O Próximo Paradigma de Comunicação Impulsionado 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 estabelece os limites da comunicação em rede, e as tentativas de aumentar a capacidade máxima do canal na fórmula que será detalhada a seguir. Por exemplo, existem tecnologias como o MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tais tecnologias são parte de um esforço para obter uma capacidade de canal mais elevada, baseada na teoria de Shannon.

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

Estes representam, respetivamente, a Capacidade do Canal (Channel Capacity), a Largura de Banda (Bandwidth) e a Relação Sinal-Ruído (Signal-to-Noise Ratio). Explicando de forma mais acessível, a Velocidade Máxima de Comunicação (C) é obtida multiplicando-se a quantidade total de recursos de frequência física que o sistema pode utilizar (B) pela Eficiência (log₂(1 + S/N)), que indica quantos bits de informação podem ser transportados por 1 Hz desse recurso, dependendo da qualidade do sinal (S/N).

Com o surgimento desta lei para calcular a capacidade do canal, a indústria de comunicações começou a concentrar esforços para aumentá-la. Assim, por aproximadamente 70 anos, a inovação em comunicações tem ocorrido principalmente na melhoria da capacidade do canal.

No entanto, na era atual, os recursos de processamento se desenvolveram imensamente. A comunicação evoluiu 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 chegar a 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 limites econômicos/físicos.

Desta forma, começou a ser pesquisado um paradigma que se afasta do modelo de transmitir com precisão o bit inteiro e busca apenas a transmissão do contexto, introduzindo inteligência na comunicação. (*O conceito em si existe há décadas) E esta é uma mudança impulsionada pelo recente e poderoso desenvolvimento de modelos de inteligência e pela necessidade de comunicação de dados cada vez maiores.

Isto é chamado de 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 essencial, ou seja, o contexto, contido nos dados, em vez de transmitir o dado completo, como era feito anteriormente.

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: Com que precisão o Símbolo transmitido comunica o 'significado' desejado?
3. Problema de Eficácia: Com que eficácia o significado transmitido influencia o comportamento do receptor?

Até agora, o desenvolvimento da comunicação 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 em chamas.

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

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: "Incêndio, necessidade de intervenção imediata". O objetivo é omitir informações desnecessárias e fazer com que o receptor realize uma ação específica (intervenção).

Se for uma comunicação ponto a ponto que compartilha 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 da comunicação semântica é um paradigma de comunicação, mas opera sobre a Camada de Aplicação. No lado do transmissor, um codificador semântico converte os dados fornecidos em dados semânticos, e no lado do receptor, um decodificador semântico processa isso no formato que a fonte a jusante pode utilizar. Ambos serão na forma de um modelo de inferência ou algo semelhante, que possui a mesma base de conhecimento, permitindo a comunicação que troca o seu significado sem a necessidade de transmissão de dados gigantescos.

Obviamente, isso é garantido sobre a completude do paradigma de comunicação existente. Primeiramente, é necessário que o símbolo possa ser transmitido com precisão técnica, e este nível de maturidade já foi alcançado. Agora, a principal tarefa é quão bem o símbolo transmitido transmite 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 apresentar problemas, pois depende da IA, entre outros, para a confiabilidade (reliability), diferentemente do sistema de comunicação sintático tradicional. Mesmo que possuam a mesma Base de Conhecimento, diferentes interpretações podem surgir da área de caixa preta do modelo.

Pós-escrito

Diz-se que na 6G (6ª Geração) de comunicação móvel, esta comunicação semântica será aplicada, resultando em 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 projeto de pesquisa das operadoras de telecomunicações. Minha intuição é que as operadoras de telecomunicações têm o papel de garantir o nível de maturidade 1, onde o símbolo e o bit são transmitidos tecnicamente com precisão, e o ponto em que a comunicação semântica opera já é o domínio da aplicação.

Por outro lado, também existe a dúvida se esta será uma nova paradigma em uma tecnologia de comunicação que deve ter a confiabilidade como valor fundamental. Eu também tenho essa dúvida e, pessoalmente, sou um pouco cético.

Ainda assim, a razão pela qual escrevo este artigo é 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 do Project Kuiper, Starlink, etc., e a tentativa de superar as limitações impostas pela Lei de Shannon de uma nova forma foi bastante fascinante.

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