El Próximo Paradigma de la Comunicación Liderado por la Comunicación Semántica Basada en AI

Ley de Shannon

La comunicación actual ha evolucionado basándose en la Ley de Shannon (Shannon's Law). Esta es una teoría que determina los límites de la comunicación en red, y las subsiguientes ecuaciones representaron intentos de aumentar la capacidad máxima del canal. Ejemplos de esto son tecnologías como MIMO (Multiple Input Multiple Output). Estas tecnologías son parte de un esfuerzo, basado en la teoría de Shannon, para lograr una mayor capacidad de canal.

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

Estos términos significan, respectivamente, Capacidad del Canal (Channel Capacity), Ancho de Banda (Bandwidth) y Relación Señal/Ruido (Signal-to-Noise Ratio). Explicándolo de manera sencilla, la Velocidad Máxima de Comunicación (C) es el producto de la cantidad total de recursos físicos de frecuencia que el sistema puede utilizar (B) por la Eficiencia ( $\log_{2}(1 + S/N)$ ), que indica cuántos bits de información se pueden transmitir por cada 1 Hz de dicho recurso, dependiendo de la calidad de la señal (S/N).

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

Sin embargo, en la era actual, los recursos de procesamiento han evolucionado enormemente. La comunicación ha pasado de la época en que se enviaba texto a un punto en el que se envían vectores espaciales. Para transmitir todos estos datos de manera confiable, han comenzado a surgir limitaciones. Por ejemplo, los datos generados por un automóvil autónomo pueden ascender a varios terabytes por día, y es casi imposible que la red de comunicaciones actual pueda soportarlos. Simplemente tender más cables e instalar más antenas alcanza un límite económico y físico para resolver este problema.

Así, se ha comenzado a investigar un paradigma que se aparta del modelo existente de transmisión precisa de la totalidad de los bits, y que busca transmitir únicamente el 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 desarrollo reciente de los modelos de inteligencia y la necesidad de comunicar datos más voluminosos.

Esto se denomina Comunicación Semántica (Semantic Communication), ya que es una comunicación que intercambia el significado (意味).

Comunicación Semántica (Semantic communication)

La comunicación semántica tiene como objetivo transmitir solo el significado central, es decir, el contexto, de los datos, en lugar de transmitir la totalidad de los datos como se hacía antes.

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 el símbolo (Symbol)? (Esta es el 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 se enfoca en la tarea de traducir los problemas semánticos y de efectividad.

La diferencia entre la etapa de madurez 1 y las etapas 2 y 3 (comunicación semántica) se ilustra típicamente con el ejemplo de una casa en llamas.

Una casa está ardiendo.

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

En la comunicación semántica, en lugar de enviar todos los datos, como "sale humo negro por la ventana y se ven llamas", se transmite solo el 'significado' central: "Incendio, se requiere despliegue inmediato". El propósito es omitir información innecesaria y hacer que el receptor realice una acción específica (el despliegue).

Si la comunicación se produce entre extremos que comparten 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 se trata de 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 una forma utilizable por la fuente posterior. Ambos serán una forma de modelo de inferencia que posee 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 técnicamente posible transmitir los símbolos con precisión, y este nivel de madurez ya se ha alcanzado. Ahora, el desafío principal es qué tan bien el símbolo transmitido comunica e interpreta la semántica de la información, y la investigación apenas está comenzando.

Sin embargo, los sistemas de comunicación basados en este contexto semántico, a diferencia de los sistemas de comunicación sintácticos existentes, tienen una alta probabilidad de que surjan problemas debido a la dependencia de la confiabilidad (reliability) en la IA, entre otros. Incluso si se posee la misma Base de Conocimiento (Knowledge Based), pueden surgir interpretaciones diferentes en el área de 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 existen interrogantes sobre por qué un paradigma que opera sobre la capa de aplicación se convierte en un tema de investigación para las compañías de telecomunicaciones móviles. Mi intuición es que las compañías de telecomunicaciones móviles tienen el rol de garantizar técnicamente el nivel de madurez 1, donde los símbolos y bits se transmiten con precisión, y considero que el momento en que opera la comunicación semántica ya es el dominio de las aplicaciones.

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

A pesar de esto, la razón por la que escribo este artículo es que creo que el próximo paradigma de la comunicación móvil se está desarrollando de una forma bastante interesante. La introducción de Internet por satélite para expandir la capacidad del canal es un hecho prácticamente consumado con la aparición de Project Kuiper, Starlink, etc., y el intento de superar las limitaciones impuestas por la Ley de Shannon de una forma novedosa me ha parecido bastante fascinante.

Dado que no hay contenido sobre GO, concluyo con un gopher.