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

Lei de Shannon

A comunicação atual tem evoluído 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 o máximo da capacidade do canal na fórmula que será detalhada adiante. Exemplos disto são tecnologias como MIMO (Multiple Input Multiple Output). Estas tecnologias são parte do esforço para obter uma capacidade de canal mais elevada, baseadas na teoria de Shannon.

A Lei de Shannon é expressa pela seguinte fórmula que calcula a capacidade do canal:

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

Com o surgimento desta lei que calcula a capacidade do canal, a indústria de comunicações começou a concentrar esforços para aumentar essa capacidade. Assim, por aproximadamente 70 anos, a inovação na comunicação tem ocorrido maioritariamente através da melhoria da capacidade do canal.

Contudo, na era atual, o recurso de processamento evoluiu imensamente. A comunicação passou da transmissão de texto para a transmissão de vetores espaciais. Começaram a surgir limitações para fragmentar e transmitir todos estes dados de forma fiável. Por exemplo, os dados gerados por um carro autónomo podem atingir vários terabytes por dia, e é quase impossível que a rede de comunicação atual suporte isto. Simplesmente instalar mais cabos e mais antenas atinge um limite económico/físico para resolver o problema.

Desta forma, começou a ser pesquisado um paradigma que se afasta do modelo existente 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.) E esta é uma mudança impulsionada pelo poderoso desenvolvimento recente 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.

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 na comunicação tradicional.

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: Quão precisamente o Símbolo (Symbol) pode ser transmitido? (Esta é a área central da minha teoria.)
2. Problema Semântico: Quão precisamente o 'significado' desejado é transmitido pelo Símbolo transmitido?
3. Problema de Efetividade: Quão efetivamente o significado transmitido influencia o comportamento do recetor?

Até agora, o desenvolvimento da comunicação resolveu quase totalmente o problema técnico, e agora realiza a tarefa de traduzir os problemas semânticos e de efetividade.

A diferença entre o Nível 1 de maturidade 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' central, "Ocorrência de incêndio, necessidade de deslocamento imediato". O objetivo é omitir informações desnecessárias e fazer com que o recetor realize uma ação específica (deslocamento).

Se a comunicação for entre terminais que partilham a mesma base de conhecimento na categoria de combate a incêndios, isto pode reduzir drasticamente a quantidade de dados de transmissão necessários para a compreensão da situação.

A lógica central de codificação/descodificação desta Comunicação Semântica é um paradigma de comunicação, mas opera sobre a Camada de Aplicação (Application Layer). No lado do emissor, um codificador semântico (semantic encoder) converte os dados fornecidos em dados semânticos, e no lado do recetor, um descodificador semântico (semantic decoder) processa-os para uma forma que possa ser usada pela fonte a jusante. Ambos serão na forma de um modelo de inferência ou algo semelhante que possua a mesma base de conhecimento, o que permite a comunicação da semântica sem a necessidade de transmissão de grandes volumes de dados.

Naturalmente, isto é garantido pela completude do paradigma de comunicação existente. Primeiro, os símbolos devem ser transmitidos com precisão a nível técnico, e este nível de maturidade já foi alcançado. Agora, a principal tarefa é quão bem o símbolo transmitido comunica e interpreta a semântica da informação, e esta pesquisa está apenas a começar.

No entanto, um sistema de comunicação baseado neste contexto semântico, ao contrário dos sistemas de comunicação sintáticos existentes, depende da fiabilidade (reliability) de elementos como a IA, o que torna muito provável a ocorrência de problemas. Mesmo que se partilhe a mesma Base de Conhecimento (Knowledge Based), diferentes interpretações podem emergir da área de "caixa preta" do modelo.

Pós-escrito

Diz-se que a comunicação móvel 6G (6ª Geração) irá aplicar esta Comunicação Semântica para se tornar um sistema de internet inteligente, mas paira uma dúvida sobre o porquê de um paradigma que opera sobre a camada de aplicação se tornar um tema de pesquisa para as operadoras de telecomunicações móveis. Na minha intuição, o papel das operadoras é garantir o Nível 1 de maturidade, onde os símbolos e bits são transmitidos com precisão a nível técnico, e o momento em que a comunicação semântica opera já se encontra no domínio das aplicações.

Por outro lado, também existe a questão de saber se este será um novo paradigma na tecnologia de comunicação, que deve ter a fiabilidade como valor fundamental. Eu também tenho esta dúvida e, pessoalmente, sou um pouco negativo em relação a isso.

Ainda assim, a razão pela qual escrevo este artigo é porque penso que o próximo paradigma da comunicação móvel está a desenrolar-se de uma forma bastante interessante. A introdução da internet via satélite para a expansão da capacidade do canal é um facto consumado com o surgimento de projetos como o Project Kuiper e o Starlink, e a tentativa de superar as limitações regidas pela Lei de Shannon de uma nova forma foi bastante fascinante.