CN1270743A - 在gprs中的数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在一般的分组无线电业务的网络部分和用户终端之间的一种数据传输方法。在该方法中,使用一个RLC/MAC(无线电链路控制/介质接入控制)协议层和采用该RLC/MAC协议层的业务的一个LLC(逻辑链路控制)协议层作为数据链路层。在数据传输中LLC层的LLC帧放在RLC/MAC层的RLC数据块中。根据本发明两个以上的LLC帧放置在一个RLC数据块中。根据已有技术一个RLC数据块可以包括至多两个不同的LLC帧。该方法例如是以这样的方式实现的:当该RLC数据块包括一个RLC标题字段和一个RLC数据字段,则该RLC数据块包括一个精确地表示在每个RLC数据块中的LLC帧长度和关于另一个LLC帧是否将跟随所说的LLC帧的信息的一个机制。

Description

在GPRS中的数据传输方法
本发明的领域：
本发明涉及在一般的分组无线电业务的网络部分和用户终端之间的一种数据传输方法，包括：一个RLC/MAC(无线电链路控制/介质接入控制)协议层和一个LLC(逻辑链路控制)协议层，采用RLC/MAC协议层的业务作为数据链路层；在数据传输中LLC层的LLC帧放在RLC/MAC层的RLC数据块中。
本发明的背景：
利用上面的安排的问题是它没有优化。
根据已有技术，LLC帧不必相等地分成RLC数据块，但是一个LLC帧可能要求一个以上的RLC数据块，以使整个LLC帧可以经过该无线电路径发送。一个LLC帧还可以比一个RLC数据块更短，因此取决于一个RLC数据块能够保持几个LLC帧的情况。然而，根据已有技术在一个RLC数据块中至多能够放置两个LLC帧。则，如果原则上该RLC数据块能够保持两个以上的LLC帧，例如三个LLC帧，根据已有技术未使用的容量丢失了，因为它不能被使用。
本发明的简要描述：
本发明的一个目的是提供实现该方法的一种方法和设备，以便解决上面的问题。这是利用在前序中提出的那类型的方法、通过在一个RLC数据块中放置两个以上的LLC帧获得的。
本发明还涉及使用一般的分组无线电业务的一种蜂窝网络，包括：一个网络部分和至少一个用户终端，网络部分和该用户终端之间的数据传输，该网络部分和该用户终端被安排使用一种协议栈执行数据传输，其中采用RLC/MAC协议层的业务的一个RLC/MAC(无线电链路控制/介质接入控制)协议层和一个LLC(逻辑链路控制)协议层起数据链路层的作用，安排该网络部分和该用户终端使用传输单元用于以这样的方式进行数据传输：该LLC层的LLC帧是放置在RLC/MAC层的RLC数据块中。
根据本发明的蜂窝网络的特征在于安排该网络部分和该用户终端在一个RLC数据块中设置两个以上的LLC帧。
本发明的优选的实施例在从属的权利要求中公开了。
本发明是基于这种想法：没有限制人工地设定在一个RLC数据块中能够放置多少LLC帧。
本发明的方法和***有几个优点。最佳地利用无线电路径的宝贵的传输容量，因为在这种情形中完全地使用RLC数据块的数据传输容量，其中一个RLC数据块保存两个以上的LLC帧。
因此，在无线电接口的数据传输速率增加了而无线电资源的使用减小了。
附图的简要描述：
在下面参见附图结合优选实施例更详细地描述本发明，其中：
图1A是表示蜂窝网络的一个方框图，
图1B所示电路交换数据传输，
图2表示一种收发信机的结构，
图3所示该***的协议栈，
图4A表示一个无线电数据块，其中放置传送LLC帧的一个RLC数据块，
图4B表示一个无线电数据块，其中放置传送RLC/MAC信令的一个RLC/MAC控制块，
图5以实例的方式表示在无线电数据块中放置多少LLC帧和无线电脉冲串，
图6表示一个RLC数据块的结构，
图7A所示根据已有技术在一个RLC数据块中如何能够至多放置两个LLC帧，
图7B说明根据本发明在一个RLC数据块中如何能够放置两个以上例如三个的LLC帧。
本发明的详细的描述：
