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

Legge di Shannon

Le comunicazioni odierne si sono sviluppate 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 la capacità massima del canale della formula che sarà discussa di seguito. Vi sono tecnologie come il MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tali tecnologie sono parte di uno sforzo per ottenere una maggiore capacità di canale basato sulla teoria di Shannon.

La Legge di Shannon è espressa dalla seguente formula che calcola la capacità del canale.

$$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Questi termini indicano rispettivamente la Capacità del 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 tra la quantità totale di risorse fisiche di frequenza che il sistema può utilizzare (B) e l'**Efficienza ( $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

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

Tuttavia, nell'era attuale, le risorse di elaborazione si sono sviluppate enormemente. Le comunicazioni sono passate dall'invio di testo all'invio di vettori spaziali. Ha iniziato a sorgere un limite nella capacità 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, ed è quasi impossibile per l'attuale rete di comunicazione gestirli. Il semplice posizionamento di più cavi e l'installazione di più antenne raggiungono un limite economico/fisico per la soluzione.

In questo modo, si è iniziato a studiare un paradigma che si discosta dal precedente, volto alla trasmissione accurata di tutti i bit, introducendo l'intelligenza nella comunicazione per perseguire la sola trasmissione del contesto. (*Il concetto stesso esiste da decenni) E questo è un cambiamento dovuto al recente potente sviluppo dei modelli intelligenti e alla crescente necessità di comunicazioni con dati più massivi.

Questo è chiamato Comunicazione Semantica (Semantic Communication) in quanto è una comunicazione che scambia significati.

Comunicazione Semantica (Semantic communication)

Mentre la comunicazione tradizionale trasmetteva l'intero dato, la comunicazione semantica mira a trasmettere solo il significato essenziale in esso contenuto, ovvero il contesto.

Questo 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 quanta precisione può essere trasmesso un Simbolo (Symbol)? (Questo è il campo centrale della mia teoria.)
2. Problema Semantico: Il Simbolo trasmesso veicola con quanta precisione il 'significato' desiderato?
3. Problema di Efficacia: Il significato trasmesso influenza in modo efficace il comportamento del ricevente?

Finora, lo sviluppo della comunicazione ha quasi risolto il problema tecnico, e ora si affronta 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) è tipicamente illustrata dall'esempio della casa in fiamme.

Una casa sta bruciando.

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

Nella comunicazione semantica, invece di inviare tutti i dati, come "fumo nero esce dalla finestra e si vedono le fiamme", si trasmette solo il 'significato' essenziale: "Incendio in corso, necessario intervento immediato". Ciò mira a omettere drasticamente le informazioni non necessarie e a indurre il ricevente a compiere una specifica azione (intervento).

Se la comunicazione tra gli estremi possiede la stessa base di conoscenza nella categoria dei servizi antincendio, 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 opera sopra il livello dell'applicazione, sebbene sia un paradigma di comunicazione. Dal lato del trasmettitore, 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 nella forma di un modello di inferenza con la stessa base di conoscenza, il che rende possibile la comunicazione scambiando tale semantica senza la necessità di una trasmissione massiva di dati.

Naturalmente, ciò è garantito sulla base della completezza del paradigma di comunicazione esistente. In primo luogo, deve essere possibile trasmettere i simboli con precisione 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 agli inizi.

Tuttavia, un sistema di comunicazione basato su tale contesto semantico, a differenza del sistema di comunicazione sintattico esistente, ha un'alta probabilità di incorrere in problemi poiché la affidabilità (reliability) dipende dall'AI, ecc. Anche se si possiede la stessa Knowledge Based, possono emergere interpretazioni diverse dall'area black box del modello.

Postfazione

Si dice che nella 6G (sesta generazione) delle comunicazioni mobili, la comunicazione semantica sarà applicata per creare un sistema Internet intelligente, ma c'è un punto interrogativo sul perché un paradigma che opera al di sopra del livello dell'applicazione diventi un progetto 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 con precisione a livello tecnico, e il momento in cui la comunicazione semantica opera è già il dominio delle applicazioni.

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

Nonostante ciò, 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 satellitare per l'espansione della capacità del canale è un fatto ormai assodato con l'emergere di Project Kuiper, Starlink, ecc., ed è stato piuttosto sorprendente il tentativo di superare in una nuova forma i limiti vincolati dalla Legge di Shannon.