CN100568846C - 移动通信网络与无线局域网之间切换的方法和装置 - Google Patents

移动通信网络与无线局域网之间切换的方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种移动通信网络与WLAN之间的切换方法和装置。路由器将从因特网网络到终端的数据业务路由到移动通信网络的第一节点。第一节点确定对于从路由器到移动通信网络接收的数据业务是否存在任何呼叫建立，路由数据业务到移动通信网络的第二节点或接入路由器或WLAN。接入路由器将来自第一节点的数据业务发送到终端，并且将来自终端的数据业务发送到路由器。第二节点将从第一节点接收到的数据业务与位于移动通信网络中的终端进行交换。DHCP服务器支持终端，使得该终端甚至在切换之后能够使用切换之前先前分配的IP地址。

Description

移动通信网络与无线局域网之间切换的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及一种用于在第三代(3G)移动通信网络与无线局域网(WLAN)之间的耦接(或互相作用)的方法和装置。具体地，本发明涉及一种在3G移动通信网络与WLAN之间的切换期间使用相同网际协议(IP)的方法和装置。
背景技术
目前，无线服务已经变得普及。尤其是，基于IEEE 802.11x标准的WLAN技术在诸如旅馆、会议厅、机场、饭店等的各种场所以低费用向用户提供便利的因特网服务，然而，3G移动通信网络技术，换句话说，蜂窝技术，向基于全球的任何位置的用户随时提供语音和无线数据服务。这样，基于它们自身的服务区域正在开发3G移动通信网络和WLAN。
与3G移动通信网络相比，WLAN在因特网服务的速度和质量上、尤其是服务费用上较优越。然而，WLAN不能保证服务的持续性，因为它是基于热点(hot spot)的网络。这个问题可以通过将支持全球服务区域的3G移动通信网络与支持热点的WLAN耦接来解决。
通常，3G移动通信网络与WLAN之间的耦接方案根据耦接点而大致分为“紧密耦接”方案和“松散耦接”方案。
图1是示意图解说明传统的“紧密耦接”方案的图。
参考图1，3G移动通信网络的核心网络110包括与因特网100的服务服务器102连接的网关GPRS(通用分组无线电服务)支持节点(GGSN)112和与最终无线电接入网络(UTRAN)116连接的服务GPRS支持节点(SGSN)114。
GPRS相互作用功能(GIF)120将WLAN 130的接入路由器(AR)132连接到SGSN 114，从而WLAN 130的业务通过3G移动通信网络的核心网络110。
具有上述配置的紧密耦接网络在切换期间具有低延迟和低分组损失。然而，在紧密耦接网络中，在SGSN 114与AR 132之间应当另外实现GIF 120，用于执行用于在3G移动通信网络与WLAN之间耦接的附加功能，并且WLAN业务应当通过3G移动通信网络的核心网络110。
图2是示意图解说明传统的“松散耦接”方案的图。
参考图2，3G移动通信网络的核心网络210包括SGSN 214，也包括与主代理(HA，home agent)204连接的GGSN 212，所述归属代理连接到因特网200的服务服务器202并且管理外围代理(FA，foreign agent)212和222。
GGSN 212包括FA功能，并且用于与外部IP网络的接口，即，用于将WLAN 220连接到HA 204，从而WLAN业务不通过蜂窝网络的核心网络210，并且通常使用从HA 204分配的移动IP。
具有上述配置的松散耦接方案可以将3G移动通信网络耦接到WLAN而不用接入网络技术。然而，松散耦接方案在切换期间具有高延迟和高分组丢失，并且对于切换应当仅使用移动IP。另外，移动IP造成移动性判定延迟和信令传送延迟，并且集中于HA204上的IP隧道负载。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于补偿松散耦接方案和紧密耦接方案的缺陷的装置和方法，不需要用于在现有3G移动通信网络与WLAN之间的耦接(相互作用)的任何附加结构就能够进行切换。
本发明的另一目的是提供一种允许接入3G移动通信网络的终端(或者接入WLAN的终端)在移动到WLAN之后(或者3G移动通信网络)之后使用现有IP地址交换IP分组的装置和方法。
