Le paradigme de communication futur mené par la communication sémantique basée sur l'IA

Loi de Shannon

Les communications actuelles se sont développées sur la base de la Loi de Shannon (Shannon's Law). Celle-ci constitue la théorie qui détermine les limites de la communication réseau, et les tentatives visaient à augmenter la capacité maximale du canal des formules qui seront décrites ci-après. On peut citer des technologies telles que le MIMO (Multiple Input Multiple Output). Ces technologies s'inscrivent dans le cadre d'efforts visant à obtenir une capacité de canal plus élevée, en se basant sur la théorie de Shannon.

La Loi de Shannon s'exprime par la formule suivante pour calculer la capacité du canal : $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$

Celles-ci représentent respectivement la Capacité du Canal (Channel Capacity), la Bande Passante (Bandwidth) et le Rapport Signal/Bruit (Signal-to-Noise Ratio). Pour l'expliquer simplement, la Vitesse de Communication Maximale (C) est le produit de la quantité totale de ressources de fréquence physiques que le système peut utiliser (B) par l'Efficacité (log₂(1 + S/N)) qui représente le nombre de bits d'information pouvant être transportés par 1 Hz de ces ressources, en fonction de la qualité du signal (S/N).

Avec l'apparition de cette loi permettant de calculer la capacité du canal, l'industrie des communications a commencé à concentrer ses efforts sur l'augmentation de cette capacité. Ainsi, pendant environ 70 ans, l'innovation dans les communications s'est principalement réalisée par l'amélioration de la capacité du canal.

Cependant, à l'ère actuelle, les ressources de "processing" ont énormément progressé. La communication est passée de l'envoi de texte à l'envoi de vecteurs spatiaux. Des limites ont commencé à apparaître quant à la possibilité de diviser et de transmettre toutes ces données de manière fiable. Par exemple, les données générées par une voiture autonome peuvent atteindre plusieurs Téraoctets par jour, et il est presque impossible pour le réseau de communication actuel de les gérer. Le simple fait d'installer plus de câbles et de placer plus d'antennes atteint des limites économiques et physiques.

Ainsi, un nouveau paradigme a commencé à être exploré, s'écartant du paradigme existant visant à transmettre l'intégralité des bits avec précision, en introduisant de l'intelligence dans la communication pour ne viser que la transmission du contexte. (Le concept lui-même existe depuis des décennies). Ce changement est dû au développement puissant des modèles d'intelligence récents et à la nécessité de communiquer des données plus volumineuses.

Ceci est appelé Communication Sémantique (Semantic Communication), car il s'agit d'une communication qui échange du sens (意味).

Communication Sémantique (Semantic communication)

La communication sémantique vise à transmettre uniquement le sens essentiel, c'est-à-dire le contexte, contenu dans les données, alors que la communication traditionnelle transmettait l'intégralité des données.

Ce problème a déjà été soulevé dans le modèle de communication de Shannon et Weaver, qui ont divisé la maturité de la communication en trois niveaux :

1. Problème technique : Quelle est la précision de la transmission du symbole (Symbol) ? (Ceci est le domaine central de ma théorie.)
2. Problème sémantique : Dans quelle mesure le symbole transmis transmet-il fidèlement le « sens » désiré ?
3. Problème d'efficacité : Dans quelle mesure le sens transmis influence-t-il efficacement le comportement du récepteur ?

Jusqu'à présent, le développement des communications a presque résolu le problème technique, et il s'agit maintenant de traduire les problèmes sémantiques et d'efficacité.

La différence entre le niveau de maturité 1 et les niveaux 2 et 3 (communication sémantique) est typiquement illustrée par l'exemple de la maison en feu.

Une maison est en feu.

Dans le paradigme de communication actuel, cette scène est transformée en données, bit par bit, puis transmise sous forme de photo.

Dans la communication sémantique, au lieu d'envoyer toutes les données comme « de la fumée noire sort de la fenêtre et on voit des flammes », on transmet uniquement le « sens » essentiel, tel que « Incendie, intervention immédiate nécessaire ». L'objectif est d'omettre résolument les informations superflues et d'amener le récepteur à effectuer une action spécifique (l'intervention).

Si la communication entre les terminaux partage la même base de connaissances dans la catégorie des services d'incendie, cela peut réduire considérablement la quantité de données à transmettre nécessaires à l'évaluation de la situation.

La logique d'encodage/décodage essentielle de cette communication sémantique opère au-dessus de la couche application, bien qu'il s'agisse d'un paradigme de communication. Du côté de l'émetteur, un encodeur sémantique convertit les données fournies en données sémantiques, et du côté du récepteur, un décodeur sémantique traite ces données pour qu'elles puissent être utilisées par la source en aval. Les deux seront sous la forme d'un modèle d'inférence possédant la même base de connaissances, ce qui permettra une communication échangeant ce sémantisme sans nécessiter une transmission massive de données.

Naturellement, cela est garanti par la complétude du paradigme de communication existant. Il est d'abord nécessaire de pouvoir transmettre les symboles avec précision au niveau technique, et ce niveau de maturité est déjà atteint. Le défi majeur est désormais de savoir dans quelle mesure le symbole transmis transmet et interprète bien le sémantisme de l'information, et la recherche ne fait que commencer.

Cependant, un système de communication basé sur un tel contexte sémantique, contrairement aux systèmes de communication syntaxiques existants, a de très fortes chances de rencontrer des problèmes car il dépend de l'IA, entre autres, pour sa fiabilité (reliability). Même avec une base de connaissances (Knowledge Based) identique, des interprétations différentes peuvent émerger de la zone de boîte noire du modèle.

Postface

On dit que la 6G (6e génération) des communications mobiles adoptera cette communication sémantique pour devenir un système Internet intelligent, mais des points d'interrogation subsistent quant à la raison pour laquelle un paradigme fonctionnant au-dessus de la couche application devient un sujet de recherche pour les opérateurs de téléphonie mobile. Mon intuition me dit que le rôle de l'opérateur est de garantir le niveau de maturité 1, où les symboles et les bits sont transmis avec précision au niveau technique, et que le moment où la communication sémantique fonctionne est déjà du domaine des applications.

D'un autre côté, il existe également un doute quant à la possibilité qu'il s'agisse d'un nouveau paradigme dans une technologie de communication qui doit avoir la fiabilité comme valeur fondamentale. Je partage moi aussi ces doutes et j'ai personnellement une position légèrement négative.

Néanmoins, la raison pour laquelle j'écris cet article est que je trouve que le prochain paradigme des communications mobiles se développe sous une forme assez intrigante. L'introduction de l'Internet par satellite pour l'expansion de la capacité du canal est un fait quasiment établi avec l'émergence de Project Kuiper, Starlink, etc., et la tentative de dépasser les limites imposées par la Loi de Shannon sous une nouvelle forme m'a semblé assez étonnante.

Comme il n'y a pas de contenu sur GO, je termine avec le gopher.