Новая парадигма связи, возглавляемая семантической коммуникацией на базе AI
Закон Шеннона
Развитие современных телекоммуникаций основывается на законе Шеннона (Shannon's Law). Он представляет собой теорию, определяющую пределы сетевой связи, и послужил основой для попыток увеличить максимальное значение пропускной способности канала в формуле, которая будет приведена далее. Примерами таких технологий являются MIMO (Multiple Input Multiple Output). Эти технологии, основанные на теории Шеннона, являются частью усилий, направленных на достижение более высокой пропускной способности канала.
Закон Шеннона выражается следующей формулой для расчета пропускной способности канала: author: yoonhyunwoo
Они обозначают, соответственно, пропускную способность канала (Channel Capacity), ширину полосы пропускания (Bandwidth) и отношение сигнала к шуму (Signal-to-Noise Ratio). Если объяснить это простыми словами, то максимальная скорость связи (C) — это произведение общего объема физических частотных ресурсов, доступных системе (B), на эффективность (log₂(1 + S/N)), показывающую, сколько бит информации может быть передано на 1 Гц этих ресурсов в зависимости от качества сигнала (S/N).
С появлением этого закона для расчета пропускной способности канала, телекоммуникационная индустрия начала прилагать усилия для ее увеличения. Таким образом, на протяжении примерно 70 лет инновации в области связи в основном заключались в улучшении пропускной способности канала.
Однако в современную эпоху ресурсы процессинга достигли невероятного развития. Связь перешла от передачи текста к передаче пространственных векторов. Возникли ограничения в возможности надежно разделить и передать весь этот объем данных. Например, данные, генерируемые беспилотными автомобилями, могут достигать нескольких терабайт в день, и справиться с этим с помощью существующих сетей связи практически невозможно. Простое прокладывание большего количества кабелей и установка большего количества антенн сталкивается с экономическими и физическими пределами.
Таким образом, начались исследования парадигмы, которая отходит от существующей парадигмы точной передачи всего объема битов и стремится передавать только контекст, вводя интеллект в процесс связи. (*Сама концепция существует уже несколько десятилетий.) Это изменение обусловлено недавним мощным развитием интеллектуальных моделей и необходимостью передачи все более крупных объемов данных.
Это называется семантической связью (Semantic Communication), поскольку она предполагает обмен значениями (意味).
Семантическая связь (Semantic communication)
Если раньше семантическая связь передавала все данные целиком, то теперь ее целью является передача только ключевого значения, заключенного в них, то есть контекста.
Эта проблема уже была поставлена в модели связи Шеннона и Уивера, которые разделили зрелость связи на три уровня:
- Техническая проблема: Насколько точно можно передать символ (Symbol)? (Это основная область моей теории.)
- Семантическая проблема: Насколько точно переданный символ передает желаемое «значение»?
- Проблема эффективности: Насколько эффективно переданное значение влияет на действия получателя?
Развитие связи к настоящему времени практически решило техническую проблему, и теперь стоит задача перевода семантической проблемы и проблемы эффективности.
Типичным примером, иллюстрирующим разницу между уровнем зрелости 1 и уровнями 2 и 3 (семантическая связь), является пример горящего дома.
Некий дом горит.
В современной парадигме связи эта сцена тщательно преобразуется в данные, и они передаются в виде фотографии.
В семантической связи вместо того, чтобы отправлять все данные, например, "из окна идет черный дым и видны языки пламени", передается только ключевое "значение": "Произошел пожар, требуется немедленный выезд". Цель состоит в том, чтобы безжалостно опустить ненужную информацию и побудить получателя к определенному действию (выезду). Если связь осуществляется между конечными точками, обладающими одинаковой базой знаний в категории пожаротушения, это может значительно сократить объем передаваемых данных, необходимых для оценки ситуации.
Ключевая логика кодирования/декодирования этой семантической связи является парадигмой связи, но функционирует на прикладном уровне. На стороне передатчика семантический кодировщик преобразует заданные данные в семантические данные, а на стороне получателя семантический декодировщик обрабатывает их в форму, пригодную для использования нижестоящим источником. Оба будут иметь форму, например, модели логического вывода с одинаковой базой знаний, что позволит осуществлять связь с обменом семантикой без передачи огромных объемов данных.
Естественно, это гарантируется завершенностью существующей парадигмы связи. Сначала должна быть обеспечена возможность точной технической передачи символа, и этот уровень зрелости уже достигнут. Теперь основной задачей стало, насколько хорошо переданный символ передает и интерпретирует семантику информации, и исследования только начинаются.
Однако такая система связи, основанная на семантическом контексте, в отличие от существующей синтаксической системы связи, имеет очень высокую вероятность возникновения проблем, поскольку надежность (reliability) зависит от ИИ и т.п. Даже при наличии одинаковой базы знаний (Knowledge Based) могут возникнуть различные интерпретации в области "черного ящика" модели.
Заключение
Говорят, что в 6G (шестом поколении) мобильной связи будет применена семантическая связь, и это приведет к созданию интеллектуальной интернет-системы, но возникает вопрос, почему парадигма, работающая на прикладном уровне, становится исследовательской задачей операторов мобильной связи. Моя интуиция подсказывает, что операторы мобильной связи несут ответственность за техническое обеспечение уровня зрелости 1, где символы и биты передаются точно, а момент, когда начинает работать семантическая связь, уже является областью прикладного программного обеспечения.
С другой стороны, существует также сомнение относительно того, будет ли это новой парадигмой в технологии связи, которая должна изначально базироваться на надежности как основной ценности. Я также питаю эти сомнения и лично занимаю несколько негативную позицию.
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 стало фактически свершившимся фактом с появлением Project Kuiper, Starlink и т.п., и попытка преодолеть ограничения, связанные с законом Шеннона, новым способом показалась довольно удивительной.
Поскольку нет информации о GO, завершаю гофером.