CN1675882A - 卫星ip组播***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种卫星IP组播***和方法,用于通过具有用于用户连接的路由器或交换机的互联网节点单元来构造IP组播网络和用于经由卫星发送从内容提供商发送的组播分组给本地IP组播网络。卫星IP组播***包括主干网、内容提供商、卫星网络和本地网络。与主干网相关作用的本地网络被配置成组播路由器或交换机上的协议,通过在经由以太网连接到卫星网络的路由器或交换机上和在用户路由器上的静态组播路由设置和通过指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口的IP指定,执行反向路径转发,和发送组播分组给终端客户机。
Description
技术领域
本发明涉及一种IP组播***,更具体地说,涉及一种卫星IP组播***,其中卫星组播网络用来旁通ISP的主干网和卫星网络与ISP的本地节点直接互相作用,涉及用于通过ISP的本地节点单元(即,通过具有用于用户连接的路由器和交换机的互联网节点单元)来构造IP组播网络和用于经由卫星将从内容提供商发送的组播分组发送给本地IP组播网络的方法,和涉及用于使卫星组播网络与本地接入网互相作用的方法。
背景技术
与组播协议相比,单播协议从网络流量和传输费用方便考虑效率较低,因为相同的数据分组在源服务器上复制并分别发送给与源服务器连接的每个用户,其致使网络流量与并行连接器的数目成比例。
尽管有IP组播协议的优点,但是由于主干网的网络复杂性和在新配置过程期间可能发生异常情况及其影响,很难将这种解决方案体现在整个互联网网络上。
如图1所示,在当前互联网广播中使用的解决方案一般使用单播***,其中互联网广播站的服务器与观察器交换数据。然而,并行连接器应该共享在互联网广播站和单播***中的连接器之间的传输网络的有限容量。
假定互联网广播提供商以512K的传输速度经由155Mbps的传输网络提供互联网广播服务,在这种情况下,当并行连接器超过300个时,传输网络的容量达到极限。
如果连接器超过300个,则屏幕显示停止或图像质量下降。结果,用户不能看到正常的屏幕。
参考图1,在诸如互联网广播提供商的内容提供商(在下文中称为“CP”)中,管理服务器14和媒体服务器12与路由器10连接,构成主节点。路由器10与主干网20的路由器22连接。主干网20的另一终端路由器24与路由器30连接,构成公司网络或网吧(PC bang)。
当CP提供512Kbps的动画传输服务且15个用户同时与该服务连接时,单播协议中的CP的媒体服务器(主服务器)应该分别发送数据给15个客户机。结果,事实上需要的传输网络容量为7.680Mbps(512Kbps×15),与待发送的数据和并行连接器的数目成比例。
CP应该确保(主干网20的路由器10和路由器22之间的)瓶颈区段的频带,以便并行连接器可以没有延迟地接收该服务。然而,由于这花费很多费用来用于足够频带的安全性,CP不得不限制并行连接器的数目或内容传输速度。
在瓶颈区段的频带确保为8Mbps的情况中,如果并行连接器的数目超过15个,则所需的频带超过8Mbps。结果,用户不能接收正常的动画服务。
当诸如互联网广播的内容用单播***提供时,由于网络的瓶颈现象而使频道不能得到有效使用。瓶颈现象还致使CP的媒体服务器12或路由器10和22的CPU负荷的增加,其用于复制和客户机的数目一样多的数据。结果,单播***在互联网广播具有许多客户机的时候不适合。
所需的传输频带的安全性、用户的限制和服务器容量的扩容主要地降低了内容提供商的收益性。当超过传输频带的用户被允许来改善收益性时,发生传输延迟,使得不能提供优质的服务。另外,CP应该降低内容数据量,以用有限的传输线吸引尽可能多的用户。结果,图像的质量降低了,且阻止了内容和互联网广播业务的改善。
为了解决单播***的问题,提议了一种内容发布网(在下文中称为″CDN″)解决方案。
CDN包括分别设置在主干网的各本地节点28中的流服务器26,以及CP的媒体服务器(主服务器)12。CDN通过预先地将主内容反映给本地节点28的流服务器26来从最近的本地节点提供内容给用户。CDN降低用户与其连接且经由的***(服务器、交换机、路由器)路径,从而降低了由网络流量致使的传输延迟和分布CP的媒体服务器12的负载给用户的同时连接。结果,传输速度和传输延迟的服务质量或多或少得到改善。
