Neste kommunikasjonsparadigme ledet av AI-basert Semantic Communication

Shannon's lov

Dagens kommunikasjon har utviklet seg basert på Shannon's Law. Dette er en teori som definerer grensene for nettverkskommunikasjon, og det har vært forsøk på å øke den maksimale Channel Capacity i formlene som beskrives nedenfor. Eksempler på slike teknologier er MIMO (Multiple Input Multiple Output). Disse teknologiene er en del av innsatsen for å oppnå høyere Channel Capacity basert på Shannons teori.

Shannon's lov uttrykkes som følgende formel for å beregne Channel Capacity: $C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$ author: yoonhyunwoo

Disse betyr henholdsvis Channel Capacity, Bandwidth og Signal-to-Noise Ratio. For å forklare det i enklere ordelag, er den maksimale kommunikasjonshastigheten (C) lik summen av de fysiske frekvensressursene systemet kan bruke (B) multiplisert med effektiviteten (log₂(1 + S/N)) som indikerer hvor mange bit informasjon som kan overføres per 1 Hz av den ressursen, avhengig av signalkvaliteten (S/N).

Etter at denne loven for beregning av Channel Capacity dukket opp, begynte kommunikasjonsindustrien å fokusere på å øke Channel Capacity. I løpet av de siste omtrent 70 årene har de fleste innovasjonene innen kommunikasjon skjedd gjennom forbedring av Channel Capacity.

Imidlertid, i dagens tid, har ressursene for prosessering utviklet seg enormt. Kommunikasjon har gått fra å sende tekst til å nå sende romlige vektorer. Det har begynt å oppstå begrensninger når det gjelder å pålitelig dele opp og overføre alle disse dataene. For eksempel kan dataene som genereres av selvkjørende biler utgjøre flere terabyte per dag, og det er nesten umulig å håndtere dette med dagens kommunikasjonsnettverk. Å løse dette ved å bare installere flere kabler og sette opp flere antenner vil nå økonomiske/fysiske begrensninger.

Dermed har man begynt å utforske et paradigme som går bort fra det eksisterende paradigmet med nøyaktig overføring av hele biten, og i stedet søker å overføre kun konteksten ved å introdusere intelligens i kommunikasjonen. (Selve konseptet har eksistert i flere tiår). Dette er en endring som følge av den nylige kraftige utviklingen av intelligente modeller og behovet for kommunikasjon av større datamengder.

Dette kalles Semantic Communication, da det er kommunikasjon som utveksler mening (意味).

Semantisk kommunikasjon (Semantic communication)

Semantisk kommunikasjon har som mål å overføre kun kjerneinnholdet, det vil si konteksten, som ligger i dataene, i stedet for å overføre hele dataen, som i tradisjonell kommunikasjon.

Dette problemet ble allerede reist i Shannons og Weavers kommunikasjonsmodell, hvor de delte modenheten av kommunikasjon inn i tre nivåer.

Teknisk problem: Hvor nøyaktig kan symbolene (Symbol) overføres? (Dette er kjerneområdet for min teori.)
Semantisk problem: Hvor nøyaktig formidler de overførte symbolene den ønskede 'meningen'?
Effektivitetsproblem: Hvor effektivt påvirker den overførte meningen mottakerens handlinger?

Utviklingen innen kommunikasjon har hittil nesten løst det tekniske problemet, og nå utføres oppgaven med å oversette det semantiske og effektivitetsproblemet.

Forskjellen mellom modenhetsnivå 1 og nivå 2 og 3 (semantisk kommunikasjon) illustreres typisk med eksempelet om et brennende hus.

Et hus brenner.

I det nåværende kommunikasjonsparadigmet blir denne scenen konvertert til data bit for bit og overført som et bilde.

I semantisk kommunikasjon er metoden å formidle kun kjerne-'meningen', for eksempel "Brann, umiddelbar utrykning nødvendig", i stedet for å sende alle dataene, som "svart røyk kommer ut av vinduet og flammer er synlige". Hensikten er å utelate unødvendig informasjon og få mottakeren til å utføre en spesifikk handling (utrykning).

Hvis endepunktene i kommunikasjonen har samme kunnskapsbase innenfor kategorien brannslukking, kan dette redusere mengden overføringsdata som er nødvendig for å forstå situasjonen, betraktelig.

Kjernelogikken for koding/dekoding i semantisk kommunikasjon er et kommunikasjonsparadigme, men det opererer på applikasjonslaget. På sendersiden konverterer den semantiske koderen de gitte dataene til semantiske data, og på mottakersiden behandler den semantiske dekoderen dette til et format som kan brukes av kilden i bakkant. Begge vil være i form av en inferensmodell eller lignende som deler samme kunnskapsbase, og dette muliggjør kommunikasjon som utveksler semantikken uten behov for massiv dataoverføring.

Dette er naturligvis sikret av fullstendigheten i det eksisterende kommunikasjonsparadigmet. Først må symbolene kunne overføres nøyaktig teknisk sett, og dette modenhetsnivået er allerede oppnådd. Nå er hovedutfordringen hvor godt de overførte symbolene formidler og tolker informasjonssemantikken, og forskningen på dette er bare i startfasen.

Imidlertid, i motsetning til det eksisterende syntaktiske kommunikasjonssystemet, er det en stor sjanse for at problemer oppstår i kommunikasjonssystemer basert på semantisk kontekst, fordi de er avhengige av AI og lignende for pålitelighet (reliability). Selv om de deler samme Knowledge Based, kan forskjellige tolkninger dukke opp fra modellens "black box"-område.

Etterord

Det sies at i 6G (sjette generasjons) mobilkommunikasjon vil denne semantiske kommunikasjonen bli brukt, og det vil bli et intelligent internettsystem, men det er et spørsmålstegn ved hvorfor et paradigme som opererer på applikasjonslaget blir et forskningstema for mobiloperatørene. Min intuisjon er at mobiloperatørene har rollen med å garantere modenhetsnivå 1, der symboler og bits overføres nøyaktig teknisk sett, og tidspunktet da semantisk kommunikasjon opererer, er allerede applikasjonsprogramvarens domene.

På den annen side er det også tvil om hvorvidt dette vil være et nytt paradigme innen kommunikasjonsteknologi, som må baseres på pålitelighet som en grunnleggende verdi. Jeg har også disse tvilene og er personlig litt negativ.

Til tross for dette, er grunnen til at jeg skriver denne artikkelen at jeg synes det neste paradigmet innen mobilkommunikasjon utfolder seg på en ganske fascinerende måte. Introduksjonen av satellittinternett for å utvide Channel Capacity er i praksis et faktum med fremveksten av Project Kuiper, Starlink og lignende, og forsøket på å overvinne begrensningene som var bundet av Shannon's lov på en ny måte, var ganske bemerkelsesverdig.