CN104537589A - 一种教育云平台及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种教育云平台及其实现方法，云平台包括：云平台用户层，面向终端用户，物理上表现为云端设备，为用户提供一个基于浏览器的图形用户接口，响应客户端的用户资源请求，以及将服务的过程界面和结果信息展现给用户；云平台事务逻辑层，建立资源服务信息，响应来自该云平台用户层的资源服务请求，对服务请求信息进行业务逻辑操作，对云平台资源管理层进行整合与管理；云平台资源管理层，对教育资源信息进行开放和计算机可识别的描述，以数据库表形式存储，完成底层资源池的日常服务管理，并分类和审核上载资源，本发明可根据云端用户的学习活动需求，快速地选择云服务组件，并生成服务流程整合方案，进而以云服务模式交付给云端用户。
Description
技术领域
本发明涉及云计算的教育应用领域，特别是涉及一种教育云平台及其实现方法。
背景技术
目前学校和机构自主构建教育信息化资源、应用和平台的问题和弊端如下：
1)学校信息化***繁杂无序，各个学校都有成绩管理、教务管理、学生管理等等***，每个***都是一个独立的用户账户，给学生老师造成很多使用上的不便。
2)学校财政困难、资金不足，加之信息技术设备陈旧等问题，使其教育信息化建设相对落后，就算随着投资力度的不断加大，硬件设施有了明显的改善，但数字化教育资源建设相对滞后，应用软件“孤岛”现象严重，大大削弱了教育教学功能的发挥。
3)缺乏专业教学人员(基本上都是短期培训的)及设备维护人员，硬件维护、软件开发应用乃至制作都是空白。大多数教师不会使用计算机，计算机辅助教学难以掌握，计算机辅助教学不能落实。教师运用现代手段教学显得机械、呆板，缺少师生互动交流和生生互助学习。不能很好地激发学生的积极性和创造性。
4)建设教育信息化周期长，对教育信息化的需求不明确；投入了大量的财力，物力，人力，但效果不显著；设备不配套，缺乏教育资源库，缺乏多媒体点播功能等。
5)应用软件缺少互操作能力，无法共享信息和交换数据。软件几乎没有更新，版本落后，在功能、性能和服务等方面普遍还处于初级阶段，在满足教学、科研、管理等需求上尚有一定差距。
6)学生个性化学习要求得不到满足，教师运用现代手段教学显得机械、呆板，缺少师生互动交流和生生互助学习，不能很好地激发学生的积极性和创造性。
7)装备了较为先进的设备而因为没有专业人员或其他条件不成熟而使设备闲置，而用于教育教学方面仅是其很小的一部分，造成资源的浪费及资金的占用。
8)学校信息化建设中缺乏严密的安全措施保障、信息对外发布的保密审查程度不够规范。
9)解决方案的实用性不强：针对高校市场的整体解决方案，多是一些***集成商基于硬件设备的解决方案，只是设备集成，并没有很好到考虑到高校今后的应用问题；市场上的应用软件开发商缺少对教育应用的认识，对学校的管理、教学的运行方式不了解，开发出的产品不实用。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种教育云平台及其实现方法，其通过一个统一的、多样化的平台，让***门、学校、老师、学生、家长及其他与教育相关的人士都能进入该平台，扮演不同的角色，在这个平台上融入教学、管理、学习、娱乐、交流等各类应用工具，让“教育真正的实现信息化”。
为达上述及其它目的，本发明提出一种教育云平台，包括：
云平台用户层，面向终端用户、教师与学生，在物理上的表现为云端设备，为用户提供一个基于浏览器的图形用户接口，响应客户端的用户资源请求，以及将服务的过程界面和结果信息展现给用户；
云平台事务逻辑层，建立资源服务信息，响应来自该云平台用户层的资源服务请求，对服务请求信息进行业务逻辑操作，对云平台资源管理层进行整合与管理；
云平台资源管理层，对教育资源信息进行开放和计算机可识别的描述，以数据库表形式存储具体的信息，完成底层资源池的日常服务管理，并分类和审核上载资源。
进一步地，所述云平台用户层由用户浏览器组成，以WEB的方式实现与用户的交互。
