CN100479587C - 一种基于分布式无线接入网的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于分布式无线接入网的切换方法。移动台通过第一R1接口与服务基站通信，并经第一R6接口由服务基站接入至服务基站服务节点，所述的服务基站服务节点通过第一R3接口与核心网通信，其特征在于包括以下步骤：a、所述的移动台与目标基站建立第二R1接口；所述的目标基站与服务基站建立第一R8接口；b、所述的目标基站经第二R1接口与移动台通信，通过第一R8接口：将移动台发送的上行数据转发至服务基站，由服务基站发送至服务基站服务节点；并将服务基站发送的下行数据转发给移动台。本方案使得无线空口切换场景减少。

Description

一种基于分布式无线接入网的切换方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于分布式无线接入网的切换方法。

技术背景

在标准IEEE 802.16中，定义了固定宽带无线接入(BWA)的无线城域网标准。该标准针对不同频段定义了不同的物理层技术。该标准的应用范围主要面向住宅、小办公室/家庭办公室(SOHO)、远程工作者以及小企业用户(SME)市场。IEEE 802.16 MAC支持很不利的用户环境，能够应付在每个信道上可能有成百上千个用户的的应用环境，支持连续式和突发式等不同的业务量。它具有ATM汇聚子层和分组汇聚子层，通过将多个高层数据单元经过汇聚子层处理后封装成一个MAC PDU发送，可以实现对ATM、IP和以太网业务的协议透明性。

WiMAX为世界微波接入互操作性行业组织，旨在提升IEEE 802.16(IEEE802.16、IEEE 802.16d、IEEE 802.16e)系列空口协议在全球的推广和应用。本文中所指的Wimax均指满足IEEE 802.16空口协议的网络实体。

由于IEEE 802.16e协议只是定义了无线网络架构中的空口接口部分，为了实现蜂窝组网和运营，经常需要移动台进行相应的切换操作，如图1所示，现有技术中通常的集中控制方式的切换过程需要3个步骤：

(1)MSS通过空口R1与当前服务BS通信，服务BS通过接口R6与当前服务BSSN1通信，如图中的线条1所示；

(2)MSS发生切换以后，MSS与目标BS通信，由于目标BS与目标BSSN通信，因此R6和R3接口都要迁移，过程中需要经历图中(2)步骤以后，将核心网到终端信令接口迁移到目标BSSN，形成新的接口R4和R6，如图中线条2所示；

(3)MSS切换完成以后，与核心网的信令接口完全迁移到目标BS与目标BSSN下，形成新的接口R3，即路径为图中线条3所示。

从上述方案可见，在无线空口切换时，包括基站和基站服务节点之间的接口，基站服务节点和核心网设备之间的接口等后端网元接口之间也要进行相应的切换，这会给网络的稳定性带来影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于分布式无线接入网的分级切换方法，使得无线空口切换不影响后端网元接口之间的切换，后端网元接口之间的切换与无线空口切换独立进行。为此，本发明采用如下技术方案：

一种基于分布式无线接入网的切换方法，移动台通过第一R1接口与服务基站通信，并经第一R6接口由服务基站接入至服务基站服务节点，所述的服务基站服务节点通过第一R3接口与核心网通信，包括以下步骤：

a、所述的移动台与目标基站建立第二R1接口；所述的目标基站与服务基站建立第一R8接口；

b、所述的目标基站经第二R1接口与移动台通信，通过第一R8接口：

将移动台发送的上行数据转发至服务基站，由服务基站发送至服务基站服务节点；并将服务基站发送的下行数据转发给移动台。

所述的步骤b进一步包括，所述的移动台上行数据通过第一R1接口和第二R1接口发送，并在服务基站合并，所述的移动台下行数据通过第一R1接口和第二R1接口接收，并在移动台合并。

