CN111525997A - 一种无线宽带自组网传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线宽带自组网传输方法，本发明提出一种无线宽带自组网的传输方案，针对移动环境下，无线宽带自组网发送端和接收端之间传输距离逐渐变大，信道条件逐渐恶化的情况，通过调整物理时频资源分配方式和业务模式，解决远距离通信时传输中断问题；本发明方案通过改变物理资源分配方式增加了发送节点的覆盖范围，降低了网络部署成本。同时在移动环境下，随着传输距离的增加，通过有序降低业务模式实现了业务不中断。

Description

一种无线宽带自组网传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种无线宽带自组网传输方法。

背景技术

无线自组网是一种与传统无线蜂窝网络完全不同的新型无线网络架构，网络中的节点之间都是对等的，每个节点都可以发送和接收信号。相比传统蜂窝网络，无线自组网具有组网灵活简便、网络可靠性高以及覆盖范围大等优点。随着OFDM-MIMO(正交频分多址和多输入多输出)技术的成熟应用和多媒体业务的快速发展，无线宽带自组网应需而生。由于无线自组网没有一个统一的标准，网络节点之间的通信通常采用现有的无线通信协议，例如LTE协议、WiFi协议等。

对于基于TD-LTE技术的无线宽带自组网，帧结构通常如图1所示。在时域上，一个无线帧包括十个子帧，每个子帧包括两个时隙，每个时隙长度为0.5ms，每时隙包括7个OFDM符号。在频域上，***工作带宽通常为5MHz/10MHz/20MHz，也可以根据需求进行定制。工作带宽通常划分为多个连续的间隔为15kHz的子载波，时频资源单元划分为如图2所示。时域上连续7个OFDM符号和频域上连续12个子载波组成的资源成为一个物理资源块(PhysicalResource Block，PRB)，频域上的PRB数目与工作带宽有关。

如图3所示，在一个子帧内的前三个OFDM符号上的所有频域资源用于承载控制信息，其余OFDM符号上的频域资源用于承载数据块。频域的PRB是最小的资源分配单位，一个数据块在频域占据一个或多个PRB，多个数据块共享工作带宽内的PRB。多个数据块对应的控制信息共享前三个OFDM符号上的物理资源，控制信息用于承载对应数据块的资源分配信息，调制编码信息等。接收端通常先盲检出控制信息，让根据控制信息解调对应的数据块。

在无线宽带自组网中，通常采用自适应调制编码(Adaptive Modulation andCoding，AMC)技术。接收端根据之前传输估计发送端和接收端之间的无线信道情况，并通常采用信道质量指示(Channel Quality Indication，CQI)进行衡量。接收端将CQI信息反馈给发送端，CQI通常分为0～15个等级，每个等级对应不同的调制编码方式，如图4所示。发送端进行下一次传输时根据CQI等级选择相应的调制编码方式，同时根据CQI等级和分配的PRB数目选择数据块大小。

对于不同的业务，传输速率要求越高，每次传输的数据块也越大。在无线信道条件固定的情况下，可以通过提升发送功率提升接收信号水平，或者增加PRB资源分配降低传输码率。考虑到一个发送端需要向多个接收端进行数据传输，每个接收端对应的数据块分配的PRB资源也是有限的。对于移动场景下，无线自组网发送端和接收端之间的传输距离可能逐渐增大，无线信道条件逐渐变差，采用现有技术无法保证远距离通信时的传输性能。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种无线宽带自组网传输方法，针对移动环境下，无线宽带自组网发送端和接收端之间传输距离逐渐变大，信道条件逐渐恶化的情况，通过调整物理时频资源分配方式和业务模式，解决远距离通信时传输中断问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种无线宽带自组网传输方法，(1)：无线自组网发送节点接收对应接收节点反馈的无线信道CQI，发送节点根据反馈CQI选择物理资源分配方式和调制编码方式，与所述接收节点进行下次前向传输；

(2)：若反馈CQI低于第一预设CQI门限，所述发送节点根据反馈CQI确定下次传输所需的物理时频资源，并在发送子帧#n通过广播方式向其他节点通知所述物理时频资源；

