Det neste kommunikasjonsparadigmet drevet av AI-basert Semantic Communication

Shannons 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 maksimalkapasiteten for kanalkapasitet i formelen som vil bli omtalt senere. Dette inkluderer teknologier som MIMO (Multiple Input Multiple Output). Slike teknologier er en del av innsatsen for å oppnå høyere kanalkapasitet, basert på Shannons teori.

Shannons lov uttrykkes ved følgende formel for beregning av kanalkapasitet: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$

Disse betegner henholdsvis Kanalkapasitet (Channel Capacity), Båndbredde (Bandwidth) og Signal-til-støy-forhold (Signal-to-Noise Ratio). En forenklet forklaring er at den maksimale kommunikasjonshastigheten (C) er produktet av den totale mengden fysiske frekvensressurser systemet kan benytte (B), multiplisert med effektiviteten ( $\log_{2}(1 + S/N)$ ), som angir hvor mange biter informasjon som kan overføres per 1 Hz av denne ressursen, avhengig av signalkvaliteten (S/N).

Etter at denne loven for beregning av kanalkapasitet ble introdusert, begynte kommunikasjonsindustrien å fokusere på å øke kanalkapasiteten. Dermed har det meste av innovasjonen innen kommunikasjon de siste rundt 70 årene vært knyttet til forbedring av kanalkapasitet.

Imidlertid har prosessressursene i dag utviklet seg enormt. Kommunikasjon har gått fra å sende tekst til nå å sende romlige vektorer. Det har begynt å oppstå begrensninger i å dele opp og overføre alle disse dataene på en pålitelig måte. For eksempel kan data generert av en selvkjørende bil utgjøre flere terabyte per dag, og det er nesten umulig å håndtere dette med dagens kommunikasjonsnettverk. Det når økonomiske/fysiske grenser ved å forsøke å løse problemet utelukkende ved å legge flere kabler og sette opp flere antenner.

Dermed har det begynt å bli forsket på et paradigme som går bort fra det eksisterende paradigmet med å nøyaktig overføre hele bitstrømmen, 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 skyldes den nylige kraftige utviklingen av intelligente modeller og behovet for kommunikasjon av større datamengder.

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

Semantisk kommunikasjon (Semantic communication)

Semantisk kommunikasjon tar sikte på å overføre kun kjernemeningen, det vil si konteksten, som ligger i dataene, i stedet for å overføre hele dataen, slik det var tidligere.

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

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

Utviklingen av kommunikasjon har hittil nesten løst det tekniske problemet, og nå utføres oppgaven med å adressere 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 dagens kommunikasjonsparadigme blir denne scenen møysommelig konvertert til data, og deretter overført som et bilde.

I semantisk kommunikasjon, i stedet for å sende alle dataene, som "svart røyk kommer ut av vinduet og flammer er synlige", overføres kun kjernen 'meningen' som "Brannutbrudd, umiddelbar utrykning nødvendig". Dette har som formål å utelate unødvendig informasjon og få mottakeren til å utføre en spesifikk handling (utrykning).

Dersom kommunikasjonen er mellom endepunkter som deler samme kunnskapsbase innen kategorien brannslukking, kan dette redusere overføringsdatamengden som er nødvendig for å forstå situasjonen drastisk.

Kjerne-enkoding/dekoding-logikken i slik semantisk kommunikasjon fungerer på applikasjonslaget, selv om det er et kommunikasjonsparadigme. På sendesiden konverterer den semantiske enkoderen de gitte dataene til semantiske data, og på mottakersiden bearbeider 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 gjennom dette muliggjøres kommunikasjon som utveksler semantikken uten behov for massiv dataoverføring.

Dette er naturligvis garantert på toppen av fullførelsen av det eksisterende kommunikasjonsparadigmet. Først må symboler kunne overføres nøyaktig teknisk sett, og dette modenhetsnivået er allerede oppnådd. Nå har hovedutfordringen blitt hvor godt de overførte symbolene formidler og tolker informasjonssemantikken, og forskningen på dette er bare i startgropen.

Imidlertid er det svært sannsynlig at problemer vil oppstå med et kommunikasjonssystem basert på en slik semantisk kontekst, i motsetning til det eksisterende syntaktiske kommunikasjonssystemet, fordi det er avhengig av AI eller 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 slik semantisk kommunikasjon bli anvendt, noe som vil resultere i et intelligent internettsystem, men det er et spørsmålstegn ved hvorfor et paradigme som opererer på applikasjonslaget blir et forskningstema for mobiloperatørene. Min intuisjon tilsier at mobiloperatørenes rolle er å garantere modenhetsnivå 1, der symboler og biter overføres nøyaktig teknisk sett, og tidspunktet for semantisk kommunikasjon er allerede innenfor applikasjonsprogramvarens domene.

På den annen side eksisterer det også tvil om hvorvidt dette vil utgjøre et nytt paradigme innen kommunikasjonsteknologi, som må baseres på pålitelighet som en grunnleggende verdi. Jeg deler også denne tvilen og er personlig litt negativ.

Til tross for dette skriver jeg denne teksten fordi jeg synes det neste paradigmet innen mobilkommunikasjon utfolder seg på en ganske fascinerende måte. Introduksjonen av satellittinternett for å utvide kanalkapasiteten er i praksis en etablert kjensgjerning med fremveksten av Project Kuiper, Starlink, osv., og forsøket på å bryte gjennom begrensningene som var bundet av Shannons lov på en ny måte var ganske bemerkelsesverdig.

Siden det ikke er noe innhold om GO, avslutter jeg med en gopher.