进一步地，该云平台事务逻辑层提供各种功能的网页动态生成，在其中间层服务器中存放***管理模块、用户注册模块、用户登陆模块、资源导航模块、资源浏览模块、资源检索模块、资源评价模块、资源上传模块、资源下载模块提供不同用户的请求访问。
进一步地，该用户资源请求包括从该云平台资源管理器的资源池中查询所需资源并下载到本地机，进行有关资源的上传、浏览、查询、协作开发，学生在网上进行进行各种学习、练习、测试、交流、互动的请求。
进一步地，该教育云平台通过以下组件保证教育云的公共服务属性：定制点组件、安全隔离组件、全局变量隔离组件、流程隔离和定制组件、人员选择隔离和定制组件、业务规则隔离和定制组件、UI隔离和定制组件。
进一步地，该教育云平台使用OpenStack搭建私有云环境，使用HBase存储数据,使用Hadoop提供的并行计算框架MapReduce处理数据，利用面向对象的思想对计费与管理***进行分析、设计与编码实现。
为达到上述目的，本发明提供一种教育云平台的实现方法，包括如下步骤：
步骤一，接收用户通过云平台用户层提出的资源服务请求；
步骤二，云平台事务逻辑层建立资源服务信息，响应来自云平台用户层的资源服务请求，判断用户权限，根据用户权限对服务请求信息进行业务逻辑操作，对教育资源云服务进行整合与管理；
步骤三，云平台事务逻辑层根据资源服务请求信息从云平台资源管理层获得对应内容并通过云平台用户层提供给用户。
进一步地，该资源请求服务包括从该云平台资源管理器的资源池中查询所需资源并下载到本地机，进行有关资源的上传、浏览、查询、协作开发，学生在网上进行进行各种学习、练习、测试、交流、互动的请求。
进一步地，该云平台资源管理层对教育资源信息进行开放和计算机可识别的描述，以数据库表形式存储具体的信息，完成底层资源池的日常服务管理，并分类和审核上载资源
进一步地，该方法通过使用OpenStack搭建私有云环境，使用HBase存储数据,使用Hadoop提供的并行计算框架MapReduce处理数据，利用面向对象的思想对计费与管理***进行分析、设计与编码实现。
与现有技术相比，本发明一种教育云平台及其实现方法实现了一个统一的、多样化的教育云平台，可以让***门、学校、老师、学生、家长及其他与教育相关的人士(如教育软件开发者)，都能进入该平台，扮演不同的角色，在这个平台上融入教学、管理、学习、娱乐、交流等各类应用工具，让“教育真正的实现信息化”。
附图说明
图1为本发明一种教育云平台的总体逻辑架构图；
图2示出了本发明之教育云平台面向多租户的应用与资源共享框架结构；
图3为本发明一种教育云平台的实现方法的步骤流程图。
图4示意性地示出了本发明具体实施例中教育云集群构架图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种教育云平台的总体逻辑架构图。如图1所示，本发明一种教育云平台，包括：云平台用户层10、云平台事务逻辑20以及云平台资源管理层30。
其中，云平台用户层10：由用户浏览器组成，面向终端用户、教师与学生。在物理上的表现为云端设备，主要是为用户提供一个基于浏览器的图形用户接口，主要是响应客户端的用户请求，以及将服务的过程界面和结果信息展现给用户。在这一层所有的服务都是以WEB的方式实现与用户的交互。用户通过浏览器与服务器相连进行有关操作，包括从教育云的资源池中查询所需资源并下载到本地机，进行有关资源的上传、浏览、查询、协作开发等的入口，学生在网上进行进行各种学习、练习、测试、交流、互动的人机接口和界面等。
云平台事务逻辑层20：主要是建立资源服务信息，响应来自表现层的资源服务请求，对服务请求信息进行业务逻辑操作，对教育资源云服务进行整合与管理，云平台管理员可以通过接口对云服务信息进行添加、修改、删除。也就是说，这一层包含有云服务的业务逻辑和学***台事务逻辑层提供各种功能的网页动态生成。在中间层服务器中存放有各种应用模块，包括***管理模块、用户注册模块、用户登陆模块、资源导航模块、资源浏览模块、资源检索模块、资源评价模块、资源上传模块、资源下载模块。通过这些应用模块，教师可根据教学需要，在备课时选择各种形式的教学资源进行灵活组织和编排，形成具有教学个性的课件，让教师在授课时充分体现自己的教学特点。学生也可根据学习的需要选择资源，辅助学习，进行测试。应用层的效率高低直接决定了整个***质量的好坏，因此这层的实现方案尤为重要。