如果用户与CDN中的CP主机的管理服务器14连接,以选择动画观看,则CP的管理服务器14将主节点管理***(未示出)中的相应内容的URL(统一资源***)发送给该用户,并且用户用发送的URL来向CDN的主节点管理***要求相应的内容。
CDN的主节点管理***探测用户的位置,以发送最佳本地节点路由器24的URL。如果用户向对应于从CDN管理***发送的URL的本地节点路由器24请求内容,则本地节点路由器24的流服务器26发送移动图像给请求该内容的用户。
然而,上述CDN没有解决单播传输***的问题。虽然CP的媒体服务器12可以加载流量,以通过使用租用频道来将多媒体内容推向本地节点(即例如11个本地节点),连接器应该共享从本地节点路由器24的流服务器26到用户的网络的有限线路容量,如同上述图1的单播传输***的问题。
另外,与传输速度和并行连接器的数目成比例,主服务器和各本地节点流服务器之间所需的传输频带应该从内部服务提供商或CDN提供商租借。
尽管存在诸如传统单播传输***和CDN解决方案中的网络流量、并行连接器的数目受限和由于租用频道容量的扩容导致的花费的问题,但是从技术、时间和成本方面上考虑,在整个互联网网络上体现IP组播解决方案很难。
结果,难以平滑地提供内容服务用于教育中的内部广播或互联网,其中经由传统互联网网络执行多路访问。
发明内容
因此,本发明的一个目的是体现一种从内容提供商到终端用户的IP组播网络,其通过将地面传输网络与用于旁通主干网的卫星组播网络互相作用,其中主干网由于网络复杂性和网络异常的高度可能性而很难体现组播协议。
本发明的另一目的是体现一种卫星IP组播网络,以克服内容提供商的传播路径、服务器的容量扩容和并行连接器的数目的局限性。
本发明的另一目的是体现一种从内容提供商到终端用户的IP组播网络,其通过体现本地IP组播网络和将本地IP组播网络与卫星网络互相作用。
在一个实施例中,卫星IP(网际协议)组播***包括主干网、内容提供商、卫星网络和本地网络。内容提供商提供多媒体内容。卫星网络以组播分组的形式将从内容提供商提供的内容发送到ISP的本地节点。与主干网互相作用的本地网络被配置成组播在路由器或交换机上的协议,通过在经由以太网与卫星网络连接的路由器上和在用户路由器上的静态组播路由设置或者通过指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口来执行反向路径转发,和发送组播分组给终端客户机。
优选地,卫星网络包括卫星中心***(hub system)、卫星和卫星接收***。卫星中心***包括用于指定组播群地址给多媒体分组的多媒体服务器、用于将多媒体分组转换为传输流数据的IP网关、用于调制传输流数据的调制器和用于无线发送数据的卫星发射机。卫星接收***包括用于接收来自卫星的卫星调制信号的***和用于解调来自卫星调制信号的多媒体服务器中的组播分组和发送组播分组到预定目的地的卫星数据接收器。
优选地,本地网络的路由器宣称(declare)将被静态组播路由至用于正确RPF检验的启动源IP的组播分组以及组播协议,或指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
在一个实施例中,一种与主干网互相作用的本地网络中的路由器的组播分组的IP组播方法包括:执行单边反向路径转发,对组播分组进行路由器的静态组播路由宣称或对卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口进行与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP指定,其中所说宣称或指定包括组播分组的目的地媒体服务器的源IP。
附图说明
本发明的上述和进一步的优点将通过参考下面的描述以及结合附图将变得更容易理解。在附图中:
图1示出了一种传统单播传输方法;
图2示出了传统CDN型服务;
图3示出了根据本发明的优选实施例的卫星IP组播***;
