JP2008193327A - 光給電情報伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性を高めた光給電情報伝送装置を提供することである。
【解決手段】伝送路ＳＦＢ１において異常が生じた場合、伝送路ＳＦＢ１を介して多重光が伝送されないため子局１０側のメディアコンバータＭＣ２は、信号光に含まれるデータ情報の受信がないことを検知して不良（エラー）と判定する。そして、エラー情報をセンサＳＥＮに出力するとともに、エラー情報を含む信号光を出力する。メディアコンバータＭＣ２から出力されたエラー情報を含む信号光は、伝送路ＳＦＢ２を介してメディアコンバータＭＣ１で受信される。メディアコンバータＭＣ１は、受信したエラー情報を検知した検知信号を制御部ＣＴに出力する。制御部ＣＴは、検知信号を受けてレーザ部ＬＤ１，ＬＤ２に指示してレーザ部ＬＤ１，ＬＤ２の駆動を停止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、光ファイバを介して親局から子局に電力を供給し、子局で収集した情報を親局に伝送する光給電情報伝送装置に関する。

複数の遠隔地において測定された電流、電圧等を１ヶ所で集中的に観測をしたいというニーズがある。光ファイバを介して遠隔地に配置されたセンサにおける測定信号を伝送し、情報を収集する技術は古くから検討が行なわれていた。

従来、光ファイバは高速信号を通信する通信用に用いられるのが主流であった。しかし近年では通信用に光ファイバが普及するにつれて、光ファイバが巷によく見られるようになってきており、また、コストも低減され、センシング用にも光ファイバを用いやすい環境となってきている。

また、光ファイバで光通信の端末機器や遠隔地のセンサ等へ電力を供給することで電源用のメタル芯線や現地での電源確保を不要とする光給電も同様に古くから提案されている。

光ファイバを介して給電を行なう光給電システムは、光ファイバを接続するだけで電気配線の工事が不要である。この光給電装置は、給電側において強力な光源により光エネルギーを発生させ、この光エネルギーを光ファイバを介して伝送し、被給電側においてフォトダイオードや太陽電池により電気エネルギーに光電変換するように構成される。

光給電に関する技術として、たとえば特開昭６４−７７２３３号公報（特許文献１）には、光ファイバにレーザ光を通して給電を行ない、同じ光ファイバを用いて波長多重により光伝送を行なう光伝送システムが開示されている。また、特開平８−３３１０６１号公報（特許文献２）においては、給電と光伝送とを別々の光ファイバで行なう方式が開示されている。

一方で、仮に光ファイバが未接続あるいは不良が生じた場合、光給電を行なうことができないため光給電を受ける側は、動作することができなくなる。

また、光ファイバで給電するということは、非常に小さな断面積に強力な光を集光して伝搬させるということである。このためファイバ断線時やファイバ不良によって給電用の光が漏れ出すと、ケーブル被覆材や周囲に損傷を与える可能性がある。また、人体に対しても、目への悪影響や火傷といった危険性が考えられる。

したがって、特許文献２においては、光ファイバの伝送に支障が生じた場合には、給電を停止する方式が開示されている。
特開昭６４−７７２３３号公報 特開平８−３３１０６１号公報

しかしながら、従来の技術に示されるように、光ファイバを介して情報を収集する装置や方法において、仮に光ファイバの伝送に支障が出た場合には、遠隔地で情報を収集するフィールド局（以下、子局と称する）には、給電が行なわれないことになるため、何ら信号を送信することもできずに、光給電を行なう側（親局）が判断する必要があった。

具体的には、一定時間、親局側が子局側からの信号検出ができないことを検知して、光ファイバの伝送に支障が生じたと判断するような方式を採用していた。

したがって、光ファイバの伝送に支障が生じたか否かを判断するための一定の時間が必要であり、高速に不良を判断することは難しかった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、より一層安全性を高めた光給電情報伝送装置を提供することである。