(3)：所述发送节点从子帧#n+K开始，在连续的m个子帧内的P个PRB上进行数据块传输；

(4)：对于接收到的反馈CQI不低于第一预设CQI门限的网络中的其他发送节点，在从子帧#n+K开始的m个连续子帧内，其传输不占用所述P个PRB资源；

(5)：若多个发送节点发生的物理时频资源部分或者完全重合时，发送节点根据发送数据块的优先级竞争所述物理时频资源；

(6)：若其中两个发送节点之间的距离超过预设的距离门限，二者可同时使用相同的物理时频资源；

(7)：若发送节点所需的连续子帧数目m超过资源分配的最大子帧数目M才能使发送数据块码率满足接收节点的解调要求，则所述发送节点将业务降低为数据块更小的业务。

优选地，在(1)中：

若接收节点与发送节点之间为首次通信，发送节点无法预知前向无线信道情况，则采用现有的物理资源分配方式，并采用不超过第二预设CQI门限的CQI等级对应的调制编码方式进行传输；

若接收节点与发送节点之间为非首次通信，接收节点根据上一次传输进行CQI估计，并将估计CQI反馈给发送节点；

若反馈CQI低于第一预设CQI门限，且在发送子帧内所述发送节点仅向所述接收节点传输数据，则发送节点采用现有的物理资源分配方式，并采用反馈CQI等级对应的调制编码方式进行传输。

优选地，在(3)中：

所述子帧#n+K，前x个OFDM符号上所述P个PRB用于承载控制信息，所述发送节点发送的数据块对应的调制编码信息和物理时频资源信息映射在前x个OFDM符号上的物理资源上。

优选地，在(5)中，

若多个发送节点发生的物理时频资源完全重合，业务优先级高的数据块优先使用所述物理时频资源；若业务优先级相同，则HARQ重传数据块优先使用所述物理时频资源；若均为新传或重传数据块，则发送节点在所述物理资源上的信道质量最高的优先使用所述物理时频资源；对于未能竞争到所述物理时频资源的发送节点，则在子帧#n之后的某子帧内重新广播物理时频资源信息，再次进行资源竞争；

若多个发送节点发生的物理时频资源的频域资源完全重合或部分重合，且K取值不同，则K值最小的发送节点优先使用所述物理时频资源；若K取值相同则在重合PRB资源上信道质量高的发送节点使用所述物理时频资源；对于未获取到所述物理时频资源的发送节点推迟发送、或不占用重合的PRB资源进行发送、或按照多个发送节点发生的物理时频资源完全重合时的方式进行重新竞争资源。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过改变物理资源分配方式增加了发送节点的覆盖范围，降低了网络部署成本。

(2)本发明在移动环境下，发送节点的业务随传输距离进行改变，随着传输距离的增加，通过有序降低业务模式实现了业务不中断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中基于TD-LTE技术的无线宽带自组网的帧结构；

图2为现有技术中物理时频资源划分示意图；

图3为现有技术中一个子帧内控制信道和数据信道划分示意图；

图4为现有技术中CQI等级对应的调制方式和码率；

图5为本发明发送节点发送数据块的时序示意图；

图6为本发明连续m个子帧内的多个发送节点的资源分配；

图7为本发明两个发送节点对应的物理资源重合示意图；

图8为本发明发送业务根据传输距离改变的示意图；

图9为本发明方案的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明提供了一种无线宽带自组网传输方法，包括：

(1)：无线自组网发送节点接收对应接收节点反馈的无线信道CQI，发送节点根据反馈CQI选择物理资源分配方式和调制编码方式，与所述接收节点进行下次前向传输；

如果满足如下情况，发送节点采用现有技术中的物理资源分配方式，否则采用(2)至(7)的物理资源分配方式：

①、若接收节点与发送节点之间为首次通信，发送节点无法预知前向无线信道情况，则采用现有技术中的物理资源分配方式(在现有技术中，一次传输分配的物理时频资源通常包含一个子帧内的若干个PRB，一次传输不会同时占用多个连续子帧，即：在分配的子帧#k内的P个PRB资源上进行传输，下述的现有技术中的物理资源分配方式也同此)，并采用不超过第二预设CQI门限的CQI等级对应的调制编码方式进行传输；

