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

Lei de Shannon

As comunicações atuais desenvolveram-se com base na Lei de Shannon (Shannon's Law). Esta é uma teoria que estabelece os limites da comunicação em rede e tem motivado tentativas de maximizar a capacidade do canal na fórmula que será apresentada a seguir. Exemplos disso incluem tecnologias como MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tais tecnologias são parte de um esforço para alcançar uma capacidade de canal mais elevada, fundamentado na teoria de Shannon.

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

Estes representam, respetivamente, a Capacidade do Canal (Channel Capacity), a Largura de Banda (Bandwidth) e a Relação Sinal-Ruído (Signal-to-Noise Ratio). Em termos mais simples, a Velocidade Máxima de Comunicação (C) é obtida multiplicando o volume total de recursos físicos de frequência que o sistema pode utilizar (B) pela **Eficiência ( $\log_{2}(1 + S/N)$ 50e45f92ab02a6e49994c

Com o surgimento desta lei para calcular a capacidade do canal, a indústria de comunicações começou a concentrar esforços no aumento dessa capacidade. Assim, durante cerca de 70 anos, a inovação em comunicações tem ocorrido principalmente através da melhoria da capacidade do canal.

No entanto, na era atual, os recursos de processamento evoluíram imensamente. A comunicação passou da simples transmissão de texto para o envio de vetores espaciais. Começaram a surgir limitações na capacidade de dividir e transmitir todos estes dados de forma fiável. Por exemplo, os dados gerados por um automóvel autónomo podem atingir vários Terabytes por dia, e a rede de comunicações atual é quase incapaz de suportar este volume. Simplesmente instalar mais cabos e mais antenas atinge limites económicos e físicos.

Assim, começou a ser investigado um novo paradigma que se afasta do modelo de transmissão precisa de todos os bits, introduzindo inteligência na comunicação para visar apenas a transmissão do contexto. (O conceito em si existe há décadas). Esta mudança é impulsionada pelo recente e robusto avanço dos modelos de inteligência e pela crescente necessidade de comunicação de dados mais volumosos.

Isto é denominado Comunicação Semântica (Semantic Communication), por ser uma comunicação que troca significado (意味).

Comunicação Semântica (Semantic communication)

A comunicação semântica visa transmitir apenas o significado central, ou seja, o contexto, contido nos dados, em contraste com a transmissão da totalidade dos dados que ocorria anteriormente.

Este problema já havia sido levantado no modelo de comunicação de Shannon e Weaver, que dividiram 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: Com que precisão o Símbolo transmitido comunica o 'significado' desejado?
3. Problema de Eficácia: Com que eficácia o significado transmitido influencia o comportamento do recetor?

Até agora, o desenvolvimento das comunicações resolveu quase totalmente o problema técnico, e agora se dedica à tarefa de traduzir os problemas semânticos e de eficácia.

A diferença entre o nível de maturidade 1 e os níveis 2 e 3 (Comunicação Semântica) é tipicamente ilustrada pelo exemplo da casa em chamas.

Uma casa está a arder.

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

Na comunicação semântica, em vez de enviar todos os dados, como "fumo preto a sair da janela e chamas visíveis", é transmitido apenas o 'significado' essencial: "Incêndio, necessidade de intervenção imediata". O objetivo é omitir informações desnecessárias e fazer com que o recetor realize uma ação específica (intervenção).

Se a comunicação entre as pontas possuir a mesma base de conhecimento na categoria de combate a incêndios, isto pode reduzir drasticamente o volume de dados de transmissão necessários para a compreensão da situação.

A lógica central de codificação/descodificação na comunicação semântica, embora seja um paradigma de comunicação, opera sobre a camada de aplicação (application layer). No lado do emissor, um codificador semântico converte os dados fornecidos em dados semânticos, e no lado do recetor, um descodificador semântico processa-os para uma forma que a fonte subsequente possa utilizar. Ambos serão modelos de inferência com a mesma base de conhecimento, permitindo a comunicação de significado sem a necessidade de transmissão de dados maciços.

Naturalmente, isto é garantido pela completude do paradigma de comunicação existente. Em primeiro lugar, o símbolo deve ser transmitido com precisão a nível técnico, e este nível de maturidade já foi alcançado. Agora, o principal desafio é quão bem o símbolo transmitido comunica e interpreta o significado da informação, e a pesquisa está apenas a começar.

No entanto, um sistema de comunicação baseado neste contexto semântico, ao contrário dos sistemas de comunicação sintática existentes, depende de IA e outros elementos para a fiabilidade (reliability), o que torna muito provável o surgimento de problemas. Mesmo que possuam a mesma Base de Conhecimento (Knowledge Based), diferentes interpretações podem surgir na área de caixa preta do modelo.

Pós-escrito

Tem sido dito que a 6G (6ª Geração) de comunicações móveis irá incorporar a comunicação semântica para se tornar um sistema de internet inteligente. No entanto, paira a dúvida sobre por que razão um paradigma que opera sobre a camada de aplicação se torna um tema de investigação para as operadoras de telecomunicações móveis. A minha intuição sugere que as operadoras de telecomunicações móveis têm o papel de garantir o nível de maturidade 1, onde os símbolos e bits são transmitidos com precisão a nível técnico, e o ponto em que a comunicação semântica opera é já o domínio da aplicação.

Por outro lado, também existe a dúvida sobre se esta será um novo paradigma numa tecnologia de comunicação que deve ter a fiabilidade como valor fundamental. Eu também partilho desta dúvida e, pessoalmente, tenho uma posição um pouco negativa.

Apesar disso, o motivo pelo qual escrevo este texto é que considero que o próximo paradigma das comunicações móveis está a desenrolar-se de uma forma bastante fascinante. A introdução da internet via satélite para a expansão da capacidade do canal é um facto consumado com o surgimento de projetos como Kuiper e Starlink, e a tentativa de superar as limitações impostas pela Lei de Shannon de uma nova forma foi bastante interessante.

Como não há conteúdo sobre GO, finalizo com um gopher.