JP5656615B2 - Wireless communication apparatus and control program therefor - Google Patents
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Description
本発明は、複数の無線アクセスに対応したマルチモード端末に対して、端末の要望とネットワークの負荷分散を両立させる技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technology that achieves both terminal demand and network load balancing for a multimode terminal that supports multiple wireless accesses.
従来から、異種無線システムに対応したマルチモード端末の活用法として、最適な無線リンクを常に選択するリンク切替、複数の無線リンクを多重させるリンク多重の2種類がある。従来、無線資源が豊富に存在する状況を想定して、リンク切替に焦点を当てた検討が行なわれてきた。しかしながら、輻輳時など、無線資源が逼迫する場合には1リンクで所望の品質を確保することが困難である。そこで、複数無線システムの残無線資源を束ねて、所望の品質を提供するリンク多重が必要となる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are two types of utilization methods of multi-mode terminals corresponding to different types of radio systems: link switching that always selects an optimal radio link and link multiplexing that multiplexes a plurality of radio links. Conventionally, studies focusing on link switching have been performed on the assumption that there are abundant radio resources. However, it is difficult to ensure a desired quality with one link when radio resources are tight, such as during congestion. Therefore, link multiplexing that bundles the remaining radio resources of a plurality of radio systems and provides desired quality is required.
これについて、無線LAN、携帯電話等の異なる無線システムを統合するための技術が提案されている。例えば、特許文献1は、ピコセル、マイクロセル、マクロセルなる異なるセルサイズを有する異種無線システムを、コグニティブ基地局、コグニティブ端末を用いて統合する技術が開示されている。コグニティブ基地局、コグニティブ端末は、スイッチ、複数の無線モジュール、無線環境認識部を備えており、無線環境認識部は、無線環境を認識して、その認識結果に基づき、スイッチに対してリンクフレームの分配先である無線モジュールを指示する。リンクフレームは指示された無線モジュールを介して送受信される。これにより、複数の無線アクセスに対応したマルチアクセス端末に対する制御法の検討が進められている。
In this regard, a technique for integrating different wireless systems such as a wireless LAN and a mobile phone has been proposed. For example,
また、非特許文献1は、受信1ビット当たりの消費電力量が最小となるアクセス方式を選択する方式が提案されている。これにより、省電力性が高いアクセス方式を選択することができ、従来のシングルアクセス端末よりも通信品質を改善できる。また、非特許文献2は、AHP(階層分析法)を用いて、帯域、遅延等のパラメータから、複数のアクセス方式を採点して、最高得点のアクセス方式を切り替えて用いる方式が提案されている。これにより、複数の品質のバランスを見てアクセス方式を選択することができ、従来のシングルアクセス端末よりも通信品質を改善することができる。
Non-Patent
しかしながら、端末の都合のみでアクセス方式が選択された場合、ネットワークの立場からは不都合が生じる。例えば、端末がホットスポットを優先する選択ポリシーを適用した場合には、特定のアクセス方式にアクセスが集中する、という不具合が生じる。また、複数の端末が、空いているアクセス方式に一斉に移動する状況が発生した場合、混雑状態がアクセス方式間を行き来する状況が生じ、アクセス方式の切り替えが頻発し、アクセス方式の選択が安定しない、という不具合が生じる。また、端末が特定のアクセス方式を優先する選択ポリシーを適用した場合、他アクセス方式が空いているにもかかわらず、端末
が集中し、閑散なアクセス方式が選ばれない不具合が生じ得る。これらの状況が生じる原因として、ネットワークの状況にかかわらず、アクセス方式選択ポリシーが一定であることが考えられる。
However, when the access method is selected only for the convenience of the terminal, inconvenience arises from the standpoint of the network. For example, when the terminal applies a selection policy that prioritizes hot spots, there is a problem that access concentrates on a specific access method. In addition, when a situation occurs in which multiple terminals move to an available access method at the same time, a situation occurs in which congestion occurs between access methods, access method switching occurs frequently, and access method selection is stable. The trouble of not doing occurs. In addition, when the terminal applies a selection policy that prioritizes a specific access method, there may be a problem that the terminal is concentrated and a loose access method is not selected even though other access methods are available. A possible cause of these situations is that the access method selection policy is constant regardless of the network situation.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ネットワーク状況に応じて、端末が備えるアクセス方式選択ポリシーを変更することができる無線通信装置およびその制御プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a wireless communication apparatus capable of changing an access method selection policy included in a terminal according to a network situation and a control program thereof. To do.
