Ďalšia komunikačná paradigma vedená AI-založenou sémantickou komunikáciou

Shannonov zákon

Súčasná komunikácia sa vyvinula na základe Shannonovho zákona (Shannon's Law). Ide o teóriu, ktorá stanovuje hranice sieťovej komunikácie, a pokusy zvýšiť maximálnu kapacitu kanála vo vzorci, ktorý bude popísaný ďalej. Patria sem 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:

$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$ author: yoonhyunwoo

Tie znamenajú postupne Kapacitu kanála (Channel Capacity), Šírku pásma (Bandwidth) a Pomer signálu k šumu (Signal-to-Noise Ratio). Ak to zjednodušene vyjadríme slovami, Maximálna rýchlosť komunikácie (C) je súčin celkového množstva fyzických frekvenčných zdrojov, ktoré môže systém použiť (B), a **Efektívnosti ( $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

Po zavedení tohto zákona na výpočet kapacity kanála sa komunikačný priemysel začal sústreďovať na jej zvyšovanie. Takto sa inovácie v komunikácii po dobu približne 70 rokov väčšinou realizovali v zlepšovaní kapacity kanála.

Avšak v súčasnej dobe sa zdroje procesingu mimoriadne rozvinuli. Komunikácia sa posunula od prenosu textu k prenosu priestorových vektorov. Prišla hranica, pokiaľ ide o spoľahlivé rozdelenie a prenos všetkých týchto dát. Napríklad, dáta generované autonómnym vozidlom môžu dosiahnuť niekoľko terabajtov za deň, a preniesť ich cez súčasnú komunikačnú sieť je takmer nemožné. Jednoducho položiť viac káblov a umiestniť viac antén naráža na ekonomické/fyzické limity.

Preto sa začala skúmať paradigma, ktorá sa odkláňa od existujúcej paradigmy presného prenosu celého bitu a zavádza inteligenciu do komunikácie, usilujúc sa len o prenos kontextu. (*Samotný koncept existuje už desiatky rokov). A toto je zmena, ktorá vyplýva zo silného rozvoja modelov umelej inteligencie a potreby komunikácie väčšieho objemu dát.

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

Sémantická komunikácia (Semantic communication)

Zatiaľ čo tradičná komunikácia prenášala celú dátovú sadu, sémantická komunikácia si kladie za cieľ preniesť len kľúčový význam, teda kontext, ktorý je v nej obsiahnutý.

Tento problém bol už nastolený v Shannonovom a Weaverovom komunikačnom modeli a rozdelili zrelosť komunikácie na tri úrovne.

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

Doterajší vývoj komunikácie takmer vyriešil technický problém a teraz sa zaoberá prekladom sémantického problému a problému efektívnosti.

Rozdiel medzi úrovňou zrelosti 1 a úrovňami 2 a 3 (sémantická komunikácia) je typicky ilustrovaný príkladom horiaceho domu.

Istý dom horí.

V súčasnej komunikačnej paradigme sa táto scéna prevádza na dáta kúsok po kúsku a prenáša sa ako fotografia.

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

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

Základná logika kódovania/dekódovania tejto sémantickej komunikácie je komunikačná paradigma, ktorá však funguje nad aplikačnou vrstvou. Na strane odosielateľa sémantický kódovač (Semantic Encoder) konvertuje dané dáta na sémantické dáta, a na strane príjemcu sémantický dekodér (Semantic Decoder) ich spracuje do formy, ktorú môže použiť následný zdroj. Obidva budú pravdepodobne vo forme inferenčného modelu s rovnakou vedomostnou základňou, čo umožní komunikáciu sémantiky bez prenosu obrovského množstva dát.

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

Avšak, komunikačný systém založený na takomto sémantickom kontexte má veľmi vysokú pravdepodobnosť vzniku problémov, na rozdiel od existujúceho syntaktického komunikačného systému, pretože sa spolieha na AI a podobné systémy pre spoľahlivosť (reliability). Aj keď majú rovnakú Knowledge Based, v oblasti black boxu modelu môžu nastať odlišné interpretácie.

Záver

Predpokladá sa, že v mobilnej komunikácii 6G (6. generácie) sa uplatní táto sémantická komunikácia, čo povedie k inteligentnému internetovému systému. Existuje však otáznik, prečo sa paradigma, ktorá funguje nad aplikačnou vrstvou, stáva výskumnou úlohou mobilných operátorov. Moja intuícia hovorí, že telekomunikační operátori sú zodpovední za zabezpečenie úrovne zrelosti 1, kde sú symboly a bity prenášané technicky presne, a moment, kedy začína fungovať sémantická komunikácia, je už oblasťou aplikácií.

Na druhej strane existuje aj otázka, či sa táto technológia stane novou paradigmou v komunikačnej technológii, kde spoľahlivosť musí byť základnou hodnotou. Aj ja mám takéto pochybnosti a osobne zastávam mierne skeptický postoj.

Napriek tomu píšem tento článok, pretože si myslím, že nasledujúca paradigma mobilnej komunikácie sa rozvíja celkom zaujímavým spôsobom. Zavedenie satelitného internetu na rozšírenie kapacity kanála je už faktom s príchodom Project Kuiper, Starlink a iných, a pokusy prekonať obmedzenia Shannonovho zákona novým spôsobom ma prekvapili.