云平台资源管理层30：资源管理层主要是对教育资源信息进行开放和计算机可识别的描述，有助于用户通过智能代理搜寻、选择、利用和集成教育资源服务。资源管理层对几种主要的教育资源元数据进行融合与映射，包括IEEELOM(Learning Object Metadata，即学习对象元数据)、GEM(the Gateway toEducational Materials，即教育资源网关)、DC-EDUCATION。资源包括：媒体工具、内容素材、课堂实录、文献资料、常见问题解答、资源目录索引、网络课程、专题论坛。以数据库表形式存储具体的信息，主要是以关系数据库的方式来存储。这里可以用SQL Server2000、oracle等大型数据库***。资源管理层主要完成底层资源池的日常服务管理，包括资源的入库、修改、删除、属性设置等相关管理功能。只有具有相应权限的用户才能进行这级操作。由于教学资源池中的内容需不断更新、扩充，为保证资源池中资源的质量，对于新上载的各种教学资源不直接入库，而是暂存起来(称为预备库)先进行分类，再将分类后的资源进行评价和审核，合格的资源才能进入相应的资源池。因此，资源管理层还有一个重要功能，即分类和审核上载资源，该项功能决定了资源池中资源的质量和数量，以及资源池的刷新率和访问次数，这对于资源池建设至关重要。
相应地，本发明之教育云平台分为六大中心，分别是教学中心，学习中心，社交中心，信息中心，应用中心和管理中心等。
管理中心：教务管理电子化，网站、文件、学籍、成绩，还有更多管理功能，提高工作效率，加快流程。
教学中心：试题、教案、课件，集中教学资源，在线备课、布置作业，减轻教师负担，提高教学效率。
学习中心：同步课本目录，作业、练习、交流、问答，学习资源快乐分享，减轻书包重量，提高知识和成绩。
信息中心：收发站内信息，群发通知公告，了解好友、同学最新动态，增加友谊、促进交流。
社交中心：时尚流行的社交***，博客、相册、社团、投票一应俱全，全国范围的真实师生用户，校内校外安全交友。
应用中心：开放的应用平台，全世界的开发人员，学习工具、休闲娱乐、教学管理，海量应用无限增加，简单易用。
本发明之教育云平台作为公共服务平台，支持多个“租户”共享数据库的表空间、支持对业务逻辑、工作流和用户界面的定制，主要解决不同用户间应用程序环境的隔离以及数据的隔离，以维持不同用户间应用程序互不干扰，同时数据的保密性也够强。教育云也提供高效的多租户资源共享和隔离机制，具备高可扩展性的基础架构从而支持大数量的用户，从而最大限度的提高资源利用率和降低使用成本。教育云平台主要通过以下组件保证了教育云的公共服务属性：
(1)定制点组件：支持用户在云平台中的功能定制，同时对定制数据的隔离。
(2)安全隔离组件：支持用户之间数据的完全隔离,防止用户之间的数据泄露。
(3)全局变量隔离组件：支持对Java全局变量,如静态变量,JSP Application范围变量,Servlet Context变量等的隔离,保证用户全局数据不会发生冲突。
(4)流程隔离和定制组件：支持用户根据自己业务需求自定义流程模版，支持在用户间流程实例的安全隔离。
(4)人员选择隔离和定制组件：支持用户的人员选择的隔离，将用户的人员选择限制在自己的组织结构内部。
(5)业务规则隔离和定制组件：支持用户定义自己的业务规则。
(6)UI隔离和定制组件：支持用户自定义自己的Logo,Css,Layout等。
教育云的多租户基础架构和应用程序需要用事务来验证每个客户提交的请求，从而将可以访问的事务资源授权给相应的用户。用户使用***的应用和资源的过程与传统的定制***一样。图2示出了本发明之教育云平台面向多租户的应用与资源共享框架结构。
图3为本发明一种教育云平台的实现方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种教育云平台的实现方法，包括如下步骤：
