Ďalšia komunikačná paradigma riadená sémantickou komunikáciou založenou na AI

Shannonov zákon

Dnešná komunikácia sa vyvíjala na základe Shannonovho zákona (Shannon's Law). Ide o teóriu, ktorá definuje limit sieťovej komunikácie, a boli to pokusy o zvýšenie maximálnej kapacity kanála vo vzorci, ktorý bude opísaný neskôr. Napríklad, existujú technológie ako MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tieto technológie sú súčasťou úsilia dosiahnuť vyššiu kapacitu kanála na základe Shannonovej teórie.

Shannonov zákon je vyjadrený nasledujúcim vzorcom, ktorý vypočítava kapacitu kanála.

Tieto predstavujú 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 (B), ktoré môže systém využiť, a Efektivity (log₂(1 + S/N)), ktorá udáva, koľko bitov informácií je možné preniesť na 1 Hz tohto zdroja v závislosti od kvality signálu (S/N).

Keď sa objavil tento zákon na výpočet kapacity kanála, komunikačný priemysel začal vynakladať úsilie na jej zvýšenie. Počas približne 70 rokov sa inovácie v komunikácii z väčšej časti zameriavali na zlepšenie kapacity kanála.

Avšak, v súčasnej dobe sa zdroje pre spracovanie (procesing) nesmierne rozvinuli. Komunikácia, ktorá kedysi prenášala text, dospela do bodu, kedy posiela priestorové vektory. Začali vznikať limity pre spoľahlivé rozdelenie a prenos všetkých týchto dát. Napríklad, dáta generované autonómnym vozidlom môžu dosiahnuť niekoľko terabajtov denne, a je takmer nemožné, aby to súčasná komunikačná sieť zvládla. Jednoducho položiť viac káblov a umiestniť viac antén naráža na ekonomické/fyzické limity.

Týmto spôsobom sa začala skúmať paradigma, ktorá sa odkláňa od existujúcej paradigmy pre presný prenos všetkých bitov a namiesto toho sa snaží len o prenos kontextu zavedením inteligencie do komunikácie. (*Samotný koncept existuje už desaťročia) A toto je zmena, ktorá je výsledkom nedávneho silného rozvoja inteligentných modelov a potreby komunikácie väčšieho objemu dát.

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

Sémantická komunikácia (Semantic communication)

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

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 hlavná oblasť mojej teórie.)
2. Sémantický problém: Akú presnú 'významovú' informáciu prenášajú prenesené symboly?
3. Problém efektívnosti: Ako efektívne ovplyvňuje prenesený význam správanie príjemcu?

Doterajší vývoj komunikácie takmer vyriešil technický problém a teraz vykonáva úlohu prekladu sémantického problému a problému efektívnosti.

Rozdiel medzi 1. úrovňou zrelosti a 2. a 3. úrovňou (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 posielania všetkých dát, ako napríklad "z okna ide čierny dym a vidno plamene", sa prenáša len kľúčový 'význam' typu "vznikol požiar, je potrebný okamžitý výjazd". Cieľom je bez váhania 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 radikálne znížiť objem prenášaných dát potrebných na pochopenie situácie.

Základná logika sémantického kódovania/dekódovania tejto sémantickej komunikácie je komunikačná paradigma, ale funguje nad aplikačnou vrstvou. Na strane odosielateľa sémantický kódovač konvertuje dané dáta na sémantické dáta, a na strane príjemcu sémantický dekodér ich spracuje do formy, ktorú môže použiť následný zdroj. Obidva budú mať formu nejakého inferenčného modelu s rovnakou znalostnou bázou, a to umožní komunikáciu, ktorá si vymieňa sémantiku aj bez prenosu obrovského množstva dát.

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

Avšak, v takomto komunikačnom systéme založenom na sémantickom kontexte je veľmi pravdepodobné, že nastanú problémy, pretože sa spolieha na AI a podobné technológie pre spoľahlivosť (reliability), na rozdiel od existujúceho syntaktického komunikačného systému. Aj keď sa predpokladá rovnaká Knowledge Based, z oblasti čiernej skrinky modelu môžu vyjsť rôzne interpretácie.

Záver

Predpokladá sa, že v mobilnej komunikácii 6G (6. generácie) sa uplatní táto sémantická komunikácia, čím sa vytvorí inteligentný internetový systém, avšak existujú otázniky, prečo sa paradigma fungujúca nad aplikačnou vrstvou stáva výskumnou úlohou mobilných operátorov. Moja intuícia je taká, že mobilní operátori zabezpečujú technickú úlohu presného prenosu symbolov a bitov, čo je 1. úroveň zrelosti, a moment, kedy začne fungovať sémantická komunikácia, je už oblasťou aplikácií.

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

Napriek tomu píšem tento článok, pretože si myslím, že nasledujúca paradigma mobilnej komunikácie sa rozvíja v celkom zaujímavej forme. Zavedenie satelitného internetu na rozšírenie kapacity kanála je fakticky hotová vec s príchodom Project Kuiper, Starlink a podobných, a pokusy prekonať limity, ktorými bol viazaný Shannonov zákon, novým spôsobom, boli celkom fascinujúce.