参照图1A描述本发明的典型的蜂窝网络结构及其到固定的电话网和分组传输网络的接口。图1A仅仅包括描述本发明必要的方框，但是对于本领域的技术人员来说，常规的蜂窝网络也包括其它功能和结构是显而易见的，它不需要更详细地描述。本发明适用于在基本的GSM蜂窝网络和在由此开发的网络中使用，像GSM1800和GSM1900***。本发明最好使用在GSM***的2+-相位分组传输中，即用在GPRS(通用的分组无线电业务)中。如果需要，可以从ETSI(欧洲通信标准协会)GPRS技术规范像ETSI GSM 03.60和ETSI GSM 04.64中获得关于GPRS的附加信息和在其中使用的协议。
该蜂窝网络典型地包括一个固定网路基础结构，即一个网络部分，和可以固定地安装的、安装在车辆上的用户终端150，或者手拿的便携的终端。该网络部分包括基站100。几个基站100又以集中的方式由与它们通信的基站控制器102控制。该基站100包括收发信机114，典型地一个至十六个收发信机114。一个收发信机114提供无线电容量给一个TDMA帧，即典型地给八个时隙。
该基站100包括一个控制单元118，控制该收发信机114和一个多路复用器116的操作。该多路复用器116设置几个收发信机114使用的话务和控制信道给单个数据链路160。精确地确定数据链路160的结构并且称为一个Abis接口。数据链路160典型地使用一个2Mb/s链路或者提供31×64kb/s传输容量的PCM链路(脉冲编码调制)，而时隙0分配用于同步。
从该基站100的收发信机114至天线单元112有一个连接，实现到用户终端150的双向的无线电连接170。精确地确定也在双向的无线电连接170发送的帧的结构并且称为一个空中接口。
用户终端150例如可以是一个标准的GSM移动电话机，可被用于排序和处理分组的分组传输的一个膝上型计算机152例如可以使用附加卡连接到该移动电话机。协议处理可以放在用户终端150和/或者在连接到该用户终端150的计算机152中进行。
图2更详细地表示一个收发信机114的结构。接收机200包括一个滤波器，阻塞期望频带外部的频率。随后信号被转换成中频或者直接地转换成基带，在模拟数字变换器202中以该形式取样和量化该信号。均衡器204例如补偿由多路径传播引起的干扰。解调器206从均衡信号中取出被发送到多路分解器208的一个比特数据流。多路分解器208分开来自不同时隙的比特流到其逻辑信道。信道编译码器216译码不同逻辑信道的比特流，即决定该比特流是发送到控制单元214的信令信息还是发送到该基站控制器102的语音编译码器122的语音。该信道编译码器216也执行差错校正。控制单元214通过控制各种单元执行内部控制功能。脉冲串成形器228相加训练序列和尾部到从信道编译码器216到达的数据。多路复用器226给每个脉冲串指示它的时隙。调制器224调制数字信号为射频载波。这个功能是模拟性质的，因此需要数字/模拟变换器222执行它。发射机220包括限定频带宽度的一个滤波器。另外，发射机220控制发送的输出功率。合成器212安排用于不同单元的必要的频率。合成器212包括一个时钟，它可以本地地控制或者以集中的方式从别处控制，例如从该基站控制器102控制。合成器212例如通过压控振荡器产生必要的频率。
该基站控制器102包括一个***换区域120和一个控制单元124。***换区域120用于交换语音和数据并且连接信令电路。该基站100和该基站控制器102形成一个基站子***，也包括一个代码转换器，也称为语音编译码器，或者TRAU(代码转换器和速率适配器单元)122。代码转换器122通常放置在尽可能接近移动业务交换中心132，因为语音可以在代码转换器122和保存传输容量的该基站控制器102之间形成的蜂窝网络中传送。
代码转换器122变换在公共交换电话网和蜂窝网络之间使用的语音的不同的数字编码形式以便彼此适合，例如，从64kb/s固定网路形式变换为另一个蜂窝网络形式(例如13kb/s)，反之亦然。控制单元124执行呼叫控制，移动性管理，统计数据收集和信令。
如图1A表示的，***换区域120可以通过移动交换中心132执行交换(由黑点指示)到公共交换电话网(PSTN)134和到分组传输网络142。在公共交换电话网络134中的典型的终端136是一个普通的或者一个ISDN(综合业务数字网)电话机。
