveaus.

1. Technisch probleem: Hoe nauwkeurig kunnen symbolen (Symbol) worden verzonden? (Dit is het kerngebied van hun theorie.)
2. Semantisch probleem: Hoe nauwkeurig brengt het verzonden symbool de gewenste 'betekenis' over?
3. Effectiviteitsprobleem: Hoe effectief beïnvloedt de overgebrachte betekenis het gedrag van de ontvanger?

De ontwikkeling van communicatie heeft tot nu toe het technische probleem grotendeels opgelost, en nu is de taak om het semantische en effectiviteitsprobleem te vertalen.

Het verschil tussen volwassenheidsniveau 1 en de niveaus 2 en 3 (semantische communicatie) wordt doorgaans geïllustreerd met het voorbeeld van een brandend huis.

Er staat een huis in brand.

In het huidige communicatieparadigma wordt deze scène zorgvuldig omgezet in data en als foto verzonden.

In semantische communicatie wordt in plaats van alle data te verzenden, zoals "er komt zwarte rook uit het raam en er zijn vlammen te zien", alleen de kern'betekenis' overgebracht, zoals "brand, onmiddellijke uitruk noodzakelijk". Dit heeft tot doel onnodige informatie resoluut weg te laten en de ontvanger ertoe te brengen een specifieke actie (uitrukken) te ondernemen.

Als het gaat om end-to-end communicatie met dezelfde kennisbasis in de categorie brandweer, kan dit de hoeveelheid verzonden data die nodig is voor de situatiebeoordeling drastisch verminderen.

De kern Encoding/Decoding-logica van deze semantische communicatie is weliswaar een communicatieparadigma, maar opereert bovenop de Application Layer. Aan de zendzijde converteert een semantische Encoder de gegeven data naar semantische data, en aan de ontvangstzijde verwerkt een semantische Decoder deze in een vorm die door de onderliggende bron kan worden gebruikt. Beide zullen de vorm aannemen van een Inferentiemodel met dezelfde kennisbasis, waardoor communicatie mogelijk wordt die de Semantic uitwisselt zonder de noodzaak van een enorme dataoverdracht.

Vanzelfsprekend wordt dit gegarandeerd door de volwassenheid van het bestaande communicatieparadigma. Ten eerste moeten symbolen technisch nauwkeurig kunnen worden verzonden, en dit volwassenheidsniveau is reeds bereikt. Nu is het de voornaamste taak geworden hoe goed de verzonden symbolen de Semantic van de informatie overbrengen en interpreteren, en het onderzoek hiernaar is net begonnen.

Echter, dit communicatiesysteem op basis van semantische context verschilt van het bestaande syntactische communicatiesysteem doordat het voor de betrouwbaarheid (reliability) afhankelijk is van AI en dergelijke, waardoor de kans op problemen zeer groot is. Zelfs met een identieke Knowledge Based kunnen er verschillende interpretaties voortkomen uit het Black Box-gebied van het model.

Nagedachtenis

Er wordt gezegd dat in 6G (zesde generatie) mobiele communicatie deze semantische communicatie zal worden toegepast en zal leiden tot een intelligent internetsysteem. Er zijn echter vraagtekens bij waarom een paradigma dat bovenop de Application Layer werkt, een onderzoekstaak voor mobiele operators zou zijn. Mijn intuïtie is dat mobiele operators de rol hebben om de volwassenheidsniveau 1 te garanderen, waarbij symbolen en bits technisch nauwkeurig worden verzonden, en het moment waarop semantische communicatie werkt, is naar mijn mening al het domein van de applicatieprogramma's.

Aan de andere kant bestaat er ook twijfel over de vraag of er een nieuw paradigma zal zijn in communicatietechnologie, waar betrouwbaarheid de basiswaarde moet zijn. Ook ik koester deze twijfel en ben persoonlijk enigszins negatief.

De reden dat ik dit schrijf, is echter dat het volgende paradigma van mobiele communicatie zich in een tamelijk interessante vorm ontwikkelt. De introductie van satellietinternet ter uitbreiding van de kanaalcapaciteit is feitelijk een voldongen feit met de komst van Project Kuiper, Starlink en dergelijke, en de poging om de beperkingen, waaraan de wet van Shannon onderhevig was, op een nieuwe manier te doorbreken, vond ik tamelijk verrassend.