本発明に係る光給電情報伝送装置は、２つの光伝送路の間において親局と子局とで双方向光通信を行なう光給電情報伝送装置であって、親局は、２つの光伝送路の一方および他方にそれぞれ対応して設けられ、それぞれ給電光を生じさせる第１および第２のレーザ部と、親局全体を制御する制御部と、外部との間でデータの授受を行なうための入出力部と、入出力部からのデータを受けて第１の信号光に変換して出力するとともに、子局側からの第２の信号光をデータに変換して制御部に出力する第１のメディアコンバータと、２つの光伝送路の一方に対して、第１のメディアコンバータから出力される第１の信号光と、第１の信号光と波長が異なる第１のレーザ部から出力された給電光とを多重させた多重光を伝送する第１の光結合器と、子局側から親局側に対して第２の信号光が伝送される２つの光伝送路の他方に対して、第２のレーザ部から出力された給電光を子局側に伝送する第２の光結合器とを含む。子局は、２つの光伝送路の一方の光伝送路と接続され、多重光の波長に応じて給電光と第１の信号光とを分離する第３の光結合器と、他方の光伝送路と接続され、他方の光伝送路に対して第２の信号光を伝送するとともに親局側から伝送される給電光を分離する第４の光結合器と、第３および第４の光結合器により分離された給電光を電力に変換する光電変換手段と、光電変換手段により変換された電力を受け、情報を収集し、情報に応じたデータを出力するセンサ部と、光電変換手段により変換された電力を受け、分離された第１の信号光をデータに変換してセンサ部に出力するとともにセンサ部からのデータを受けて第２の信号光に変換して、第４の光結合器に出力する、第２のメディアコンバータとを含む。第１のメディアコンバータは、第２の信号光が伝送されないと判断した場合には、不良が生じたことを示すエラー情報を含む第１の信号光を出力する。第２のメディアコンバータは、第１の信号光が伝送されないと判断した場合には、エラー情報を含む第２の信号光を出力する。

好ましくは、第１のメディアコンバータは、第２の信号光が伝送されないと判断した場合およびエラー情報を含む第２の信号光を受信した場合には、エラーを検知したことを示す検知信号を制御部に出力し、制御部は、検知信号に基づいて第１および第２のレーザ部の少なくとも一方を指示して給電光の生成を停止させる。

本発明に係る光給電情報伝送装置によれば、２つの光伝送路の間において親局と子局とで双方向光通信を行なう光給電情報伝送装置であって、第１のメディアコンバータは、第２の信号光が伝送されないと判断した場合には、不良が生じたことを示すエラー情報を含む第１の信号光を出力する。また、第２のメディアコンバータは、第１の信号光が伝送されないと判断した場合には、エラー情報を含む第２の信号光を出力する。

したがって、光伝送路のいずれか一方に不良（エラー）が生じた場合であっても他方の光伝送路を用いてエラー情報を送信することができる。したがって、親局および子局がともに不良（エラー）であることを早期に検出することが可能であり、一層安全性を高めた光給電情報伝送装置を提供するが可能である。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は、同一または相当部分を示す。

図１は、本発明の実施の形態に従う光給電情報伝送装置の構成を示すブロック図である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に従う光給電情報伝送装置１は、親局５と、伝送路ＦＢと、子局１０とを備える。なお、伝送路ＦＢは、２芯の光ファイバにより構成される。

親局５は、互いに異なる波長を有する給電光と信号光とを多重させた多重光を発生し、２芯の伝送路ＦＢの一方側に出力する。また、２芯の伝送路ＦＢの他方側に対して、発生した給電光を伝送するとともに、子局１０側から伝送された信号光の入力を受ける。なお、以下においては、２芯の伝送路ＦＢの一方側の伝送路を伝送路ＳＦＢ１とし、他方側の伝送路をＳＦＢ２として説明する。また、図１においては、電柱ＰＬ等を介して伝送路ＦＢが配設されている場合が示されている。

子局６は、伝送路ＳＦＢ１からの多重光を受けて、信号光に含まれる指示に基づいて動作し、子局６内部のセンサＳＥＮから収集した情報を信号光として伝送路ＳＦＢ２を介して親局１０に出力する。