2○、若接收节点与发送节点之间为非首次通信，接收节点根据上一次传输进行CQI估计，并将估计CQI反馈给发送节点；CQI估计和反馈是现有技术，CQI估计性能取决于算法，本方案假设接收端可以进行CQI无差估计和反馈。如果下次传输与上次传输时间间隔超过一定门限，可认为信道情况发生变化，根据上次传输进行估计和反馈的CQI已经无法作为下次传输的参考，发送节点采用现有技术中的物理资源分配方式，并采用不超过第二预设CQI门限的CQI等级对应的调制编码方式进行传输；

③、如果反馈CQI低于第一预设CQI门限，且在发送子帧内所述发送节点仅向所述接收节点传输数据，则发送节点采用现有技术中的物理资源分配方式，并采用反馈CQI等级对应的调制编码方式进行传输。

(2)：若反馈CQI低于第一预设CQI门限，所述发送节点根据反馈CQI确定下次传输所需的物理时频资源，并在发送子帧#n通过广播方式向其他节点通知所述物理时频资源，如图5所示；

假设在业务固定的情况下，每次发送的数据包大小固定，以第一预设CQI门限对应的调制编码方式进行数据块传输时，在一个子帧内所需的PRB数目是固定的(称为参考PRB数目)；如果反馈CQI低于第一预设CQI门限，且在一个子帧内最多分配参考PRB数目的资源，则数据块的传输码率高于反馈CQI等级对应的码率，造成接收节点无法正确解调；因此，在频域PRB数目受限的情况下，可以增加时域资源分配量，在保证物理时频资源数量的同时，还提升了数据块的发送功率；

对于存在中心节点的无线宽带自组网，发送节点数据块对应的物理时频资源可以由中心节点进行分配，对于无中心节点的无线宽带自组网，发送节点可以自己分配数据块对应的物理时频资源，在分配物理时频资源时，可以通过物理层测量的方式选择传输性能较好的PRB资源，且PRB数目不低于保证信道估计性能所需的PRB数目，不高于所述参考PRB数目，时域资源至少包括一个子帧，最多包含M个子帧，M取值在第(3)步中进行限定；

发送节点将确定的物理时频资源通过广播方式发送给网络中其他节点，对于存在中心节点的无线宽带自组网，中心节点可以对其他节点进行资源调度，避开所述物理时频资源；对于无中心节点的无线宽带自组网，其他节点在接收到所述物理时频资源信息后，进行数据块传输时避开所述物理时频资源。

(3)：所述发送节点从子帧#n+K开始，在连续的m个子帧内的P个PRB上进行数据块传输；其中K>0，为发送节点广播物理时频资源的子帧与发送数据块开始子帧之间的子帧间隔；m≤M，为发送节点确定的物理时频资源所包含的子帧数目，M为资源分配的最大子帧数目；P为发送节点确定的物理时频资源所包含的PRB数目；

发送节点在广播物理资源时频之后，经历K个子帧再开始进行数据块传输，保证广播消息能够通过多跳方式传输给网络中的其他节点，K的取值与网络规模、节点数据、节点间距离等因素有关，对于节点数目越少且覆盖区域越小的网络，K的取值也越小；参数m和P是步骤2中发送节点确定的物理时频资源包含的子帧数目和PRB数目，m取值最小为1，最大不超过最大子帧数目M；

对于子帧#n+K，前x个OFDM符号上所述的P个PRB可以用于承载控制信息，所述发送节点发送的数据块对应的调制编码信息和物理时频资源信息映射在前x个OFDM符号上的物理资源上，其中0<x≤3；但对于子帧#n+K+1到子帧#n+K+m，前x个OFDM符号上所述的P个PRB不能用于承载控制信息；对于接收节点来说，已经通过广播消息推知所述m-1个子帧前x个OFDM符号上的所述PRB上无法承载控制信息，则不在这些物理资源上盲检控制信息，如图6所示；

