Het volgende communicatieparadigma, geleid door AI-gebaseerde Semantische Communicatie

Wet van Shannon

De huidige telecommunicatie heeft zich ontwikkeld op basis van de Wet van Shannon (Shannon's Law). Dit is een theorie die de grenzen van netwerkcommunicatie bepaalt, en het waren pogingen om de maximale kanaalcapaciteit van de hierna te bespreken formule te verhogen. Voorbeelden hiervan zijn technologieën zoals MIMO (Multiple Input Multiple Output). Deze technologieën zijn een onderdeel van de inspanningen om een hogere kanaalcapaciteit te bereiken op basis van 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 betekent het dat de maximale communicatiesnelheid (C) wordt verkregen door de totale hoeveelheid fysieke frequentiebronnen (B) die het systeem kan gebruiken, te vermenigvuldigen met de efficiëntie (log₂(1 + S/N)), die aangeeft hoeveel bits aan informatie per 1Hz van die bron kunnen worden overgedragen, afhankelijk van de signaalkwaliteit (S/N).

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

In het huidige tijdperk zijn de processingsbronnen echter enorm geëvolueerd. Communicatie is van het versturen van tekst geëvolueerd naar het versturen van ruimtelijke vectoren. Er beginnen grenzen te ontstaan aan het betrouwbaar opsplitsen en verzenden van al deze data. Zo kan bijvoorbeeld de data die een zelfrijdende auto genereert oplopen tot enkele terabytes per dag, en het is bijna onmogelijk voor het huidige communicatienetwerk om dit te verwerken. Het bereiken van de economische/fysieke grenzen wordt onvermijdelijk als men dit probeert op te lossen door simpelweg meer kabels aan te leggen en meer antennes te plaatsen.

Daarom is men begonnen met onderzoek naar een paradigma dat afwijkt van het bestaande paradigma van het nauwkeurig verzenden van alle bits, door intelligentie in de communicatie te introduceren en enkel de context over te dragen. (*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 voor de communicatie van nog grotere hoeveelheden data.

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

Semantische communicatie (Semantic communication)

Waar bij traditionele communicatie de gehele data werd verzonden, richt semantische communicatie zich nu op het verzenden van enkel de kernbetekenis, oftewel de context, die daarin is vervat.

Dit probleem werd al aan de orde gesteld in het communicatiemodel van Shannon en Weaver, die de volwassenheid van communicatie in drie niveaus verdeelden.

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

Tot nu toe heeft de ontwikkeling van communicatie de technische problemen vrijwel opgelost, en nu is de taak om de semantische en effectiviteitsproblemen te vertalen.

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

Er staat een huis in brand.

In het huidige communicatieparadigma wordt deze scène bit voor bit gedigitaliseerd en vervolgens als foto verzonden.

Bij semantische communicatie wordt niet alle data verzonden, zoals "zwarte rook komt uit het raam en er zijn vlammen zichtbaar", maar wordt enkel de kern'betekenis' overgebracht, zoals "Brand, onmiddellijke uitruk vereist". Het doel hiervan is om onnodige informatie resoluut weg te laten en de ontvanger tot een specifieke actie (uitrukken) aan te zetten.

Als de communicatie tussen eindpunten plaatsvindt die dezelfde kennisbasis hebben binnen de categorie brandweer, kan dit de hoeveelheid overgedragen data die nodig is om de situatie te begrijpen, drastisch verminderen.

De kern coderings-/decoderingslogica van deze semantische communicatie is een communicatieparadigma, maar functioneert op de applicatielaag. Aan de zendzijde converteert de semantische encoder de gegeven data naar semantische data, en aan de ontvangstzijde verwerkt de semantische decoder deze in een vorm die de achterliggende bron kan gebruiken. Beide zullen de vorm aannemen van een inferentiemodel met dezelfde kennisbasis, waardoor communicatie mogelijk wordt waarbij de semantiek wordt uitgewisseld zonder de noodzaak van een enorme dataoverdracht.

Vanzelfsprekend wordt dit gegarandeerd door de voltooiing van het bestaande communicatieparadigma. Ten eerste moet het technisch mogelijk zijn om symbolen nauwkeurig te verzenden, en dit volwassenheidsniveau is reeds bereikt. Nu is de belangrijkste uitdaging hoe goed de verzonden symbolen de semantiek van de informatie overbrengen en interpreteren, en dit onderzoek staat nog maar in de kinderschoenen.

Echter, in tegenstelling tot traditionele syntactische communicatiesystemen, is de kans zeer groot dat er problemen ontstaan in dit communicatiesysteem op basis van semantische context, omdat het voor betrouwbaarheid (reliability) afhankelijk is van AI en dergelijke. Zelfs met dezelfde Knowledge Based kunnen er verschillende interpretaties voortkomen uit het black-box gebied van het model.

Nabetrachting

Er wordt gezegd dat in 6G (zesde generatie) mobiele communicatie deze semantische communicatie zal worden toegepast, wat zal resulteren in een intelligent internetnetwerk. Er is echter een vraagteken waarom een paradigma dat op de applicatielaag functioneert, een onderzoekstaak voor mobiele communicatie-operators zou zijn. Mijn intuïtie is dat de mobiele operators de rol hebben om de volwassenheid van niveau 1 te garanderen, waarbij symbolen en bits technisch nauwkeurig worden verzonden, en dat het moment waarop semantische communicatie functioneert, al tot het domein van de applicatieprogramma's behoort.

Aan de andere kant bestaat er ook de vraag of dit een nieuw paradigma zal zijn in communicatietechnologie, die betrouwbaarheid als basiswaarde moet hebben. Ik koester deze twijfel ook en heb persoonlijk een enigszins negatieve houding.

De reden waarom ik dit artikel toch schrijf, is omdat ik denk dat het volgende paradigma van mobiele communicatie zich op een nogal intrigerende manier ontvouwt. De introductie van satelietinternet voor de uitbreiding van de kanaalcapaciteit is feitelijk een voldongen feit met de opkomst van Project Kuiper, Starlink en dergelijke, en de poging om de grenzen van de Wet van Shannon op een nieuwe manier te doorbreken, vond ik nogal fascinerend.

Aangezien er geen inhoud over GO is, sluit ik af met gopher.