图4示出了根据本发明的一个实施例的组播分组传输操作;
图5a至5d示出了根据本发明的一个实施例的组播群鉴权过程;和
图6示出了根据本发明的一个实施例的流量状态。
具体实施方式
在一个实施例中,待从CP流式传输到卫星传输***的多媒体内容被用多媒体分组发送。卫星传输***经由卫星将对应于多媒体分组的卫星调制信号发送给卫星接收***。卫星接收***将卫星调制信号解调为多媒体分组,以发送已解调信号给本地IP组播网络。本地IP组播网络转发多媒体分组给终端路由器。
参考图3,诸如互联网广播站或网络大学的连接到主干网200的内容提供商100a和100b包含管理服务器102、流服务器104和路由器106。
管理服务器102控制网络、互联网连接、鉴权和流式传输。流服务器104提供多媒体内容,与管理服务器102的控制互相作用。在此,多媒体分组优选地为用单播或组播协议发送。
主干网200包括多个交换机202和多个路由器204。终端路由器204构成连接到路由器106的主节点。主干网200的终端路由器206与本地网络600连接。
用单播协议从CP 100a和100b发送的多媒体分组被经由主干网200的主节点发送给卫星传输***300的路由器310。在此,主干网200识别多媒体分组的目的地址,以发送该多媒体分组给目的地路由器310。
上述多媒体分组在卫星传输***300中被转换为卫星调制信号。卫星传输***300包括多媒体服务器312、IP网关313、调制器316和卫星发射机318,其经由网络与路由器310互相连接。卫星传输***300执行到本地网络600的单边传输。
多媒体服务器312指定组播群地址,以将用单播协议发送的多媒体分组转换为组播分组,和根据网络中的分组剩余时间(即TTL值)和所需的服务质量来确定内容的传输速度。
IP网关314对从多媒体服务器312发送的组播数据执行统计复用功能和CAS(条件访问***)功能。IP网关314还将程序识别器连接到各组播数据,以将数据转换为MPEG-2传输流信号,然后发送流信号给调制器316。
为了与卫星400通信,调制器316将MPEG-2传输流信号调制为DVB-S信号和发送DVB-S信号给卫星发射机318。
卫星发射机318通过预定载波频率信号发送数据给卫星400。
多媒体服务器312指定组播群地址给用单播协议从卫星传输***300发送的多媒体分组。IP网关314将多媒体分组转换为传输流数据。传输流数据在调制器316中调制,然后从卫星发射机318发送出。
对于与卫星传输***300上行链接和与卫星接收***500下行链接的卫星400所使用的是具有L/S频带的频段的INMARSAT(向上1.5Ghz,向下1.5Ghz/2.5Ghz)、C频带的INTELSAT(向上6Ghz,向下4Ghz),Ku频带的Koreasat Mugunghwa No.1和2(向上14Ghz,向下12Ghz)或Ka频带的koreasat mugunghwa No.3(向上30Ghz,向下20Ghz)。具有最佳频段的卫星还可以根据厂商的意图考虑到对***的经济效率和适用性而选择。
卫星接收***500包括***510和卫星数据接收器520。***510发送从卫星400接收的信号给指定的卫星数据接收器520。卫星数据接收器520解调来自卫星调制信号的多媒体服务器312中的组播分组,以发送解调的分组给本地网络600。
本地网络600包括互联网网络节点610、子网络650和670、路由器630和640和用户终端设备635和645。互联网网络节点610包括路由器或交换机,用于ISP的本地节点,即,用于用户连接。子网络650和670与连接到互联网网络节点610的光学终端站620连接。路由器630和640包括在连接到互联网网络节点610的网吧(PC bang)内。在此,子网络650包括连接到光学终端站620的光学终端站652和子网络670包括连接到光学终端站620的光学终端站672。光学终端站652与路由器654、交换机656交换式集线器658和LAN卡660连接。光学终端站672与路由器674、交换机676、集中器678、调制解调器680和LAN卡682连接。
互联网网络节点610包括连接到主干网200的路由器206、多个交换机612和618和连接到用户的路由器614和616。
