Il Prossimo Paradigma di Comunicazione Guidato dalla Comunicazione Semantica Basata sull'AI

Legge di Shannon

La comunicazione odierna si è sviluppata basandosi sulla Legge di Shannon (Shannon's Law). Essa è una teoria che determina il limite della comunicazione di rete, e gli sforzi erano volti ad aumentare la capacità massima del canale della formula che sarà discussa di seguito. Ad esempio, esistono tecnologie come il MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tali tecnologie fanno parte di uno sforzo per ottenere una maggiore capacità di canale basandosi sulla teoria di Shannon.

La Legge di Shannon è espressa dalla seguente formula per il calcolo della capacità di canale: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Questi termini indicano rispettivamente la Capacità di Canale (Channel Capacity), la Larghezza di Banda (Bandwidth) e il Rapporto Segnale/Rumore (Signal-to-Noise Ratio). Spiegandolo in termini semplici, la Velocità Massima di Comunicazione (C) è il risultato della moltiplicazione della quantità totale di risorse di frequenza fisica che il sistema può utilizzare (B) per l'**Efficienza ( $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

Una volta introdotta questa legge per il calcolo della capacità di canale, l'industria delle comunicazioni ha iniziato a concentrare i propri sforzi sull'aumento della capacità di canale. Così, per circa 70 anni, la maggior parte delle innovazioni nelle comunicazioni si è concentrata sul miglioramento della capacità di canale.

Tuttavia, nell'era attuale, le risorse di elaborazione si sono sviluppate enormemente. La comunicazione è passata dall'invio di testo all'invio di vettori spaziali. Ha iniziato a manifestarsi un limite nella possibilità di suddividere e trasmettere in modo affidabile tutti questi dati. Ad esempio, i dati generati da un'automobile a guida autonoma possono ammontare a diversi Terabyte al giorno, e sostenere questo con l'attuale rete di comunicazione è quasi impossibile. Raggiungerebbe un limite economico/fisico se si cercasse di risolvere il problema semplicemente posando più cavi e installando più antenne.

In questo modo, si è iniziato a studiare un paradigma che, discostandosi dal precedente paradigma di trasmissione accurata di tutti i bit, mira alla trasmissione del solo contesto introducendo l'intelligenza nella comunicazione. (*Il concetto stesso esiste da decenni) E questo è un cambiamento dovuto al recente e potente sviluppo dei modelli di intelligenza e alla crescente necessità di comunicare dati più consistenti.

Questo viene chiamato Comunicazione Semantica (Semantic Communication) in quanto è una comunicazione che scambia il significato (意味).

Comunicazione Semantica (Semantic communication)

La Comunicazione Semantica mira a trasmettere solo il significato centrale, ovvero il contesto, contenuto nei dati, a differenza del precedente approccio di trasmissione dell'intero dato.

Tale problematica era già stata sollevata nel modello di comunicazione di Shannon e Weaver, i quali avevano suddiviso la maturità della comunicazione in tre livelli.

1. Problema Tecnico: Con quale precisione è possibile trasmettere il simbolo (Symbol)? (Questa è l'area centrale della mia teoria.)
2. Problema Semantico: Con quale precisione il simbolo trasmesso veicola il 'significato' desiderato?
3. Problema di Efficacia: Con quale efficacia il significato trasmesso influenza il comportamento del ricevente?

Finora, lo sviluppo della comunicazione ha quasi risolto il problema tecnico, e ora si sta affrontando il compito di tradurre i problemi semantici ed efficacia.

La differenza tra il livello di maturità 1 e i livelli 2 e 3 (Comunicazione Semantica) viene tipicamente illustrata con l'esempio della casa in fiamme.

Una casa sta bruciando.

Nel paradigma di comunicazione attuale, questa scena viene trasformata in dati minuziosamente e trasmessa come foto.

Nella Comunicazione Semantica, invece di inviare tutti i dati, come "dal finestrino esce fumo nero e si vedono le fiamme", viene trasmesso solo il 'significato' centrale: "Incendio in corso, necessaria l'immediata partenza". Ciò implica l'omissione coraggiosa di informazioni non necessarie, con l'obiettivo di indurre il ricevente a compiere una specifica azione (la partenza).

Se la comunicazione avviene tra due terminali che possiedono la stessa base di conoscenza nella categoria "antincendio", ciò può ridurre in modo significativo la quantità di dati di trasmissione necessari per comprendere la situazione.

La logica centrale di codifica/decodifica di questa Comunicazione Semantica è un paradigma di comunicazione, ma opera sul livello applicativo (Application Layer). Dal lato del mittente, un codificatore semantico converte i dati forniti in dati semantici, e dal lato del ricevente, un decodificatore semantico li elabora in una forma utilizzabile dalla sorgente a valle. Entrambi saranno probabilmente una forma di modello di inferenza che possiede la stessa base di conoscenza, permettendo così una comunicazione che scambia la semantica senza la necessità di una trasmissione di dati massiccia.

Naturalmente, ciò è garantito dalla completezza del paradigma di comunicazione esistente. In primo luogo, i simboli devono poter essere trasmessi accuratamente a livello tecnico, e questo livello di maturità è già stato raggiunto. Ora, la questione principale è quanto bene il simbolo trasmesso veicoli e interpreti la semantica dell'informazione, e la ricerca è appena iniziata.

Tuttavia, un sistema di comunicazione basato su questo contesto semantico, a differenza del sistema di comunicazione sintattico esistente, ha un'alta probabilità di incorrere in problemi poiché la sua affidabilità (reliability) dipende dall'AI e da sistemi simili. Anche se si possiede la stessa Knowledge Base, potrebbero emergere interpretazioni diverse dall'area "scatola nera" del modello.

Postfazione

Si dice che nella comunicazione mobile 6G (sesta generazione) verrà applicata questa Comunicazione Semantica, dando vita a un sistema di internet intelligente, ma c'è un punto interrogativo sul perché un paradigma che opera sul livello applicativo diventi un tema di ricerca per gli operatori di telefonia mobile. La mia intuizione è che gli operatori di telefonia mobile abbiano il ruolo di garantire il livello di maturità 1, in cui i simboli e i bit vengono trasmessi accuratamente a livello tecnico, e il momento in cui la comunicazione semantica entra in gioco è già l'ambito delle applicazioni.

D'altra parte, esiste anche il dubbio se un nuovo paradigma come questo possa esistere in una tecnologia di comunicazione che deve porre l'affidabilità come valore fondamentale. Anch'io nutro questo dubbio e personalmente ho una posizione leggermente negativa.

Nonostante ciò, la ragione per cui scrivo questo testo è che ritengo che il prossimo paradigma della comunicazione mobile si stia sviluppando in una forma piuttosto interessante. L'introduzione di internet satellitare per l'espansione della capacità di canale è un fatto quasi assodato con l'emergere di Project Kuiper, Starlink, ecc., e il tentativo di superare in una nuova forma i limiti imposti dalla Legge di Shannon è stato piuttosto affascinante.