对于所述发送节点的发送数据块，其处理步骤如编码、加扰、调制、映射等与现有技术相同；在进行物理资源映射时，按照先频域后时域的方式，映射到所述m个子帧的所述P个PRB资源上。

(4)：对于接收到的反馈CQI不低于第一预设CQI门限的网络中的其他发送节点，在从子帧#n+K开始的m个连续子帧内，其传输不占用所述P个PRB资源；

对于所述其他发送节点，其物理资源分配方式和资源映射方式与现有技术相同；通过所述发送节点的广播消息，在所述m个子帧内的资源分配避开所述P个PRB资源，避免了相互干扰。

(5)：若多个发送节点发生的物理时频资源部分或者完全重合时，发送节点根据发送数据块的优先级竞争所述物理时频资源；

在(2)中发送节点在子帧#n内通过广播方式向其他节点通知所述物理时频资源，但网络中可能存在一个或多个节点在收到所述广播消息前，已经确定自身数据传输所使用的物理时频资源，所述两种物理时频资源可能部分或完全重合，物理时频资源包括时域和频域部分，下述的①是指时域和频域都重合，下述的②指的是频域完全重合或部分重合，时域上并不完全重合，就类似两个矩形可以在宽度上完全重合，长度上可以错开；

①、如果两个或多个发送节点广播的物理时频资源完全重合(时域和频域都重合)，所述的两个或多个发送节点对应的n，K和P取值都要完全相同，可以根据发送数据块的优先级竞争所述物理时频资源：业务优先级高的数据块优先使用所述物理时频资源；如果业务优先级相同，则HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest，混合自动重传请求)重传数据块优先使用所述物理时频资源；如果均为新传或重传数据块，则发送节点在所述物理资源上的信道质量最高的优先使用所述物理时频资源。对于未能竞争到所述物理时频资源的发送节点，则在子帧#n之后的某子帧内重新广播物理时频资源信息，再次进行资源竞争；

②、如果两个或多个发送节点广播的物理时频资源的频域资源完全重合或部分重合，但时域开始子帧不同，即K取值不同(当多个节点对应的子帧#n相同时，但由于K取值不同，所以n+K取值也不同，这就对应着频域完全重合或部分重合，但时域上不一致)，则K值最小的发送节点优先使用所述物理时频资源。如果时域开始子帧也相同，即K取值相同，则在重合PRB资源上信道质量高的发送节点使用所述物理时频资源。

对于未获取到所述物理时频资源的发送节点，可以推迟发送，或不占用重合的PRB资源进行发送，或按照步骤(1)所述重新竞争资源。

(6)：若其中两个发送节点之间的距离超过预设的距离门限，可以认为二者不会相互干扰，二者可同时使用相同的物理时频资源；

(7)：对于所述发送节点，若发送节点所需的连续子帧数目m超过资源分配的最大子帧数目M才能使发送数据块码率满足接收节点的解调要求，则所述发送节点将业务降低为数据块更小的业务；

对于传输距离过远，信道质量过差的收发节点，即使采用所述物理资源分配方式也无法支撑当前业务，则需要改变业务模式，减少数据块的大小，例如从视频业务降低为数据业务，或降低为语音业务。当数据块减小但物理资源不变，则数据块码率下降。

为进一步的说明，假设包含N个节点的无线宽带自组网，其中节点A将向节点H发送数据块进行通信，如果节点A是首次向节点H发送数据块，节点A无法预知前向无线信道的情况，则采用现有技术中的物理资源分配方式，并采用较低等级CQI对应的调制编码方式进行传输(即采用不超过第二预设CQI门限的CQI等级对应的调制编码方式进行传输)，例如采用CQI等级0或1对应的调制编码方式。如果节点A和节点H是非首次通信，节点H根据之前传输估计无线信道的CQI并反馈给节点A，如果节点A的本次传输与之前传输的时间间隔超过一定门限，例如超过100ms，认为信道情况已经发生变化，反馈CQI已经无法作为本次传输的参考，节点A采用与首次通信相同的传输方案。在反馈CQI仍有效但低于预设第一预设CQI门限(例如门限为CQI等级7)的情况下，如果节点A在发送子帧内仅向节点H传输数据，节点A采用现有技术中的物理资源分配方式，并采用反馈CQI等级对应的调制编码方式进行传输。

