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). Questa è una teoria che definisce i limiti della comunicazione di rete, e gli sforzi erano volti ad aumentare il massimo della capacità di canale della formula che sarà descritta di seguito. Ad esempio, ci sono tecnologie come il MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tali tecnologie sono parte degli sforzi per ottenere una maggiore capacità di canale basandosi sulla teoria di Shannon.

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

Questi termini significano rispettivamente Capacità di Canale (Channel Capacity), Larghezza di Banda (Bandwidth) e Rapporto Segnale/Rumore (Signal-to-Noise Ratio). Esprimendolo in parole in modo semplice, la Velocità Massima di Comunicazione (C) è il risultato della moltiplicazione tra la quantità totale di risorse fisiche di frequenza che il sistema può utilizzare (B) e l'**Efficienza ( $\log_{2}(1 + S/N)$ 50e45f92ab02a6e49994c

Una volta che questa legge per il calcolo della capacità di canale è emersa, l'industria delle comunicazioni ha iniziato a concentrare i propri sforzi sull'aumento della capacità di canale. Così, per circa 70 anni, l'innovazione nelle comunicazioni si è realizzata principalmente nel miglioramento della capacità di canale.

Tuttavia, nell'era attuale, le risorse di elaborazione (processing) sono progredite enormemente. La comunicazione è passata dall'invio di testo all'invio di vettori spaziali. Hanno iniziato a sorgere dei limiti 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 ciò con l'attuale rete di comunicazione è quasi impossibile. Affrontare il problema semplicemente posando più cavi e installando più antenne raggiunge limiti economici e fisici.

In questo modo, si è iniziato a studiare un paradigma che si discosta dal precedente, volto a trasmettere accuratamente tutti i bit, e che mira a trasmettere solo il contesto attraverso l'introduzione dell'intelligenza nella comunicazione. (*Il concetto stesso esiste da decenni). E questo è un cambiamento dovuto al recente potente sviluppo dei modelli di intelligenza e alla crescente necessità di comunicare dati più grandi.

Questa è chiamata Comunicazione Semantica (Semantic Communication), in quanto è una comunicazione che scambia significato (意味).

Comunicazione Semantica (Semantic communication)

Se la comunicazione semantica tradizionale trasmetteva l'intero dato, ora il suo obiettivo è trasmettere solo il significato essenziale in esso contenuto, ovvero il contesto.

Tale problema è già stato sollevato nel modello di comunicazione di Shannon e Weaver, i quali hanno suddiviso la maturità della comunicazione in tre livelli.

1. Problema Tecnico: Con quale accuratezza si può trasmettere il Simbolo (Symbol)? (Questa è l'area centrale della mia teoria.)
2. Problema Semantico: Il Simbolo trasmesso trasmette con quale accuratezza il 'significato' desiderato?
3. Problema di Efficacia: Il significato trasmesso influenza con quale efficacia 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 e di 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 "fumo nero esce dalla finestra e si vedono fiamme", si trasmette solo il 'significato' essenziale, come "Incendio in corso, necessaria l'immediata mobilitazione". L'obiettivo è quello di omettere drasticamente le informazioni non necessarie e di indurre il ricevente a compiere un'azione specifica (la mobilitazione).

Se si tratta di una comunicazione end-to-end che possiede la stessa base di conoscenza nella categoria dei vigili del fuoco, ciò può ridurre in modo significativo la quantità di dati di trasmissione necessari per comprendere la situazione.

La logica fondamentale di codifica/decodifica di questa comunicazione semantica è un paradigma di comunicazione, ma opera sopra il livello dell'applicazione (Application Layer). Sul lato trasmittente, un codificatore semantico (Semantic Encoder) converte i dati forniti in dati semantici, e sul lato ricevente, un decodificatore semantico (Semantic Decoder) li elabora in una forma utilizzabile dalla sorgente a valle. Entrambi avranno la forma di un modello inferenziale con la stessa base di conoscenza, e questo renderà possibile la comunicazione scambiando tale semantica anche senza un'enorme trasmissione di dati.

Naturalmente, ciò è garantito sulla base della completezza del paradigma di comunicazione esistente. In primo luogo, deve essere possibile trasmettere i simboli in modo tecnicamente accurato, e questo livello di maturità è già stato raggiunto. Ora il compito principale è diventato quanto bene il simbolo trasmesso riesca a veicolare e interpretare la semantica dell'informazione, e la ricerca è appena agli inizi.

Tuttavia, a differenza del sistema di comunicazione sintattica esistente, un sistema di comunicazione basato su tale contesto semantico presenta un rischio molto elevato di problemi, poiché fa affidamento sull'AI o simili per l'affidabilità (reliability). Anche se si possiede la stessa Knowledge Based, interpretazioni diverse potrebbero emergere dall'area "black box" del modello.

Postfazione

Si dice che nella comunicazione mobile 6G (sesta generazione) verrà applicata questa comunicazione semantica, dando vita a un sistema Internet intelligente, ma c'è un punto interrogativo sul perché un paradigma che opera sopra lo strato 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, dove i simboli e i bit sono trasmessi tecnicamente in modo accurato, e il momento in cui la comunicazione semantica entra in funzione è già nell'ambito delle applicazioni.

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

Ciononostante, la ragione per cui scrivo questo articolo è che ritengo che il prossimo paradigma della comunicazione mobile si stia sviluppando in una forma piuttosto interessante. L'introduzione di Internet via satellite per l'espansione della capacità di canale è un fatto ormai assodato con l'emergere di Project Kuiper, Starlink, ecc., ed è stato piuttosto sorprendente vedere il tentativo di superare i limiti imposti dalla Legge di Shannon in una nuova forma.

Non essendoci contenuti su GO, concludo con un gopher.