根据本发明的一目的，提供了一种通过位于移动通信网络中的终端执行到无线局域网(WLAN)的切换的方法。所述方法包括：建立到移动通信网络的呼叫；在呼叫建立之后，对终端期望接收的服务接收网际协议(IP)地址，所述IP地址是从动态主机配置协议(DHCP)服务器分配的；使用所分配的IP地址经由移动通信网络将数据与因特网网络进行交换；确定执行到WLAN的切换，并且执行与WLAN的联系；向DHCP服务器发送用于请求持续使用从DHCP服务器分配的IP地址的消息，并且响应所述请求消息而接收确认；和释放对移动通信网络的呼叫建立，并且使用IP地址经由WLAN将数据与因特网网络进行交换。
根据本发明的另一目的，提供了一种通过位于无线局域网(WLAN)中的终端执行到移动通信网络的切换的方法。所述方法包括：执行与WLAN的联系，并且对终端期望接收的服务接收网际协议(IP)地址，所述IP地址是从动态主机配置协议(DHCP)服务器分配的；使用IP地址经由WLAN将数据业务与因特网网络进行交换；确定执行到移动通信网络的切换，并且建立到移动通信网络的呼叫；向DHCP服务器发送用于请求持续使用从DHCP服务器分配的IP地址的消息，并且响应所述请求消息而接收确认；和执行与WLAN的断开联系，并且使用IP地址经由移动通信网络将数据与因特网网络进行交换。
根据本发明的又一目的，提供了一种支持移动通信网络与无线局域网(WLAN)之间的终端的切换的装置。所述装置包括：路由器，其连接到因特网网络的服务服务器，用于将到终端的数据业务路由到移动通信网络；第一节点，其位于移动通信网络中并且连接到所述路由器，用于从路由器接收到终端的数据业务，确定对于来自路由器的数据业务是否存在任何呼叫建立，并且根据确定结果路由数据业务；第二节点，其位于移动通信网络中并且连接到第一节点，用于将从第一节点接收到的数据业务发送到位于移动通信网络中的终端，并且将从终端到因特网网络的数据业务发送到第一节点；接入路由器，其位于WLAN中并且连接到接入路由器和第一节点，用于将从第一节点接收到的数据业务发送到位于WLAN中的终端，并且将从终端到因特网网络的数据业务发送到路由器；和动态主机配置协议(DHCP)服务器，其位于WLAN中，用于向终端分配柔性网际协议(IP)，从终端接收用于请求持续使用即使在切换之后仍在切换之间先前分配的IP地址的消息，并且响应请求消息将IP地址持续地分配给终端。
附图说明
从结合附图的下列详细描述中，本发明的上面和其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是示意图解说明用于3G移动通信网络和WLAN的传统的“紧密耦接”方案的图；
图2是示意图解说明用于3G移动通信网络和WLAN的传统的“松散耦接”方案的图；
图3是图解说明根据本发明示例性实施例的用于在3G移动通信网络与WLAN之间耦接的网络配置的图；
图4是根据本发明示例性实施例的3G移动通信网络的业务流程图；
图5是图解说明根据本发明示例性实施例的WLAN的业务流的图；
图6A和图6B是图解说明根据本发明示例性实施例的从3G移动通信网络到WLAN的切换过程的梯形图；
图7A和图7B是图解说明根据本发明示例性实施例的从WLAN到3G移动通信网络的切换过程的梯形图。
整个附图中，相同的附图标记将被理解为表示相同的部件、组件和结构。
具体实施方式
现在将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。在下面的描述中，为了清晰简洁而省略了此处并入的已知功能和配置的详细描述。
本发明提供了一种用于补偿松散耦接方案和紧密耦接方案的缺陷的装置和方法，使得能够在3G移动通信网络和WLAN之间的耦接(相互作用)期间使用简单IP。尽管假设3G移动通信网络是宽带码分多址(WCDMA)网络的情况描述了本发明的示例性实施例，但是本发明的示例性实施例也可应用于CDMA和便携式因特网。
图3是图解说明根据本发明示例性实施例的用于在3G移动通信网络与WLAN之间耦接的网络配置的图。
参考图3，因特网网络300包括服务服务器302和与该服务服务器302连接的路由器304，并且3G移动通信网络的核心网络310包括GGSN 312和SGSN 314。路由器304连接到GGSN 312和WLAN 320的接入路由器(AR)322，并且GGSN 312和AR 322也彼此连接。用于将柔性IP分配给终端的动态主机配置协议(DHCP)服务器(未示出)可被包含在AR 322中或者可以单独提供。
