TWI654892B - 基地台及其跨協定層睡眠排程方法 - Google Patents

基地台及其跨協定層睡眠排程方法

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Abstract

一種跨協定層睡眠排程方法，執行於一基地台，基地台服務至少一個行動裝置，跨協定層睡眠排程方法包括：搜集基地台與至少一個行動裝置的多個環境參數；依據多個環境參數，動態分配至少一個子訊框給至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程；以及依據多個環境參數與初始排程，動態調整至少一個子訊框中至少一個行動裝置的第一排程區塊以及對應的至少一調變與編碼方案以完成一即時排程。

Description

基地台及其跨協定層睡眠排程方法
本發明關於一種跨協定層睡眠排程方法，特別是一種執行於基地台且應用於行動裝置的跨協定層睡眠排程方法。
現今智慧型移動裝置的普遍，延長移動裝置的電池續航力是一項重要的研究議題。目前的4G，甚至是未來5G的技術，無線通訊介面的耗電比例必然會越來越增加，那麼優化無線通訊介面的省電機制，設計節能的睡眠排程方法，是非常重要的研究議題之一。
本發明提出一種基地台及其跨協定層睡眠排程方法，考慮跨媒體存取控制(MAC)層和實體(PHY)層的睡眠排程方法，除了媒體存取控制層是藉由DRX/DTX(Discontinuous Reception/Transmission)參數設置的優化，如睡眠週期、持續時間(on duration)、偏移(offset)、閒置計時器(inactivity timer)等之外，還包括跨媒體存取控制層及實體層的設定與分配多個行動裝置在每個子訊框的傳送功率、實體區塊資源、調變與編碼方案，和資料的傳輸量等。為了優化行動裝置的省電效率以及保證各數據串流的服務品質，本發明還加入了行動裝置的延遲限制以增加節能，當行動裝置通道狀況不好時，在保護行動裝置服務品質需求的前提下，延遲其數 據的上傳(如等到下個子訊框的週期時)以等待通道狀況回復。
本發明實施例提供一種跨協定層睡眠排程方法，執行於一基地台，所述基地台服務至少一個行動裝置，該方法包括：搜集所述基地台與所述至少一個行動裝置的多個環境參數；依據所述多個環境參數，動態分配至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程；以及依據所述多個環境參數與所述初始排程，動態調整所述至少一個子訊框中所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊以及對應的至少一調變與編碼方案以完成一即時排程。
本發明另一實施例提供一種基地台，用於服務至少一個行動裝置以及執行一跨協定層睡眠排程方法，所述方法包括：搜集所述基地台與所述至少一個行動裝置的多個環境參數；依據所述多個環境參數，動態分配至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程；以及依據所述多個環境參數與所述初始排程，動態調整所述至少一個子訊框中所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊以及對應的至少一調變與編碼方案以完成一即時排程。
為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1‧‧‧基地台
2‧‧‧行動裝置
3‧‧‧子訊框
4‧‧‧第一排程區塊
5‧‧‧第二排程區塊
UE1‧‧‧第一行動裝置
UE2‧‧‧第二行動裝置
UE3‧‧‧第三行動裝置
UE4‧‧‧第四行動裝置
UE5‧‧‧第五行動裝置
UE6‧‧‧第六行動裝置
UE7‧‧‧第七行動裝置
S101、S103、S105‧‧‧步驟
S301、S303、S305‧‧‧步驟
S501、S503、S505‧‧‧步驟
S701、S703、S705‧‧‧步驟
S901、S903‧‧‧步驟
圖1是本發明實施例的跨協定層睡眠排程方法的流程圖。
圖2是本發明實施例的基地台服務至少一個行動裝置的示意圖。
圖3是本發明實施例的一初始排程的示意圖。
圖4是本發明實施例的一初始排程的流程圖。
圖5是本發明實施例的另一初始排程前的示意圖。
圖6是本發明實施例的另一初始排程的流程圖。
圖7是本發明實施例的另一初始排程後的示意圖。
圖8是本發明實施例的子訊框分配排程區塊的流程圖。
圖9是本發明實施例的一即時排程的流程圖。
圖10是本發明實施例的排程區塊與剩餘功率的示意圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
