Het volgende communicatieparadigma, geleid door AI-gebaseerde Semantische Communicatie

De Wet van Shannon

De hedendaagse communicatie is 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. Denk hierbij aan technologieën zoals MIMO (Multiple Input Multiple Output). Deze 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 die de kanaalcapaciteit berekent:

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) het totale fysieke frequentiebronnen (B) is die het systeem kan gebruiken, vermenigvuldigd met de efficiëntie (log₂(1 + S/N)) die aangeeft hoeveel bits aan informatie per 1 Hz van die bron kunnen worden overgedragen, afhankelijk van de signaalkwaliteit (S/N).

Toen deze wet voor het berekenen van de kanaalcapaciteit verscheen, 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 het huidige tijdperk zijn de verwerkingsresources enorm geëvolueerd. Communicatie is geëvolueerd van het versturen van tekst naar het versturen van ruimtelijke vectoren. Er beginnen grenzen te ontstaan aan het betrouwbaar opsplitsen en verzenden van al deze data. De data die een zelfrijdende auto bijvoorbeeld genereert, kan oplopen tot enkele terabytes per dag, en het is bijna onmogelijk voor de huidige communicatienetwerken om dit te verwerken. Het bereiken van een oplossing door simpelweg meer kabels aan te leggen en meer antennes te plaatsen, stuit op economische/fysieke beperkingen.

Zo is men begonnen met het onderzoeken van een paradigma dat zich losmaakt van het bestaande paradigma van het nauwkeurig verzenden van alle bits, en in plaats daarvan de intelligentie in de communicatie introduceert om alleen de overdracht van de context te beogen. (*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 Semantische Communicatie (Semantic Communication) genoemd, aangezien het communicatie is waarbij betekenissen worden uitgewisseld.

Semantische communicatie (Semantic communication)

Semantische communicatie streeft ernaar om niet de volledige data te verzenden, zoals voorheen, maar alleen 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 draagt het verzonden symbool de gewenste 'betekenis' over?
3. Effectiviteitsprobleem: Hoe effectief beïnvloedt de overgedragen betekenis het gedrag van de ontvanger?

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

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

Een huis staat in brand.

In het huidige communicatieparadigma wordt deze scène bit voor bit gedigitaliseerd 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 zichtbaar", alleen de kern'betekenis' overgedragen, zoals "Brand, onmiddellijke uitruk noodzakelijk". Dit is bedoeld om onnodige informatie resoluut weg te laten en de ontvanger ertoe te brengen een specifieke actie (uitrukken) te ondernemen.

Als het gaat om communicatie tussen eindpunten met dezelfde kennisbasis in de categorie brandbestrijding, kan dit de hoeveelheid overgedragen data die nodig is om de situatie te begrijpen, revolutionair verminderen.

De kern Encoder/Decoder logica 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 dit in een vorm die door de achterliggende bron kan worden gebruikt. Beide zullen de vorm aannemen van een inferentiemodel met dezelfde kennisbasis, waardoor communicatie mogelijk wordt die semantiek uitwisselt zonder de noodzaak van enorme dataoverdracht.

Vanzelfsprekend wordt dit gegarandeerd door de voltooiing van het bestaande communicatieparadigma. Eerst moeten symbolen technisch nauwkeurig verzonden kunnen worden, en dit volwassenheidsniveau is al bereikt. Nu is de belangrijkste uitdaging hoe goed het verzonden symbool de semantiek van de informatie overdraagt en interpreteert, en het onderzoek hiernaar is net begonnen.

Echter, een communicatiesysteem dat gebaseerd is op deze semantische context, in tegenstelling tot het bestaande syntactische communicatiesysteem, heeft een zeer grote kans op problemen omdat het voor de betrouwbaarheid (reliability) afhankelijk is van AI, enzovoort. Zelfs als er sprake is van een identieke Knowledge Based, kunnen er verschillende interpretaties voortkomen uit het black-box gebied van het model.

Nabetrachting

Er wordt gezegd dat 6G (zesde generatie) mobiele communicatie dit soort semantische communicatie zal toepassen en een intelligent internetsysteem zal worden. Er zijn echter vraagtekens bij waarom een paradigma dat op de applicatielaag werkt, een onderzoekstaak wordt voor mobiele communicatiebedrijven. Mijn intuïtie is dat mobiele communicatiebedrijven de rol hebben om het volwassenheidsniveau 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.

Tegelijkertijd rijst de vraag of dit een nieuw paradigma kan zijn in een communicatietechnologie die betrouwbaarheid als basiswaarde moet hanteren. Ik heb ook dergelijke twijfels en sta persoonlijk enigszins negatief tegenover.

De reden waarom ik dit artikel schrijf, is dat ik vind dat het volgende paradigma van mobiele communicatie zich in een tamelijk interessant formaat ontvouwt. De introductie van satellietinternet voor de uitbreiding van de kanaalcapaciteit is feitelijk een voldongen feit met de komst van Project Kuiper, Starlink, enzovoort, en de poging om de beperkingen van de Wet van Shannon op een nieuwe manier te doorbreken, vond ik nogal fascinerend.