Następny paradygmat komunikacji prowadzony przez semantyczną komunikację opartą na AI

Prawo Shannona

Współczesna telekomunikacja 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. Przykładowo, istnieją technologie takie jak MIMO (Multiple Input Multiple Output). Technologie te stanowią część wysiłków zmierzających do uzyskania wyższej pojemności kanału, opierając się na teorii Shannona.

Prawo Shannona wyraża się za pomocą poniższego wzoru, obliczającego pojemność kanału: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$

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

Wraz z pojawieniem się tego prawa obliczania pojemności kanału, przemysł komunikacyjny zaczął koncentrować wysiłki na jej zwiększeniu. Przez około 70 lat innowacje w komunikacji w większości polegały na poprawie pojemności kanału.

Jednakże, w obecnej erze, zasoby przetwarzania rozwinęły się w ogromnym stopniu. Komunikacja przeszła od czasów wysyłania tekstu do etapu przesyłania wektorów przestrzennych. W tym kontekście zaczęły pojawiać się ograniczenia w wiarygodnym dzieleniu i przesyłaniu wszystkich tych danych. Na przykład, dane generowane przez samochód autonomiczny mogą osiągnąć kilka terabajtów dziennie, a sprostanie temu przy użyciu obecnej sieci komunikacyjnej jest bliskie niemożliwości. Osiągnięte zostają granice ekonomiczne/fizyczne, jeśli chodzi o samo układanie większej liczby kabli i instalowanie większej liczby anten.

W ten sposób rozpoczęto badania nad paradygmatem, który odchodzi od dotychczasowego, polegającego na dokładnym przesyłaniu wszystkich bitów, a zamiast tego dąży do przesyłania jedynie kontekstu poprzez wprowadzenie inteligencji do komunikacji. (*Sama koncepcja istnieje od dziesięcioleci). Jest to zmiana wynikająca z potężnego rozwoju modeli inteligentnych i rosnącej potrzeby komunikacji z wykorzystaniem większych zbiorów danych.

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

Komunikacja Semantyczna (Semantic communication)

Komunikacja semantyczna ma na celu przesyłanie jedynie kluczowego znaczenia, czyli kontekstu, zawartego w danych, zamiast przesyłania całych danych, jak to miało miejsce dotychczas.

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

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

Dotychczasowy rozwój komunikacji niemal całkowicie rozwiązał problem techniczny, a obecnie zajmuje się zadaniem przeniesienia problemów semantycznych i skuteczności.

Różnicę między etapem 1 dojrzałości a etapami 2 i 3 (komunikacja semantyczna) ilustruje zazwyczaj przykład płonącego domu.

Jakiś dom płonie.

W obecnym paradygmacie komunikacji scena ta jest piksel po pikselu zamieniana na dane i 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”, np. „Pożar, natychmiastowy wyjazd konieczny”. Ma to na celu pominięcie zbędnych informacji i skłonienie odbiorcy do podjęcia określonego działania (wyjazdu).

Jeśli komunikacja odbywa się między punktami końcowymi o tej samej bazie wiedzy w kategorii pożarnictwa, może to radykalnie zredukować ilość danych potrzebnych do zrozumienia sytuacji.

Kluczowa logika kodowania/dekodowania w tej komunikacji semantycznej, choć jest paradygmatem komunikacyjnym, działa na warstwie aplikacji (Application Layer). Po stronie nadawczej enkoder semantyczny przekształca dane wejściowe w dane semantyczne, a po stronie odbiorczej dekoder semantyczny przetwarza je do postaci, którą może wykorzystać źródło końcowe. Oba będą miały postać modelu wnioskowania opartego na tej samej bazie wiedzy, co umożliwi komunikację wymieniającą to znaczenie semantyczne bez konieczności przesyłania ogromnych ilości danych.

Oczywiście, jest to zagwarantowane na podstawie kompletności istniejącego paradygmatu komunikacyjnego. Najpierw symbole muszą być przesyłane technicznie dokładnie, a ten poziom dojrzałości został już osiągnięty. Obecnie głównym zadaniem jest to, jak dobrze przesłany symbol przekazuje i interpretuje semantykę informacji, a badania nad tym dopiero się rozpoczynają.

Jednakże system komunikacji oparty na takim kontekście semantycznym, w przeciwieństwie do istniejącego systemu komunikacji syntaktycznej, ma bardzo duże prawdopodobieństwo wystąpienia problemów, ponieważ wiarygodność (reliability) jest uzależniona od AI. Nawet przy tej samej Bazie Wiedzy (Knowledge Based) różne interpretacje mogą pojawić się z obszaru czarnej skrzynki modelu.

Uwagi końcowe

Mówi się, że w 6G (6. generacji) telekomunikacji mobilnej zastosowana zostanie komunikacja semantyczna, tworząc inteligentny system internetowy, ale pojawia się znak zapytania, dlaczego paradygmat działający na warstwie aplikacji staje się przedmiotem badań operatorów telekomunikacyjnych. Moja intuicja podpowiada mi, że rola operatorów polega na zapewnieniu poziomu dojrzałości 1, w którym 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, znajdzie się miejsce dla tego nowego paradygmatu. Ja również mam takie wątpliwości i osobiście jestem do tego nastawiony raczej sceptycznie.

Mimo to, piszę ten artykuł, ponieważ uważam, że następny paradygmat telekomunikacji mobilnej rozwija się w dość intrygujący sposób. Wprowadzenie Internetu satelitarnego w celu rozszerzenia pojemności kanału jest faktem dokonanym, co potwierdza pojawienie się Project Kuiper, Starlink i innych, a próba przełamania ograniczeń związanych z prawem Shannona w nowej formie była dość zaskakująca.

Ponieważ nie ma treści dotyczącej GO, kończę gopherem.