長期演進/進階長期演進(Long-term evolution/Long-term evolution-advanced,LTE/LTE-A)通訊系統提供睡眠模式讓無線接取網路與行動裝置使用，使得行動裝置在沒有要進行資料傳輸可以進入睡眠，以達到省電及延長電池續電力。本發明提出一種基地台及其跨協定層睡眠排程方法，考慮跨媒體存取控制(MAC)層和實體(PHY)層的睡眠排程方法，除了媒體存取控制層藉由DRX/DTX(Discontinuous Reception/Transmission)參數設置的優 化，如睡眠週期、持續時間(on duration)、偏移(offset)、閒置計時器(inactivity timer)等來達到省電的功效外，還包括跨媒體存取控制層及實體層的設定與分配多個行動裝置在每個子訊框的傳送功率、實體區塊資源、調變與編碼方案、和資料的傳輸量等。
如圖1及2所示，本發明實施例的跨協定層睡眠排程方法執行於一基地台(Evolved node B,eNB)1，而基地台1服務至少一個行動裝置(User equipment,UE)2，其中基地台1包括適當的邏輯、電路和/或編碼，行動裝置2，如智慧型手機、平板等，包括適當的邏輯、電路和/或編碼。本發明實施例的跨協定層睡眠排程方法由基地台執行如下操作：S101)搜集基地台1與至少一個行動裝置2的多個環境參數；S103)依據多個環境參數，動態分配至少一個子訊框(subframe)3給至少一個行動裝置2的一第一排程區塊4以完成一初始排程；以及S105)依據多個環境參數與初始排程，動態調整至少一個子訊框3中至少一個行動裝置2的第一排程區塊4以及對應的至少一調變與編碼方案(Modulation and coding scheme,MCS)以完成一即時排程。
於步驟S101)中，基地台1搜集基地台1與至少一個行動裝置2的多個環境參數，包括一平均資料速率、一延遲速率、一可容許資料遺失率、一無線資源、一彈性空間資源、一平均通道速率、一通道速率、一最大傳送功率及一可傳送資料量。其中至少一調變與編碼方案如表1所示，CQI是通道品質指標、modulation是調變方案、code rate是碼率、及efficiency(bits/symbol)是一個符元(symbol)可包含幾個位元。
基地台1選擇一通道頻寬。如表2所示，Channel bandwidth是通道頻寬及Transmission bandwidth configuration是傳輸頻寬配置的排程區塊(Scheduling block,SB)，其中一排程區塊包括二資源區塊(Resource block)。
於步驟S103)中，基地台1依據多個環境參數動態分配至少一個子訊框3給至少一個行動裝置2的第一排程區塊4以完成初始 排程。如圖3所示的一示例中，基地台1服務7個行動裝置2，7個行動裝置2分別為第一行動裝置UE1、第二行動裝置UE2、第三行動裝置UE3、第四行動裝置UE4、第五行動裝置UE5、第六行動裝置UE6、第七行動裝置UE7，其中第一行動裝置UE1須使用20個排程區塊、第二行動裝置UE2須使用20個排程區塊、第三行動裝置UE3須使用5個排程區塊、第四行動裝置UE4須使用20個排程區塊、第五行動裝置UE5須使用10個排程區塊、第六行動裝置UE6須使用47個排程區塊、第七行動裝置UE7須使用28個排程區塊。請同時參照圖4所示，基地台1依據多個環境參數動態分配至少一個子訊框3給至少一個行動裝置2的第一排程區塊4以完成初始排程包括：S301)依據一通道頻寬，產生對應至少一個子訊框3的一第二排程區塊5；S303)依據至少一個行動裝置2的第一排程區塊4的一總排程區塊與一可用子訊框，產生一平均排程區塊；以及S305)依據平均排程區塊，分配至少一個子訊框3給至少一個行動裝置2的第一排程區塊4。於步驟S301)中，基地台1選擇通道頻寬，基地台1再依據通道頻寬產生對應子訊框3的排程區塊。在此示例中，基地台1選擇通道頻寬為10MHz，則對應通道頻寬10MHz的子訊框3包括50個排程區塊。於步驟S303)中，基地台1依據多個環境參數取得跨協定睡眠排程方法的可用子訊框，並且基地台1計算出所有行動裝置UE1~UE7使用的排程區塊的總排程區塊(20+20+5+20+10+47+28=150)。在此示例中，基地台1依據多個環境參數取得跨協定睡眠排程方法的5個可用子訊框，分別為第一子訊框、第二子訊框、第三子訊框、第四子訊框及第五子訊框，並且基地台1依據總排程區塊為150與可用子訊框為5計算出平均排程區塊(150/5=30)。於步驟S305)中，基地台1依據平均排程區塊分配每一子訊框3的30個排程區塊給所有行動裝置UE1~UE7進行排程。值得注意的是，某些行動裝置UE2、UE4、UE6是跨子訊框3而使得其持續時間過長進而 增加耗電量，因此本發明提供另一初始排程以更能達成省電之功效。