親局５は、レーザ部ＬＤ１，ＬＤ２と、メディアコンバータＭＣ１と、制御部ＣＴと、光結合器ＷＤ１，ＷＤ２と、入出力部ＩＦとを含む。制御部ＣＴは、親局全体を制御する。レーザ部ＬＤ１，ＬＤ２は、制御部ＣＴの指示に応答して駆動し、子局１０に対して給電光を生成して光結合器ＷＤ１，ＷＤ２に対してそれぞれ出射する。入出力部ＩＦは、メディアコンバータＭＣ１と外部ネットワークあるいは外部ＣＰＵといった外部装置との間に設けられ、データ情報の授受を実行する。なお、本例においては、入出力部ＩＦをメディアコンバータＭＣ１と別に設けた構成について説明するがメディアコンバータ内に設けることも当然に可能である。

なお、給電光の波長は、一例として１．４６μｍ〜１．４８μｍ帯を用いるものとする。また、信号光の波長は、一例として１．５５μｍ帯を用いるものとする。なお、親局５は、子局１０に対する電源供給のために給電光を供給するが、親局５の電源は、給電光ではなく図示しないが商用電源等と接続され必要な電源が供給されるものとする。

なお、本実施の形態に従う光結合器としては、たとえば波長選択性（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplexing）光結合器が用いられる。

メディアコンバータＭＣ１は、伝送路ＳＦＢ２を介して伝送される後述する多重光について光結合器ＷＤ２により分離された信号光の供給を受けて、信号光に含まれるデータ情報を入出力部ＩＦを介して外部装置に出力するとともに、入出力部ＩＦを介して外部装置から伝達されるデータ情報を信号光として光結合器ＷＤ１に出力する。

また、メディアコンバータＭＣ１は、上述した伝送路ＳＦＢ２を介して伝送される信号光に含まれるデータ情報の受信ができなかった場合には、入出力部ＩＦを介して外部装置に対して、エラー情報を出力する。例えば、警報パケット、あるいは警報ビットを「１」としたフレーム信号等を送信するものとする。これにより、外部装置から親局５側へのデータ情報の送信を停止することが可能である。

また、メディアコンバータＭＣ１は、同様にエラー情報を含む信号光を光結合器ＷＤ１に出力する。さらに、エラー情報を受信した場合、あるいは送信した場合には、エラーを検知したことを示す検知信号を制御部ＣＴに対して出力する。

光結合器ＷＤ１は、レーザ部ＬＤ１からの給電光とメディアコンバータＭＣ１からの信号光とを多重させて多重光として伝送路ＳＦＢ１に出力する。

一方、レーザ部ＬＤ２は、制御部ＣＴの指示に応答して駆動し、子局に対して給電光を生成して光結合器ＷＤ２に対して出射する。そして、光結合器ＷＤ２は、レーザ部ＬＤ２からの給電光を受けて伝送路ＳＦＢ２に出力するとともに子局１０側からの伝送路ＳＦＢ２を介して伝送される多重光のうちの信号光を分離してメディアコンバータＭＣ１に出力する。ここで、伝送路ＳＦＢ２は、親局５側から子局１０側への給電光と、子局１０側から親局５側への信号光とが伝送されている。この点で、伝送路ＳＦＢ２内においては、方向および波長が異なるが、互いに重なりあった多重光が生じている。

次に、子局１０について説明する。
子局１０は、メディアコンバータＭＣ２と、センサＳＥＮと、光結合器ＷＤ３，ＷＤ４と、光電変換素子ＯＥとを含む。

光結合器ＷＤ３は、伝送路ＳＦＢ１に伝送された多重光の入射を受けて給電光と信号光とを分離する。給電光は、光電変換素子ＯＥに出力され、信号光は、メディアコンバータＭＣ２に出力される。上述したように光結合器ＷＤ３は、波長選択性光結合器であり、伝送路ＳＦＢ１に伝送された多重光を信号光（１．５５μｍ帯）と、給電光（１．４８μｍ帯）とに分離する。

光結合器ＷＤ４は、親局５側から伝送路ＳＦＢ２を介して伝送される給電光を分離して光電変換素子ＯＥに出力する。また、後述するメディアコンバータＭＣ２からの信号光を受けて伝送路ＳＦＢ２に出力する。

光電変換素子ＯＥは、光結合器ＷＤ３，ＷＤ４において分離された給電光を受けて光電変換し、メディアコンバータＭＣ２およびセンサＳＮに必要な電力を供給する。なお、光電変換素子ＯＥは、給電光を電力に変換するためのものであり、たとえば太陽電池やフォトダイオードなどが用いられる。