(1)上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線通信装置は、複数種類の無線通信方式のうち、少なくとも一つを選択して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線通信装置であって、相互に異なる無線通信方式で無線通信を行なうと共に、通信状態を示す複数種類の情報を取得する複数の無線モジュールと、前記取得した複数種類の情報にそれぞれ異なる優先度を定めた複数の状態情報間優先度に基づいて、少なくとも一つの前記無線モジュールを選択するアクセス選択部と、を備え、前記選択された無線モジュールで無線送信を行なうことを特徴とする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. That is, the wireless communication device of the present invention is a wireless communication device applied to a heterogeneous wireless communication system that performs wireless communication by selecting at least one of a plurality of types of wireless communication methods, and different wireless communication devices. Based on a plurality of wireless modules that perform wireless communication with a method and acquire a plurality of types of information indicating a communication state, and a plurality of state information priorities that define different priorities for the acquired plurality of types of information, respectively An access selection unit that selects at least one of the wireless modules, and wireless transmission is performed by the selected wireless module.
このように、複数種類の情報にそれぞれ異なる優先度を定めた複数の状態情報間優先度に基づいて、少なくとも一つの前記無線モジュールを選択するので、無線通信装置の通信品質とネットワーク収容力とのバランスを保つことが可能となる。 As described above, since at least one wireless module is selected based on a plurality of status information priorities each having different priorities for a plurality of types of information, the communication quality and network capacity of the wireless communication device It becomes possible to maintain a balance.
(2)また、本発明の無線通信装置において、無線通信方式に変更があった場合に、通信相手先に対して、変更通知を送信することを特徴とする。 (2) Further, in the wireless communication apparatus of the present invention, when the wireless communication method is changed, a change notification is transmitted to the communication partner.
このように、無線通信方式に変更があった場合に、通信相手先に対して、変更通知を送信するので、無線通信方式の切り替えを円滑に行なうことが可能となる。 As described above, when the wireless communication system is changed, the change notification is transmitted to the communication partner, so that the wireless communication system can be switched smoothly.
(3)また、本発明の無線通信装置において、前記アクセス選択部は、混雑度閾値を用いて通信状態の混雑度を判定することを特徴とする。 (3) Further, in the wireless communication device of the present invention, the access selection unit determines a congestion degree of a communication state using a congestion degree threshold value.
このように、混雑度閾値を用いて通信状態の混雑度を判定することによって、ネットワーク状態の変化を検出することが可能となる。 As described above, it is possible to detect a change in the network state by determining the congestion degree of the communication state using the congestion degree threshold.
(4)また、本発明の無線通信装置において、前記アクセス選択部は、アプリケーションの種類に応じて、前記混雑度閾値を変更し、または前記複数の状態情報間優先度を変更することを特徴とする。 (4) In the wireless communication device of the present invention, the access selection unit changes the congestion degree threshold or changes the priority among the plurality of state information according to the type of application. To do.
このように、アプリケーションの種類に応じて、前記混雑度閾値を変更し、または前記複数の状態情報間優先度を変更するので、アプリケーションの種類に応じた無線通信方式の選択を行なうことが可能となる。 Thus, according to the type of application, the congestion level threshold value is changed, or the priority among the plurality of state information is changed, so that it is possible to select a wireless communication method according to the type of application. Become.