如圖5及圖6所示的另一示例中，基地台1依據多個環境參數動態分配至少一個子訊框3給至少一個行動裝置2的第一排程區塊4以完成初始排程包括：S501)依據一通道頻寬，產生對應至少一個子訊框3的一第二排程區塊5；S503)依據至少一個行動裝置2的第一排程區塊4的一總排程區塊與一可用子訊框，產生一平均排程區塊；以及S505)分配至少一個子訊框3給至少一個行動裝置2的第一排程區塊4。步驟S501)及步驟S503)分別與步驟S301)及步驟S303)相同，故在此不再贅述。於步驟S505)中，為了不讓行動裝置2跨子訊框3而使得其持續時間過長進而增加耗電量，基地台1分配每一子訊框3給至少一行動裝置2的排程區塊，每一子訊框3包括至少一個行動裝置2完整的排程區塊。如圖8所示，基地台1分配每一個子訊框3給至少一個行動裝置2的排程區塊包括：S701)當第二排程區塊5分配給至少一個行動裝置2的第一排程區塊4後，判斷是否一第三排程區塊小於一第四排程區塊；S703)如果是，更新第四排程區塊，其中更新第四排程區塊為前一個第四排程區塊與前一個第三排程區塊的差值；以及S705)如果否，更新第四排程區塊為平均排程區塊；其中第三排程區塊等於至少一個行動裝置2的第一排程區塊4與平均排程區塊的差值；其中第四排程區塊的一初始排程區塊是平均排程區塊。以第一子訊框為例，基地台1分配第一子訊框的排程區塊給第一行動裝置UE1與第二行動裝置UE2的排程區塊，基地台1判斷第一行動裝置UE1與第二行動裝置UE2的40(20+20)個排程區塊是否小於30個的平均排程區塊，其中第三排程區塊表示每一子訊框3中所有行動裝置2的排程區塊與平均排程區塊的差值，更新的第四排程區塊表示前一個子訊框3中第四排程區塊與第三排程區塊的差值。在第一子訊框中，第三排程區塊是20+20-30=10，第四排程區 塊是平均排程區塊，基地台1判斷第三排程區塊小於第四排程區塊，因此更新第四排程區塊為30-10=20。在第二子訊框中，第三排程區塊是5+20+10-30=5，第四排程區塊是20，基地台1判斷第三排程區塊小於第四排程區塊，因此更新第四排程區塊為20-5=15。在第三子訊框中，第三排程區塊是47-30=17，第四排程區塊是15，基地台1判斷第三排程區塊大於第四排程區塊，因此基地台1更新第四排程區塊為平均排程區塊以進行下一階段的初始排程。如圖7所示，當基地台1判斷第三排程區塊大於第四排程區塊時，基地台1不分配第四子訊框給第七行動裝置UE7，而是分配第五子訊框給第七行動裝置UE7，其原因在於第一、第二、第三子訊框分配給第一至第六行動裝置UE1~UE6的排程區塊已超過平均排程區塊，第一至第六行動裝置UE1~UE6的排程區塊都分配在前端的子訊框(第一、第二、第三子訊框)3而使得後端的子訊框(第四、第五子訊框)3沒有被分配進而造成子訊框3使用的不平衡，且同時當第一至第六行動裝置UE1~UE6之一如遇到傳輸通道狀況不佳而需要增加排程區塊時，基地台1就可分配第四子訊框給傳輸通道狀況不佳的第一至第六行動裝置UE1~UE6之一使用。
於步驟S105)中，如圖9所示，基地台1依據多個環境參數與初始排程動態調整至少一個子訊框3中至少一個行動裝置2的第一排程區塊4以及對應的至少一調變與編碼方案以完成一即時排程包括：S901)計算至少一調變與編碼方案佔用的第一排程區塊4與一剩餘功率，其中剩餘功率是一行動裝置2的最大無線通訊模組耗電功率與使用的至少一調變與編碼方案的發射功率所產生的無線通訊模組耗電功率的差值；以及S903)選擇至少一個行動裝置2的第一排程區塊4的一總排程區塊小於且最接近所述至少一個子訊框3的一第二排程區塊5。為了增加排程效率，基地台1根據多個環境參數的變化與初始排程的結果，計算每一行動裝置2所 使用的調變與編碼方案所佔用的排程區塊以及剩餘功率。如圖10所示，圖中15個點代表一行動裝置2使用的如表1所示的15種調變與編碼方案的分佈，而每一種調變與編碼方案分別對應佔用的排程區塊(水平軸)以及剩餘功率(垂直軸)。值得注意的是，基地台1服務的每一行動裝置2所使用調變及編碼方案相同，但是每一行動裝置2的排程區塊以及剩餘功率會依據基地台1與每一行動裝置2間的傳輸通道狀況而有所不同，故圖10僅為示例，並非限制本發明。一示例中，基地台1使用通道頻寬為10MHz，則對應的每一子訊框3包括50個排程區塊。假設基地台1分配一子訊框3給第八行動裝置UE8、第九行動裝置UE9及第十行動裝置UE10，基地台1會計算第八行動裝置UE8、第九行動裝置UE9及第十行動裝置UE10的排程區塊以及剩餘功率。如表3所示，僅顯示部分排程區塊及剩餘功率。接著基地台1選擇第八行動裝置UE8、第九行動裝置UE9及第十行動裝置UE10的排程區塊的總排程區塊小於且最接近子訊框3的50個排程區塊，即選擇第八行動裝置UE8的15個排程區塊、第九行動裝置UE9的15個排程區塊及第十行動裝置UE10的15個排程區塊的總排程區塊為45小於且最接近50個排程區塊來完成即時排程。
綜上所述，本發明的跨協定睡眠排程方法提供的初始排程可使行動裝置2在長期睡眠時基地台1進行初使排程，接著行動裝置2可依初始排程的結果進行睡眠與活動，不會經常性的重新執行睡眠排程。本發明的跨協定睡眠排程方法提供的即時排程可週期性的依據行動裝置2與基地台1間的傳輸通道狀況，以節能的方式進行排程區塊的分配、調變與編碼方案的判定等。進一步地，本發明的跨協定睡眠排程方法更提供了行動裝置2的延遲限制以增加節能，即當行動裝置2的傳輸通道狀況不好時，在維持行動裝置2服務品質的前提下，延遲行動裝置2數據的傳輸以等待傳輸通道狀況的回復，如等待至下一個子訊框3的週期時，行動裝置2才進行數據的傳輸。
