Następny Paradygmat Komunikacji Kierowany przez Komunikację Semantyczną Opartą na AI

Prawo Shannona

Współczesna komunikacja rozwinęła się w oparciu o Prawo Shannona (Shannon's Law). Jest to teoria określająca granice komunikacji sieciowej, a próby te polegały na zwiększeniu maksymalnej pojemności kanału w formule opisanej poniżej. Przykładem są technologie takie jak MIMO (Multiple Input Multiple Output). Technologie te są częścią wysiłków zmierzających do uzyskania wyższej pojemności kanału w oparciu o teorię Shannona.

Prawo Shannona wyraża się poniższą formułą służącą do obliczania pojemności kanału: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Oznaczają one odpowiednio Pojemność Kanału (Channel Capacity), Szerokość Pasma (Bandwidth) oraz Współczynnik Sygnału do Szumu (Signal-to-Noise Ratio). Wyrażając to w prostych słowach, Maksymalna Prędkość Komunikacji (C) jest iloczynem całkowitej ilości fizycznych zasobów częstotliwości (B), które system może wykorzystać, oraz Efektywności (log₂(1 + S/N)), która określa, ile bitów informacji na 1 Hz zasobu można przenosić, w zależności od jakości sygnału (S/N).

Wraz z pojawieniem się prawa obliczającego pojemność kanału, branża komunikacyjna zaczęła koncentrować się na jej zwiększaniu. W ten sposób przez około 70 lat innowacje w komunikacji w większości polegały na poprawie pojemności kanału.

Jednakże, w obecnej erze, zasoby przetwarzania (procesowania) uległy ogromnemu rozwojowi. Komunikacja przeszła od wysyłania tekstu do wysyłania wektorów przestrzennych. Zaczęły pojawiać się ograniczenia w wiarygodnym dzieleniu i przesyłaniu wszystkich tych danych. Na przykład, dane generowane przez autonomiczny samochód mogą sięgać terabajtów dziennie, a obsługa tego za pomocą obecnej sieci komunikacyjnej jest bliska niemożliwości. Osiągnięcie limitów ekonomicznych/fizycznych staje się nieuniknione, jeśli próbuje się to rozwiązać poprzez proste położenie większej liczby kabli i zainstalowanie większej liczby anten.

W ten sposób rozpoczęto badania nad paradygmatem, który odchodzi od istniejącego paradygmatu dokładnego przesyłania wszystkich bitów i dąży do przesyłania jedynie kontekstu poprzez wprowadzenie inteligencji do komunikacji. (*Sama koncepcja istniała od kilkudziesięciu lat). Jest to zmiana wynikająca z potężnego rozwoju modeli inteligentnych w ostatnim czasie oraz z rosnącej potrzeby komunikacji coraz większych zbiorów danych.

Nazywa się to Komunikacją Semantyczną (Semantic Communication), ponieważ polega na wymianie znaczeń (意味).

Komunikacja Semantyczna (Semantic communication)

Komunikacja semantyczna, w przeciwieństwie do tradycyjnego przesyłania całych danych, ma na celu przesyłanie jedynie kluczowego znaczenia, czyli kontekstu, zawartego w tych danych.

Problem ten został już podniesiony w modelu komunikacji Shannona i Weavera, którzy podzielili dojrzałość komunikacji na trzy poziomy.

1. Problem techniczny: Jak dokładnie można przesłać symbol (Symbol)? (Jest to kluczowy obszar mojej teorii.)
2. Problem semantyczny: Jak dokładnie przesłany symbol przekazuje pożądane „znaczenie”?
3. Problem efektywności: Jak skutecznie przekazane znaczenie wpływa na działanie odbiorcy?

Dotychczasowy rozwój komunikacji niemal całkowicie rozwiązał problem techniczny, a teraz realizuje zadanie tłumaczenia problemów semantycznych i efektywności.

Różnica między pierwszym poziomem dojrzałości a poziomami 2 i 3 (Komunikacja Semantyczna) jest najczęściej ilustrowana przykładem płonącego domu.

Jakiś dom płonie.

W obecnym paradygmacie komunikacji scena ta jest dokładnie przekształcana w dane, a następnie przesyłana jako zdjęcie.

W komunikacji semantycznej, zamiast przesyłać wszystkie dane, takie jak „z okna wydobywa się czarny dym i widać płomienie”, przekazuje się tylko kluczowe „znaczenie”, takie jak „wybuchł pożar, natychmiast potrzebny jest wyjazd”. Ma to na celu pominięcie niepotrzebnych informacji i skłonienie odbiorcy do podjęcia określonego działania (wyjazdu).

Jeśli komunikacja odbywa się między końcami posiadającymi tę samą bazę wiedzy w kategorii pożarnictwa, może to radykalnie zmniejszyć ilość danych przesyłanych niezbędnych do zrozumienia sytuacji.

Kluczowa logika kodowania/dekodowania w tej komunikacji semantycznej jest paradygmatem komunikacji, ale działa na warstwie aplikacyjnej. Po stronie nadawczej, dane są przekształcane w dane semantyczne za pomocą koderu semantycznego, a po stronie odbiorczej, dekoder semantyczny przetwarza je w formę, którą może wykorzystać źródło końcowe. Oba będą miały postać modelu wnioskowania posiadającego tę samą bazę wiedzy, co umożliwi komunikację polegającą na wymianie semantyki bez konieczności przesyłania ogromnych ilości danych.

Oczywiście, jest to gwarantowane na podstawie kompletności istniejącego paradygmatu komunikacji. Po pierwsze, symbole muszą być przesyłane technicznie dokładnie, a ten poziom dojrzałości został już osiągnięty. Obecnie głównym wyzwaniem stało się to, jak dobrze przesłane symbole przekazują i interpretują semantykę informacji, a badania nad tym dopiero się rozpoczynają.

Jednakże, w przeciwieństwie do istniejącego syntaktycznego systemu komunikacji, ten oparty na kontekście semantycznym ma bardzo duże prawdopodobieństwo wystąpienia problemów, ponieważ wiarygodność (reliability) zależy od AI itp. Nawet jeśli istnieje ta sama Baza Wiedzy (Knowledge Based), z obszaru czarnej skrzynki modelu mogą wypłynąć różne interpretacje.

Posłowie

W komunikacji mobilnej 6G (szóstej generacji) przewiduje się zastosowanie tej komunikacji semantycznej, co ma prowadzić do inteligentnego systemu internetowego. Istnieje jednak znak zapytania, dlaczego paradygmat działający na warstwie aplikacyjnej staje się przedmiotem badań operatorów sieci komórkowych. Moja intuicja podpowiada, że operatorzy odpowiadają za zapewnienie poziomu dojrzałości 1, gdzie symbole i bity są przesyłane technicznie dokładnie, a moment, w którym komunikacja semantyczna zaczyna działać, jest już domeną aplikacji.

Z drugiej strony, istnieje również wątpliwość, czy w technologii komunikacyjnej, która musi opierać się na wiarygodności jako podstawowej wartości, pojawi się ten nowy paradygmat. Ja również mam takie wątpliwości i osobiście jestem nieco sceptyczny.

Mimo to piszę ten artykuł, ponieważ uważam, że następny paradygmat komunikacji mobilnej rozwija się w dość intrygujący sposób. Wprowadzenie internetu satelitarnego w celu rozszerzenia pojemności kanału jest faktem dokonanym dzięki pojawieniu się Project Kuiper, Starlink itp., a próba przełamania ograniczeń związanych z prawem Shannona w nowej formie była dość zaskakująca.

Ponieważ nie ma treści dotyczącej GO, kończę gopherem.