步骤301，接收用户通过云平台用户层提出的资源服务请求。这里的用户可以为一般的终端用户、教师或学生，资源服务请求包括从教育云的资源池中查询所需资源并下载到本地机，进行有关资源的上传、浏览、查询、协作开发等的入口，学生在网上进行进行各种学习、练习、测试、交流、互动的人机接口和界面等。
步骤301，云平台事务逻辑层建立资源服务信息，响应来自云平台用户层的资源服务请求，判断用户权限，根据用户权限对服务请求信息进行业务逻辑操作，对教育资源云服务进行整合与管理。云平台事务逻辑层包含有云服务的业务逻辑和学***台事务逻辑层提供各种功能的网页动态生成。在中间层服务器中存放有各种应用模块，包括***管理模块、用户注册模块、用户登陆模块、资源导航模块、资源浏览模块、资源检索模块、资源评价模块、资源上传模块、资源下载模块。通过这些应用模块，教师可根据教学需要，在备课时选择各种形式的教学资源进行灵活组织和编排，形成具有教学个性的课件，让教师在授课时充分体现自己的教学特点。学生也可根据学习的需要选择资源，辅助学习，进行测试。
步骤303，云平台事务逻辑层根据资源服务请求信息从云平台资源管理层获得对应内容并通过云平台用户层提供给用户。资源管理层主要完成底层资源池的日常服务管理，包括资源的入库、修改、删除、属性设置等相关管理功能。只有具有相应权限的用户才能进行这级操作。由于教学资源池中的内容需不断更新、扩充，为保证资源池中资源的质量，对于新上载的各种教学资源不直接入库，而是暂存起来(称为预备库)先进行分类，再将分类后的资源进行评价和审核，合格的资源才能进入相应的资源池。因此，资源管理层还有一个重要功能，即分类和审核上载资源，该项功能决定了资源池中资源的质量和数量，以及资源池的刷新率和访问次数，这对于资源池建设至关重要。
本发明的教育云能够根据云端与学习活动需求，快速地选择云服务组件，并生成服务流程整合方案，进而以云服务模式交付给云端用户。教育云服务的藕合是指以学习活动为中心的多个教育云服务***之间基于资源服务调配的耦合。教育云将学习者及其学习活动置于中心位置，学习者通过选择学习活动同相对应的***产生关联，并联系各内部***。对教育云服务的访问的基础是对学习活动列表的访问，而学习活动列表可以是外部设定的，也可以是学习者主观计划安排的。故本发明不描述有关学习活动过程及数据互动过程。
以下将通过一具体云平台搭建实例来说明本发明之教育云的平台构建过程，如下：
1、本发明的教育云的资源池实例的开发环境如下：
操作*** ： Linux ubutu server
数据库 ： Mysql、Mongodb
缓存 ： Redis
开发语言 : Php,Java
Jdk1.6版本
VMWare8.0.5版本
Hadoop-1.0.3.tar.gz软件包
另外，硬件环境的要求如下：
网络带宽 100M
负载服务器 1台
web服务器 1台
MySQL服务器 1台
Mongodb服务器 2台
图片服务器 1台
静态文件服务器 1台
缓存服务器 1台
资源文件服务器 4台
2、基本硬件配置
本发明具体实施例中，在基于Hadoop的教育云的资源池的实施过程中，HDFS环境中的服务器节点分为名字节点和数据节点(如图4所示)，其中名字节点只有一个，数据节点可以有多个。对于MapReduce而言，服务器节点分为JobTracker和TaskTracker，其中JobTracker只有一个，TaskTracker可以有多个。其中一台部署为HDFS的名字节点和MapReduce的JobTracker。另外的资源文件服务器部署为HDFS的数据节点与MapReduce的TaskTracker。
3、SSH认证配置
教育云的Name Node(名字节点)是通过SSH(Secure Shell)来启动和停止各个节点上的守护进程的，配置SSH的目的是使用无密码公钥认证，使云计算的各个计算节点之间执行命令时不需要再输入密码了，故SSH认证配置这一步骤非常的关键。Ubuntu下配置ssh先先要进行sudo apt-get update操作，然后自动安装openssh-server
$sudo apt-get install openssh-server