(5)また、本発明の制御プログラムは、複数種類の無線通信方式のうち、少なくとも一つを選択して無線通信を行なう異種無線通信システムに適用される無線通信装置の制御プログラムであって、複数の無線モジュールを用いて相互に異なる無線通信方式で無線通信を行なう処理と、前記各無線モジュールにおいて、通信状態を示す複数種類の情報を取得する処理と、前記取得した複数種類の情報にそれぞれ異なる優先度を定めた複数の状態情報間優先度に基づいて、少なくとも一つの前記無線モジュールを選択する処理と、前記選択された無線モジュールで無線送信を行なう処理と、の一連の処理を、コンピュータに読み取り可能および実行可能にコマンド化したことを特徴とする。 (5) The control program of the present invention is a control program for a wireless communication apparatus applied to a heterogeneous wireless communication system that performs wireless communication by selecting at least one of a plurality of types of wireless communication methods. A process of performing wireless communication using different wireless communication systems using a plurality of wireless modules, a process of acquiring a plurality of types of information indicating a communication state in each wireless module, and a plurality of types of acquired information respectively A series of processes including a process of selecting at least one wireless module and a process of performing wireless transmission with the selected wireless module based on a plurality of state information priorities with different priorities. It is characterized by being readable and executable as a command.
このように、複数種類の情報にそれぞれ異なる優先度を定めた複数の状態情報間優先度に基づいて、少なくとも一つの前記無線モジュールを選択するので、無線通信装置の通信品質とネットワーク収容力とのバランスを保つことが可能となる。 As described above, since at least one wireless module is selected based on a plurality of status information priorities each having different priorities for a plurality of types of information, the communication quality and network capacity of the wireless communication device It becomes possible to maintain a balance.
本発明は、ネットワーク状況に応じて、アクセス方式選択ポリシーを変更し、ネットワークが端末のアクセス方式を決定することで、端末個々の通信品質とネットワーク収容力のバランスを保つ効果を持つ。また、端末が自律的に分散することにより負荷分散が実現できる。 The present invention has an effect of maintaining a balance between the communication quality of each terminal and the network capacity, by changing the access method selection policy according to the network status and determining the access method of the terminal by the network. Further, load distribution can be realized by autonomously distributing terminals.
<第1の実施形態>
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明に係るネットワーク構成を示すブロック図である。本発明に係るネットワークは、端末1、アクセス方式別の基地局2、アクセス方式別ゲートウェイ3、複数のアクセス方式を束ねる上位ゲートウェイ4、外部ネットワーク(インターネット網)5、アプリケーションサーバ6から構成される。基地局2、アクセス方式別ゲートウェイ3は、マクロセルアクセス方式、マイクロセルアクセス方式、ピコセルアクセス方式毎に存在する。
<First Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a network configuration according to the present invention. The network according to the present invention includes a
図2は、本発明の端末1の構成を示すブロック図である。端末1は、アクセス方式別の無線機(無線モジュール)101、パケットスイッチ103、アクセス方式選択機能(アクセス選択部)105、上位レイヤ機能107により構成される。無線機101は、無線の送受信を行なう機能、状態情報(混雑度などの無線状態、遅延などの通信状態)を取得する機能を備える。パケットスイッチ103は、アクセス方式選択機能105が選択したアクセス方式の無線機101へ、上り送信パケット(端末1→基地局2)を転送すると共に、下り方向(基地局2→端末1)の受信パケットを上位レイヤ機能107へ転送する。アクセス方式選択機能105は、無線機101から状態情報を取得して、これに基づきアクセス方式を選択する。さらに、選択結果を無線変更通知として上位ゲートウェイ4のパケットスイッチ401に通知する。上位レイヤ機能107は、ネットワーク層、トランスポート層、アプリケーション層等の機能を持つ。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
図3は、本発明の上位ゲートウェイ4の構成を示すブロック図である。外部ネットワーク5とアクセス方式別ゲートウェイ3の間には、パケットスイッチ401がある。パケットスイッチ401は、外部ネットワーク5とアクセス方式別ゲートウェイ3間のパケットルーティングを行なう。下り送信パケット(基地局2→端末1)を、アクセス方式選択機能105から無線変更通知により通知されたアクセス方式に該当するアクセス方式別ゲートウェイ3に転送し、上り送信パケットを適切な宛先に転送する。また、無線変更通知の応答をパケットスイッチ103宛てに送信する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
