Shannon'ın Kanal Kapasitesi Sınırı ve Yapay Zekâ Tabanlı Anlamsal İletişim (Semantic Communication) Yapısı

Shannon Yasası

Bugünkü iletişim, Shannon Yasası (Shannon's Law) temel alınarak gelişmiştir. Bu yasa, ağ iletişiminin sınırlarını belirleyen bir teoridir ve aşağıda verilecek formülde yer alan kanal kapasitesinin en yüksek değerini artırmaya yönelik girişimler olmuştur. Örneğin MIMO (Multiple Input Multiple Output) gibi teknolojiler bulunmaktadır. Bu teknolojiler, Shannon'ın teorisine dayanarak daha yüksek kanal kapasitesine ulaşma çabasının bir parçasıdır.

Shannon Yasası, kanal kapasitesini hesaplayan aşağıdaki formülle ifade edilir.

Bu semboller sırasıyla kanal kapasitesi (Channel Capacity), bant genişliği (Bandwidth) ve sinyal-gürültü oranı (Signal-to-Noise Ratio) anlamına gelmektedir. Anlaşılır bir dille açıklamak gerekirse, en yüksek iletişim hızı (C), sistemin kullanabileceği fiziksel frekans kaynaklarının toplam miktarının (B), sinyal kalitesine (S/N) bağlı olarak bu kaynağın her 1 Hz'i üzerinden kaç bit bilgi taşınabileceğini gösteren verim (log₂(1 + S/N)) ile çarpılmasıyla elde edilir.

Kanal kapasitesini hesaplayan bu yasanın ortaya çıkmasıyla birlikte iletişim sektörü, kanal kapasitesini artırmak için çaba göstermeye başlamıştır. Böylece yaklaşık 70 yıl boyunca iletişimdeki yeniliklerin büyük bölümü kanal kapasitesinin iyileştirilmesi yoluyla gerçekleşmiştir.

Ancak günümüzde işlem kaynakları çok fazla gelişmiştir. İletişim, metin gönderilen dönemlerden, artık uzamsal vektörlerin gönderildiği bir noktaya gelmiştir. Tüm bu verilerin güvenilir biçimde parçalanarak iletilmesi sınırlara ulaşmaya başlamıştır. Örneğin otonom sürüş yapan bir otomobilin ürettiği veriler günde birkaç teraboyta ulaşabilmekte ve bunu mevcut iletişim ağlarıyla taşımak neredeyse imkânsızdır. Yalnızca daha fazla kablo döşeyerek ve daha fazla anten yerleştirerek çözüm bulmak ise ekonomik ve fiziksel sınırlara ulaşmak anlamına gelmektedir.

Bunun üzerine, mevcut tüm bitlerin doğru biçimde iletilmesini esas alan paradigmadan uzaklaşarak, iletişim tarafına zekâ eklenmesiyle yalnızca bağlamın (context) iletilmesini hedefleyen bir paradigma üzerine araştırmalar başlamıştır. (*Kavram kendisi onlarca yıl önce de mevcuttu.) Bu değişim, son dönemde yapay zekâ modellerinin güçlü gelişimi ile daha büyük veri iletişimine duyulan ihtiyacın bir sonucudur.

Bu, anlam alışverişi yapan bir iletişim olduğu için Semantic Communication (Anlamsal İletişim) olarak adlandırılmaktadır.

Anlamsal İletişim (Semantic communication)

Anlamsal iletişim, daha önce verinin tamamını ileten yaklaşımın aksine, verinin içinde taşınan temel anlamı, yani bağlamı iletmeyi hedeflemektedir.

Bu sorun aslında Shannon ve Weaver'ın iletişim modelinde de ortaya konmuştur ve onlar iletişimin olgunluk düzeyini üç seviyeye ayırmıştır.

1. Teknik sorun: Sembol (Symbol) ne kadar doğru iletilebilir? (Bu, benim teorimin temel alanıdır.)
2. Anlambilimsel sorun: İletilen semboller, istenen 'anlamı' ne kadar doğru aktarır?
3. Etkililik sorunu: İletilen anlam, alıcının davranışını ne kadar etkili biçimde etkiler?

