Det neste kommunikasjonsparadigmet drevet av AI-basert Semantisk Kommunikasjon

Shannons lov

Dagens kommunikasjon har utviklet seg basert på Shannon's Law. Dette er en teori som definerer grensene for nettverkskommunikasjon, og har vært gjenstand for 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 med følgende formel for beregning av kanalkapasitet:

Disse representerer henholdsvis Channel Capacity, Bandwidth og Signal-to-Noise Ratio. En forenklet verbal forklaring er at den maksimale kommunikasjonshastigheten (C) er resultatet av å multiplisere den totale mengden fysiske frekvensressurser (B) systemet kan bruke, med effektiviteten (log₂(1 + S/N)) som indikerer hvor mange biter informasjon som kan overføres per 1 Hz av ressursen, avhengig av signalkvaliteten (S/N).

Etter at loven for beregning av kanalkapasitet ble introdusert, begynte kommunikasjonsindustrien å fokusere på å øke denne kapasiteten. Gjennom de siste om lag 70 årene har det meste av innovasjonen innen kommunikasjon vært knyttet til forbedringer i kanalkapasitet.

Imidlertid har ressursene for prosessering utviklet seg enormt i vår tid. Kommunikasjon har gått fra å sende tekst til nå å sende spatial vektorer. Dette har ført til begrensninger i muligheten for pålitelig oppdeling og overføring av all denne dataen. For eksempel kan data generert av selvkjørende biler utgjøre flere terabyte per dag, og det er nesten umulig å håndtere dette med dagens kommunikasjonsnettverk. Det blir økonomisk og fysisk begrensende å løse dette ved å simpelthen legge flere kabler og sette opp flere antenner.

Dermed har det begynt å forskes på et paradigme som går bort fra den tradisjonelle tilnærmingen med nøyaktig overføring av hele bitstrømmen, og i stedet introduserer intelligens i kommunikasjonen for kun å overføre kontekst. (*Konseptet har eksistert i flere tiår). Dette er en endring drevet av den nylige kraftige utviklingen av intelligente modeller og behovet for kommunikasjon av stadig større datamengder.

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

Semantisk kommunikasjon (Semantic communication)

Mens tradisjonell kommunikasjon overfører hele datamengden, har semantisk kommunikasjon som mål å kun overføre kjerneinnholdet, det vil si konteksten, som ligger i dataen.

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

Teknisk problem: Hvor nøyaktig kan et symbol overføres? (Dette er kjerneområdet i min teori.)
Semantisk problem: Hvor nøyaktig formidler det overførte symbolet den ønskede 'meningen'?
Effektivitetsproblem: Hvor effektivt påvirker den overførte meningen mottakerens handlinger?

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

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

Et hus står i brann.

I det nåværende kommunikasjonsparadigmet blir denne scenen møysommelig konvertert til data, og deretter overført som et bilde.

I semantisk kommunikasjon, i stedet for å sende all data som "svart røyk kommer ut av vinduet og flammer er synlige", overføres kun kjerne-'meningen': "Brannutbrudd, øyeblikkelig utrykning nødvendig". Dette innebærer en drastisk utelatelse av unødvendig informasjon, med formål om å få mottakeren til å utføre en spesifikk handling (utrykning).

Dersom kommunikasjonen mellom endepunktene har samme kunnskapsbase innen kategorien brannvesen, kan dette redusere datamengden som kreves for å forstå situasjonen, betraktelig.

Kjernelogikken for Semantic Encoding/Decoding i semantisk kommunikasjon er et kommunikasjonsparadigme, men det opererer over Application Layer. På sendersiden konverterer en semantisk enkoder gitte data til semantiske data, og på mottakersiden bearbeider en semantisk dekoder dette til et format som kan brukes av bakkilden. Begge vil være i form av en inferensmodell eller lignende som deler samme kunnskapsbase, og dette muliggjør kommunikasjon der det semantiske innholdet utveksles uten behov for massiv dataoverføring.

Dette forutsettes naturligvis på fullførelsen av det eksisterende kommunikasjonsparadigmet. For det første må symboler kunne overføres nøyaktig teknisk sett, og dette modenhetsnivået er allerede oppnådd. Nå er hovedutfordringen hvor godt det overførte symbolet formidler og tolker informasjonssemantikken, og forskningen på dette er i startfasen.

Imidlertid er det svært sannsynlig at et kommunikasjonssystem basert på en slik semantisk kontekst vil støte på problemer, i motsetning til det eksisterende syntaktiske kommunikasjonssystemet, fordi det er avhengig av AI eller lignende for reliability. Selv om de har samme Knowledge Base, kan det oppstå forskjellige tolkninger fra modellens "black box"-område.

Etterord

Det sies at 6G (sjette generasjons) mobilkommunikasjon vil anvende denne semantiske kommunikasjonen og bli et intelligent internettsystem, men det er spørsmålstegn ved hvorfor et paradigme som opererer over applikasjonslaget blir et forskningstema for mobiloperatørene. Min intuisjon tilsier at mobiloperatørene har rollen som garanterer modenhetsnivå 1, hvor symboler og biter overføres nøyaktig teknisk sett, og at tidspunktet for semantisk kommunikasjon er i applikasjonsprogrammets domene.

På den annen side er det også tvil om dette kan bli et nytt paradigme innen kommunikasjonsteknologi, som må ha pålitelighet som en grunnleggende verdi. Jeg har selv slike tvil og er personlig litt negativ.

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