然后在本机上用命令ssh-keygen来产生public key。正常情况下应该生成两个文件：id_rsa和id_rsa.pub，一个是私钥，一个是公钥，将公钥文件id_rsa.pub拷贝到服务器上，然后导入需要登录的用户。比如使用root用户登录ssh服务器，就导入/root/.ssh目录下：
cat id_rsa.pub>>authorized_keys
这样就可以不用输入密码就登录ssh，这样就建立了对于当前用户无密码访问其他机器的环境，一旦成功地在所有机器上创建ssh keys后，就可开始在从节点上部署Hadoop了。
4、云平台环境的设置
Hadoop要求所有计算节点上Hadoop的部署目录结构要完全相同，并且都有一个相同用户名的账户。本发明的教育云平台有一个ccea的账户，主目录是/home/ccea。Hadoop部署目录结构如下：
/home/ccea/hadoopinstall，存放所有的hadoop版本。
/hadoop/conff，存放所有的配置文件。
/hadoop/bin，存放所有的执行程序。
在/home/ccea/hadoopinstall/hadoop—conf目录下的hadoop_env.sh中设置Hadoop需要的环境变量，其中必须设定JAVA_HOME变量值。而HADOOP_HOME变量的设定是可选的，倘若不设定的话其默认的是bin目录的父目录，设置命令如下：
export HADOOP_HOME＝/home/ccea/Hadoopinstall/hadoop
export JAVA_HOME＝/usr/java/jdk1.6.0
在hadoop-conf/目录下,打开slaves文件,该文件用来指定所有的数据节点,
一行一个主机名称:
在conf/录中的hadoop—default.xml中已经包含了Hadoop的所有配置项，但是不允许直接修改！可以在hadoop-conf/目录下的hadoop—site.xml里面定义所需要的项，其值会覆盖hadoop-default.xml中的默认值。可以根据实际需要来进行定制。以下是本平台中的hadoop-site.xml设置：
5、Hbase平台搭建
Hbase搭建过程相对较为简单，在云平台主节点上，编辑Hbase目录(指/home/hadoop/Hbase)下的conf/Hbase-env.sh，从而设置好JAVA_HOME环境变量。接着在主节点上编辑Hbase目录(指/home/hadoop/Hbase)下的conf/Hbase-site.xml。然后在主节点上编辑Hbase目录(/home/hadoop/Hbase)下conf/Hbase-site.xml，其主要内容如下：
6、应用开发与部署
基于教育云的应用开发与部署的过程主要有以下几个步骤：
(1)实现Map类：实现Mapper接口中的map方法。
(2)实现Reduce类：实现Reducer接口中的reduce方法。
(3)运行Job：在Hadoop中一次计算任务称之为一个job,可以通过一个JobConf对象设置如何运行这个job。
(4)设计与编码：这里主要有以下四个步骤：1)创建Java工程；2)配置编译参数；3)编写源代码；4)编译生成JAR。
(5)测试运行：这里主要有以下四个步骤:1)配置SSH，配置完后，执行一下ssh localhost,确认你的机器可以用SSH连接，并且连接时不需要手工输入密码。2)格式化一个新的分布式文件***；3)启动hadoop进程；4)运行应用。
可见，本发明使用OpenStack搭建私有云环境，使用HBase存储数据,使用Hadoop提供的并行计算框架MapReduce处理数据等，然后使用面向对象的思想对计费与管理***进行了分析、设计与编码实现，该云平台通过Hadoop框架将成千上万的服务器集中起来，实现自动管理，形成“云计算”平台。同时，开发了专用软件接入该平台，使所有学校可以在该平台上开设学校网站，向教师和学生提供了富互联网应用服务。实现了在同一平台上不同学校的信息交互，且功能自定、界面自定、权限自定，并按需付费。并提供了教育应用服务引擎，使开发人员可以在该平台上开发并运行独立的第三方教育应用软件服务并为平台上的所有学校提供软件服务。
