Le prochain paradigme de communication piloté par la communication sémantique basée sur l'AI

Loi de Shannon

Les communications contemporaines 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 en réseau, et les tentatives visaient à maximiser la capacité de canal (Channel Capacity) de la formule qui sera présentée ci-après. On peut citer, par exemple, des technologies telles que le MIMO (Multiple Input Multiple Output). Ces technologies s'inscrivent dans l'effort visant à obtenir une capacité de canal supérieure, en se fondant sur la théorie de Shannon.

La loi de Shannon s'exprime par la formule suivante pour le calcul de la capacité de canal : $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Celles-ci représentent respectivement la Capacité de Canal (Channel Capacity), la Bande Passante (Bandwidth), et le Rapport Signal/Bruit (Signal-to-Noise Ratio). Pour l'expliquer de manière simple, la Vitesse Maximale de Communication (C) est obtenue en multipliant la quantité totale de ressources de fréquence physiques utilisables par le système (B) par l'**Efficacité ( $\log_{2}(1 + S/N)$ 50e45f92ab02a6e49994c

Avec l'apparition de cette loi qui calcule la capacité de canal, l'industrie des communications a commencé à concentrer ses efforts pour augmenter cette capacité. Ainsi, pendant environ 70 ans, la majorité des innovations en communication se sont réalisées par l'amélioration de la capacité de canal.

Cependant, à l'époque actuelle, les ressources de traitement (Processing) ont considérablement évolué. La communication est passée de l'envoi de texte à l'envoi de vecteurs spatiaux. Des limites ont commencé à apparaître dans la transmission fiable et fragmentée de toutes ces données. 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 supporter cela. Simplement poser plus de câbles et installer plus d'antennes atteint des limites économiques et physiques pour résoudre ce problème.

Ainsi, on a commencé à étudier un paradigme qui s'éloigne de celui de la transmission précise de la totalité des bits existants, en introduisant de l'intelligence dans la communication pour ne viser que la transmission du contexte. (*Le concept lui-même existe depuis des décennies.) Et ceci est un changement induit par le développement puissant des modèles d'intelligence récents et le besoin croissant de communiquer des données plus volumineuses.

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

Communication Sémantique (Semantic communication)

La communication sémantique vise, au lieu de transmettre l'intégralité des données comme auparavant, à transmettre uniquement le sens essentiel qu'elles contiennent, c'est-à-dire le contexte.

Cette problématique a déjà été soulevée 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 avec laquelle un Symbole (Symbol) peut être transmis ? (Ceci est le domaine central de ma théorie.)
2. Problème Sémantique : Le symbole transmis communique-t-il le 'sens' désiré avec précision ?
3. Problème d'Efficacité : L'effet transmis influence-t-il efficacement le comportement du récepteur ?

Jusqu'à présent, le développement de la communication a quasiment résolu le problème technique, et la tâche actuelle consiste à résoudre les problèmes sémantique 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, et transmise sous forme de photographie.

Dans la communication sémantique, au lieu d'envoyer toutes les données, comme "de la fumée noire sort des fenêtres et des flammes sont visibles", la méthode consiste à transmettre uniquement le 'sens' essentiel : "Incendie déclaré, intervention immédiate nécessaire". Ceci a pour but d'omettre radicalement 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 de transmission nécessaires à la compréhension de la situation.

La logique essentielle d'encodage/décodage de cette communication sémantique est un paradigme de communication, mais elle opère au-dessus de la couche Application. Du côté de l'émetteur, un encodeur sémantique convertit les données fournies en données sémantiques, et du côté du récepteur, un décodeur sémantique les traite dans un format utilisable par la source en aval. Les deux entités seraient sous la forme d'un modèle d'inférence (Inference Model) possédant la même base de connaissances, permettant ainsi une communication échangeant le sémantique sans nécessiter la transmission de données volumineuses.

Naturellement, ceci est garanti par la complétude du paradigme de communication existant. Il est d'abord nécessaire de pouvoir transmettre les symboles avec précision sur le plan technique, et ce niveau de maturité est déjà atteint. Désormais, la question principale est de savoir dans quelle mesure le symbole transmis communique et interprète le sémantique de l'information, et la recherche ne fait que commencer.

Cependant, un système de communication basé sur ce contexte sémantique, contrairement au système de communication syntaxique existant, a de très fortes chances de rencontrer des problèmes car il repose sur l'IA, entre autres, pour la fiabilité (reliability). Même en possédant la même Base de Connaissances (Knowledge Based), des interprétations différentes peuvent émerger de la zone de la boîte noire (Black Box) du modèle.

Postface

On dit que la 6G (6ème génération) de communication mobile intégrera cette communication sémantique pour devenir un système Internet intelligent. Cependant, il y a un point d'interrogation quant à la raison pour laquelle un paradigme fonctionnant sur la couche Application devient un sujet de recherche pour les opérateurs de télécommunications mobiles. Mon intuition est que le rôle de l'opérateur est de garantir techniquement le niveau de maturité 1, où les symboles et les bits sont transmis avec précision, et que le moment où la communication sémantique opère relève déjà du domaine des applications.

D'autre part, il existe également un doute quant à la pertinence de ce nouveau paradigme dans une technologie de communication qui doit avoir la fiabilité comme valeur fondamentale. Je partage ce doute et j'ai personnellement une position légèrement négative.

Néanmoins, la raison pour laquelle j'écris cet article est que le prochain paradigme de la communication mobile se déploie sous une forme assez intéressante. L'introduction d'Internet par satellite pour l'expansion de la capacité de canal est un fait acquis 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 paru assez fascinante.

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