所述的方法，还包括步骤：

c、删除第一R1接口，所述的移动台上/下行数据通过目标基站转发。

所述的方法，还包括步骤：

d、所述的目标基站与服务基站服务节点通过建立的第二R6接口通信。

所述的步骤d进一步包括：

d1、所述的目标基站与服务基站服务节点建立第二R6接口；

d2、所述的目标基站通过第二R6接口：

将移动台发送的上行数据转发至服务基站服务节点；

接收服务基站服务节点发送的下行数据并转发给移动台。

所述的方法，还包括步骤：

f、所述的目标基站与目标基站服务节点通过建立的第二R6接口通信。

所述的步骤f进一步包括：

f1、所述的目标基站与目标基站服务节点建立第二R6接口，所述的目标基站服务节点与服务基站节点建立第一R4接口；

f2、所述的目标基站通过第二R6接口：

将移动台发送的上行数据转发至目标基站服务节点；并将目标基站服务节点发送的下行数据转发给移动台；

f3、所述的目标基站服务节点通过第一R4接口：

将目标基站发送的上行数据转发至服务基站服务节点；并将服务基站服务节点发送的下行数据转发给目标基站节点。

所述的方法，还包括步骤：

g、建立目标基站服务节点与核心网的第二R3接口，所述的目标基站服务节点通过第二R3接口与核心网通信。

本发明使得无线空口切换场景大为减少，终端的无线空口切换只有跨基站的一种切换。因为移动台从一个基站切换到另外一个基站，这个基站自然根据一定的方法自己会选择相应合适的基站服务节点；本方案没有了移动台从一个基站切换到另外一个基站的时候，如果这两个基站分别连接在不同的基站服务节点上的时候，需要可能的数据面的隧道迁移。而本身的控制面迁移不受影响，因为每个基站本身都有一个默认的控制面基站服务节点与它联系。基站选择后端路由途径独立于空口切换的进行。

附图说明

图1是现有技术中无线接入网的切换示意图；

图2是本发明无线接入网的网络构架示意图；

图3是本发明实施例1的切换示意图；

图4是本发明实施例1的切换流程示意图；

图5是本发明实施例2的切换示意图；

图6是本发明实施例3的切换示意图；

图7是本发明实施例3的切换流程示意图；

图8是本发明实施例4的切换示意图；

图9是本发明实施例4的切换流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

如图2所示，是本发明无线接入网的网络构架示意图，在该图中，MSS通过BS接入BSSN，BSSN连接至核心网。该分布式接入网方案体现了WiMAX接入网侧控制面和用户面的分离，BSSN适配核心网和BS之间的信令面，用户面由BS之间接入到核心网，BSSN和BS为多对多的关系，以减少单点故障对网络可能造成的破坏，同时为后端网络的自我优化提供了可能；BSSN和核心网为多对一的关系。空口的处理主要由BS完成，包括BS之间的切换，BSSN处理多BS之间的协调和控制功能。本方案适用于网络全IP互联的情况。

本发明为每个BS设定一个默认的BSSN，在控制面接受默认BSSN的控制；在业务面，每个BS自由选择BSSN。选择的依据是：BSSN的网络资源负载，以及BS到BSSN的路由拥塞情况或者时延情况以及网元之间的端口流量等。

在无线空口切换时，首先形成MSS和目标BS的接口R1’，以及目标BS和服务BS的接口R8’，MSS接受Serving BS的控制完成空口切换，服务BS和目标BS在R8’接口上进行上下文交互，由目标BS对MSS的上下文进行转发，转发至服务BS的数据，按照原流程处理，完成切换过程。在该切换过程中BSSN和核心网都不用参与。切换完成后目标BS告知核心网用户管理模块MSS当前所属BS的信息，该核心网用户管理模块可以有多种，诸如实现VLR功能的实体等。

本发明方案中，切换过程中原来的接口R1可以保留，也可以删除，如果是软切换，则保留该接口R1，可以将MSS上行的数据分为两部分，一部分通过R1接口发送至服务BS，一部分通过新的R1’接口发送至目标BS，由目标BS转发至服务BS，两部分数据在服务BS处合并；MSS下行数据分成两部分，一部分直接由服务BS通过R1接口发送至MSS，一部分经目标BS转发至MSS，两部分数据在MSS处合并。如果是硬切换，则删除该接口R1，所有数据都通过目标BS转发。