図4、図5は、本発明の第1の実施形態に係るアクセス方式選択機能105において、アクセス方式選択方法として、AHP(Analytic Hierarchy Process)を利用する例を示す図である。AHPでは、状態情報の一対比較行列を設定して(図4のステップS1、S2)、状態情報間のウェイトを求める(図4のステップS3)。さらに、状態情報の更新毎に、アクセス方式のウェイトを状態情報毎に求める(図5のステップS4)。それらのベクトルの積和演算により、アクセス方式のスコアを算出して、降順に優先度を決めて、最高優先度のアクセス方式を選択する(図5のステップS5)
4 and 5 are diagrams illustrating an example in which AHP (Analytic Hierarchy Process) is used as an access method selection method in the access
従来技術では、状態情報間優先度(図4のステップS1)として常に一定の関係を用いていた。例えば、図4のステップS1の第1のネットワーク状態の例である。本実施形態では、これをネットワーク状況に応じて更新する。図4のステップS1における第2のネットワーク状態のように、端末1は、第1のネットワーク状態と異なる状態情報間優先度を用意しておき、ネットワーク状況に応じて使い分けることができる。
In the prior art, a constant relationship is always used as the priority between state information (step S1 in FIG. 4). For example, it is an example of the first network state in step S1 of FIG. In this embodiment, this is updated according to the network status. As in the second network state in step S1 of FIG. 4, the
図4では、2種類の状態情報間優先度に対してウェイトを求めた結果、ステップS3では異なるウェイトが得られている。図5では、2種類のウェイトをステップS5に適応した結果、異なる優先度が得られている。第1のネットワーク状態の場合、WiFi>LTE>WiMAXであり、第2のネットワーク状態の場合、LTE>WiFi>WiMAXであり、異なる結果が得られている。 In FIG. 4, as a result of obtaining weights for two types of priority between state information, different weights are obtained in step S3. In FIG. 5, as a result of adapting the two types of weights to step S5, different priorities are obtained. In the case of the first network state, WiFi> LTE> WiMAX, and in the case of the second network state, LTE> WiFi> WiMAX, and different results are obtained.
図6は、本発明の第1の実施形態に係る端末1とNWの両方の視点に立った合同一対比較行列を示す図である。上述とは別の例として図6では、2種類の状態情報間優先度を用意し、各々から求めた一対比較行列を用意する。一方を端末1の視点に立った端末一対比較行列と称して、他方をネットワークの立場に立ったNW一対比較行列と称する。端末一対比較行列は、端末1の通信品質を重視すべく値が設定された行列である。具体的には、期待伝送レート、1/遅延、等のパラメータの比重を高めた行列である。一方、NW一対比較行列は、収容能力を重視するべく値が設定された行列である。具体的には、混雑度、CINR等のパラメータの比重を高めた行列である。低CINRのアクセス方式を選択しないことで、無線リソースの消費が多いセルフリンジの利用を避ける。両行列の幾何平均行列を求めて、両行列のリクエストを加味した合同一対比較行列を求める。この合同一対比較行列から、ウェイトを求めてもよい。図4に示した第1のネットワーク状態の一対比較行列を端末一対比較行列、第2のネットワーク状態の一対比較行列をNW一対比較行列として参照する。両者から求めたウェイトでは、スループット0.18、遅延0.52、混雑度0.3となり、端末1、NWの双方の要望の折衷案が示されている。ネットワークの状況に応じて、複数のNW一対比較行列を用意しておき、その都度、幾何平均を行なってもよいし、合同一対比較行列を直接的に更新してもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a joint pair comparison matrix from both the
ネットワーク状態の変化の検出として、混雑度閾値を用いてもよい。端末1がM個のアクセス方式を使用可能である場合(M個のアクセス方式の圏内に位置する場合)、M-N個のアクセス方式が混雑状態と判断された際に、ネットワーク状態が変化したとみなす。1アクセス方式が混雑状態に陥った程度の状況は、本実施形態を用いずとも対処可能である。複数のアクセス方式が同時に混雑状態に陥った際に、本実施形態に係る方法を適用することで、混雑状態についてより早く対処することができる。混雑度閾値は、アクセス方式毎、基地局2毎に異なる値を設定してもよい。混雑度とは、セル/セクタ単位のリソース使用率(ダウンリンク、アップリンク)、物理リソースブロック(PRB)使用率、スロット使用率、時間占有率、セル/セクタ内の端末数(送信用データがバッファに滞留している端末数)、通信可能な状態(active状態)にある端末数(idle、sleep 状態を除く数、短縮識別子を割り当てている端末数、associationしている端末数)、セルセクタ単位の送受信データの総量(無線側の送信データ量、受信データ量の総量、有線側の送信データ量、受信データ量の総量)等を用いてもよい。
A congestion degree threshold may be used for detecting a change in the network state. When terminal 1 can use M access methods (when located within the range of M access methods), the network state has changed when MN access methods are determined to be congested. It is considered. The situation where one access method is in a congested state can be dealt with without using this embodiment. When a plurality of access methods fall into a congested state at the same time, the congested state can be dealt with earlier by applying the method according to this embodiment. As the congestion level threshold, a different value may be set for each access method and for each
