Следующая парадигма коммуникации, возглавляемая семантической связью на основе AI

Закон Шеннона

Современная связь развивалась на основе Закона Шеннона (Shannon's Law). Это теория, которая определяет пределы сетевой связи, и попытки, направленные на повышение максимального значения пропускной способности канала в формуле, которая будет описана далее. Например, существуют такие технологии, как MIMO (Multiple Input Multiple Output). Эти технологии являются частью усилий, основанных на теории Шеннона, для достижения более высокой пропускной способности канала.

Закон Шеннона выражается следующей формулой для расчета пропускной способности канала:

Они обозначают, соответственно, Пропускную способность канала (Channel Capacity), Полосу пропускания (Bandwidth) и Отношение сигнала к шуму (Signal-to-Noise Ratio). Если объяснить это более простыми словами, Максимальная скорость передачи данных (C) получается путем умножения общего количества физических частотных ресурсов (B), которые может использовать система, на Эффективность (log₂(1 + S/N)), которая показывает, сколько битов информации может быть передано на 1 Гц этих ресурсов 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 инновации в области связи в основном были связаны с улучшением пропускной способности канала.

Однако в современную эпоху ресурсы процессинга значительно развились. Связь перешла от эпохи отправки текста к передаче пространственных векторов. Начали возникать ограничения в отношении надежного разделения и передачи всех этих данных. Например, данные, генерируемые самоуправляемым автомобилем, могут достигать нескольких терабайт в день, и выдержать это с помощью текущей сети связи практически невозможно. Простое прокладывание большего количества кабелей и установка большего количества антенн приведет к экономическим/физическим пределам.

Таким образом, начались исследования парадигмы, которая отходит от существующей парадигмы точной передачи всех битов и стремится к передаче только контекста путем внедрения интеллекта в связь. (*Сама концепция существовала десятилетиями). И это изменение обусловлено мощным развитием интеллектуальных моделей в последнее время и необходимостью передачи более крупных объемов данных.

Это называется Семантическая связь (Semantic Communication), поскольку она предполагает обмен значениями.

Семантическая связь (Semantic communication)

Семантическая связь, в отличие от передачи всего объема данных, стремится передавать только основное значение, то есть контекст, содержащийся в них.

Эта проблема уже была поднята в модели связи Шеннона и Уивера, и они 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 желаемое «значение»?
Проблема эффективности: Насколько эффективно переданное значение влияет на действия получателя?

Развитие связи до сих пор практически решило техническую проблему, и теперь выполняется задача по переводу семантической проблемы и проблемы эффективности.

Для иллюстрации различия между 1-м уровнем зрелости и 2-м и 3-м уровнями (семантическая связь) часто используется пример горящего дома.

Какой-то дом горит.

В текущей парадигме связи эта сцена преобразуется в данные побитово и передается в виде фотографии.

В семантической связи, вместо отправки всех данных, например, "из окна идет черный дым и видно пламя", передается только ключевое «значение» — "Пожар, требуется немедленный выезд". Это позволяет решительно опустить ненужную информацию и направлено на то, чтобы побудить получателя к определенному действию (выезду).

Если связь осуществляется между конечными точками, обладающими одинаковой базой знаний в категории "пожаротушение", это позволяет значительно сократить объем передаваемых данных, необходимых для оценки ситуации.

Основная логика кодирования/декодирования этой семантической связи, хотя и является парадигмой связи, работает на уровне прикладного уровня. На стороне отправителя семантический кодировщик преобразует заданные данные в семантические данные, а на стороне получателя семантический декодер обрабатывает их в форму, пригодную для использования нижестоящим источником. Оба будут иметь форму модели вывода, обладающей одинаковой базой знаний, что позволит осуществлять связь с обменом семантикой без необходимости передачи огромных объемов данных.

Естественно, это обеспечивается на основе завершенности существующей парадигмы связи. Сначала должна быть возможность точно передавать символы технически, и этот уровень зрелости уже достигнут. Теперь основной задачей стало то, насколько хорошо переданные символы передают и интерпретируют семантику информации, и исследования в этой области только начинаются.

Однако в такой системе связи, основанной на семантическом контексте, в отличие от существующей синтаксической системы связи, существует очень высокая вероятность возникновения проблем, поскольку надежность (reliability) зависит от AI и других факторов. Даже при наличии одинаковой Базы Знаний, в области "черного ящика" модели могут появиться различные интерпретации.

Заключение

Говорят, что в мобильной связи 6G (шестого поколения) будет применена такая семантическая связь, и она станет интеллектуальной интернет-системой, но возникает вопрос, почему парадигма, работающая на прикладном уровне, становится исследовательской задачей операторов мобильной связи. По моей интуиции, операторы связи играют роль обеспечения 1-го уровня зрелости, где символы и биты передаются точно технически, а момент, когда начинает работать семантическая связь, уже относится к области прикладных программ.

С другой стороны, существует также сомнение в том, будет ли эта новая парадигма иметь место в технологии связи, где надежность должна быть основной ценностью. Я также задаюсь этим вопросом и лично занимаю несколько негативную позицию.

Тем не менее, причина, по которой я пишу эту статью, заключается в том, что, по моему мнению, следующая парадигма мобильной связи развивается в довольно интригующей форме. Внедрение спутникового интернета для расширения пропускной способности канала уже фактически является свершившимся фактом с появлением Project Kuiper, Starlink и других, и попытка преодолеть ограничения, связанные с Законом Шеннона, новым способом показалась мне довольно интересной.