本发明的方案，在MSS切换完成后，可以对网络进行相应的优化处理，比如当目标BS发现后端网络转发数据不能满足系统要求时，可以将BSSN转发到对应终端的数据经由服务BS的R6接口迁移到目标BS，即建立目标BS与服务BSSN的接口R6’，直接通过该接口R6’，在MSS和服务BSSN之间进行数据转发。

进一步的网络优化中，还可以增加目标BSSN与核心网的接口R3’，这样可以不必经过服务BSSN进行数据转发，直接在核心网和目标BS之间进行数据传送了。

下面举例说明本发明的具体实施例。

有一类切换发生在同一个BS的不同扇区之间。当系统决定MSS切换到其服务BS的另外一个扇区时，在新的扇区建立与MSS的R1’接口。这个过程不影响其他接口(这里的不影响是指不影响其他接口在针对本MSS通信过程中的存在性，但有可能由于切换的原因，在其他接口上有相关的消息传输。以下同)。如果切换是软切换，原来的R1接口也不删除；如果是硬切换原来的R1链路将被删除。

实施例1：空口切换(形成新的R1’和R8’接口)。

当MSS移动到另外一个不同于原服务BS的目标BS，并决定切换到这个的目标BS时，系统根据一定的方法，如R8接口已有的流量，网络目前的服务质量(QOS)和业务要求的QOS等，确定是否迁移原服务BS与服务BSSN的接口到新的目标BS，如果不迁移，则按下面的过程进行切换：与目标BS建立新的空中接口R1’，同时在目标BS和原BS间建立R8’接口，使目标BS为这个MSS服务的数据通过原服务BS传送到后端网络中，如图3所示。如果是软切换，MSS与原服务BS的R1链路不删除，同时上行两条链路的数据合并和下行两条链路的数据分发都在原服务BS中进行；如果是硬切换，MSS与原服务BS的R1链路被删除，原服务BS只做数据的转发。

本情形的切换流程如图4所示(以MSS发起的切换为例)：

1)MSS通过测量扫描当前服务BS和相邻BS的信号质量，触发切换，向服务BS发送切换请求消息MOB_MSSHO_REQ，携带建议的两个目标BS(BS#2和BS#3)，并携带估计开始切换的时间；

2)服务BS收到MSS发送的切换请求以后，服务BS通过骨干网切换预通知请求消息HO-pre-notification-request与终端切换请求消息里建议的目标BS进行信息交互，询问相邻目标BS是否能够满足该MSS切换过来所需求的QOS以及带宽需求；

3)终端建议的目标BS接收到服务BS发送的切换预通知请求消息HO-pre-notification-request以后，这些BS根据自身实际情况以及切换预通知请求消息HO-pre-notification-request里携带的MSS的QOS和带宽需求情况，通过自身的无线资源管理策略，给出该MSS切换过来以后，能够满足的带宽和QOS需求情况，并通过切换预通知响应消息HO-pre-notification-response告诉服务BS，作为切换预通知请求消息HO-pre-notification-request的响应；

4)服务BS收到终端建议的目标BS的响应以后，根据这些目标BS对该MSS的资源满足情况，以及MSS切换请求里携带的相邻BS的信噪比大小，决策选取MSS的切换目标BS(为BS#3)，并通过切换响应消息MOB_BSHO_RSP发送给MSS；

5)另一方面，服务BS通过骨干网的切换通知消息HO-notification通知被选定作为目标BS(#BS3)的相邻BS，并在切换通知消息HO_notification里携带相对于此时该MSS正式进行切换的时间，以帧数为单位，以便目标BS(BS#3)在合适的时刻提前为该MSS安排快速接入的上行资源Fast_Ranging_IE，以加快终端的切换进程，快速完成与目标BS的接入过程；同时消息HO-notification里携带服务BS所连接的服务BSSN设置IP地址信息；

6)目标BS接收到服务BS的切换通知消息HO-notification以后，通过骨干网向该服务BS发送R8’接口(可能是GTP-U隧道，基于全IP的分布式接入网网元之间采用GTP-U隧道的情况下)建立请求消息，从而完成目标BS和服务BS之间的隧道建立；后续发往该终端的数据可以由此GTP-U隧道传递到目标BS；此后目标BS会一直监测网络的当前情况，并根据R8’接口的流量，网络的时延和此MSS业务的QOS要求等情况决定是否对R6接口进行切换，如果需要进行切换，则进入实施例2所描述的方案；

