Ďalšia komunikačná paradigma, ktorú vedie AI-based Semantic Communication

Shannonov zákon

Súčasná komunikácia sa vyvinula na základe Shannonovho zákona (Shannon's Law). Je to teória, ktorá stanovuje limity sieťovej komunikácie, a pokusy zvýšiť maximum kapacity kanála v neskôr uvedenej rovnici. Sú to napríklad technológie ako MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tieto technológie sú súčasťou úsilia o dosiahnutie vyššej kapacity kanála na základe Shannonovej teórie.

Shannonov zákon sa vyjadruje nasledujúcou rovnicou na výpočet kapacity kanála. $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Tieto symboly znamenajú Kapacita kanála (Channel Capacity), Šírka 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 Efektivity (log₂(1 + S/N)), ktorá udáva, koľko bitov informácie sa dá preniesť 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 zlepšovanie kapacity kanála.

Avšak, v súčasnej dobe sa zdroje procesovania vyvinuli mimoriadne. Komunikácia sa posunula z éry odosielania textu do stavu odosielania priestorových vektorov. Pri prenose všetkých týchto dát spoľahlivým delením začali vznikať limity. Napríklad, dáta generované autonómnymi vozidlami môžu dosiahnuť niekoľko terabajtov denne, a zvládnuť to so súčasnou komunikačnou sieťou je takmer nemožné. Jednoduché položenie viacerých káblov a umiestnenie viacerých antén naráža na ekonomické/fyzické limity.

Takto sa začala skúmať paradigma, ktorá sa odkláňa od existujúcej paradigmy presného prenosu celého bitu a snaží sa prenášať len kontext zavedením inteligencie do komunikácie. (*Samotný koncept existuje už desaťročia) A je to zmena, ktorá nastala v dôsledku silného rozvoja inteligentných modelov a potreby komunikácie s väčším objemom dát.

Táto komunikácia, ktorá si vymieňa význam (意味), sa nazýva Semantic Communication.

Sémantická komunikácia (Semantic communication)

Sémantická komunikácia si kladie za cieľ prenášať len kľúčový význam, teda kontext, obsiahnutý v dátach, namiesto prenosu celých dát, ako to bolo doteraz.

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

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

Doterajší vývoj komunikácie takmer vyriešil technický problém a teraz sa venuje úlohe prekladu sémantického problému a problému efektívnosti.

Rozdiel medzi 1. stupňom zrelosti a 2. a 3. stupňom (sémantická komunikácia) sa typicky ilustruje príkladom horiaceho domu.

Istý dom horí.

V súčasnej komunikačnej paradigme sa táto scéna prevádza na dáta detail po detaile a odosiela sa ako fotografia.

V sémantickej komunikácii sa namiesto odosielania všetkých dát, ako napríklad "z okna vychádza čierny dym a vidno plamene", prenáša len kľúčový 'význam', ako napríklad "Vznikol požiar, je potrebný okamžitý výjazd". Cieľom je rázne vynechať nepotrebné informácie a prinútiť príjemcu k určitej akcii (výjazd).

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

Základná logika kódovania/dekódovania tejto sémantickej komunikácie je komunikačnou paradigmou, ale funguje na aplikačnej vrstve. Na strane odosielateľa sémantický kódovač (Semantic Encoder) transformuje dané dáta na sémantické dáta, a na strane príjemcu sémantický dekódovač (Semantic Decoder) ich spracuje do formy použiteľnej pre následný zdroj. Obidva budú mať formu nejakého inferenčného modelu, ktorý má rovnakú vedomostnú bázu, čo umožní komunikáciu, ktorá si vymieňa sémantiku bez potreby prenosu obrovského množstva dát.

Je samozrejmé, že toto je zaručené na základe úplnosti existujúcej komunikačnej paradigmy. Najprv musí byť technicky možné presne preniesť symbol, a táto úroveň zrelosti 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 spoľahlivosť (reliability) je závislá od AI a podobne. Aj keď zdieľajú rovnakú Knowledge Based, môžu sa v oblasti black boxu modelu objaviť rôzne interpretácie.

Záver

V 6G (6. generácii) mobilnej komunikácie sa očakáva aplikácia tejto sémantickej komunikácie, čím vznikne inteligentný internetový systém, ale existuje otáznik, prečo sa paradigma fungujúca na aplikačnej vrstve stáva výskumnou témou mobilných operátorov. Moja intuícia naznačuje, že telekomunikační operátori majú úlohu zabezpečiť úroveň zrelosti 1, kde sa symboly a bity prenášajú technicky presne, a moment, kedy začne fungovať sémantická komunikácia, je už oblasťou aplikácií.

Na druhej strane, existuje aj pochybnosť, či takáto nová paradigma nájde uplatnenie v komunikačnej technológii, ktorá musí mať spoľahlivosť ako základnú hodnotu. Aj ja mám takéto pochybnosti a osobne som skôr skeptický.

Napriek tomu píšem tento článok, pretože si myslím, že nasledujúca paradigma mobilnej komunikácie sa rozvíja pomerne zaujímavým spôsobom. Zavedenie satelitného internetu na rozšírenie kapacity kanála je prakticky hotová vec s príchodom Project Kuiper, Starlink a podobne, a pokus o prekonanie limitov, ktorými bol viazaný Shannonov zákon, novým spôsobom, bol dosť fascinujúci.

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