假设在业务固定的情况下，每次发送的数据包大小固定，以第一预设CQI门限对应的调制编码方式进行数据块传输时，在一个子帧内所需的PRB数目是固定的，这个PRB数目可以作为参考PRB数目。如果反馈CQI对于第一预设CQI门限但不属于上述情况，节点分配的物理时频资源包含了m个连续子帧上的P个PRB资源，P不低于保证信道估计性能所需的PRB数目，不高于上述参考PRB数目。m取值最小为1，最大为M，M为资源分配的最大子帧数目，例如M＝4。对于存在中心节点的无线宽带自组网，上述节点A的物理时频资源由中心节点进行分配。对于无中心节点的无线宽带自组网，节点A自己分配数据块对应的物理时频资源。在分配物理时频资源时，可以通过物理层测量的方式选择传输性能较好的PRB资源。

节点A将确定的物理时频资源在子帧#n中通过广播方式发送给网络中其他节点，目的是让网络中其他节点知道所述物理时频资源已被占用，在其他节点进行传输时避开上述资源。但对于跳数较多的无线自组网，一些节点需要在两跳之后才能收到该广播消息，这些收到所述广播消息前，已经确定自身数据传输所使用的物理时频资源，因此会出现资源冲突的情况。

如果存在发送节点B与节点A的物理时频资源完全或部分重合，但节点B与节点A分布在网络边缘的相反方向，二者之间的距离超过了预设距离门限，例如5公里，可以认为节点B和A节点使用相同的物理时频资源不会相互干扰，二者可以使用相同的物理时频资源。

如果存在发送节点B与节点A的物理时频资源完全重合，可以根据节点A和节点B对应的发送数据块的优先级竞争物理时频资源：业务优先级高的数据块优先使用所述物理时频资源；如果业务优先级相同，则HARQ重传数据块优先使用所述物理时频资源；如果均为新传或重传数据块，则发送节点在所述物理资源上的信道质量最高的优先使用所述物理时频资源。对于未能竞争到所述物理时频资源的发送节点，则在子帧#n之后的某子帧内重新广播物理时频资源信息，再次进行资源竞争。

如果存在发送节点B与节点A的物理时频资源的频域资源完全重合或部分重合，但物理时频资源的时域开始子帧不同，则开始子帧号最小的发送节点优先使用所述物理时频资源。如果时域开始子帧也相同，则在重合PRB资源上信道质量高的发送节点使用所述物理时频资源。假设节点A通过竞争方式优先使用所述物理时频资源，节点B可以推迟发送，或不占用重合的PRB资源进行发送，或重新竞争资源。

节点A从子帧#n+K开始，在连续的m个子帧内的P个PRB上进行数据块传输，其中K>0为发送节点广播物理时频资源的子帧与发送数据块开始子帧之间的子帧间隔，取值与网络规模、节点数据、节点间距离等因素有关，对于节点数目越少且覆盖区域越小的网络，K的取值也越小；m≤M为发送节点确定的物理时频资源所包含的子帧数目，M为资源分配的最大子帧数目；P为发送节点确定的物理时频资源所包含的PRB数目。对于子帧#n+K，前三个OFDM符号上所述的P个PRB可以用于承载控制信息，所述发送节点发送的数据块对应的调制编码信息和物理时频资源信息映射在前三个OFDM符号上的物理资源上。但对于子帧#n+K+1到子帧#n+K+m，前三个OFDM符号上所述的P个PRB不能用于承载控制信息。对于接收节点来说，已经通过广播消息推知所述m-1个子帧前三个OFDM符号上的所述PRB上无法承载控制信息，则不在这些物理资源上盲检控制信息。对于所述发送节点的发送数据块，其处理步骤如编码、加扰、调制、映射等与现有技术相同。在进行物理资源映射时，按照先频域后时域的方式，映射到所述m个子帧的所述P个PRB资源上。