7)另外，服务BS会将针对该MSS保留的资源通过BS之间的接口传递到选定的目标BS，包括MSS的所有连接信息以及缓存还没有发出去的下行数据；MSS的上行数据如果已经发到服务BS，服务BS继续转发到核心网，新的上行数据随着切换的进行自然经由目标BS，进一步转发到核心网；新的下行数据通过第6)步的完成自然转发到目标BS这边，通过空口传递给终端；

8)MSS收到服务BS的切换响应以后发送MOB_HO_IND消息给服务BS，告知服务BS释放该MSS的资源，或者可能取消或者拒绝此次切换；如果是继续进行切换，那么服务BS此时启动为该MSS保留资源的定时器，等待定时器超时，服务BS自动释放所有针对该MSS的保留资源，同时进入步骤9)；如果MSS取消或者拒绝了此次切换，那么服务BS接收到切换指示消息以后，将通过骨干网消息HO-Withdraw通知所选取的Target BS(#BS3)，告知释放其为该MSS提前指配的上行接入资源；

9)MSS完成与目标BS的正常接入过程以后，目标BS将通过骨干网消息HO-Confirm通知服务BS，在消息里携带MSS已经成功切换指示，服务BS收到以后，将删除所保留的针对该切换MSS的所有信息。

本切换情形切换前的下行数据途径：CN-＞服务BSSN1-＞服务BS-＞MSS，当MSS完成空口切换以后核心网到MSS的信令连接仍然由原来的服务BSSN1转发并经由服务BS到达目标BS，路由经历为：CN-＞服务BSSN1-＞服务BS-＞目标BS-＞MSS；上行数据途径相反。在这个过程中原R3、R6接口都不发生切换，同时R4接口也不发挥作用。整个切换过程的完成仅仅在服务BS和目标BS之间完成。

实施例2：空口切换(伴随R6接口切换)。

如实施例1中的描述，如果决定切换R6接口到目标BS，则系统将建立目标BS与MSS的新的空中接口R1’和目标BS与原服务BSSN1的R6’接口链路，同时删除原服务BS与MSS的R1空中接口，并删除原服务BSSN1与原BS的R6接口。R8’接口在切换过程中用于在服务BS和目标BS间交互此MSS相关的信息，切换完成后也将不再起作用。R3接口不受影响。

如图5所示：本情形的切换流程与实施例1不同在于第六步，实施例1第六步中，目标BS会一直监测网络的当前情况，并根据R8’接口的流量，网络的时延和此MSS业务的QOS要求等情况决定是否对R6接口进行切换，当需要进行切换时，目标BS根据服务BS的切换通知消息HO-notification里携带的服务BS目前所连接的服务BSSN1的IP地址信息，通过骨干网向该服务BSSN1发送R6’接口(可能是GTP-U隧道，基于全IP的分布式接入网网元之间采用GTP-U隧道的情况下)建立请求消息，从而完成目标BS和服务BSSN1之间的隧道建立；后续发往该终端的数据可以由此GTP-U隧道传递到目标BS；另一方面，BSSN1在和目标BS的R6’接口建立完成以后，会发起与服务BS的R6接口释放过程。

本切换情形切换前的下行数据途径：CN-＞服务BSSN1-＞服务BS-＞MSS，当MSS完成空口切换以后核心网到MSS的信令连接仍然由原来的服务BSSN转发，但直接转发到目标BS，路由经历为：CN-＞服务BSSN1-＞目标BS-＞MSS；上行数据途径相反。在这个过程中R3接口不发生切换，同时R4接口也不发挥作用。整个切换过程的完成需要服务BS、目标BS以及服务BSSN1参与完成。