上述本地网络600中,在卫星数据接收器520中解调的组播分组被通过互联网网络节点610的交换机612和618和路由器614和616组播至相应用户的终端。
在本地网络600中,本地网络的路由器宣称(declare)待静态组播路由至源地址的组播分组,或指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
具体地说,互联网网络节点610的路由器614和616和低级网络的路由器630,640、654和674判断数据是否是组播分组。在数据是组播分组时,路由器宣称待静态组播路由至源地址的IP的组播分组,或指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
参考图4,路由器R1相应于图3的第一路由器614和616,和路由器R2相应于图1第二路由器630、640、654和674。
在组播分组的情况中,路由器R1宣称到卫星数据接收器520的输出端口的IP的静态组播路由。路由器R2宣称到源地址的组播路由,源地址将被静态组播路由至路由器R1的串行接口IP,或指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
路由器R2不是通过重复的分组复制而是通过路由器R1和R2之间的一次分组复制(即顺序间隔)来设置待发送的预定流量。
换句话说,即使当所有的客户机与路由器R2的e0中的相同多媒体内容连接的时候,也只有一个分组被复制。
组播路由的源地址用来发送流量给组播群地址所代表的群。组播路由器确定朝向源和客户机的方向。
在此,到接收器的传输是RPF(反向路径转发)。
RPF帮助路由器正确地分配向接收器的流量。如果组播分组被输入,则路由器检验RPF。如果该检验结果正常,则分组被转发。否则,该分组被丢弃。
卫星数据接收器520发送来自媒体服务器312的组播分组给路由器R1。没有特定的路由设置时,路由器R1不能执行对多媒体分组的正常RPF校验。
由于IP网关314和卫星数据接收器520之间的间隔是经由卫星网络的单边间隔,所以路由器R1和媒体服务器312之间的网络被断开。因而,即使当组播分组到达路由器R1的时候,路由器R1也没有执行正确的RPF处理,因为路由器R1不具有到该源的单播路由表。结果,当路由器R1配置为组播协议时,路由器R1不转发而是丢弃该多媒体分组。
在一个实施例中,路由器R1和R2中的滤波和到媒体服务器312中的群所代表的频道地址的TTL值的正确设置阻止了所有主机作为发送器。因此,来自用户终端的组播分组的流入被截断。
单边组播路由通过在路由器R1和R2中的用于正确RPF检验的静态组播路由或指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口的IP指定来设置。结果,能够阻止由于卫星间隔的单边特征而导致的网络断开所引起的RPF丢弃。
在路由器R1[思科路由器]的情况中,IP组播设置如下所示:
ip multicasting
int e0
ip pim sparse-mode
int e1
ip pim sparse-mode
int s0
ip pim sparse-mode
ip mroute[源ip地址][到卫星数据接收器的路由器R1的以太网连接端口的ip地址]
否则,与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP能够被指定给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
虽然在此以思科路由器作为该路由器设置的示例,但是该设置可以根据设备而变化和应用相同的原理。
参考图5a,内容被通过图5a的路径A发送给本地网络的终端用户客户机。
被鉴权为预定组播群的用户通过图5b的路径B且经由广域网610和主干网200与CP 100a的管理服务器102连接,以请求IGMP(互联网群管理协议)。当用户被证明是合法的时候,CP 100a的管理服务器102执行鉴权和授权组播群。通过上述鉴权过程被证明是合法的用户可以通过图5d的路径D接收发送给本地网络600的LAN的组播分组。