路由器304在核心网络310和WLAN 320中的每一个中先前设置路由间隔，并且如果从服务服务器302接收的业务的目的地是终端，则建立到核心网络310的GGSN 312的路由。
如果在从路由器304接收到的业务中存在呼叫建立，则GGSN 312建立到SGSN 314的路由。然而，如果从路由器304接收到的业务中不存在呼叫建立，则GGSN 312建立到AR 322的路由，从而业务不通过核心网络310就可被直接发送到位于WLAN 320中的终端。
在同步移动通信网络中，公共服务数据节点(PSDN)用作GGSN 312，以及分组控制功能(PCF)用作SGSN 314。
AR 322建立到路由器304的默认路由。
参考图4和5，将根据本发明的示例性实施例描述通过沿着路由器304、GGSN 312和AR 322建立的路由的3G移动通信网络和WLAN的业务流。
图4是根据本发明的示例性实施例的3G移动通信网络的业务流程图。
参考图4，附图标记402表示其目的地是终端408的业务从路由器304传送到GGSN 312通过的路由，以及附图标记404表示在被传送到GGSN 312的业务当中(3G移动通信网络的呼叫被建立的)终端408的业务被传送到SGSN 314所通过的路由。经由406将传送到SGSN 314的业务发送到位于与UTRAN 316通信的3G移动通信网络中的终端408。
如果终端408生成其目的地是因特网网络300的数据业务，则经由路由406、404和402将业务发送到因特网网络300。
图5是图解说明根据本发明示例性实施例的WLAN的业务流的图。
参考图5，附图标记506表示其目的地是终端508的业务从路由器304传送到GGSN 312通过的路由，以及附图标记507表示当终端508没有到3G移动通信网络的呼叫建立时在GGSN 312处接收到的业务被发送到AR 322所通过的路由。经由504将发送到AR 322的业务发送到位于与WLAN 320中的终端508。
如果终端508生成其目的地是因特网网络300的数据业务，则经由路由504将数据业务发送到AR 322，然后经由路由502将数据业务发送到路由器304。最后，数据业务被发送到因特网网络300。也就是，不通过核心网络310，经由WLAN 320的AR 322将由终端508生成的数据业务直接传送到因特网网络300。
如参考图4和图5所描述的，根据本发明的示例性实施例，经由核心网络310的GGSN 312将从因特网网络300到3G移动通信网络的业务发送到位于3G移动通信网络中的终端，然而可以不通过核心网络310，经由WLAN 320的AR 322将从WLAN 320到因特网网络300的业务直接发送到因特网网络300。
参考图6A到图7B，现在将描述根据本发明示例性实施例的用于允许终端即使在移动到3G移动通信网络或WLAN之后也能够使用现有IP的方法。
图6A和图6B是图解说明根据本发明示例性实施例的从3G移动通信网络到WLAN的切换过程的梯形图。
参考图6A和图6B，在步骤610，用户设备(UE)601向SGSN 605发送“激活PDP上下文请求”消息，其包括对应于其期望切换到的服务的接入点名称(APN)。在步骤612，SGSN 605通过“创建PDP上下文请求”消息建立到GGSN 606中的APN的呼叫，然后在步骤614，从GGSN 606接收“创建PDP上下文响应”消息。之后，在步骤616，SGSN 605将“激活PDP上下文响应”消息发送到UE 601。这样，UE 601建立用于APN的呼叫(处理A)。
如果通过处理A建立呼叫，则在步骤618a和618b，UE 601经由GGSN606将DHCPDISCOVER消息传送到DHCP服务器607。一旦接收DHCPDISCOVER消息，在步骤620a和620b，DHCP服务器607将包含有用IP的DHCPOFFER消息发送到UE 601(处理B)。
一旦通过处理B接收IP，则在步骤622a和622b，UE 601经由GGSN 606将用于请求IP的分配的DHCPREQUEST消息发送到DHCP服务器607。之后，在步骤624a和624b，DHCP服务器607经由GGSN 606将包含诸如IP租用时间的DHCP选项值的DHCPACK消息发送到UE 601(处理C)。
