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

Ley de Shannon

La comunicación actual se ha desarrollado basándose en la Ley de Shannon (Shannon's Law). Esta es una teoría que establece los límites de la comunicación en red, y las tentativas subsecuentes se han centrado en maximizar la capacidad del canal en la fórmula que se detallará a continuación. Un ejemplo de esto son tecnologías como MIMO (Multiple Input Multiple Output). Estas tecnologías son parte de un esfuerzo por lograr una mayor capacidad de canal, basándose 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 términos representan, respectivamente, la Capacidad del Canal (Channel Capacity), el Ancho de Banda (Bandwidth) y la Relación Señal/Ruido (Signal-to-Noise Ratio). En términos sencillos, la Velocidad Máxima de Comunicación (C) se obtiene multiplicando 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 comunicaciones comenzó a concentrar sus esfuerzos en aumentarla. De esta manera, durante aproximadamente 70 años, la innovación en las comunicaciones 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 enviar texto a enviar vectores espaciales. Ha comenzado a surgir una limitación en la capacidad de dividir y transmitir todos estos datos de manera confiable. Por ejemplo, los datos generados por un automóvil autónomo pueden ascender a varios Terabytes al día, y es casi imposible que la red de comunicaciones actual pueda soportarlo. Simplemente tender más cables y colocar más antenas conlleva un límite económico y físico.

Así, se ha comenzado a investigar un nuevo paradigma que se aparta del modelo existente de transmitir con precisión cada bit completo, introduciendo inteligencia en la comunicación para buscar únicamente la transmisión del contexto. (*El concepto en sí ha existido durante varias décadas). Este cambio es el resultado del poderoso desarrollo reciente de los modelos de inteligencia y la necesidad de comunicar volúmenes de datos cada vez mayores.

Esto se denomina Comunicación Semántica (Semantic Communication), ya que implica la comunicación de significado.

Comunicación Semántica (Semantic communication)

Si bien la comunicación tradicional transmitía la totalidad de los datos, la comunicación semántica tiene como objetivo transmitir solo el significado central, es decir, el contexto, contenido en ellos.

Este es un problema que ya fue planteado por Shannon y Weaver en su modelo de comunicación, quienes dividieron la madurez de la comunicación en tres niveles:

1. Problema Técnico: ¿Con qué precisión se puede transmitir el Símbolo (Symbol)? (Esta es la esfera 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 comunicado influye en el comportamiento del receptor?

Hasta ahora, el desarrollo de las comunicaciones ha resuelto casi por completo el problema técnico, y la tarea actual es abordar los problemas semánticos y de efectividad.

La diferencia entre el nivel de madurez 1 y los niveles 2 y 3 (comunicación semántica) se ilustra típicamente con el ejemplo de una casa en llamas.

Una casa se está incendiando.

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 de la ventana y se ven llamas", se transmite solo el 'significado' central: "Incendio, necesidad de respuesta inmediata". Esto implica omitir drásticamente la información innecesaria y tiene como objetivo que el receptor realice una acción específica (respuesta).

Si la comunicación se realiza entre terminales que comparten la misma base de conocimiento en la categoría de incendios, esto puede reducir significativamente la cantidad de datos transmitidos necesarios para comprender la situación.

La lógica central de codificación/decodificación de esta comunicación semántica es un paradigma de comunicación que opera sobre la capa de aplicación. En el lado del transmisor, los datos dados se transforman en datos semánticos a través de un codificador semántico, y en el lado del receptor, un decodificador semántico los procesa en un formato que puede ser utilizado por la fuente posterior. Ambos serán una forma de modelo de inferencia que posee la misma base de conocimiento, lo que permite la comunicación de la semántica sin la necesidad de una transmisión masiva de datos.

Naturalmente, esto se garantiza sobre la base de la perfección del paradigma de comunicación existente. Primero, los símbolos deben poder transmitirse con precisión a nivel técnico, y este nivel de madurez ya se ha alcanzado. Ahora, el principal desafío es cuán bien el símbolo transmitido comunica e interpreta la semántica de la información, y la investigación sobre esto recién comienza.

Sin embargo, un sistema de comunicación basado en este contexto semántico, a diferencia del sistema de comunicación sintáctico tradicional, tiene una alta probabilidad de generar problemas debido a que la fiabilidad (reliability) se basa en la IA, entre otros. Incluso si se posee la misma Knowledge Based, pueden surgir interpretaciones diferentes en la zona de caja negra del modelo.

Reflexión

Se dice que en 6G (sexta generación) de comunicaciones móviles, esta comunicación semántica se aplicará para crear un sistema de Internet inteligente, pero existe un interrogante sobre por qué un paradigma que opera sobre la capa de aplicación se convierte en un tema de investigación para las operadoras de telefonía móvil. Mi intuición me dice 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 es el dominio de las aplicaciones.

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

A pesar de esto, la razón por la que escribo este artículo es porque considero que el próximo paradigma de las comunicaciones móviles se está desarrollando de una manera bastante intrigante. La introducción de Internet satelital para la expansión de la capacidad del canal es un hecho virtualmente consumado con la aparición de Project Kuiper, Starlink, etc., y el intento de superar las limitaciones impuestas por la Ley de Shannon de una manera novedosa me resultó bastante sorprendente.