Ďalšia komunikačná paradigma vedená komunikáciou so sémantikou založenou na AI

Shannonov zákon

Dnešná komunikácia sa rozvíjala na základe Shannonovho zákona (Shannon's Law). Ide o teóriu, ktorá určuje limity sieťovej komunikácie, a pokusy zvýšiť maximálnu kapacitu kanála vo vzorci, ktorý bude opísaný nižšie. Napríklad existujú technológie ako MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tieto technológie sú súčasťou úsilia o dosiahnutie vyššej kapacity kanála na základe Shannonovej teórie.

Shannonov zákon je vyjadrený nasledujúcim vzorcom na výpočet kapacity kanála: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$

Tieto symboly znamenajú Kapacitu kanála (Channel Capacity), Šírku pásma (Bandwidth) a Pomer signálu k šumu (Signal-to-Noise Ratio). Zjednodušene povedané, maximálna rýchlosť komunikácie (C) je súčin celkového množstva fyzických frekvenčných zdrojov, ktoré môže systém použiť (B), a efektívnosti (log₂(1 + S/N)), ktorá určuje, koľko bitov informácií môže byť prenesených na 1 Hz tohto zdroja v závislosti od kvality signálu (S/N).

Po zavedení tohto zákona na výpočet kapacity kanála začal komunikačný priemysel vynakladať úsilie na jej zvýšenie. Počas približne 70 rokov sa inovácie v komunikácii väčšinou sústredili na zlepšenie kapacity kanála.

Avšak v súčasnej dobe sa zdroje procesovania mimoriadne rozvinuli. Komunikácia prešla z doby, keď sa posielal text, do bodu, keď sa prenášajú priestorové vektory. Začína sa objavovať limit v spoľahlivom rozdeľovaní a prenášaní všetkých týchto dát. Napríklad dáta generované autonómnym vozidlom môžu dosiahnuť niekoľko terabajtov denne, a je takmer nemožné, aby to zvládla súčasná komunikačná sieť. Jednoducho položiť viac káblov a umiestniť viac antén narazí na ekonomické/fyzické limity.

Preto sa začala skúmať nová paradigma, ktorá sa odkláňa od existujúcej paradigmy presného prenosu celého počtu bitov a zavádza inteligenciu do komunikácie, s cieľom prenášať iba kontext. (Samotný koncept existuje už desaťročia.) A je to zmena, ktorá vyplýva zo silného rozvoja inteligentných modelov v poslednom čase a potreby komunikácie väčšieho objemu dát.

Toto sa nazýva sémantická komunikácia (Semantic Communication), pretože ide o komunikáciu, ktorá si vymieňa význam (意味).

Sémantická komunikácia (Semantic communication)

Zatiaľ čo existujúca komunikácia prenášala celé dáta, sémantická komunikácia sa zameriava na prenos len kľúčového významu, t.j. kontextu, ktorý je v nich obsiahnutý.

Tento problém bol nastolený už v komunikačnom modeli Shannona a Weavera, ktorí rozdelili vyspelosť komunikácie do troch úrovní.

1. Technický problém: Ako presne možno preniesť symbol (Symbol)? (Toto je kľúčová oblasť mojej teórie.)
2. Sémantický problém: Akú presnú 'významovú hodnotu' prenáša prenesený symbol?
3. Problém efektívnosti: Ako efektívne ovplyvňuje prenesený význam správanie príjemcu?

Doterajší rozvoj komunikácie takmer vyriešil technický problém, a teraz sa vykonáva úloha prekladu sémantického problému a problému efektívnosti.

Rozdiel medzi úrovňou vyspelosti 1 a úrovňami 2 a 3 (sémantická komunikácia) sa typicky ilustruje príkladom horiaceho domu.

Istý dom horí.

V súčasnej komunikačnej paradigme sa táto scéna prevádza na dáta krok za krokom a prenáša sa ako fotografia.

V sémantickej komunikácii namiesto prenosu všetkých dát, ako napríklad „z okna vychádza čierny dym a vidieť plamene“, sa prenáša len kľúčový 'význam' ako „Vypukol požiar, potrebný okamžitý výjazd“. Cieľom je rázne vynechať nepotrebné informácie a prinútiť príjemcu k špecifickému konaniu (výjazd).

Ak ide o komunikáciu medzi koncovými bodmi, ktoré majú rovnakú znalostnú bázu v kategórii hasičstva, môže to revolučne znížiť objem prenášaných dát potrebných na pochopenie situácie.

Kľúčová logika kódovania/dekódovania tejto sémantickej komunikácie je komunikačná paradigma, ktorá však funguje nad aplikačnou vrstvou. Na strane vysielača sémantický kódovač (encoder) transformuje dané dáta na sémantické dáta, a na strane príjemcu sémantický dekódovač (decoder) spracuje tieto dáta do formy použiteľnej pre následný zdroj. Obidva budú mať formu inferenčného modelu s rovnakou znalostnou bázou, čo umožní komunikáciu, ktorá si vymieňa sémantiku bez prenosu obrovského objemu dát.

Prirodzene, toto je zaručené na základe úplnosti existujúcej komunikačnej paradigmy. Najprv musí byť možné technicky presne preniesť symbol, a táto úroveň vyspelosti je už dosiahnutá. Teraz sa hlavnou úlohou stalo, ako dobre prenesený symbol odovzdá a interpretuje sémantiku informácie, a výskum sa len začína.

Avšak komunikačný systém založený na takomto sémantickom kontexte, na rozdiel od existujúceho syntaktického komunikačného systému, má veľmi vysokú pravdepodobnosť vzniku problémov, pretože spolieha na spoľahlivosť (reliability) na AI atď. Aj keď majú rovnakú znalostnú bázu (Knowledge Based), z oblasti black box modelu sa môžu objaviť rôzne interpretácie.

Záver

Hovorí sa, že v mobilnej komunikácii 6G (6. generácia) bude aplikovaná táto sémantická komunikácia, čím vznikne inteligentný internetový systém, avšak existuje otáznik nad tým, prečo sa paradigma fungujúca nad aplikačnou vrstvou stáva výskumnou úlohou mobilných operátorov. Moja intuícia naznačuje, že mobilní operátori majú úlohu zabezpečiť úroveň vyspelosti 1, kde sú symboly a bity technicky prenášané presne, a moment, kedy začne fungovať sémantická komunikácia, je už oblasťou aplikácií.

Na druhej strane existuje aj otázka, či v komunikačnej technológii, kde základnou hodnotou musí byť spoľahlivosť, bude táto nová paradigma existovať. Aj ja mám takéto pochybnosti a osobne zastávam mierne negatívny postoj.

Napriek tomu píšem tento text, pretože si myslím, že nasledujúca paradigma mobilnej komunikácie sa rozvíja v celkom zaujímavej forme. Zavedenie satelitného internetu na rozšírenie kapacity kanála je faktom, ktorý je prakticky daný s príchodom projektov ako Project Kuiper, Starlink, a pokus prekonať limity, ktoré obmedzoval Shannonov zákon, novou formou, bol celkom fascinujúci.

Keďže tu nie je žiadny obsah o GO, končím s gopherom.