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

Loi de Shannon

Les communications contemporaines ont évolué en s'appuyant sur la Loi de Shannon (Shannon's Law). Celle-ci constitue la théorie qui détermine les limites de la communication réseau, et les tentatives visant à maximiser la capacité de canal dans la formule décrite ci-après en sont la conséquence. On peut citer, par exemple, des technologies telles que le MIMO (Multiple Input Multiple Output). Ces technologies s'inscrivent dans une démarche visant à obtenir une capacité de canal supérieure, fondée sur la théorie de Shannon.

La Loi de Shannon s'exprime par la formule ci-dessous, qui permet de calculer la capacité de canal.

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 plus accessible, la vitesse de communication maximale (C) est obtenue en multipliant la quantité totale de ressources de fréquence physiques que le système peut utiliser (B) par l'efficacité (log₂(1 + S/N)) qui indique le nombre de bits d'information pouvant être transportés par Hertz de cette ressource, en fonction de la qualité du signal (S/N).

Avec l'avènement de cette loi calculant la capacité de 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 a principalement résidé dans l'amélioration de la capacité de canal.

Cependant, à l'ère actuelle, les ressources de traitement ont connu un développement considérable. Les communications, qui se limitaient autrefois à l'envoi de texte, en sont désormais au point de transmettre des 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 supporter cela. Le simple fait de déployer davantage de câbles et d'installer plus d'antennes atteint des limites économiques et physiques.

Ainsi, un nouveau paradigme de communication a commencé à être exploré, s'écartant de celui qui visait à transmettre avec précision l'intégralité des bits, pour introduire de l'intelligence dans la communication, ne cherchant à transmettre que le contexte. (Le concept lui-même existe depuis des décennies.) Ceci est une conséquence de l'évolution puissante des modèles d'intelligence récents et de la nécessité de communiquer des volumes de données encore plus importants.

Ceci est désigné sous le terme de Communication Sémantique (Semantic Communication), car il s'agit d'une communication qui échange du sens.

Communication Sémantique (Semantic communication)

Alors que la communication classique transmettait l'intégralité des données, la communication sémantique vise désormais à ne transmettre que 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 de la transmission du Symbole ? (Ceci est le domaine central de ma théorie.)
2. Problème sémantique : Quelle est la précision avec laquelle le symbole transmis véhicule le 'sens' souhaité ?
3. Problème d'efficacité : Quelle est l'efficacité avec laquelle le sens transmis influence l'action du récepteur ?

Jusqu'à présent, le développement des communications a presque résolu le problème technique, et la tâche actuelle consiste 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 convertie en données bit par bit, puis transmise sous forme de photographie.

Dans la communication sémantique, au lieu d'envoyer toutes les données comme "de la fumée noire sort de la fenêtre et on aperçoit des flammes", on ne transmet que le 'sens' essentiel : "Incendie, intervention immédiate nécessaire". L'objectif est d'omettre résolument les informations superflues et de viser à ce que le récepteur entreprenne une action spécifique (l'intervention).

Pour une communication entre terminaux qui partagent la même base de connaissances dans la catégorie de la lutte contre les incendies, cela peut réduire de manière significative la quantité de données à transmettre nécessaires pour comprendre la situation.

La logique fondamentale 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 sous une forme utilisable par la source en aval. Les deux constitueront une forme de modèle d'inférence possédant la même base de connaissances, permettant ainsi une communication qui échange la sémantique sans nécessiter la transmission de données massives.

Il est évident que cela 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. Le défi majeur est désormais de savoir dans quelle mesure le symbole transmis transmet et interprète correctement la sémantique de l'information, et la recherche ne fait que commencer.

Cependant, contrairement au système de communication syntaxique existant, un système de communication basé sur ce contexte sémantique risque fortement de rencontrer des problèmes, car il dépend de 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 la boîte noire du modèle.

Postface

Il est avancé que la 6G (sixième génération) de communication mobile sera un système Internet intelligent intégrant cette communication sémantique, mais la question de savoir pourquoi un paradigme fonctionnant au-dessus de la couche application devient un sujet de recherche pour les opérateurs de télécommunications demeure. Mon intuition me dit que le rôle des opérateurs est de garantir le niveau de maturité 1, où les symboles et les bits sont transmis avec précision sur le plan technique, et que le moment où la communication sémantique opère relève déjà du domaine des applications.

Par ailleurs, un doute subsiste 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 cette interrogation et, personnellement, j'adopte une position quelque peu négative.

Néanmoins, la raison pour laquelle j'écris cet article est que le prochain paradigme de la communication mobile se développe sous une forme assez fascinante. L'introduction de l'Internet par satellite pour l'extension de la capacité de canal est un fait 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 m'a semblé assez étonnante.