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

Lei de Shannon

As comunicações atuais evoluíram com base na Lei de Shannon (Shannon's Law). Esta é uma teoria que determina os limites da comunicação em rede, e as tentativas eram voltadas para elevar o máximo da capacidade do canal na fórmula que será apresentada a seguir. Exemplos disso são tecnologias como MIMO (Multiple Input Multiple Output). Tais tecnologias são um esforço para obter uma capacidade de canal mais elevada, baseando-se 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, respectivamente, 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-se o total de recursos físicos de frequência que o sistema pode utilizar (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 para calcular a capacidade do canal, a indústria de comunicação começou a se esforçar para aumentá-la. Assim, por aproximadamente 70 anos, a maior parte da inovação em comunicação ocorreu na melhoria da capacidade do canal.

Entretanto, na era atual, os recursos de processamento evoluíram imensamente. A comunicação passou da época de envio de texto para o ponto de envio de vetores espaciais. Começaram a surgir limites para a transmissão confiável de todos esses dados fragmentados. 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 um limite econômico/físico para a solução.

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

Isso é chamado de Comunicação Semântica (Semantic Communication), por ser uma comunicação que troca significados.

Comunicação Semântica (Semantic communication)

A comunicação semântica, ao contrário de transmitir todos os dados como era feito anteriormente, visa transmitir apenas o significado central neles contido, 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: Quão precisamente o Símbolo (Symbol) pode ser transmitido? (Esta é a área central da minha teoria.)
2. Problema Semântico: Quão precisamente o símbolo transmitido comunica o 'significado' desejado?
3. Problema de Efetividade: Quão efetivamente o significado transmitido influencia a ação do receptor?

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 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 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' central, como "Incêndio, necessidade de despacho imediato". O objetivo é omitir informações desnecessárias e fazer com que o receptor realize uma ação específica (despacho).

Se a comunicação for entre terminais que compartilham a mesma base de conhecimento na categoria de combate a incêndios, isso pode reduzir drasticamente a quantidade de dados de transmissão necessária 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 da transmissão, um codificador semântico converte os dados fornecidos em dados semânticos, e no lado da recepção, um decodificador semântico processa isso para um formato que possa ser usado pela fonte subsequente. Ambos serão na forma de um modelo de inferência ou algo similar que possua a mesma base de conhecimento, o que possibilita a comunicação de semântica sem a necessidade de transmissão de grandes volumes de dados.

Naturalmente, isso é garantido pela completude do paradigma de comunicação existente. Primeiro, os símbolos devem ser transmitidos tecnicamente com precisão, e este nível de maturidade já foi alcançado. Agora, a questão principal é o 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, ao contrário do sistema de comunicação sintático existente, depende de AI, entre outros, para a confiabilidade (reliability), o que aumenta a probabilidade de surgimento de problemas. Mesmo que possuam o mesmo Knowledge Based, diferentes interpretações podem surgir da área de caixa-preta do modelo.

Pós-escrito

Diz-se que a 6G (6ª Geração) de comunicação móvel aplicará essa comunicação semântica para se tornar 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 para as operadoras de telecomunicações móveis. Na minha intuição, as operadoras de telecomunicações móveis têm o papel de garantir o Nível de Maturidade 1, onde símbolos e bits são transmitidos tecnicamente com precisão, e o momento em que a comunicação semântica opera é considerado o domínio da aplicação.

Por outro lado, também existe a dúvida se este novo paradigma será viável 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 desenvolvendo de uma forma bastante interessante. A introdução da internet via satélite para expandir a capacidade do canal já é um fato consolidado 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.