分组传输网络142和***换区域120之间的连接是由支持节点(SGSN＝服务GPRS支持节点)140建立的。支持节点140的目标是在该基站***和网关节点(GGSN网关GPRS支持节点)144之间传送分组，和在它的区域中记录用户终端150的位置。该支持节点包括2兆字节的几个传输单元164，166，每个传输单元能够处理至少一个2兆字节的PCM信道。在图中传输单元164连接到该基站控制器102。根据容量的需要，第二传输单元166还可以连接到同一个基站控制器166或者连接到另一个基站控制器。但是这个连接在图1A中没有描述。传输单元164，166通过具有控制单元162的消息总线传送，通过消息总线，处理到分组传输网络142的连接。此外，控制单元162例如处理话务统计，帐单数据收集和用户终端150的位置与空间。传输单元164的功能包括：用户数据的加密与解密，用户数据的压缩和解压缩，取消LLC帧用户数据和LLC帧中的用户数据的位置。
网关节点144连接一个公共的分组传输网络146和分组传输网络142。在该接口可使用网际协议或者X.25协议。网关节点144从公共分组传输网络146封装来自公共分组传输网络146的分组传输网络142的内部结构，使得用于公共分组传输网络146，分组传输网络142类似一个子网络，公共分组传输网络能够寻址到放置在其中的用户终端150的分组和从那里接收的分组。
分组传输网络142典型地是使用网际协议载波信令和隧道效应用户数据的专用通信网。网络142的结构可以变化专门关于体系结构和网际协议层下面的协议的经营者。
公共分组传输网络146例如可以是一个全球的因特网网络，用户终端148，例如具有连接到它的一台服务器计算机要传送分组到用户终端150。
在空中接口170，没有分配给电路交换传输的时隙被用于分组传输。动态地分配容量用于分组传输，即当数据传输请求到达时，任何空闲的信道可以分配用于分组传输中。该安排是灵活的，电路交换连接比分组数据链路优先。当需要时，电路交换传输抵消分组交换传输，即分组传输使用中的时隙被传递到电路交换传输。这是可能的，因为分组传输很好地忍受这种中断；该传输前进在分配用于使用的另一个时隙。该安排还可以以这样的方式实现：不确定的优先权给予电路交换传输，但是电路交换和分组交换传输请求二者以它们的到达顺序服务。
让我们接下来看一看分组数据是如何在图1B中发送的。
在图1B中描述的所有的结构部件结合图1A查找和说明了，因此在此处没有描述。现在膝上型计算机152连接到用户终端150。粗体线描述如何从膝上型计算机152给服务器计算机148传送被变换的数据。数据也可以自然地从服务器计算机148到膝上型计算机152以相反的方向变换。数据是在空中接口170通过该***从天线112到收发信机114进行的，和在多路复用器116沿着数据链路160到***换区域120多路复用，其中建立到支持节点140的输出的一个连接。在支持节点140中，数据是通过传输单元164和控制单元162从支持节点140进行的，数据沿着分组传输网络142通过网关节点144来自支持节点140数据加上，和连接到该服务器计算机148，该服务器计算机148连接到公共分组传输网络146。
还可以构成这样的网络，其中电路交换数据根本没有变换，仅仅分组数据变换。因此网络的结构可以简化。
本发明最好由软件实现。本发明则要求在该基站的控制单元118和/或在该基站控制器102的控制单元124中在严格地限制范围内相对地简单的软件修改。因此该软件能以不同的方式在上述控制单元之间划分，取决于在不同部分之间如何划分该协议处理。相应地连接的用户终端150和/或计算机152也要求软件修改，以便实现本发明的协议处理。
虽然该例子仅仅表示两方之间的一个点对点分组数据链路，但是本发明不限于此，描述的安排例如还可以使用在点对多点连接，其中一个用户同时地传送数据至几个其它方，这对于本领域的技术人员是显而易见的。该连接也不需要是双向的；本发明允许双向的连接，但是连接还可以是单方向广播，其中该发射机不从该接收机接收关于该传输接收的任何确认。不同的组合也是可能的，比如点对多点广播。
