Paradigma Următoare a Comunicațiilor Condusă de Comunicațiile Semantice Bazate pe AI

Legea lui Shannon

Comunicațiile de astăzi s-au dezvoltat pe baza Legii lui Shannon (Shannon's Law). Aceasta este o teorie care stabilește limitele comunicației în rețea și au existat încercări de a crește capacitatea maximă a canalului în formula descrisă ulterior. De exemplu, există tehnologii precum MIMO (Multiple Input Multiple Output). Aceste tehnologii fac parte din eforturile de a obține o capacitate de canal mai mare, bazate pe teoria lui Shannon.

Legea lui Shannon este exprimată prin următoarea formulă care calculează capacitatea canalului: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Acestea reprezintă, respectiv, Capacitatea Canalului (Channel Capacity), Lățimea de Bandă (Bandwidth) și Raportul Semnal-Zgomot (Signal-to-Noise Ratio). Explicat în termeni simpli, Viteza Maximă de Comunicație (C) este produsul dintre cantitatea totală de resurse fizice de frecvență pe care sistemul le poate utiliza (B) și Eficiența (log₂(1 + S/N)) cu care se poate transporta un anumit număr de biți de informație pe 1 Hz din acea resursă, în funcție de calitatea semnalului (S/N).

Odată cu apariția acestei legi care calculează capacitatea canalului, industria comunicațiilor a început să depună eforturi pentru a crește capacitatea canalului. Astfel, timp de aproximativ 70 de ani, inovația în comunicații s-a realizat în mare parte prin îmbunătățirea capacității canalului.

Totuși, în epoca actuală, resursele de procesare au evoluat enorm. Comunicațiile au ajuns de la transmiterea de text la transmiterea de vectori spațiali. A început să apară o limită în ceea ce privește fragmentarea și transmiterea fiabilă a tuturor acestor date. De exemplu, datele generate de o mașină autonomă pot ajunge la tera-octeți pe zi, iar susținerea acestora prin rețeaua de comunicații actuală este aproape imposibilă. Simpla instalare de mai multe cabluri și amplasarea de mai multe antene ajunge la o limită economică/fizică.

Astfel, a început să fie cercetată o paradigmă care se abate de la cea existentă, de transmitere exactă a tuturor biților, și care urmărește doar transmiterea contextului prin introducerea inteligenței în comunicații. (Conceptul în sine există de zeci de ani). Iar aceasta este o schimbare determinată de dezvoltarea puternică recentă a modelelor de inteligență și de necesitatea comunicării unor volume și mai mari de date.

Aceasta este numită Comunicare Semantică (Semantic Communication), deoarece implică schimbul de sens (意味).

Comunicarea Semantică (Semantic communication)

Dacă anterior comunicarea semantică transmitea întregul set de date, acum își propune să transmită doar sensul esențial conținut în acestea, adică contextul.

Această problemă a fost deja ridicată în modelul de comunicare al lui Shannon și Weaver, care au împărțit maturitatea comunicării în trei niveluri.

1. Problema Tehnică: Cât de precis poate fi transmis un Simbol? (Acesta este domeniul central al teoriei mele.)
2. Problema Semantică: Cât de precis transmite Simbolul transmis 'sensul' dorit?
3. Problema Eficacității: Cât de eficient influențează sensul transmis acțiunile destinatarului?

Până acum, dezvoltarea comunicațiilor a rezolvat aproape în totalitate problema tehnică, iar acum se execută sarcina de a traduce problemele semantice și de eficacitate.

Diferența dintre nivelul de maturitate 1 și nivelurile 2 și 3 (Comunicarea Semantică) este ilustrată tipic prin exemplul casei în flăcări.

O casă arde.

În paradigma actuală de comunicație, această scenă este transformată în date bit cu bit și transmisă ca o fotografie.

În comunicarea semantică, în loc să se transmită toate datele, cum ar fi "iese fum negru pe fereastră și se văd flăcări", se transmite doar 'sensul' esențial: "Incendiu, necesită intervenție imediată". Aceasta omite informațiile inutile și urmărește ca destinatarul să întreprindă o acțiune specifică (intervenția).

Dacă este vorba de o comunicare end-to-end între entități care dețin aceeași bază de cunoștințe în categoria pompierilor, aceasta poate reduce drastic volumul de date transmise necesare pentru înțelegerea situației.

Logica de codare/decodare de bază a acestei comunicări semantice este o paradigmă de comunicație, dar funcționează deasupra stratului de aplicație (Application Layer). La partea de transmisie, un codificator semantic transformă datele date în date semantice, iar la partea de recepție, un decodificator semantic le prelucrează într-o formă utilizabilă de către sursa din spate. Ambele vor fi sub forma unui model de inferență care posedă aceeași bază de cunoștințe, permițând astfel o comunicare care schimbă semantica fără a fi nevoie de un transfer masiv de date.

În mod firesc, aceasta este garantată pe baza nivelului de perfecțiune al paradigmei de comunicație existente. În primul rând, simbolurile trebuie să poată fi transmise cu precizie din punct de vedere tehnic, iar acest nivel de maturitate a fost deja atins. Acum, principala sarcină a devenit cât de bine simbolul transmis transmite și interpretează semantica informației, iar cercetarea abia începe.

Cu toate acestea, un sistem de comunicații bazat pe acest context semantic, spre deosebire de sistemul de comunicații sintactic existent, are un risc foarte mare de a întâmpina probleme deoarece fiabilitatea (reliability) depinde de AI și de alte entități. Chiar dacă dețin aceeași Bază de Cunoștințe (Knowledge Based), pot apărea interpretări diferite din zona de "cutie neagră" a modelului.

Postfață

Se spune că în 6G (a șasea generație) de comunicații mobile, această comunicare semantică va fi aplicată, rezultând un sistem de internet inteligent. Există însă un semn de întrebare cu privire la motivul pentru care o paradigmă care operează deasupra stratului de aplicație devine un subiect de cercetare pentru operatorii de comunicații mobile. Intuiția mea este că operatorii de comunicații mobile au rolul de a garanta nivelul de maturitate 1, în care simbolurile și biții sunt transmiși cu precizie din punct de vedere tehnic, iar momentul în care comunicarea semantică funcționează este deja domeniul aplicațiilor.

Pe de altă parte, există și întrebarea dacă o astfel de nouă paradigmă va exista într-o tehnologie de comunicații care trebuie să aibă fiabilitatea ca valoare fundamentală. Și eu am această îndoială și, personal, am o poziție ușor negativă.

Cu toate acestea, motivul pentru care scriu acest articol este că următoarea paradigmă a comunicațiilor mobile se desfășoară într-o formă destul de interesantă. Introducerea internetului prin satelit pentru extinderea capacității canalului este practic un fapt stabilit odată cu apariția Project Kuiper, Starlink și altele, iar încercarea de a depăși limitele impuse de Legea lui Shannon printr-o formă nouă mi s-a părut destul de inedită.

Deoarece nu există conținut despre GO, închei cu gopher.