Le prochain paradigme de communication guidé 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). Il s'agit d'une théorie qui définit les limites de la communication réseau, et les tentatives visaient à maximiser la capacité de canal de la formule qui sera expliquée ci-après. On trouve par exemple des technologies telles que le MIMO (Multiple Input Multiple Output). Ces technologies s'inscrivent dans le cadre des efforts visant à obtenir une capacité de canal supérieure, fondés sur la théorie de Shannon.

La Loi de Shannon est exprimée par la formule suivante pour calculer 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 simplement en mots, la Vitesse Maximale de Communication (C) est le résultat de la multiplication de la quantité totale de ressources physiques de fréquence que le système peut utiliser (B) par l'Efficacité (log₂(1 + S/N)) qui indique combien de bits d'information peuvent être transportés par 1 Hz de cette ressource, en fonction de la qualité du signal (S/N).

Avec l'apparition de cette loi calculant la capacité de canal, l'industrie des communications a commencé à se concentrer sur l'augmentation de cette capacité. Ainsi, pendant environ 70 ans, la majeure partie de l'innovation dans les communications s'est produite grâce à l'amélioration de la capacité de canal.

Cependant, à l'ère actuelle, les ressources de traitement ont considérablement progressé. La communication est passée de l'envoi de texte à l'envoi de vecteurs spatiaux. Des limites ont commencé à apparaître pour fragmenter et 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 supporter cela. Il devient économiquement et physiquement limité de simplement installer plus de câbles et de placer plus d'antennes.

Ainsi, on a commencé à étudier un paradigme qui s'écarte du modèle existant visant à transmettre avec précision l'ensemble des bits, 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 dû au développement puissant des modèles d'intelligence récents et à la nécessité de communiquer des données encore plus massives.

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

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 les symboles peuvent être transmis ? (Ceci est le domaine central de leur théorie.)
2. Problème sémantique : Quelle est la précision avec laquelle les symboles transmis véhiculent le « sens » souhaité ?
3. Problème d'efficacité : Quelle est l'efficacité avec laquelle le sens transmis influence le comportement du récepteur ?

Jusqu'à présent, le développement des communications a presque résolu le problème technique, et la tâche consiste désormais à 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 et 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 déclaré, intervention immédiate requise". Cette approche omet hardiment les informations inutiles et vise à inciter le récepteur à entreprendre 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 de manière significative la quantité de données de transmission nécessaires pour comprendre la situation.

La logique clé d'encodage/décodage de cette communication sémantique est un paradigme de communication, mais elle fonctionne sur la couche d'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 sous une forme utilisable par la source en aval. Les deux seront sous la forme d'un modèle d'inférence possédant la même base de connaissances, ce qui permet une communication échangeant le sémantique sans nécessiter une transmission de données massive.

Naturellement, cela est garanti par le niveau d'achèvement du paradigme de communication existant. Premièrement, il doit être possible de 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 transmet et interprète bien le sémantique de l'information, et la recherche ne fait que commencer.

Cependant, contrairement au système de communication syntaxique existant, ce système de communication basé sur un contexte sémantique est très susceptible de rencontrer des problèmes car il s'appuie sur l'IA, entre autres, pour la 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

Il est dit que la 6G (6ème génération) de communication mobile appliquera 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 d'application devient un sujet de recherche pour les opérateurs de téléphonie mobile. Mon intuition me dit que les opérateurs de téléphonie mobile ont pour rôle de garantir le niveau de maturité 1, où les symboles et les bits sont transmis avec précision sur le plan technique, et le moment où la communication sémantique opère relève déjà du domaine des applications.

D'autre part, il existe également un doute quant à la possibilité que cela constitue un nouveau paradigme dans une technologie de communication qui doit avoir la fiabilité comme valeur fondamentale. Je partage également ces doutes et j'adopte personnellement une position légèrement négative.

Néanmoins, la raison pour laquelle j'écris cet article est que je trouve que le prochain paradigme de la communication mobile se déploie sous une forme assez fascinante. L'introduction de l'Internet par satellite pour l'expansion de la capacité de canal est un fait pratiquement acquis avec l'émergence de Project Kuiper, Starlink, etc., et la tentative de franchir les limites imposées par la Loi de Shannon sous une nouvelle forme était assez étonnante.