如果通过处理C将IP分配给UE 601，则在步骤626，GGSN 606将“更新PDP上下文请求”消息发送到SGSN 605，并且在步骤628，SGSN 605向UE 601传送指示IP到所分配的IP的改变的“修改PDP上下文请求”消息。一旦接收“修改PDP上下文请求”消息，在步骤630，UE 601将“修改PDP上下文响应”消息发送到SGSN 605，并且在步骤632，SGSN 605将“更新PDP上下文响应”消息发送到GGSN 606(处理D)。
在通过处理A到处理D建立呼叫之后，UE 601可以经由GGSN 606、SGSN 605和UTRAN 605将其目的地是3G移动通信网络的数据业务与对等节点608进行交换。
在将数据与对等节点608交换时，在步骤636，UE 601搜索并选择其将执行切换的WLAN，并且在步骤638，确定到所选WLAN的切换。在步骤640，UE 601执行WLAN与接入点(AP)602之间的联系处理。
在联系处理之后，在步骤642a和642b，UE 601经由AR 603将DHCPREQUEST消息发送到DHCP服务器607，并且在步骤642c和642d，经由AR 603接收来自DHCP 607的DHCPACK消息。在这种情况下，尽管UE 601不如在步骤618a和618b中所进行的发送DHCPDISCOVER消息，但是UE 601即使在通过将具有所分配的IP的DHCPREQUEST消息发送到DHCP服务器607之后也可以维持现有的IP(处理E)。
如果在处理E中完成UE 601与WLAN之间的呼叫建立，则在步骤644，UE 601将“去激活PDP上下文请求”消息发送到SGSN 605。一旦接收“去激活PDP上下文请求”消息，在步骤646，SGSN 605将“删除PDP上下文请求”消息发送到GGSN 606，以便从3G移动通信网络请求呼叫释放。然后，GGSN 606释放连接到3G移动通信网络的呼叫，并且在步骤648将“删除PDP上下文响应”消息发送到SGSN 605。一旦接收“删除PDP上下文响应”消息，在步骤650，SGSN 605将“去激活PDP上下文响应”消息发送到UE601，以便通过从3G移动通信网络的呼叫释放。
之后，在步骤652，发送并接收位于WLAN中的UE 601的数据业务。也就是，将从UE 601到对等节点608的方向上的数据业务直接从AR 603传送到因特网网络，并且经由GGSN 606、AR 603和AP 602将从对等节点608到UE 601的方向上的数据业务从因特网网络传送到UE 601。
图7A和图7B是图解说明根据本发明示例性实施例的从WLAN到3G移动通信网络的切换过程的梯形图。
参考图7A和图7B，在步骤710，UE 701执行与AP 702的联系处理，并且在步骤720a和720b中，经由AR 703将DHCPDISCOVER消息传送到DHCP服务器707。一旦接收DHCPDISCOVER消息，在步骤722a和722b，DHCP服务器707经由AR 703将DHCPOFFER消息发送到UE 701(处理A)。
一旦通过处理A接收可用的IP，在步骤724a和724b，UE 701经由AR 703将用于请求IP的分配的DHCPOFFER消息发送到DHCP服务器707。然后，在步骤726a和726b，DHCP服务器707分配IP，并且经由AR 703将包含诸如IP租用时间的DHCP选项值的DHCPACK消息发送到UE 701(处理B)。
一旦通过处理B接收从DHCP服务器707分配的请求的IP，在步骤728，UE 701可以将数据与对等节点708进行交换。也就是，经由AP 702和AR 703将从UE 701到对等节点708的方向上的数据业务直接传送到因特网网络，并且经由GGSN 706将从对等节点708到UE 701的方向上的数据业务从因特网网络传送到AR 703。
之后，在步骤730，UE 701监视WLAN的无线电条件。如果UE 701在步骤732确定执行到3G移动通信网络的切换，则UE 701继续到处理C，以便建立到UTRAN 704、SGSN 705和GGSN 706的呼叫。