在下面参见图3更详细地看一看在该安排中使用的协议栈是如何形成的。就像常规的GSM安排那样，根据国际标准化组织的OSI(开放***互连)协议模型也构成GPRS传输路径协议模型。
关于每个协议单元，图3表示所说的网络单元处理哪一个协议部分。该网络单元是：移动站(MS)150，152，该基站子***(BSS)168，支持节点(SGSN＝服务GPRS支持节点)140和网关节点(GGSN＝网关GPRS支持节点)144。该基站100和该基站控制器102不分别地描述，因为在两者之间确定没有接口。因此用于该基站安排确定的协议处理在原则上能够在该基站100和该基站控制器102之间自由地划分，但是，实际上不对代码转换器122划分，虽然它包括在该基站安排168中。不同的网络单元是利用它们之间的接口Um，Gb，Gn和Gi划分的。
至于最高等级，该协议层具有一个应用等级APPL。它表示采用GPSR***用于数据传输的用户应用。这些应用经常是因特网使用的普通的程序，像电子邮件程序和万维网。
IP/X.25提供到因特网和其它外部数据网络的连接。对于外部网络，它使用一个正常的因特网IP协议。
GPRS隧道效应协议GTP隧道作用用户数据和沿着不同的GSN之间的帧网络发信号通知。如果要求，GTP可以实现SGSN 140和GGSN 144之间的流程控制。
TCP(传输控制协议)沿着该帧网络传输GTP层的数据分组到需要可靠的数据链路的协议，例如当使用X.25协议时。UDP(用户数据报协议)又传输GTP层的数据分组，它的协议不需要可靠链路，例如当使用因特网协议IP时。经过该IP该TCP产生流程控制，和保护传送的分组不消失和恶化。UDP仅仅相应地产生保护分组不恶化。
该IP是GPRS的帧网络协议，它的功能包括用户数据和控制数据的路由选择。该IP可以基于IPv4协议，稍后将进行使用IPv6协议的变更。
SNDCP层(子网络从属的会聚协议)的最重要的功能是多路复用几个PDP(分组数据协议)为一个SNDCP连接，压缩和解压缩用户数据以及压缩和解压缩协议控制信息。
另外，SNDCP以更高的网络协议形式分段数据为较低的LLC层(逻辑链路控制)形式，反之亦然。
LLC层实现SGSN140和MS150之间的可靠的加密逻辑链路。LLC是独立的和不取决于较低的层，以使该空中接口变化尽可能小地影响移动网络的网络部分。另外，LLC支持不同大小的数据帧，确认的传输和非确认数据以及使用相同的物理无线电信道从SGSN140到几个MS150的数据传输。LLC允许该数据的不同的优先权，以使在较低的优先权数据之前传送较高优先级数据到该用户终端。传送的信息和该用户数据通过加密保护。在Um和Gb接口之间该LLC数据是在LLC中继级传送的。
除了更高层数据之外，BSSGP级(基站子***GPRS协议)传送与路由选择相关的信息和BSS168与SGSN140之间的业务质量。这个信息实际上由FR层(帧中继)传送。
在RLC/MAC层有两个分开的功能：MAC(介质接入控制)和RLC(无线电链路控制)。MAC负责执行下列功能：在上行链路(从该用户终端到该网络部分)和下行链路(从该网络部分到该用户终端)连接上多路复用数据和信令，上行链路资源请求的管理与划分和下行链路话务资源的定时。这个层也包括话务优先级的管理。RLC参与LLC层数据或者LLC帧到MAC层的传输；RLC划分LLC帧为RLC数据块并且发送它们到MAC层。在上行线路方向该RLC从传送到LLC层的RLC数据块建立LLC帧。在由物理层计算出的CRC(码冗余度检查)的BCS(块校验序列)的基础上，RLC层产生错误的数据的重发过程。在无线电连接的Um接口例如在GSM的确定的空中接口实现该物理层。该载波的调制，对被发送的数据的交错和差错校正，同步和发射机功率控制是在该物理层执行的功能的例子。
图4A和4B说明无线电数据块的结构。该无线电数据块是指在RLC/MAC协议层使用的结构。在图4A的无线电数据块中，LLC帧是在RLC数据块中传送的，而在图4B的无线电数据块中，RLC/MAC信令是在RLC/MAC控制块中传送。