更進一步地，每個子訊框3中包括兩類型的行動裝置2，一種是處於活動中的行動裝置2以及另一種是處於傳輸通道狀況不佳的行動裝置2。針對傳輸通道狀況不佳的行動裝置2，即傳輸通道狀況不佳的行動裝置2數據的傳輸被延遲數次，為了降低行動裝置2的待傳輸數據量Qi以及增加延遲數據的傳輸機會，本發明更提供一權重向量Ii以使得傳輸通道狀況不佳的行動裝置2可被提高於下一個子訊框3的週期被喚醒以進行數據傳輸的機會。權重向量Ii如下表示，其中Ci是行動裝置2當下的通道速率(bits/SB)、Ci(avg)是行動裝置2平均通道速率、Qi是行動裝置2的待傳輸數據量、Ri是數據資料到達速率、△i是行動裝置2被延遲次數、Di是延遲邊限、及Ti是子訊框3的週期。
Ii=Ci x(Ci/Ci(avg))x(Qi/Ri)(1+△i/(Di/Ti))
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (16)

  1. 一種跨協定層睡眠排程方法，執行於一基地台，所述基地台服務至少一個行動裝置，所述方法包括：搜集所述基地台與所述至少一個行動裝置的多個環境參數；依據所述多個環境參數，動態分配至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程；以及依據所述多個環境參數與所述初始排程，動態調整所述至少一個子訊框中所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊以及對應的至少一調變與編碼方案以完成一即時排程。
  2. 如請求項1所述的跨協定層睡眠排程方法，其中所述多個環境參數包括一平均資料速率、一延遲速率、一可容許資料遺失率、一無線資源、一彈性空間資源、一平均通道速率、一通道速率、一最大傳送功率及一可傳送資料量。
  3. 如請求項2所述的跨協定層睡眠排程方法，其中動態分配至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程包括：依據一通道頻寬，產生對應所述至少一個子訊框的一第二排程區塊；依據所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊的一總排程區塊與一可用子訊框，產生一平均排程區塊；以及依據所述平均排程區塊，分配所述至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊。
  4. 如請求項2所述的跨協定層睡眠排程方法，其中動態分配至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程包括：依據一通道頻寬，產生對應所述至少一個子訊框的一第二排程區塊；依據所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊的一總排程 區塊與一可用子訊框，產生一平均排程區塊；以及分配所述至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊。
  5. 如請求項4所述的跨協定層睡眠排程方法，其中分配所述至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊包括：當所述第二排程區塊分配給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊後，判斷一第三排程區塊小於一第四排程區塊；以及更新所述第四排程區塊；其中所述第三排程區塊等於所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊與所述平均排程區塊的差值；其中所述第四排程區塊的一初始排程區塊是所述平均排程區塊，其中更新所述第四排程區塊為前一個所述第四排程區塊與前一個所述第三排程區塊的差值。
  6. 如請求項5所述的跨協定層睡眠排程方法，其中分配所述至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊包括：當所述第二排程區塊分配給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊後，判斷所述第三排程區塊大於所述第四排程區塊；以及更新所述第四排程區塊為所述平均排程區塊。
  7. 如請求項6所述的跨協定層睡眠排程方法，其中當判斷所述第三排程區塊大於所述第四排程區塊後，所述至少一個子訊框的一個子訊框不被分配。