如图6所示,例如512K的动画的对应于频道的内容能够被通过主干网200的路由器106和终端路由器且根据单播协议从CP的流服务器104发送到卫星传输***300。卫星信号被在卫星传输***300和卫星接收***500之间单边地发送。512K的流量被通过包括在本地网络600内的每个路径发送给终端客户机。
由于只有组播分组被发送给终端客户机,所以并行连接器的数目不是有限的,且由从CP到互联网网络的大量并行连接器所引起的或本地网络的每个区间中的瓶颈现象没有发生。结果,整个网络的流量可以得到改善。
本发明的实施例在需要实时传输的多媒体内容的情况中可以有选择地应用,且还可以在无实时传输的情况中应用于单播传输***。
可以不同地提供根据本发明的其他实施例。具体地说,根据一个实施例的本地网络的情况被应用于CDN。换句话说,根据本发明的一个实施例,如果应用于CDN的静态组播路由宣称在本地网络中执行,则经由传统单播协议发送的内容可以经由组播协议发送。
因此,由于在用于通信运营商的整个网络上的多媒体流量的降低,根据本发明的一个实施例的IP组播***能够实现有效的和稳定的网络操作。
另外,根据本发明的一个实施例,该网络环境满足那些需要传输诸如互联网广播、远程教育或多用户互联网游戏的大容量多媒体数据的内容提供商。
虽然本发明可进行各种修改和替换形式,但是在附图和详细描述以示例的方式示出具体的实施例。然而,应当理解,本发明不局限于所公开的具体形式。反之,本发明覆盖所有的在所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围内的修改、等同和替换。
Claims (30)
1.一种卫星IP(网际协议)组播***,包括:
主干网;
内容提供商,用于提供多媒体内容;
卫星网络,用于经由卫星发送从内容提供商提供的内容和用于用组播分组提供内容;
本地网络,与主干网互相作用,用于配置来自路由器的作为组播协议的组播分组,通过在经由以太网连接到卫星网络的路由器上和用户路由器上的静态组播路由设置来执行反向路径转发,和发送组播分组给终端客户机。
2.如权利要求1所述的***,其中内容提供商经由单播协议发送多媒体分组给卫星网络。
3.如权利要求2所述的***,其中卫星网络包括:
卫星传输***包括用于指定组播群地址给多媒体分组的多媒体服务器、用于将多媒体分组转换为传输流数据的IP网关、用于调制传输流数据的调制器和用于无线发送数据的卫星发射机。
卫星;和
卫星接收***包括用于接收来自卫星的卫星调制信号的***和用于解调来自卫星调制信号的多媒体服务器中的组播分组和发送所述分组给预定目的地的卫星数据接收器。
4.如权利要求1所述的***,其中内容提供商经由组播协议发送多媒体分组给卫星网络。
5.如权利要求4所述的***,其中卫星网络包括:
卫星传输***包括用于指定组播群地址给多媒体分组的多媒体服务器、用于将多媒体分组转换为传输流数据的IP网关、用于调制传输流数据的调制器和用于无线发送数据的卫星发射机;
卫星;和
卫星接收***包括用于接收来自卫星的卫星调制信号的***和用于解调来自卫星调制信号的多媒体服务器中的组播分组和发送所述分组给预定目的地的卫星数据接收器。
6.如权利要求1所述的***,其中本地网络的路由器宣称待静态组播路由至启动源IP的组播分组。
7.如权利要求1所述的***,其中本地网络的路由器指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
8.如权利要求1所述的***,其中实时多媒体分组经由卫星网络发送给本地网络,和非实时数据经由主干网发送给本地网络。
9.一种卫星IP(网际协议)组播***,包括:
主干网;
内容提供商,用于提供多媒体内容;
卫星网络,用于经由卫星发送从内容提供商提供的内容和用于用组播分组提供内容;
本地网络,与主干网互相作用,用于配置来自路由器的作为组播协议的组播分组,通过指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口的IP指定来执行反向路径转发,和发送组播分组给终端客户机。
10.如权利要求9所述的***,其中内容提供商经由单播协议发送多媒体分组给卫星网络。
