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Pour être adaptées aux nécessités des technologies modernes, les télécommunications doivent acheminer les données de plus en plus rapidement. Seulement, ces dernières sont parfois lourdes et complexes à transporter. Les canaux de communication sont encombrés et des limites de transmission sont rapidement atteintes. Marios Kountouris, chercheur en télécommunications à EURECOM, a récemment obtenu un financement ERC pour le lancement de son projet SONATA. Il vise à changer le paradigme du traitement des informations afin d’accélérer leur transmission et améliorer l’efficacité des futurs réseaux.
« Nous sommes proches de la limite fondamentale de la transmission des données, d’un point à un autre », introduit Marios Kountouris, chercheur en télécommunications à EURECOM. Dans cette discipline, la plupart des recherches actuelles portent sur la manière d’organiser les réseaux complexes, et l’amélioration des algorithmes qui optimisent ces réseaux. En revanche, peu de projets portent sur l’amélioration du transfert des données entre les transmetteurs et les récepteurs. C’est précisément sur ce sujet que porte le projet SONATA de Marios Kountouris, financé par une bourse européenne ERC consolidator grant.
« Les télécommunications se basent généralement sur la théorie de l’information de Shannon, qui a été établie dans les années 1950 », indique le chercheur. Dans cette théorie, un transmetteur envoie simplement des informations dans un canal de transmission, qui les modélise et les transfère à un récepteur qui les reconstitue. Le principal obstacle à contourner concerne le bruit qui accompagne le signal lors de son passage par le canal de transmission. Cette contrainte peut être levée avec du traitement du signal par algorithmes, et par l’augmentation du débit. « Cela se déroule globalement de la même manière, quel que soit le message transmis. A l’époque et jusqu’à récemment , c’était la bonne approche », précise le chercheur.
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La vitesse de transmission pour les communications en temps réel
Aujourd’hui, il y a de plus en plus de communications entre des machines qui raisonnent à l’échelle de la milliseconde. « Certains messages nécessitent d’être transmis rapidement, sinon ils perdent leur intérêt », souligne Marios Kountouris. Par exemple, dans le développement des voitures autonomes : si le message collecté concerne la détection d’un piéton sur la chaussée afin de freiner la voiture, alors il n’est utile que pendant un temps très court. « C’est ce que nous appelons l’âge, ou la fraîcheur des informations, qui dans certains cas est un paramètre très important », explique Marios Kountouris.
Or, la plupart des transmissions et des reconstructions sont ralenties par des informations en surplus qui accompagnent le message. Dans l’exemple précédent, si le système pour détecter le piéton est une caméra qui capte des images avec des détails sur tous les objets environnants, alors de nombreuses informations dans la transmission et dans le traitement ne serviront pas l’objectif. Pour le chercheur, « il faut que l’échantillonnage, la transmission et la reconstruction du message cessent de s’ignorer. Si des données en excès, redondantes ou inutiles accompagnent ce procédé, alors il peut y avoir des encombrements de communication et des problèmes de sécurité ».
La sémantique des messages
Pour les communications en temps réel, la sémantique du message — c’est-à-dire sa signification et sa pertinence — devient particulièrement importante. La sémantique permet de prendre en compte les attributs du message et d’adapter le format de sa transmission en fonction de son but. Par exemple, si un capteur de température doit permettre d’activer automatiquement le chauffage si la température ambiante est en-dessous de 18° C, alors l’attribut du message transmis est simplement une répartition binaire de la température : au-dessus ou en-dessous de 18°C.
Au travers du projet SONATA, Marios Kountouris souhaite justement développer un nouveau paradigme de communication qui prenne en compte la valeur sémantique de l’information. Grâce à cela, il serait possible de synchroniser différents types d’informations captées au même moment par différents échantillonnages, et de prendre des décisions plus optimales. Cela permettrait également de réduire significativement le volume de données transportées, de réduire l’énergie et les ressources nécessaires qui y sont associées.
« Le succès de ce projet dépend de l’établissement de métriques sémantiques qui sont concrètes, informatives et traçables », pointe le chercheur. En effet, établir la sémantique du message implique un prétraitement de l’échantillonnage par le transmetteur en fonction de l’utilisation qu’en fait le récepteur. Il s’agit donc de définir l’information la plus importante, significative ou utile pour déterminer les attributs qualificatifs du message. « Différents attributs sémantiques peuvent être pris en compte pour avoir une représentation conforme de l’information, mais il faut trancher à l’avance et faire attention à ne pas implémenter trop d’attributs à la fois », poursuit-il.
Il s’agit donc de constituer des réseaux de communication avec des étapes clefs pour traiter la sémantique associée aux informations. Il faudrait premièrement utiliser des filtres sémantiques pour éviter les redondances inutiles lors de la collecte d’informations. Il s’agirait ensuite d’effectuer un prétraitement sémantique, grâce auquel il serait possible d’associer les données avec leurs objectifs. La reconstitution du signal par le récepteur serait aussi adaptée aux objectifs. Tout cela serait sous un contrôle sémantique qui permettrait d’orchestrer de manière agile l’information récoltée et de la réutiliser de manière efficace, ce qui devient particulièrement important lorsque les réseaux se complexifient.
Cette approche structurellement nouvelle favoriserait la création des connexions entre la théorie de communication, l’échantillonnage, et les prises de décision optimales. Les ERC consolidator grants financent les projets de type high risk, high reward, qui visent à révolutionner un domaine et c’est pour cela que SONATA a reçu un financement de ce type. « La sonate était la forme la plus élaborée de la musique classique et déterminante pour son évolution, j’espère que SONATA sera une nouvelle étape majeure dans l’optimisation des télécommunications », conclut Marios Kountouris.
Par Antonin Counillon