Bugüne kadar iletişimdeki gelişmeler teknik sorunu büyük ölçüde çözmüş olup, artık anlambilimsel ve etkililik sorunlarını çözme görevini yerine getirmektedir.

Olgunluk düzeyi 1. aşama ile 2. ve 3. aşamalar (anlamsal iletişim) arasındaki farkı göstermek için tipik olarak yanan bir ev örneği kullanılmaktadır.

Bir ev yanmaktadır.

Mevcut iletişim paradigmasında bu sahne tek tek veriye dönüştürülür ve fotoğraf olarak iletilir.

Anlamsal iletişimde ise, "pencereden siyah duman yükseliyor ve alevler görünüyor" gibi tüm verileri göndermek yerine yalnızca "Yangın çıktı, derhal müdahale gerekiyor" şeklindeki temel 'anlam' iletilir. Bu yöntem, gereksiz bilgileri cesurca atlamayı ve alıcının belirli bir eylemi (müdahale) gerçekleştirmesini sağlamayı amaçlar.

İtfaiye gibi aynı bilgi tabanına sahip uçtan uca bir iletişimde ise, durumu kavramak için gereken veri miktarı önemli ölçüde azaltılabilir.

Bu anlamsal iletişimin temel kodlama/kod çözme mantığı bir iletişim paradigmasıdır, ancak uygulama katmanı üzerinde çalışır. Gönderici tarafta anlamsal kodlayıcı (semantic encoder) aracılığıyla verilen veri anlamsal veriye dönüştürülür; alıcı tarafta ise anlamsal kod çözücü (semantic decoder) aracılığıyla bu veri, arkadaki kaynağın kullanabileceği bir biçime getirilir. İkisi de aynı bilgi tabanına sahip çıkarım modelleri gibi olacaktır ve bu sayede büyük veri aktarımı olmadan da anlamın iletilip alınması mümkün hale gelir.

Elbette bu, mevcut iletişim paradigmasının olgunluğu üzerine inşa edilerek sağlanır. Öncelikle teknik olarak sembollerin doğru iletilebilmesi gerekir ve bu olgunluk düzeyi zaten elde edilmiştir. Artık asıl önemli mesele, iletilen sembollerin bilginin anlamını ne kadar iyi aktarıp yorumladığıdır ve bu konudaki araştırmalar yeni başlamış durumdadır.

Ancak bu anlamsal bağlam temelli iletişim sistemi, geleneksel sözdizimsel iletişim sistemlerinden farklı olarak güvenilirliği (reliability) yapay zekâya bağımlı kıldığı için sorun çıkma ihtimali çok yüksektir. Aynı Knowledge Based bilgisine sahip olsalar bile, modelin kara kutu alanında farklı yorumlar ortaya çıkabilir.

Sonuç

6G (6. nesil) mobil iletişimde bu anlamsal iletişimin uygulanarak akıllı internet sisteminin oluşacağı söylenmektedir; ancak uygulama katmanı üzerinde çalışan bir paradigmanın neden mobil operatörlerin araştırma konusu olduğu konusunda soru işaretleri bulunmaktadır. Benim sezgime göre operatörlerin rolü, sembollerin ve bitlerin doğru iletildiği 1. olgunluk düzeyini teknik olarak garanti etmektir; anlamsal iletişimin işlediği nokta ise zaten uygulama programlarının alanıdır.

Öte yandan, güvenilirliğin temel değer olarak kabul edilmesi gereken iletişim teknolojisinde yeni bir paradigmanın olup olmayacağı konusunda da bir şüphe vardır. Ben de bu şüpheyi taşıyorum ve kişisel olarak biraz olumsuz bir görüşteyim.

Buna rağmen bu yazıyı yazma nedenim, mobil iletişimin bir sonraki paradigmasının oldukça ilginç bir biçimde gelişmekte olduğunu düşünmemdir. Kanal kapasitesinin genişletilmesi için uydu interneti kullanımı, Project Kuiper ve Starlink gibi girişimlerin ortaya çıkmasıyla fiilen kesinleşmiş bir gerçektir; Shannon Yasası'nın getirdiği sınırlara bağlı kalmak yerine bu sınırı yeni bir biçimde aşmaya yönelik girişimler ise oldukça çarpıcıdır.