11.如权利要求10所述的***,其中卫星网络包括:
卫星传输***包括用于指定组播群地址给多媒体分组的多媒体服务器、用于将多媒体分组转换为传输流数据的IP网关、用于调制传输流数据的调制器和用于无线发送数据的卫星发射机。
卫星;和
卫星接收***包括用于接收来自卫星的卫星调制信号的***和用于解调来自卫星调制信号的多媒体服务器中的组播分组和发送所述分组给预定目的地的卫星数据接收器。
12.如权利要求9所述的***,其中内容提供商经由组播协议发送多媒体分组给卫星网络。
13.如权利要求12所述的***,其中卫星网络包括:
卫星传输***包括用于指定组播群地址给多媒体分组的多媒体服务器、用于将多媒体分组转换为传输流数据的IP网关、用于调制传输流数据的调制器和用于无线发送数据的卫星发射机。
卫星;和
卫星接收***包括用于接收来自卫星的卫星调制信号的***和用于解调来自卫星调制信号的多媒体服务器中的组播分组和发送所述分组给预定目的地的卫星数据接收器。
14.如权利要求9所述的***,其中本地网络的路由器宣称待静态组播路由至启动源IP的组播分组。
15.如权利要求9所述的***,本地网络的路由器指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
16.如权利要求9所述的***,其中实时多媒体分组经由卫星网络发送给本地网络,和非实时数据经由主干网发送给本地网络。
17.一种与主干网互相作用的本地网络中的路由器的组播分组的IP组播方法,包括:
通过对组播分组进行路由器的静态多址路由宣称来执行单边反向路径转发,其中该宣称由组播分组的目的地媒体服务器的源IP构成。
18.如权利要求17所述的方法,其中通过对路由器设置滤波和随机TTL值给被标记为预定群的频道地址,主机被制止作为发送器进行操作。
19.一种与主干网互相作用的本地网络中的路由器的组播分组的IP组播方法,包括:
通过指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口的IP指定,执行单边反向路径转发,其中所述指定由组播分组的目的地媒体服务器的源IP构成。
20.如权利要求17所述的方法,其中通过对路由器设置滤波和随机TTL值给被标记为预定群的频道地址,主机被制止作为发送器进行操作。
21.一种IP组播***,包括:
内容提供商,连接到主干网的终端路由器,用于提供预定多媒体内容流;
本地网络,与主干网互相作用,用于配置来自路由器的作为组播协议的组播分组,通过在经由以太网连接到内容提供商的路由器上和在用户路由器上的静态组播路由设置来执行反向路径转发,和发送组播分组给终端客户机。
22.如权利要求21所述的***,其中内容提供商支持来自卫星网络的多媒体内容。
23.如权利要求21所述的***,其中内容提供商支持来自主干网的多媒体内容。
24.如权利要求21所述的***,其中本地网络的路由器宣称待静态组播路由至启动源IP的组播分组。
25.如权利要求21所述的***,其中本地网络的路由器指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
26.一种IP组播***,包括:
内容提供商,连接到主干网的终端路由器,用于提供预定多媒体内容流;
本地网络,与主干网互相作用,用于配置来自路由器的作为组播协议的组播分组,通过指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口的IP指定,执行反向路径转发,和发送组播分组给终端客户机。
27.如权利要求26所述的***,其中内容提供商支持来自卫星网络的多媒体内容。
28.如权利要求26所述的***,其中内容提供商支持来自主干网的多媒体内容。
29.如权利要求26所述的***,其中本地网络的路由器宣称待静态多址路由至启动源IP的组播分组。
30.如权利要求26所述的***,其中本地网络的路由器指定与组播分组的IP报头的源地址相同的子网的IP给卫星数据接收器的输出端口和连接到卫星数据接收器的路由器的端口。
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