メディアコンバータＭＣ２は、光結合器ＷＤ３により分離された信号光の供給を受けて、センサＳＥＮに信号光に含まれるデータ情報を出力するとともにセンサＳＥＮからのデータ情報を信号光として光結合器ＷＤ４に出力する。メディアコンバータＭＣ２は、伝送路ＳＦＢ１を介して伝送される信号光に含まれるデータ情報の受信ができなかった場合には、センサＳＥＮに対してエラー情報を出力する。例えば、警報パケット、あるいは警報ビットを「１」としたフレーム信号等を送信するものとする。また、メディアコンバータＭＣ２は、同様にエラー情報を含む信号光を光結合器ＷＤ２に出力する。さらに、伝送路ＳＦＢ１を介して伝送される信号光にエラー情報が含まれている場合に、当該エラー情報を受信した場合にも受信したエラー情報をセンサＳＥＮに対して出力する。

センサＳＥＮは、光電変換素子ＯＥにより給電光を変換した電力を受けて駆動し、入力情報に応じた電気信号を出力する。センサＳＥＮは、所定の物理量（たとえば電圧、電流、音、電界、温度、物体の位置等）の観測を行ない、これらの観測結果に応じた電気信号を出力する。

本実施の形態に従う光給電情報伝送装置では、２芯の光ファイバを用いてそれぞれ給電光が親局５側から子局側１０に伝送される。したがって、光電変換素子ＯＥは、伝送路ＳＦＢ１，ＳＦＢ２のそれぞれに伝送される給電光を受けて光電変換した電力を子局１０側のメディアコンバータＭＣ２およびセンサＳＥＮに供給することが可能であり、子局１０側を無電源化するとともに給電電力を増加させて十分な電力を供給することが可能である。

また、本例における親局５および子局１０のメディアコンバータＭＣ１，ＭＣ２は、互いに相手側からのデータ情報の受信がされない場合には、不良（エラー）と判定し、上述したようにエラー情報である例えば、警報パケット、あるいは警報ビットを「１」としたフレーム信号等を相手側に送出するものとする。また、図示しないがエラー情報に従ってＬＥＤ点灯等の形式で伝送エラー警報を出力することも可能である。例えば、相手側への送信異常がある場合には、ＡＩＳ（Alarm Indicational Signal）に対応する特定のＬＥＤ表示あるいは、受信異常がある場合には、ＲＥＣ（Receive Error Condition）に対応して特定のＬＥＤ表示等が可能である。また、メディアコンバータと外部機器との間に継電器を設けてエラー情報に対応して継電器動作させることにより伝送エラー警報を外部に出力することも可能である。

本例においては、例えば、メディアコンバータＭＣ１は、エラー情報を受信した場合には、外部装置に対して入出力部ＩＦを介してエラー情報を出力する。

また、メディアコンバータＭＣ２は、エラー情報を受信した場合には、センサＳＥＮに対してエラー情報を出力する。

なお、本実施の形態においては、伝送路ＳＦＢ１あるいはＳＦＢ２のいずれか一方のみが異常となった場合について説明する。

例えば、伝送路ＳＦＢ１において異常が生じた場合、すなわち、親局５側からの信号光および給電光とが重なった多重光が伝送路ＳＦＢ１を介して子局１０側に伝送されない場合について考える。なお、この場合、伝送路ＳＦＢ２は正常であるものとする。

この場合、伝送路ＳＦＢ１を介して多重光が伝送されないため子局１０側のメディアコンバータＭＣ２は、信号光に含まれるデータ情報の受信がないことを検知して不良（エラー）と判定する。そして、伝送エラー警報を出力する。また、センサＳＥＮに対してエラー情報を出力するとともにエラー情報を含む信号光を光結合器ＷＤ４に出力する。なお、伝送路ＳＦＢ２は、正常であるため例えば伝送路ＳＦＢ１を用いた給電光の供給が停止した場合であっても、伝送路ＳＦＢ２を介して供給される給電光に基づいて、光電変換素子ＯＥが光電変換して、メディアコンバータＭＣ２およびセンサＳＥＮに電力が供給され、駆動が維持される。