在图4A中，该无线电数据块是由一个MAC标题字段MACHEADER，一个RLC数据块RLC DATA BLOCK和一个块校验序列BCS组成的。
MAC标题包括包含一个USF(上行链路状态标志)，一个T(无线电数据块类型的指示符)和一个PC(功率控制)。RLC数据块是由一个RLC标题字段RLC HEADER和一个RLC数据字段RLC DATA组成的。本发明特别涉及RLC数据块，其中LLC帧在该基站100和用户终端150之间的空中接口170透明地传送。
图4B中的无线电数据块是由一个MAC标题字段，一个RLC/MAC控制数据块和一个块检验序列BCS组成的。RLC/MAC信令只在该用户终端150和该基站***168之间传送。信令被用于保持物理无线电资源。
在图5中，根据图4A包括在一个LLC帧中的该数据放在三个无线电数据块中，每个无线电数据块放在无线电路径170的四个正常的无线电脉冲串中。根据该图LLC帧是由一个帧标题FH，传送的信息INFO和一个帧校验序列FCS构成的。该无线电数据块包含一个块标题BH，传送的信息INFO和一个块校验序列BCS，BH对应于图4A中的MAC标题字段MAC HEADER和RLC标题字段RLCHEADER。
因此RLC/MAC协议层的目的是划分LLC帧为较小的数据块，以使它们实际上能够经过无线电路径在无线电数据块中传递。一个LLC帧的长度能够多达大约1600八比特组。LLC帧也可以非常短，在此情况下可使用本发明的过程，以使有效率地利用无线电数据块的传输能力。
图6更详细地表示对于本发明有意义的RLC数据块的结构。形成一个八比特组的比特1-8表示在水平平面。在垂直平面表示八比特组I-N。八比特组1包括一个MAC标题字段，以使比特8-5包括一个PC，比特4包括一个T和比特3-1包括一个USF。八比特组2-4包括一个RLC标题字段，以使八比特组2的比特8-2包括一个TFI(临时的流动识别)和比特1包括一个S/P(附加/轮询比特)，八比特组3的比特8-2包括一个BSN(数据块顺序号)和比特1包括一个E(扩展比特)而八比特组4包括一个任选的扩展字段OPT EXT FIELD。八比特组5-N包括传送的信息RLC INFO，即传送的LLC帧数据。
TFI用于识别数据块属于哪个临时数据块流。该网络部件确定每个临时数据块流的标识符。
S/P被用于控制和监视信令。
BSN用于表示该无线电数据块顺序，其中收集的数据块形成一个LLC帧。
E用于表明是否包括任选的扩展字段。如果扩展比特没有交换，则传送的所有的随后信息包括在一个LLC帧中。如果扩展比特交换了，则包括该扩展字段并且属于该RLC标题字段。
因此扩展字段的长度是一个八比特组。开头6比特形成表明一个RLC INFO字段中多少八比特组属于主要的LLC帧的一个长度长度指示符LI。
LLC帧中的最后的字节能够放在RLC数据字段中间，则LI通知该LLC帧的最后的字节的大约位置。
另外，扩展字段包括两个比特，其组合通知关于可能地未完成的RLC数据字段的内容，一个比特(M)表示同一个无线电数据块是否包括另一个LLC帧。如果是该情况，则另一个比特(C)表示整个第二LLC帧是否是在这个无线电数据块中或者其是否继续在随后的无线电数据块中。
四个不同的状态可以由M和C比特表示：
1.在同一个RLC数据字段中找到第二LLC帧，和整个第二LLC帧是在所说的RLC数据字段中。
2.在同一个RLC数据字段中找到第二LLC帧，和这个第二LLC帧继续在随后的无线电数据块的RLC数据字段中。
3.在同一个无线电数据块中没有找到第二LLC帧，但是临时的数据块流继续。
4.在同一个无线电数据块中没有找到第二LLC帧，但是临时的数据块流结束。
这个已有技术的定义具有几个弱点：
在状态1的情况下，没有定义第二LLC帧的长度。
因此为了实现操作的***，该基站100在接收这样的无线电数据块发送时应该确信所有的剩余的八比特组在RLC数据块至SGSN140中以便确保SGSN140能够接收属于该第二LLC帧的所有的八比特组。