図7は、本発明の第1の実施形態に係る制御フローチャートである。アクセス方式選択機能105は、状態情報間優先度とネットワーク状況の対応情報を、上位ゲートウェイ4から受信して、保持する(ステップS101)。アクセス方式選択機能105は定期あるいは不定期に状態情報を観測する(ステップS102)。アクセス方式選択機能105は、状態情報とステップS101で得た対応情報を比較して、状態情報のウェイトを求める(ステップS103)。これは、一対比較行列自体を切り替えてウェイトを求めてもよく、複数の一対比較行列から合同一対比較行列を求めてからウェイトを求めてもよく、直接にウェイトを指定してもよい。アクセス方式選択機能105は、優先度1位として選ばれたアクセス方式が変化した場合、無線変更通知として、新しいアクセス方式のIDを上位ゲートウェイ4のパケットスイッチ401に通知する(ステップS104)。パケットスイッチ401は、応答をパケットスイッチ103宛てに送信する(ステップS105)。パケットスイッチ103、パケットスイッチ401は各々、上り送信パケット、下り送信パケットの転送先を、アクセス方式選択機能105が選択したアクセス方式の無線機101、アクセス方式別ゲートウェイ3に転送し始める(ステップS106)。
FIG. 7 is a control flowchart according to the first embodiment of the present invention. The access
ステップS104〜S106に関して、派生する手順が存在する。例えば、端末1が複数のアクセス方式を常に接続状態にしておき、端末1と上位ゲートウェイの4間のコネクションが存在する場合、上記ステップS105を省略してもよい。
There is a derivation procedure for steps S104-S106. For example, when the
<第2の実施形態>
第1の実施形態の派生的な適用例を以下に示す。第1の実施形態を下り方向用、上り方向用に個別に適用して、方向毎に状態情報間の重み付けを変更するアクセス方式選択方法でもよい。また、第1の実施形態を下り方向あるいは上り方向の一方向に適用して、状態情報の重み付けを変更した結果を、残りの他方向に適用するアクセス方式選択方法でもよい。この場合、上り方向、下り方向の扱いの差異から、第1の実施形態の適用例を次の3種類に整理できる。(1)上下対称(下り方向主導)の場合、下り方向の状態情報を用いて、下り方向のアクセス方式を選択したのちに、上り方向にも同じアクセス方式を選択する。(2)上下対称(上り方向主導)の場合、上り方向の状態情報を用いて、上り方向のアクセス方式を選択したのちに、下り方向にも同じアクセス方式を選択する。(3)上下非対称(上り、下り個別)の場合、下り方向の状態情報を用いて、下り方向のアクセス方式を選択し、上り方向の状態情報を用いて、上り方向のアクセス方式を選択する。例えば、ネットワークからストリーミング視聴を行なう場合には(1)、ネットワークへ実況中継を行なう場合には(2)、インタラクティブな通信を行なう場合には(3)等の使い分けができる。また、アプリケーションの種類に応じて、第1の実施形態のネットワーク状況の変化を検出する閾値を変更したり、アプリケーションの種類に応じて、個別に第1の実施形態を適用して状態情報の重み付けを変更するアクセス方式選択方法でもよい。
<Second Embodiment>
Derivative application examples of the first embodiment are shown below. The first embodiment may be applied individually for the downlink direction and the uplink direction, and an access method selection method that changes the weighting between the state information for each direction may be used. Alternatively, an access method selection method may be used in which the result of changing the weighting of the state information by applying the first embodiment to one direction of the downlink or uplink is applied to the remaining other direction. In this case, the application example of the first embodiment can be arranged into the following three types from the difference in the handling in the up direction and the down direction. (1) In the case of vertical symmetry (downlink-oriented), after selecting the downlink access method using the downlink state information, the same access method is also selected in the uplink direction. (2) In the case of vertical symmetry (uplink-oriented), after selecting the uplink access method using the uplink state information, the same access method is also selected in the downlink direction. (3) In the case of vertical asymmetry (uplink and downlink individually), the downlink access method is selected using the downlink state information, and the uplink access method is selected using the uplink state information. For example, when performing streaming viewing from the network (1), when performing live broadcast to the network (2), when performing interactive communication, (3), and the like can be used. Further, the threshold for detecting a change in the network status of the first embodiment is changed according to the type of application, or the weighting of the state information is applied by applying the first embodiment individually according to the type of application. The access method selection method for changing