メディアコンバータＭＣ２から出力されたエラー情報を含む信号光は、伝送路ＳＦＢ２を介してメディアコンバータＭＣ１で受信される。メディアコンバータＭＣ１は、信号光に含まれるエラー情報を検出すれば、上述した伝送エラー警報を出力する。また、外部装置に対して入出力部ＩＦを介してエラー情報を出力する。さらに、制御部ＣＴに対してエラー情報を検知した旨の信号を出力する。制御部ＣＴは、メディアコンバータＭＣ１からの検知信号を受けて不良が発生していることを認識してレーザ部ＬＤ１，ＬＤ２に指示してレーザ部ＬＤ１，ＬＤ２の駆動を停止する。

したがって、レーザ部ＬＤ１，ＬＤ２を即座に停止して、無駄なレーザ照射を抑制し、消費電力を低減することが可能である。従来の構成においては、伝送路に支障が出た場合においても、相手側からの信号は何らなく、異常と判断（推定）できるまでレーザ光の照射を停止することができなかった。具体的には、不良（エラー）と判定するまでに一定時間を要する必要があり、信頼性および正確性に欠けるとともに即座の停止が難しい構成であった。

一方、本願構成においては、相手側からのエラー情報の送信により瞬時にエラーと判定可能であるため高速な判断が可能であり、人体等に長時間のレーザ光の照射を被ることを抑制し、より一層安全性を高めた光給電情報伝送装置を実現することが可能である。

また、エラー情報をセンサＳＥＮが受信することにより、例えばセンサＳＥＮにおいて所定の物理量（たとえば電圧、電流、音、電界、温度、物体の位置等）の観測結果のデータ情報の送信を停止して正常に終了モードに入ることが可能である。当該動作により、伝送路ＳＦＢ１の異常が除去されて復帰した場合においても、センサＳＥＮの動作を正常に復帰することが可能となる。

一方、例えば伝送路ＳＦＢ２において異常が生じた場合、すなわち、子局１０側からの信号光が伝送路ＳＦＢ２を介して親局１０側に伝送されない場合について考える。なお、この場合、伝送路ＳＦＢ１は正常であるものとする。

この場合、伝送路ＳＦＢ２を介して信号光が伝送されないため親局５側のメディアコンバータＭＣ１は、信号光に含まれるデータ情報の受信がないことを検知して不良（エラー）と判定する。そして、伝送エラー警報を出力する。また、入出力部ＩＦを介して外部装置に対して、エラー情報を出力する。さらに、メディアコンバータＭＣ１は、エラー情報を含む信号光を光結合器ＷＤ１に出力する。

なお、伝送路ＳＦＢ１は、正常であるため例えば伝送路ＳＦＢ２を用いた給電光の供給が停止した場合であっても、伝送路ＳＦＢ１を介して供給される給電光に基づいて、光電変換素子ＯＥが光電変換し、メディアコンバータＭＣ２およびセンサＳＥＮに電力が供給され、駆動が維持される。

子局１０側のメディアコンバータＭＣ２は、受信したエラー情報を受信して、センサＳＥＮに出力し、上述したようにセンサＳＥＮは、例えばエラー情報を受けて正常に終了モードに入ることができる。

また、親局５の制御部ＣＴは、メディアコンバータＭＣ１から検知信号を受けてレーザ部ＬＤ１，ＬＤ２の駆動を停止する。

したがって、レーザ部ＬＤ１，ＬＤ２を即座に停止して、無駄なレーザ照射を抑制し、消費電力を低減することが可能である。また、相手側からのエラー情報の送信により瞬時にエラーと判定可能であるため高速な判断が可能であり、人体等に長時間のレーザ光の照射を被ることを抑制し、より一層安全性を高めた光給電情報伝送装置を実現することが可能である。

なお、上記においては、エラー情報を受けた場合に制御部ＣＴは、レーザ部ＬＤ１，ＬＤ２をともに停止する場合について説明したが、レーザ部ＬＤ１，ＬＤ２のうち伝送不可能な給電光を出射するレーザ部のみを停止することも可能である。すなわち、伝送路が正常な伝送路については給電光を供給し続けることも可能である。