实施例3：R6接口的切换。

在实施例1所描述的切换发生完成后，MSS到CN的通信链路如图6中淡色线所示。此后目标BS会一直监测网络的当前情况，并根据R8’接口的流量，网络的时延和此MSS业务的QOS要求等情况决定是否对R6接口进行切换。如果决定切换，则在目标BS与目标BSSN1间建立新的R6’接口，并删除原服务BS和服务BSSN1之间的R6接口以及服务BS和目标BS之间的R8’接口。此过程可以看作是一个网络自我优化的过程，它主要从均衡网络各节点的负载，优化路由关系，提高网络可靠性，为业务提供更好的QOS的角度出发，达到优化网络和提高网络性能的目的。此切换过程与空口切换无关，也不影响空口的R1’链路以及与CN的R3链路。如图7所示，本情形的切换过程为：

1)目标BS会一直监测网络的当前情况，并根据R8’接口的流量，网络的时延和此MSS业务的QOS要求等情况决定是否对R6接口进行切换，当决定对R6接口进行切换，建立服务BSSN1与目标BS的R6’连接的时候，目标BS向服务BSSN1发起R6’接口建立请求消息(可能是GTP-U隧道，基于全IP的分布式接入网网元之间采用GTP-U隧道的情况下)；

2)服务BSSN1收到目标BS发送的R6’接口建立请求消息以后，根据自身情况决定，同意和目标BS建立新的R6’接口，发送R6’接口建立请求确认消息给目标BS；

3)目标BS收到服务BSSN1发送的R6’接口建立请求确认消息以后，向服务BS发送R8’接口释放命令消息；服务BS收到该消息以后，将需要转发的数据转发完毕；

4)服务BS将要转发的数据转发完毕后，删除与目标BS的R8’接口(可能是GTP-U连接)，并向目标BS发送R8’释放完成消息；

5)同时，在服务BSSN1向目标BS发送R6’接口建立请求确认消息以后，服务BSSN1将停止通过服务BS转发与特定终端的数据交互；并和目标BS初始化新的R6’连接；

6)在第5)步完成以后，服务BSSN1向服务BS发送R6接口释放命令消息；服务BS收到以后，删除所有关于该R6连接的信息，并向服务BSSN1发送R6接口释放完成消息。

实施例4：R6伴随R3接口的切换。

在完成如实施例3所描述的切换后，目标BS会进一步根据当前网络质量和业务的QOS要求，寻找新的从目标BS到CN的路径，以满足业务的QOS要求，平衡网络负载，优化网络性能。当满足一定的条件，并触发新的路由选择后，目标BS会选择一个更优的BSSN，并且把R3接口切换到新的BSSN上，同时伴随R6接口切换到新的BSSN，而与空口的R1’接口将不会受到影响。如图8所示，是实施例4的切换示意图。本类切换，在MSS接入的网络中，与网络建立连接后就会在一定的条件下触发，这与空口R1’链路是否切换并无直接关系。此过程可以看作是一个网络自我优化的过程，它主要从均衡网络各节点的负载，优化路由关系，提高网络可靠性，为业务提供更好的QOS的角度出发，达到优化网络和提高网络性能的目的。如图9所示，其包括以下步骤：

1)在完成实施例3所描述的切换后，目标BS会进一步根据当前网络质量和业务的QOS要求，寻找新的从目标BS到CN的路径，以满足业务的QOS要求，平衡网络负载，优化网络性能。当满足一定的条件，并触发新的路由选择后，目标BS会选择一个更优的BSSN，并且把R3接口切换到新的BSSN上，同时伴随R6接口切换到新的BSSN，此时目标BS会向当前目标BSSN1发送R6接口迁移请求消息；同时产生一个新的R4接口，对两个BSSN之间的数据进行转发；

2)服务BSSN1收到BS发送的R6接口迁移请求消息以后，发现BS要求R6接口迁移到另外一个目标BSSN2，此时涉及到R3接口的迁移，因此服务BSSN1将向CN发送R3接口迁移请求消息，并告知R3接口迁移目的地址；据此CN将向目标BSSN2发送R3’接口建立请求消息；

3)目标BSSN2收到CN发送的R3’接口建立请求消息以后，回复R3’接口建立请求确认消息给CN，CN收到以后，将向服务BSSN1发送R6接口迁移命令消息，服务BSSN1将停止与对应终端的数据交互；同时服务BSSN1将向目标BSSN2发送R3接口迁移执行消息，消息中携带当前传递的上下行数据报文的序列号；