在步骤734，UE 701向SGSN 705发送包括对应于其期望切换到的服务的APN的“激活PDP上下文请求”消息。在步骤736，SGSN 705通过“创建PDP上下文请求”消息建立到GGSN 706中的APN的呼叫，然后在步骤738，从GGSN 706接收“创建PDP上下文响应”消息。在步骤740，SGSN 705将“激活PDP上下文响应”消息发送到UE 701。这样，UE 701建立到APN的相应呼叫(处理C)。
如果通过处理C完成呼叫建立，则在步骤742a和742b，UE 701经由GGSN 706向DHCP服务器707发送用于对相应于APN的服务请求分配IP的DHCPREQUEST消息。在这种情况下，UE 701发送具有所分配的IP地址的DHCPREQUEST消息。因此，尽管DHCP服务器707没有如在步骤720a和720b所进行的接收来自UE 701的DHCPDISCOVER消息，但是DHCP服务器707允许UE 701持续地使用分配的IP地址，而不分配新的IP。之后，在步骤744a到744b，DHCP服务器707经由GGSN 706将DHCPACK消息发送到UE 701。(处理D)。
如果通过处理D维持先前分配给UE 701的IP，则在步骤746，GGSN 706将“更新PDP上下文请求”消息发送到SGSN 705，并且在步骤748，SGSN 705将“修改PDP上下文请求”消息传送到UE 701，以便通知持续使用先前分配的IP。一旦接收“修改PDP上下文请求”消息，在步骤750，UE 701将“修改PDP上下文请求”消息发送到SGSN 705，并且在步骤752，SGSN 705将“更新PDP上下文响应”消息发送到GGSN 706(处理E)。
如果通过处理C、D和E全面地完成到3G移动通信网络的呼叫建立过程，则在步骤754，UE 701从AP 702执行去联系(或释放)处理。之后，在步骤756，UE 701经由UTRAN 704、SGSN 705和GGSN 706将数据业务与对等节点708进行交换。
从上面描述可以看出，根据本发明示例性实施例的使用简单IP将3G移动通信网络耦接到WLAN的新颖方案能够解决传统的“松散耦接”方案中切换期间发生的数据丢失和时间延迟问题，并且能够不需要任何附加耦接装置和实施“紧密耦接”方案所需的信令就可以将3G移动通信网络耦接到WLAN。另外，本发明可以在便携式因特网获得与在3G移动通信网络相同的结果。
尽管参考本发明的确定示例性实施例已经示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将会理解，在不背离由所附权利要求定义的本发明的精神和范畴的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (18)

1.一种通过位于移动通信网络中的终端执行到无线局域网WLAN的切换的方法，所述方法包括：
建立到移动通信网络的呼叫；
对终端期望接收的服务接收网际协议IP地址，所述IP地址是从动态主机配置协议DHCP服务器分配的；
使用所分配的IP地址经由移动通信网络将数据业务与因特网网络进行交换；
确定执行到WLAN的切换，并且执行与WLAN的联系；
向DHCP服务器发送用于请求持续使用从DHCP服务器分配的IP地址的DHCP请求消息，并且响应所述DHCP请求消息而接收确认；和
释放对移动通信网络建立的呼叫，并且使用IP地址经由WLAN将数据与因特网网络进行交换。
2.如权利要求1所述的方法，其中用于请求持续使用IP地址的消息是DHCP请求消息，并且所述终端经由WLAN将具有IP地址的DHCP请求消息发送到DHCP服务器。
3.如权利要求1所述的方法，其中经由WLAN将数据业务与因特网网络进行交换包括：
经由WLAN的接入路由器将数据业务发送到因特网网络；和
经由移动通信网络的第一节点和接入路由器接收来自因特网网络的数据业务。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一节点包括异步移动通信网络的网关通用分组无线电服务(GPRS)支持节点(GGSN)和同步移动通信网络的公共数据服务节点(PSDN)中的至少一个。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述接入路由器包括WLAN的接入路由器(AR)和便携式因特网的接入控制路由器(ACR)中的至少一个。