用户登陆后会出现“云桌面”，如同本地的电脑桌面一样：上面拥有多个应用软件，包括名师课堂、课程表、成绩单、图书馆、社团、好友等，还有一些实用工具，如存储空间、博客、计算器、万年历、图片编辑、益智游戏等。还可以进行类似控制面板一样的***设置。
综上所述，本发明一种教育云平台及其实现方法实现了一个统一的、多样化的教育云平台，可以让***门、学校、老师、学生、家长及其他与教育相关的人士(如教育软件开发者)，都能进入该平台，扮演不同的角色，在这个平台上融入教学、管理、学习、娱乐、交流等各类应用工具，让“教育真正的实现信息化”。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种教育云平台，包括：
云平台用户层，面向终端用户、教师与学生，在物理上的表现为云端设备，为用户提供一个基于浏览器的图形用户接口，响应客户端的用户资源请求，以及将服务的过程界面和结果信息展现给用户；
云平台事务逻辑层，建立资源服务信息，响应来自该云平台用户层的资源服务请求，对服务请求信息进行业务逻辑操作，对云平台资源管理层进行整合与管理；
云平台资源管理层，对教育资源信息进行开放和计算机可识别的描述，以数据库表形式存储具体的信息，完成底层资源池的日常服务管理，并分类和审核上载资源。
2.如权利要求1所述的一种教育云平台，其特征在于：所述云平台用户层由用户浏览器组成，以WEB的方式实现与用户的交互。
3.如权利要求1所述的一种教育云平台，其特征在于：该云平台事务逻辑层提供各种功能的网页动态生成，在其中间层服务器中存放***管理模块、用户注册模块、用户登陆模块、资源导航模块、资源浏览模块、资源检索模块、资源评价模块、资源上传模块、资源下载模块提供不同用户的请求访问。
4.如权利要求1所述的一种教育云平台，其特征在于：该用户资源请求包括从该云平台资源管理器的资源池中查询所需资源并下载到本地机，进行有关资源的上传、浏览、查询、协作开发，学生在网上进行进行各种学习、练习、测试、交流、互动的请求。
5.如权利要求1所述的一种教育云平台，其特征在于，该教育云平台通过以下组件保证教育云的公共服务属性：定制点组件、安全隔离组件、全局变量隔离组件、流程隔离和定制组件、人员选择隔离和定制组件、业务规则隔离和定制组件、UI隔离和定制组件。
6.如权利要求1所述的一种教育云平台，其特征在于:该教育云平台使用OpenStack搭建私有云环境，使用HBase存储数据,使用Hadoop提供的并行计算框架MapReduce处理数据，利用面向对象的思想对计费与管理***进行分析、设计与编码实现。
7.一种教育云平台的实现方法，包括如下步骤：
步骤一，接收用户通过云平台用户层提出的资源服务请求；
步骤二，云平台事务逻辑层建立资源服务信息，响应来自云平台用户层的资源服务请求，判断用户权限，根据用户权限对服务请求信息进行业务逻辑操作，对教育资源云服务进行整合与管理；
步骤三，云平台事务逻辑层根据资源服务请求信息从云平台资源管理层获得对应内容并通过云平台用户层提供给用户。
8.如权利要求7所述的一种教育云平台的实现方法，其特征在于：该资源请求服务包括从该云平台资源管理器的资源池中查询所需资源并下载到本地机，进行有关资源的上传、浏览、查询、协作开发，学生在网上进行进行各种学习、练习、测试、交流、互动的请求。
9.如权利要求7所述的一种教育云平台的实现方法，其特征在于：该云平台资源管理层对教育资源信息进行开放和计算机可识别的描述，以数据库表形式存储具体的信息，完成底层资源池的日常服务管理，并分类和审核上载资源
10.如权利要求7所述的一种教育云平台的实现方法，其特征在于：该方法通过使用OpenStack搭建私有云环境，使用HBase存储数据,使用Hadoop提供的并行计算框架MapReduce处理数据，利用面向对象的思想对计费与管理***进行分析、设计与编码实现。
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