4)目标BSSN2收到以后，将进行角色转换，扮演对应终端数据交互的服务BSSN的角色，并和CN初始化新的R3’连接；完成以后，CN向之前的服务BSSN1发送R3释放命令消息，BSSN1收到以后将删除之前所有保存的R3接口的信息和资源，并发送R3释放完成消息给CN；

5)第二步中服务BSSN1向目标BSSN2发送R3接口迁移执行消息的同时，另一方面，服务BSSN1将向第一步中发送R6接口迁移请求消息的目标BS发起R6接口迁移命令消息，目标BS收到以后，向目标BSSN2发送R6接口迁移执行消息，消息中携带R6接口当前传递的上下文数据报文的序列号；之后目标BSSN2和目标BS将初始化新的R6’接口连接；完成以后，目标BS向之前的服务BSSN1发R6接口释放命令消息，服务BSSN1收到以后将删除之前所有保存的该R6接口的信息和资源，并发送R6释放完成消息给目标BS；

6)在目标BSSN2与CN初始化新的R3’连接建立以及与目标BS初始化新的R6’连接建立完成以后，目标BSSN2将向CN发送继续续传请求消息，CN收到以后，将向目标BSSN2续传针对切换的无线链路的数据传输。

本方案中，由于各BS除有一个默认的BSSN以外，可以接受网络中别的BSSN的连接控制，因此切换可以分成多个层次和多个情形的切换，各层次的切换独立进行，相互不受影响，并且根据网络现状，选择不同情形的切换。实施例1、2分别属于2种类型的无线空口切换，这在发起切换请求以后，服务BS就可以根据一定的方法，如R8接口已有的流量，网络目前的QOS和业务要求的QOS等决策进行实施例1、2中任何一种空口类型的切换；实施例3、4属于网络自我优化的一个过程，它主要从均衡网络各节点的负载，优化路由关系，提高网络可靠性，为业务提供更好的QOS的角度出发，达到优化网络和提高网络性能的目的。该种情形的切换过程不影响无线空口的切换过程，独立进行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1、一种基于分布式无线接入网的切换方法，移动台通过第一R1接口与服务基站通信，并经第一R6接口由服务基站接入至服务基站服务节点，所述的服务基站服务节点通过第一R3接口与核心网通信，其特征在于包括以下步骤：

a、所述的移动台与目标基站建立第二R1接口；所述的目标基站与服务基站建立第一R8接口；

b、所述的目标基站经第二R1接口与移动台通信，通过第一R8接口：

将移动台发送的上行数据转发至服务基站，由服务基站发送至服务基站服务节点；并将服务基站发送的下行数据转发给移动台。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤b进一步包括，所述的移动台上行数据通过第一R1接口和第二R1接口发送，并在服务基站合并，所述的移动台下行数据通过第一R1接口和第二R1接口接收，并在移动台合并。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：

c、删除第一R1接口，所述的移动台上/下行数据通过目标基站转发。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：

d、所述的目标基站与服务基站服务节点通过建立的第二R6接口通信。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于所述的步骤d进一步包括：

d1、所述的目标基站与服务基站服务节点建立第二R6接口；

d2、所述的目标基站通过第二R6接口：

将移动台发送的上行数据转发至服务基站服务节点；

接收服务基站服务节点发送的下行数据并转发给移动台。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括步骤：

f、所述的目标基站与目标基站服务节点通过建立的第二R6接口通信。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的步骤f进一步包括：

f1、所述的目标基站与目标基站服务节点建立第二R6接口，所述的目标基站服务节点与服务基站服务节点建立第一R4接口；

f2、所述的目标基站通过第二R6接口：

将移动台发送的上行数据转发至目标基站服务节点；并将目标基站服务节点发送的下行数据转发给移动台；

f3、所述的目标基站服务节点通过第一R4接口：

将目标基站发送的上行数据转发至服务基站服务节点；并将服务基站服务节点发送的下行数据转发给目标基站接点。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤：

g、建立目标基站服务节点与核心网的第二R3接口，所述的目标基站服务节点通过第二R3接口与核心网通信。

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