6.一种通过位于无线局域网WLAN中的终端执行到移动通信网络的切换的方法，所述方法包括：
执行与WLAN的联系，并且对终端期望接收的服务接收网际协议IP地址，所述IP地址是从动态主机配置协议DHCP服务器分配的；
使用IP地址经由WLAN将数据业务与因特网网络进行交换；
确定执行到移动通信网络的切换，并且建立到移动通信网络的呼叫；
向DHCP服务器发送用于请求持续使用从DHCP服务器分配的IP地址的DHCP请求消息，并且响应所述DHCP请求消息而接收确认；和
执行与WLAN的断开联系，并且使用IP地址经由移动通信网络将数据业务与因特网网络进行交换。
7.如权利要求6所述的方法，其中用于请求持续使用IP地址的消息是DHCP请求消息，并且所述终端经由移动通信网络的第一节点将具有IP地址的DHCP请求消息发送到DHCP服务器。
8.如权利要求7所述的方法，其中经由WLAN将数据业务与因特网网络进行交换包括：
经由WLAN的接入路由器将数据业务发送到因特网网络；和
经由所述第一节点和接入路由器接收来自因特网网络的数据业务。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一节点包括异步移动通信网络的网关通用分组无线电服务(GPRS)支持节点(GGSN)和同步移动通信网络的公共数据服务节点(PSDN)中的至少一个。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述接入路由器包括WLAN的接入路由器(AR)和便携式因特网的接入控制路由器(ACR)中的至少一个。
11.一种支持移动通信网络与无线局域网WLAN之间的终端的切换的装置，所述装置包括：
路由器，其连接到因特网网络的服务服务器，用于将到终端的数据业务路由到移动通信网络；
第一节点，其位于移动通信网络中并且连接到所述路由器，用于接收从路由器到终端的数据业务，确定对于来自路由器的数据业务是否存在任何呼叫建立，并且根据确定结果路由数据业务；
第二节点，其位于移动通信网络中并且连接到第一节点，用于将从第一节点接收到的数据业务发送到位于移动通信网络中的终端，并且将从终端到因特网网络的数据业务发送到第一节点；
接入路由器，其位于WLAN中并且连接到所述路由器和第一节点，用于将从第一节点接收到的数据业务发送到位于WLAN中的终端，并且将从终端到因特网网络的数据业务发送到路由器；和
动态主机配置协议DHCP服务器，其位于WLAN中，用于向终端分配柔性网际协议IP，从终端接收用于请求即使在切换之后持续使用仍在切换之间先前分配的IP地址的DHCP请求消息，并且响应DHCP请求消息将IP地址持续地分配给终端。
12.如权利要求11所述的装置，其中用于请求持续使用IP地址的消息是DHCP请求消息，并且所述终端向DHCP服务器发送具有切换之前先前分配的IP地址的DHCP请求消息。
13.如权利要求11所述的装置，其中如果对于到移动通信网络的数据业务存在呼叫建立，则第一节点将数据业务路由到第二节点，并且如果不存在呼叫建立，则第一节点将数据业务路由到接入路由器。
14.如权利要求11所述的装置，其中当位于移动通信网络中的终端执行到WLAN的切换时，DHCP服务器经由接入路由器从终端接收用于请求持续使用在移动通信网络中先前使用的IP地址的DHCP请求消息，并且响应DHCP请求消息经由接入路由器将确认消息发送到终端。
15.如权利要求11所述的装置，其中当位于WLAN中的终端执行到移动通信网络的切换时，DHCP服务器经由第一节点从终端接收用于请求持续使用在WLAN中先前使用的IP地址的DHCP请求消息，并且响应DHCP请求消息经由第一节点将确认发送到终端。
16.如权利要求11所述的装置，其中所述第一节点包括异步移动通信网络的网关通用分组无线电服务(GPRS)支持节点(GGSN)和同步移动通信网络的公共数据服务节点(PSDN)中的至少一个。
17.如权利要求11所述的装置，其中所述第二节点包括异步移动通信网络的服务GPRS支持节点(SGSN)和同步移动通信网络的分组数据控制(PCF)中的至少一个。
18.如权利要求11所述的装置，其中所述接入路由器包括WLAN的接入路由器(AR)和便携式因特网的接入控制路由器(ACR)中的至少一个。
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