従来の構成では、伝送路に不良が生じた場合には、給電光の供給が停止するため子局が完全に停止することになるが、当該構成においては、正常な伝送路を用いて給電光を供給することが可能であるためセンサＳＥＮを動作させ続けることが可能である。

例えば、子局１０の電源供給は停止されないため不良となっている伝送路が改善されるまで子局１０のセンサＳＥＮにおいて観測結果のデータ情報を例えばメモリ等に格納しておくようにすることも可能である。そして、改善後格納したデータ情報を伝送することによりセンサＳＥＮの観測を維持し続けることも可能である。

なお、メディアコンバータから出力される信号光の波長として、上記においては、１．５５μｍ帯を用いる場合について説明したが、１．３１μｍ帯を用いることも可能である。なお、その場合には、光結合器ＷＤ１〜ＷＤ４についても信号光と給電光との波長をそれぞれ分離あるいは多重可能なように適宜調整されているものとする。

また、
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う光給電情報伝送装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 光給電情報伝送装置、５ 親局、１０ 子局、ＣＴ 制御部、ＦＢ 伝送路、ＩＦ 入出力部、ＬＤ１，ＬＤ２ レーザ部、ＭＣ１，ＭＣ２ メディアコンバータ、ＯＥ 光電変換素子、ＳＥＮ センサ、ＷＤ１〜ＷＤ４ 光結合器。

Claims (2)

1. ２つの光伝送路の間において親局と子局とで双方向光通信を行なう光給電情報伝送装置であって、
   前記親局は、
   前記２つの光伝送路の一方および他方にそれぞれ対応して設けられ、それぞれ給電光を生じさせる第１および第２のレーザ部と、
   前記親局全体を制御する制御部と、
   外部との間でデータ情報の授受を行なうための入出力部と、
   前記入出力部からのデータ情報を受けて第１の信号光に変換して出力するとともに、前記子局側からの第２の信号光をデータ情報に変換して前記制御部に出力する第１のメディアコンバータと、
   前記２つの光伝送路の一方に対して、前記第１のメディアコンバータから出力される第１の信号光と、前記第１の信号光と波長が異なる前記第１のレーザ部から出力された前記給電光とを多重させた多重光を伝送する第１の光結合器と、
   前記子局側から前記親局側に対して第２の信号光が伝送される前記２つの光伝送路の他方に対して、前記第２のレーザ部から出力された前記給電光を前記子局側に伝送する第２の光結合器とを含み、
   前記子局は、
   前記２つの光伝送路の一方の光伝送路と接続され、前記多重光の波長に応じて前記給電光と前記第１の信号光とを分離する第３の光結合器と、
   前記他方の光伝送路と接続され、前記他方の光伝送路に対して前記第２の信号光を伝送するとともに前記親局側から伝送される前記給電光を分離する第４の光結合器と、
   前記第３および第４の光結合器により分離された前記給電光を電力に変換する光電変換手段と、
   前記光電変換手段により変換された電力を受け、情報を収集し、情報に基づくデータ情報を出力するセンサ部と、
   前記光電変換手段により変換された電力を受け、分離された前記第１の信号光をデータ情報に変換して前記センサ部に出力するとともに前記センサ部からのデータ情報を受けて前記第２の信号光に変換して、前記第４の光結合器に出力する、第２のメディアコンバータとを含み、
   前記第１のメディアコンバータは、前記第２の信号光が伝送されないと判断した場合には、不良が生じたことを示すエラー情報を含む前記第１の信号光を出力し、
   前記第２のメディアコンバータは、前記第１の信号光が伝送されないと判断した場合には、前記エラー情報を含む前記第２の信号光を出力する、光給電情報伝送装置。
2. 前記第１のメディアコンバータは、前記第２の信号光が伝送されないと判断した場合および前記エラー情報を含む前記第２の信号光を受信した場合には、エラーを検知したことを示す検知信号を前記制御部に出力し、
   前記制御部は、前記検知信号に基づいて前記第１および第２のレーザ部の少なくとも一方を指示して前記給電光の生成を停止させる、請求項１記載の光給電情報伝送装置。

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