Следующая коммуникационная парадигма, возглавляемая семантической связью на основе AI
Закон Шеннона
Современные коммуникации развивались на основе Закона Шеннона (Shannon's Law). Это теория, определяющая пределы сетевой связи, и попытки повысить максимальную пропускную способность канала в формуле, которая будет описана ниже. Например, существуют такие технологии, как MIMO (Multiple Input Multiple Output). Эти технологии являются частью усилий, направленных на достижение более высокой пропускной способности канала на основе теории Шеннона.
Закон Шеннона выражается следующей формулой для расчета пропускной способности канала: author: yoonhyunwoo
Они означают соответственно Пропускную способность канала (Channel Capacity), Полосу пропускания (Bandwidth) и Отношение сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio). Проще говоря, максимальная скорость связи (C) получается путем умножения общего количества физических частотных ресурсов, которые может использовать система (B), на эффективность (log₂(1 + S/N)), которая показывает, сколько битов информации может быть передано на 1 Гц этого ресурса в зависимости от качества сигнала (S/N).
После появления этого закона для расчета пропускной способности канала, отрасль связи начала прилагать усилия для ее увеличения. Таким образом, на протяжении примерно 70 лет большинство инноваций в области связи происходило за счет улучшения пропускной способности канала.
Однако в современную эпоху ресурсы процессинга значительно развились. Связь перешла от эпохи передачи текста к передаче пространственных векторов. Возникли ограничения на надежное разделение и передачу всех этих данных. Например, данные, генерируемые беспилотным автомобилем, могут достигать нескольких терабайт в день, и справиться с этим с помощью существующих сетей связи практически невозможно. Попытки решить эту проблему путем простой прокладки большего количества кабелей и установки большего количества антенн сталкиваются с экономическими и физическими ограничениями.
Таким образом, начались исследования парадигмы, которая отходит от существующей парадигмы точной передачи всех битов и вместо этого стремится передавать только контекст путем внедрения интеллекта в связь. (*Сама концепция существовала десятилетиями). И это изменение обусловлено недавним мощным развитием интеллектуальных моделей и необходимостью передачи более крупных объемов данных.
Это называется Семантической Связью (Semantic Communication), поскольку она включает обмен смыслом (意味).
Семантическая связь (Semantic communication)
В то время как традиционная связь передавала все данные, семантическая связь нацелена на передачу только ключевого смысла, содержащегося в них, то есть контекста.
Эта проблема уже была поднята в модели связи Шеннона и Уивера, которые разделили зрелость связи на три уровня:
- Техническая проблема: Насколько точно могут быть переданы символы (Symbol)? (Это основная область моей теории.)
- Семантическая проблема: Насколько точно переданные символы передают желаемый «смысл»?
- Проблема эффективности: Насколько эффективно переданный смысл влияет на действия получателя?
Развитие связи к настоящему времени почти решило техническую проблему, и теперь выполняется задача перевода семантической проблемы и проблемы эффективности.
Для иллюстрации разницы между 1-й стадией зрелости и 2-й и 3-й стадиями (семантическая связь) часто используется пример горящего дома.
Какой-то дом горит.
В текущей парадигме связи эта сцена преобразуется в данные пошагово и передается в виде изображения.
В семантической связи вместо отправки всех данных, например, "Из окна идет черный дым и видны языки пламени", передается только ключевой «смысл»: "Произошел пожар, требуется немедленный выезд". Цель состоит в том, чтобы решительно опустить ненужную информацию и побудить получателя к определенному действию (выезду).
Если связь между конечными точками обладает одинаковой базой знаний в категории пожаротушения, это может радикально сократить объем передаваемых данных, необходимых для оценки ситуации.
Основная логика кодирования/декодирования этой семантической связи является парадигмой связи, но работает на уровне приложения. На стороне отправителя семантический кодировщик преобразует заданные данные в семантические данные, а на стороне получателя семантический декодер обрабатывает их в форму, которую может использовать нижестоящий источник. Оба будут иметь форму модели вывода с одинаковой базой знаний, что позволит осуществлять связь, обмениваясь семантикой без передачи огромных объемов данных.
Естественно, это гарантируется завершенностью существующей парадигмы связи. Прежде всего, символы должны быть переданы технически точно, и этот уровень зрелости уже достигнут. Теперь основная задача заключается в том, насколько хорошо переданные символы передают и интерпретируют семантику информации, и исследования только начинаются.
Однако в отличие от существующих синтаксических систем связи, система связи, основанная на таком семантическом контексте, в значительной степени полагается на AI и т. п. в вопросе надежности (reliability), что делает весьма вероятным возникновение проблем. Даже при наличии одинаковой Базы Знаний, в области «черного ящика» модели могут возникнуть различные интерпретации.
Заключение
Говорят, что в мобильной связи 6G (6-го поколения) будет применена такая семантическая связь, которая станет интеллектуальной интернет-системой, но остается вопрос, почему парадигма, работающая на уровне приложения, становится исследовательской задачей для операторов мобильной связи. Моя интуиция подсказывает, что операторы мобильной связи играют роль обеспечения 1-го уровня зрелости, где символы и биты передаются технически точно, а момент, когда начинает работать семантическая связь, уже является областью прикладных программ.
С другой стороны, существует также вопрос о том, будет ли это новой парадигмой в технологии связи, которая должна основываться на надежности как фундаментальной ценности. Я также задаюсь этим вопросом и лично придерживаюсь несколько негативной позиции.
Тем не менее, я пишу эту статью, потому что считаю, что следующая парадигма мобильной связи развивается в довольно интригующей форме. Внедрение спутникового интернета для расширения пропускной способности канала фактически является свершившимся фактом с появлением Project Kuiper, Starlink и т. д., и попытка преодолеть ограничения, наложенные законом Шеннона, новым способом показалась мне довольно удивительной.