O Próximo Paradigma de Comunicação Liderado pela Comunicação Semântica Baseada em AI

Lei de Shannon

A comunicação atual evoluiu com base na Lei de Shannon (Shannon's Law). Esta é uma teoria que determina os limites da comunicação em rede, e as tentativas subsequentes para elevar a capacidade máxima do canal da fórmula que será descrita adiante. Exemplos incluem tecnologias como MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tais tecnologias são parte de um esforço para alcançar uma capacidade de canal mais elevada com base na teoria de Shannon.

A Lei de Shannon é expressa pela seguinte fórmula que calcula a capacidade do canal: $$C = B \cdot \log_{2}(1 + \frac{S}{N})$$ author: yoonhyunwoo

Estes representam, respectivamente, a Capacidade do Canal (Channel Capacity), a Largura de Banda (Bandwidth) e a Razão Sinal-Ruído (Signal-to-Noise Ratio). Em termos simples, a Velocidade Máxima de Comunicação (C) é o produto da quantidade total de recursos físicos de frequência que o sistema pode utilizar (B) pela **Eficiência ( $\log_{2}(1 + S/N)$ afe9fa2bfe0934a415fbc

Com o surgimento desta lei para calcular a capacidade do canal, a indústria de comunicações começou a concentrar esforços para aumentar essa capacidade. Assim, por aproximadamente 70 anos, a inovação em comunicações tem se dado, em sua maioria, na melhoria da capacidade do canal.

No entanto, na era atual, os recursos de processamento evoluíram imensamente. A comunicação passou da época em que se enviava texto para o ponto em que se envia vetores espaciais. Começaram a surgir limitações para dividir e transmitir todos esses dados de forma confiável. Por exemplo, os dados gerados por um carro autônomo podem somar vários terabytes por dia, e é quase impossível que a rede de comunicação atual suporte isso. Simplesmente instalar mais cabos e colocar mais antenas atinge um limite econômico/físico para resolver o problema.

Assim, começou a ser pesquisado um novo paradigma que se distancia do modelo de transmissão precisa de todos os bits originais, introduzindo inteligência na comunicação para buscar apenas a transmissão do contexto. (*O conceito em si existe há décadas) E esta é uma mudança impulsionada pelo poderoso avanço dos modelos de inteligência recentes e pela crescente necessidade de comunicação de dados cada vez maiores.

Isto é chamado de Comunicação Semântica (Semantic Communication), pois se trata de uma comunicação que troca significado (意味).

Comunicação Semântica (Semantic communication)

Se a Comunicação Semântica enviava todo o dado anteriormente, agora ela visa transmitir apenas o significado essencial contido nele, ou seja, o contexto.

Este problema já havia sido levantado no modelo de comunicação de Shannon e Weaver, que separaram a maturidade da comunicação em três níveis.

1. Problema Técnico: Com que precisão um Símbolo (Symbol) pode ser transmitido? (Esta é a área central da minha teoria.)
2. Problema Semântico: O símbolo transmitido comunica o 'significado' desejado com que precisão?
3. Problema de Efetividade: O significado transmitido influencia o comportamento do receptor com que eficácia?

Até agora, o desenvolvimento da comunicação praticamente resolveu o problema técnico, e a tarefa atual é traduzir os problemas semânticos e de efetividade.

A diferença entre o Nível de Maturidade 1 e os Níveis 2 e 3 (Comunicação Semântica) é tipicamente ilustrada com o exemplo da casa em chamas.

Uma casa está pegando fogo.

No paradigma de comunicação atual, esta cena é convertida em dados detalhadamente e transmitida como uma imagem.

Na Comunicação Semântica, em vez de enviar todos os dados como "fumaça preta saindo da janela e chamas visíveis", o método consiste em transmitir apenas o 'significado' essencial, como "Incêndio, necessidade de despacho imediato". Isto visa omitir informações desnecessárias e fazer com que o receptor realize uma ação específica (despacho).

Se a comunicação entre os terminais possuir a mesma base de conhecimento na categoria de combate a incêndios, isso pode reduzir drasticamente a quantidade de dados de transmissão necessários para a compreensão da situação.

A lógica central de codificação/decodificação desta Comunicação Semântica é um paradigma de comunicação, mas opera sobre a Camada de Aplicação. No lado do transmissor, o codificador semântico converte os dados fornecidos em dados semânticos, e no lado do receptor, o decodificador semântico processa isso em um formato utilizável pela fonte de retaguarda. Ambos serão na forma de um modelo de inferência com a mesma base de conhecimento, o que permite a comunicação de seus aspectos semânticos sem a necessidade de transmissão de dados gigantescos.

Obviamente, isso é garantido pela completude do paradigma de comunicação existente. Primeiramente, é necessário que o símbolo seja transmitido com precisão técnica, e este nível de maturidade já foi alcançado. Agora, o principal desafio é quão bem o símbolo transmitido comunica e interpreta a semântica da informação, e a pesquisa está apenas começando.

No entanto, um sistema de comunicação baseado neste contexto semântico tem uma grande probabilidade de enfrentar problemas, pois a confiabilidade (reliability), ao contrário dos sistemas de comunicação sintática existentes, depende de IA e outras tecnologias. Mesmo que possuam a mesma Base de Conhecimento, interpretações diferentes podem surgir na área de "caixa preta" do modelo.

Pós-escrito

Diz-se que a comunicação móvel 6G (Sexta Geração) adotará essa Comunicação Semântica, tornando-se um sistema de internet inteligente, mas há um ponto de interrogação sobre por que um paradigma que opera sobre a camada de aplicação se torna um tema de pesquisa para as operadoras de telecomunicações. Minha intuição é que as operadoras de telecomunicações são responsáveis por garantir o Nível de Maturidade 1, onde o símbolo e o bit são transmitidos com precisão técnica, e o ponto em que a comunicação semântica opera já é o domínio da aplicação.

Por outro lado, também existe a dúvida se haverá um novo paradigma na tecnologia de comunicação, que deve ter a confiabilidade como valor fundamental. Eu também tenho essa dúvida e, pessoalmente, estou um pouco cético.

No entanto, a razão pela qual escrevo este artigo é que considero que o próximo paradigma da comunicação móvel está se desenrolando de uma forma bastante intrigante. A introdução da internet via satélite para a expansão da capacidade do canal é um fato consumado com o surgimento de Project Kuiper, Starlink, etc., e a tentativa de superar as limitações impostas pela Lei de Shannon de uma nova forma foi bastante fascinante.