El Próximo Paradigma de Comunicación Impulsado por las Comunicaciones Semánticas Basadas en AI

Ley de Shannon

Las comunicaciones de hoy en día se han desarrollado basándose en la Ley de Shannon (Shannon's Law). Esta es una teoría que determina los límites de la comunicación en red, y los intentos se han centrado en aumentar el valor máximo de la capacidad del canal de la fórmula que se detallará más adelante. Ejemplos de esto son tecnologías como MIMO (Multiple Input Multiple Output). Estas tecnologías son parte de un esfuerzo por lograr una mayor capacidad de canal basada en la teoría de Shannon.

La Ley de Shannon se expresa mediante la siguiente fórmula para calcular la capacidad del canal: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Estos representan, respectivamente, la Capacidad del Canal (Channel Capacity), el Ancho de Banda (Bandwidth) y la Relación Señal-Ruido (Signal-to-Noise Ratio). Explicándolo de manera sencilla, la Velocidad Máxima de Comunicación (C) es el resultado de multiplicar la cantidad total de recursos de frecuencia física que el sistema puede utilizar (B) por la **Eficiencia ( $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

Una vez que surgió esta ley para calcular la capacidad del canal, la industria de las telecomunicaciones comenzó a esforzarse por aumentarla. Así, durante aproximadamente 70 años, la innovación en las comunicaciones se ha logrado principalmente a través de la mejora de la capacidad del canal.

Sin embargo, en la era actual, los recursos de procesamiento han avanzado enormemente. La comunicación ha pasado de enviar texto a enviar vectores espaciales. Ha comenzado a surgir una limitación para dividir y transmitir de manera confiable todos estos datos. Por ejemplo, los datos generados por un automóvil autónomo pueden ascender a varios terabytes al día, y es casi imposible soportar esto con la red de comunicaciones actual. Simplemente instalar más cables y colocar más antenas llega a un límite económico/físico para resolver el problema.

De esta manera, se ha comenzado a investigar un paradigma que se aparta del enfoque existente de transmitir con precisión la totalidad de los bits, buscando únicamente la transferencia del contexto mediante la introducción de inteligencia en la comunicación. (*El concepto en sí existe desde hace décadas). Y este es un cambio impulsado por el potente avance de los modelos de inteligencia recientes y la necesidad de comunicar datos aún mayores.

Esto se denomina Comunicación Semántica (Semantic Communication), ya que implica el intercambio de significado (意味).

Comunicación Semántica (Semantic communication)

La comunicación semántica tiene como objetivo transmitir solo el significado central, es decir, el contexto, contenido en los datos, en contraste con la transmisión de la totalidad de los datos en el pasado.

Este problema ya fue planteado en el modelo de comunicación de Shannon y Weaver, quienes dividieron la madurez de la comunicación en tres niveles.

1. Problema Técnico: ¿Con qué precisión se puede transmitir un símbolo (Symbol)? (Esta es la área central de mi teoría).
2. Problema Semántico: ¿Con qué precisión el símbolo transmitido comunica el 'significado' deseado?
3. Problema de Efectividad: ¿Con qué eficacia el significado transmitido influye en el comportamiento del receptor?

Hasta ahora, el desarrollo de la comunicación ha resuelto casi por completo el problema técnico, y ahora aborda la tarea de traducir los problemas semánticos y de efectividad.

La diferencia entre el Nivel de Madurez 1 y los Niveles 2 y 3 (Comunicación Semántica) se ejemplifica típicamente con el caso de la casa en llamas.

Una casa se está quemando.

En el paradigma de comunicación actual, esta escena se convierte en datos minuciosos y se transmite como una fotografía.

En la comunicación semántica, en lugar de enviar todos los datos, como "sale humo negro de la ventana y se ven llamas", el método consiste en transmitir solo el 'significado' central, como "Incendio, se requiere despliegue inmediato". Esto tiene como objetivo omitir información innecesaria de manera audaz y hacer que el receptor realice una acción específica (despliegue).

Si se trata de una comunicación de extremo a extremo que posee la misma base de conocimiento en la categoría de extinción de incendios, esto puede reducir drásticamente la cantidad de datos de transmisión necesarios para evaluar la situación.

La lógica central de codificación/decodificación de esta comunicación semántica opera sobre la capa de aplicación, aunque es un paradigma de comunicación. En el lado del transmisor, un codificador semántico convierte los datos dados en datos semánticos, y en el lado del receptor, un decodificador semántico los procesa en un formato que puede ser utilizado por la fuente de datos posterior. Ambos serán modelos de inferencia o similares que posean la misma base de conocimiento, lo que permite la comunicación para intercambiar esa semántica sin la necesidad de una transmisión masiva de datos.

Naturalmente, esto se garantiza sobre la base de la completitud del paradigma de comunicación existente. Primero, debe ser posible transmitir los símbolos con precisión a nivel técnico, y este nivel de madurez ya se ha alcanzado. Ahora, la cuestión principal es cuán bien el símbolo transmitido comunica e interpreta la semántica de la información, y la investigación apenas está comenzando.

Sin embargo, un sistema de comunicación basado en este contexto semántico, a diferencia de los sistemas de comunicación sintácticos existentes, tiene una alta probabilidad de generar problemas porque depende de la IA u otros elementos para la fiabilidad (reliability). Incluso si se posee la misma Base de Conocimiento (Knowledge Based), pueden surgir interpretaciones diferentes en el área de la caja negra del modelo.

Reflexión

Se dice que en la comunicación móvil 6G (sexta generación) se aplicará esta comunicación semántica, convirtiéndose en un sistema de Internet inteligente, pero existe un signo de interrogación sobre por qué un paradigma que opera sobre la capa de aplicación se convierte en un tema de investigación para las operadoras de telecomunicaciones. Mi intuición es que el rol de las operadoras es garantizar el Nivel de Madurez 1, donde los símbolos y bits se transmiten con precisión a nivel técnico, y el punto en el que opera la comunicación semántica ya pertenece al ámbito de las aplicaciones.

Por otro lado, también existe la duda sobre si esto será un nuevo paradigma en la tecnología de comunicación, que debe basarse en la confiabilidad como valor fundamental. Yo también tengo estas dudas y personalmente adopto una postura algo negativa.

A pesar de esto, la razón por la que escribo este artículo es que considero que el próximo paradigma de la comunicación móvil se está desarrollando de una manera bastante interesante. La introducción de Internet satelital para la expansión de la capacidad del canal es un hecho consumado con el surgimiento de Project Kuiper, Starlink, etc., y el intento de superar los límites impuestos por la Ley de Shannon de una manera novedosa me ha parecido bastante fascinante.