在状态1的情况下，不包括与LLC帧相关的任何有效负载的不必要的八比特组在上行链路方向中在该基站100之间的接口和该基站控制器102和/或者在该基站控制器102与该SGSN140之间的接口传递。因此不必要地使用Abis和/或者Gb接口的容量。对该问题的一个解决方案是包括在该基站***168的功能中，通过它检查LLC帧的内容，而不必要的八比特组从该LLC帧中去除。但是这执行是困难的而且不真正地适合GPRS技术规范，因为LLC协议是在SGSN140中而不在该基站***168中。
有这样的状态1情况的型式：第二LLC帧不完全满足RLC数据块，在此情况下末尾发送该LLC帧不能完全利用该传输能力，因为没有机构通知在所说的RLC数据块找到一个或者多个LLC帧。因此不是完全地利用宝贵的无线电容量。
图7A表示只有第一LLC帧700和第二LLC帧如何能够放在第一无线电数据块中。但是，第一无线电数据块对于第三LLC帧704有足够的空间，但是因为没有表示在第一无线电数据块中第三LLC帧的存在的机制，第三LLC帧704不能放在第一无线电数据块的RLC数据块中。第三LLC帧704使用第二无线电数据块的RLC数据块传送，而因此第一无线电数据块未使用的RLC数据块的容量丢失了。
图7B表示本发明的一个过程。所有的三个LLC帧700，702，704能够放在一个无线电数据块的RLC数据块中，如图所示的完全利用了RLC数据块的容量。
图7B的过程可以以这样的方式实现：该RLC数据块包括精确地表示包括在每个RLC数据块中的LLC帧的长度和关于另一个LLC帧是否在所说的LLC帧之后的信息。图7B示出实现该机制的一个方式。如果发送新的LLC帧，前述的LLC帧结束的RLC数据块的八比特组总是跟随根据已有技术确定的一个相应的扩展字段。这个新的扩展字段确定在同一个RLC数据块中是否有下一个LLC帧。此外该扩展字段确定所说的LLC帧的长度和所说的LLC帧是否可以适合当前的RLC数据块或者它是否继续到下一个RLC数据块。可以应用所描述的机制直到整个RLC数据块以LLC帧数据填充为止，因此LLC帧的数据流可以是一个连续的八比特组形的LLC数据流，与RLC数据块限制无关。
在上面提出的机制只是两个以上的LLC帧如何可以放在一个RLC数据块中的一个例子。即使在上面参照附图的例子描述了本发明，但是显而易见的，本发明不限定于此，而是可以在所附权利要求公开的本发明概念的范围之内以各种方式修改。

Claims (4)

1.在一般的分组无线电业务的网络部分和用户终端之间的数据传输方法，该用户终端包括一个RLC/MAC(无线电链路控制/介质接入控制)协议层和采用RLC/MAC协议层的业务的一个LLC(逻辑链路控制)协议层作为数据链路层；
在数据传输中，LLC层的LLC帧放在该RLC/MAC层的RLC数据块中，特征在于在一个RLC数据块中放置两个以上的LLC帧。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于一个RLC数据块包括一个RLC标题字段和一个RLC数据字段，而该RLC数据块包括一个精确地表示在每个RLC数据块中包括的LLC帧的长度和关于是否另一个LLC帧将跟随所说的LLC帧的信息的一个机制。
3.使用一般的分组无线电业务的一种蜂窝网络，包括：
一个网络部分和至少一个用户终端；
在该网络部分和该用户终端之间的数据传输；
安排该网络部分和该用户终端使用一个协议栈执行数据传输，其中一个RLC/MAC(无线电链路控制/介质接入控制)协议层协议层和采用该RLC/MAC协议层的业务的一个LLC(逻辑链路控制)协议层起数据链路层的作用；
安排该网络部分和该用户终端使用传输单元，以这样的方式进行数据传输：该LLC层的LLC帧放在该RLC/MAC层的RLC数据块中，其特征在于安排该网络部分和该用户终端在一个RLC数据块中放置两个以上的LLC帧。
4.根据权利要求3的蜂窝网络，其特征在于
该RLC数据块包括一个RLC标题字段和一个RLC数据字段，并且安排该网络部分和该用户终端在该RLC数据块中放置精确地表示包括在该RLC数据块中的LLC帧的长度和关于是否另一个LLC帧将跟随所说的LLC帧的信息的一个机制。
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