Det neste kommunikasjonsparadigmet ledet av AI-basert Semantic Communication

Shannons lov

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

Shannons lov uttrykkes ved følgende formel for beregning av kanalkapasitet:

$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$ author: yoonhyunwoo

Disse betyr henholdsvis Kanalkapasitet (Channel Capacity), Båndbredde (Bandwidth) og Signal-til-støy-forhold (Signal-to-Noise Ratio). For å forklare det enkelt: Maksimal kommunikasjonshastighet (C) er produktet av den totale mengden fysiske frekvensressurser systemet kan bruke (B) og **effektiviteten ( $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

Etter at loven for beregning av kanalkapasitet dukket opp, begynte kommunikasjonsindustrien å fokusere på å øke kanalkapasiteten. Gjennom de siste om lag 70 årene har innovasjonen innen kommunikasjon i stor grad vært knyttet til forbedring av kanalkapasiteten.

Imidlertid, i dagens tid, har prosesseringsressursene 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 dataene som genereres av en selvkjørende bil utgjøre flere terabyte per dag, og det er nesten umulig for dagens kommunikasjonsnettverk å håndtere dette. Å løse dette ved å bare legge flere kabler og sette opp flere antenner vil støte på økonomiske/fysiske begrensninger.

Dermed har det begynt å bli forsket på et paradigme som går bort fra den eksisterende tilnærmingen med å nøyaktig overføre alle bitene, og i stedet søker å overføre kun konteksten ved å innføre intelligens i kommunikasjonen. (Selve konseptet har eksistert i flere tiår). Dette er en endring som følge av den nylige kraftige utviklingen av intelligensmodeller og behovet for kommunikasjon av større datamengder.

Dette kalles Semantisk Kommunikasjon (Semantic Communication) fordi det handler om å utveksle mening.

Semantisk kommunikasjon (Semantic communication)

Semantisk kommunikasjon har som mål å overføre kun kjernemeningen, det vil si konteksten, som ligger i dataene, i motsetning til den tradisjonelle metoden med å overføre hele datamengden.

Dette problemet ble allerede reist i Shannons og Weavers kommunikasjonsmodell, og de delte kommunikasjonens modenhet inn i tre nivåer:

Teknisk problem: Hvor nøyaktig kan et symbol (Symbol) overføres? (Dette er kjerneområdet i min teori.)
Semantisk problem: Hvor nøyaktig formidler det overførte symbolet den ønskede 'meningen'?
Effektivitetsproblem: Hvor effektivt påvirker den formidlede 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 ofte med eksempelet om et brennende hus.

Et hus brenner.

I det nåværende kommunikasjonsparadigmet blir denne scenen digitalisert bit for bit, og deretter overført som et bilde.

I semantisk kommunikasjon sendes ikke alle dataene, for eksempel "svart røyk kommer ut av vinduet og flammer er synlige", men kun kjernemeningen "Brannutbrudd, umiddelbar utrykning nødvendig" formidles. Målet er å utelate unødvendig informasjon og få mottakeren til å utføre en spesifikk handling (utrykning).

Dersom kommunikasjonen mellom ende-til-ende-punkter har samme kunnskapsbase innen kategorien brannvesen, kan dette revolusjonere mengden overføringsdata som trengs for å forstå situasjonen.

Kjerne-enkoding/dekoding-logikken i slik semantisk kommunikasjon er et kommunikasjonsparadigme, men det opererer på applikasjonslaget. På sendersiden konverterer den semantiske enkoderen de gitte dataene til semantiske data, og på mottakersiden bearbeider den semantiske dekoderen dette til et format som kilden bak kan bruke. Begge vil ha form av en inferensmodell med samme kunnskapsbase, og gjennom dette blir kommunikasjon som utveksler semantikk mulig uten massiv dataoverføring.

Dette er naturligvis garantert basert på fullføringen av det eksisterende kommunikasjonsparadigmet. Først må symboler kunne overføres nøyaktig teknisk sett, og dette modenhetsnivået er allerede oppnådd. Nå er hovedutfordringen hvor godt det overførte symbolet formidler og tolker informasjonens semantikk, og forskningen er i startfasen.

Imidlertid er det svært sannsynlig at et kommunikasjonssystem basert på slik semantisk kontekst vil støte på problemer, da det, i motsetning til det eksisterende syntaktiske kommunikasjonssystemet, er avhengig av AI eller lignende for pålitelighet (reliability). Selv om de har samme Knowledge Based, kan forskjellige tolkninger dukke opp fra modellens Black Box-område.

Etterord

Det sies at i 6G (sjette generasjon) mobilkommunikasjon vil slik semantisk kommunikasjon bli implementert, noe som vil resultere i et intelligent internettsystem. Det er imidlertid et spørsmålstegn ved hvorfor et paradigme som opererer på applikasjonslaget blir et forskningstema for mobiloperatører. Min intuisjon tilsier at mobiloperatørene har som rolle å sikre modenhetsnivå 1, der symboler og biter overføres nøyaktig teknisk sett, og at tidspunktet for semantisk kommunikasjon allerede er innenfor applikasjonsprogramvarens domene.

På den annen side eksisterer det også tvil om hvorvidt dette nye paradigmet vil ha en plass i kommunikasjonsteknologi, hvor pålitelighet er en grunnleggende verdi. Jeg deler også denne tvilen og inntar personlig et noe negativt standpunkt.

Til tross for dette skriver jeg denne artikkelen fordi jeg mener at det neste paradigmet innen mobilkommunikasjon utfolder seg på en ganske fascinerende måte. Introduksjonen av satellittinternett for å utvide kanalkapasiteten er i praksis et faktum med fremveksten av Project Kuiper, Starlink og lignende, og forsøket på å overvinne begrensningene som Shannons lov påla, på en ny måte, var ganske bemerkelsesverdig.