  8. 如請求項2所述的跨協定層睡眠排程方法，其中動態調整所述至少一個子訊框中所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊以及對應的至少一調變與編碼方案以完成一即時排程包括： 計算所述至少一調變與編碼方案佔用的所述第一排程區塊與一剩餘功率，其中所述剩餘功率是一行動裝置的最大無線通訊模組耗電功率與所述行動裝置使用的所述至少一調變與編碼方案的發射功率所產生的無線通訊模組耗電功率的差值；選擇所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊的一總排程區塊小於且最接近所述至少一個子訊框的一第二排程區塊。
  9. 一種基地台，用於服務至少一個行動裝置以及執行一跨協定層睡眠排程方法，所述方法包括：搜集所述基地台與所述至少一個行動裝置的多個環境參數；依據所述多個環境參數，動態分配至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程；以及依據所述多個環境參數與所述初始排程，動態調整所述至少一個子訊框中所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊以及對應的至少一調變與編碼方案以完成一即時排程。
  10. 如請求項9所述的基地台，其中所述多個環境參數包括一平均資料速率、一延遲速率、一可容許資料遺失率、一無線資源、一彈性空間資源、一平均通道速率、一通道速率、一最大傳送功率及一可傳送資料量。
  11. 如請求項10所述的基地台，其中動態分配至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程包括：依據一通道頻寬，產生對應所述至少一個子訊框的一第二排程區塊；依據所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊的一總排程區塊與一可用子訊框，產生一平均排程區塊；以及依據所述平均排程區塊，分配所述至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊。
  12. 如請求項10所述的基地台，其中動態分配至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的一第一排程區塊以完成一初始排程包括：依據一通道頻寬，產生對應所述至少一個子訊框的一第二排程區塊；依據所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊的一總排程區塊與一可用子訊框，產生一平均排程區塊；以及分配所述至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊。
  13. 如請求項12所述的基地台，其中分配所述至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊包括：當所述第二排程區塊分配給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊後，判斷一第三排程區塊小於一第四排程區塊；以及更新所述第四排程區塊；其中所述第三排程區塊等於所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊與所述平均排程區塊的差值；其中所述第四排程區塊的一初始排程區塊是所述平均排程區塊，其中更新所述第四排程區塊為前一個所述第四排程區塊與前一個所述第三排程區塊的差值。
  14. 如請求項13所述的基地台，其中分配所述至少一個子訊框給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊包括：當所述第二排程區塊分配給所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊後，判斷所述第三排程區塊大於所述第四排程區塊；以及更新所述第四排程區塊為所述平均排程區塊。
  15. 如請求項14所述的基地台，其中當判斷所述第三排程區塊大於所述第四排程區塊後，所述至少一個子訊框的一個子訊框不 被分配。
  16. 如請求項10所述的基地台，其中動態調整所述至少一個子訊框中所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊以及對應的至少一調變與編碼方案以完成一即時排程包括：計算所述至少一調變與編碼方案佔用的所述第一排程區塊與一剩餘功率，其中所述剩餘功率是一行動裝置的最大無線通訊模組耗電功率與所述行動裝置使用的所述至少一調變與編碼方案的發射功率所產生的無線通訊模組耗電功率的差值；選擇所述至少一個行動裝置的所述第一排程區塊的一總排程區塊小於且最接近所述至少一個子訊框的一第二排程區塊。
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