1 端末
2 基地局
3 アクセス方式別ゲートウェイ
4 上位ゲートウェイ
5 外部ネットワーク
6 アプリケーションサーバ
101 無線機
103 パケットスイッチ
105 アクセス方式選択機能
107 上位レイヤ機能
401 パケットスイッチ
1
Claims (5)
相互に異なる無線通信方式で無線通信を行なうと共に、状態情報間優先度およびネットワーク状況の対応情報を取得する複数の無線モジュールと、
前記取得した状態情報間優先度およびネットワーク状況の対応情報に基づいて、状態情報間のウェイトおよび無線通信方式のウェイトを算出し、状態情報毎の無線通信方式のウェイトを算出し、無線通信方式のスコアを算出し、スコアの降順に優先度を決定し、最高優先度の無線通信方式に対応する無線モジュールを選択するアクセス選択部と、を備え、
前記選択された無線モジュールで無線送信を行なうことを特徴とする無線通信装置。 A wireless communication device applied to a heterogeneous wireless communication system that performs wireless communication by selecting at least one of a plurality of types of wireless communication methods,
A plurality of wireless modules that perform wireless communication using mutually different wireless communication methods, and obtain correspondence information of priority between status information and network status ;
Based on the acquired priority between the state information and the correspondence information of the network status, the weight between the state information and the weight of the wireless communication method are calculated, the weight of the wireless communication method for each state information is calculated, and the wireless communication method An access selection unit that calculates a score, determines priority in descending order of the score, and selects a wireless module corresponding to the wireless communication method with the highest priority ;
A wireless communication apparatus that performs wireless transmission with the selected wireless module.
複数の無線モジュールを用いて相互に異なる無線通信方式で無線通信を行なう処理と、
前記各無線モジュールにおいて、状態情報間優先度およびネットワーク状況の対応情報を取得する処理と、
前記取得した状態情報間優先度およびネットワーク状況の対応情報に基づいて、状態情報間のウェイトおよび無線通信方式のウェイトを算出し、状態情報毎の無線通信方式のウェイトを算出し、無線通信方式のスコアを算出し、スコアの降順に優先度を決定し、最高優先度の無線通信方式に対応する無線モジュールを選択する処理と、
前記選択された無線モジュールで無線送信を行なう処理と、の一連の処理を、コンピュータに実行させることを特徴とする無線通信装置の制御プログラム。 A control program for a wireless communication device applied to a heterogeneous wireless communication system that performs wireless communication by selecting at least one of a plurality of types of wireless communication methods,
A process of performing wireless communication with different wireless communication systems using a plurality of wireless modules;
In each of the wireless modules, processing for obtaining correspondence information of priority between status information and network status ;
Based on the acquired priority between the state information and the correspondence information of the network status, the weight between the state information and the weight of the wireless communication method are calculated, the weight of the wireless communication method for each state information is calculated, and the wireless communication method A process of calculating a score, determining a priority in descending order of the score, and selecting a wireless module corresponding to the wireless communication method with the highest priority ;
A control program for a wireless communication apparatus, which causes a computer to execute a series of processing including wireless transmission using the selected wireless module.
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