假设接收节点H位于移动状态下，且离节点A的距离越来越远，无线信道质量越来越差。如果节点A和节点H之间的一直传输视频业务，视频业务数据块分配的连续子帧数目m随着传输距离不断增加，在到达某个距离时则m＝M。如果此后二者距离仍然不断增加，分配的物理时频资源已经无法使传输码率满足接收节点H的解调需求，节点A将业务降为数据业务，每次传输的数据块大小也随之减小。如果二者之间的距离进一步增加，业务可以逐渐降低为语音业务或短消息业务，只有到达一定的极限情况，节点A和节点H之间的业务才中断。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种无线宽带自组网传输方法，其特征在于，包括：

(1)：无线自组网发送节点接收对应接收节点反馈的无线信道CQI，发送节点根据反馈CQI选择物理资源分配方式和调制编码方式，与所述接收节点进行下次前向传输；

(2)：若反馈CQI低于第一预设CQI门限，所述发送节点根据反馈CQI确定下次传输所需的物理时频资源，并在发送子帧#n通过广播方式向其他节点通知所述物理时频资源；

(3)：所述发送节点从子帧#n+K开始，在连续的m个子帧内的P个PRB上进行数据块传输；

(4)：对于接收到的反馈CQI不低于第一预设CQI门限的网络中的其他发送节点，在从子帧#n+K开始的m个连续子帧内，其传输不占用所述P个PRB资源；

(5)：若多个发送节点发生的物理时频资源部分或者完全重合时，发送节点根据发送数据块的优先级竞争所述物理时频资源；

(6)：若其中两个发送节点之间的距离超过预设的距离门限，二者可同时使用相同的物理时频资源；

(7)：若发送节点所需的连续子帧数目m超过资源分配的最大子帧数目M才能使发送数据块码率满足接收节点的解调要求，则所述发送节点将业务降低为数据块更小的业务。

2.如权利要求1所述的一种无线宽带自组网传输方法，其特征在于，在(1)中：

若接收节点与发送节点之间为首次通信，发送节点无法预知前向无线信道情况，则采用现有的物理资源分配方式，并采用不超过第二预设CQI门限的CQI等级对应的调制编码方式进行传输；

若接收节点与发送节点之间为非首次通信，接收节点根据上一次传输进行CQI估计，并将估计CQI反馈给发送节点；

若反馈CQI低于第一预设CQI门限，且在发送子帧内所述发送节点仅向所述接收节点传输数据，则发送节点采用现有的物理资源分配方式，并采用反馈CQI等级对应的调制编码方式进行传输。

3.如权利要求1所述的一种无线宽带自组网传输方法，其特征在于，在(3)中：

所述子帧#n+K，前x个OFDM符号上所述P个PRB用于承载控制信息，所述发送节点发送的数据块对应的调制编码信息和物理时频资源信息映射在前x个OFDM符号上的物理资源上。

4.如权利要求1所述的一种无线宽带自组网传输方法，其特征在于，在(5)中，

若多个发送节点发生的物理时频资源完全重合，业务优先级高的数据块优先使用所述物理时频资源；若业务优先级相同，则HARQ重传数据块优先使用所述物理时频资源；若均为新传或重传数据块，则发送节点在所述物理资源上的信道质量最高的优先使用所述物理时频资源；对于未能竞争到所述物理时频资源的发送节点，则在子帧#n之后的某子帧内重新广播物理时频资源信息，再次进行资源竞争；

若多个发送节点发生的物理时频资源的频域资源完全重合或部分重合，且K取值不同，则K值最小的发送节点优先使用所述物理时频资源；若K取值相同则在重合PRB资源上信道质量高的发送节点使用所述物理时频资源；对于未获取到所述物理时频资源的发送节点推迟发送、或不占用重合的PRB资源进行发送、或按照多个发送节点发生的物理时频资源完全重合时的方式进行重新竞争资源。

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