CN101009503A - 在计量系统中进行远程通信的方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及与安装在用户侧的计量表计或计量终端进行远程通信的系统，具体来说涉及远程通信系统中与电能表、水表、煤气表和热力表等计量终端进行通信的方法和采用该方法的设备与系统。是在集中器与通信计量终端之间设计和安装，既能通过无线或有线信道与集中器通信又能通过电力线载波与通信计量终端进行双向通信的集中器辅机。它充分发挥了电力线载波在楼内通信的优势，又发挥了无线、有线信道在楼之间的良好安装的优势，实现了良好的系统通信，可以广泛用于电表、水表、气表等计量表计的远程通信。

Description

在计量系统中进行远程通信的方法、设备和系统

技术领域

本发明涉及与安装在用户侧的计量表计或计量终端进行远程通信的系统，具体来说涉及远程通信系统中与电能表、水表、煤气表和热力表等计量终端进行通信的方法和采用该方法的设备。

背景技术

居民用户及其他用户有电能表、水表、煤气表、热力表这样一些用户计量的设备被分散安装在用户家中或楼道处。目前在社区的楼道中越来越多地加装了防盗门，使得这些计量设备的数据抄读越来越困难。近年来很多公司都在研究新型的带远程通信能力的电能表、水表、煤气表、热力表及其他计量终端设备。这些设备先与一定区域中的集中器建立双向通信，再由集中器与上级主站建立通信。他们在研制过程中都遇到了一个问题：由于用户要求这些计量设备的价格不能太高、功耗不能太大，而使用低成本小功耗制造的带远程通信的计量设备通信成功率不高，特别不能满足对通信成功率要求比较高的场合使用。比如要向计量设备下传费用、单价的计量设备的需要。

公知在解决与计量设备进行通信的方法和设备有这样几种：

一种是通过带标准的RS485等接口芯片的计量设备通过有线通信线路和集中器连接起来的建立通信链路，这种方法布线非常困难，实际使用困难。第二种是在计量装置中安装无线通信模块——这种方法和设备的主要问题是：目前安装在用户楼中的计量终端往往安装在钢筋水泥小屋中，或安装在带金属壳体的箱中，这些金属壳体对无线通信构成了屏蔽，严重影响了通信。第三种是在计量装置中安装电力线载波通信单元，使用这种方法却受到电力线线路质量的影响，或受到电力线中的其他设备干扰影响在许多场合不能满足通信要求，特别当电力线路通过电力缆直接接至终端，中间想通信接力都不可能，通信实时性要求很高的场合，根本就无法满足任务对电力线载波通信要求。

在公知集中器与通信计量终端进行双向通信中要么只安装有电力线载波通信的通信模块，要么只安装有无线通信的通信模块。使用其中一样方式总不能达到理想通信效果。

发明内容

本发明的目的是提供解决区域集中器与带通信单元的计量表计或计量终端进行良好双向通信的方法和采用这种方法的设备。

在第一方面，本发明提供一种在计量系统中进行远程通信的方法，所述计量系统包括集中器，集中器辅机和通信计量终端，所述方法包括步骤：集中器通过通信网络向集中器辅机发送和/或接收数据包；集中器辅机通过电力线载波向/从通信计量终端转发/接收数据包。

在第二方面，本发明提供一种集中器辅机，用于在计量系统中与通信计量终端进行远程通信，所述计量系统包括安装在供电变压器供电范围内或一个地址区域范围内的集中器；安装电力线载波通信单元的通信计量终端；和所述集中器辅机；所述集中器辅机包括通过电力线载波与通信计量终端的电力线载波通信单元进行电力线载波双向通信的装置，和通过通信线路和集中器进行双向通信的装置。

在第二方面中，优选的是所述计量系统包括至少另一个集中器辅机，所述集中器辅机通过电力线载波与所述至少另一个集中器辅机双向通信，所述至少另一个集中器与通信计量终端的电力线载波通信单元进行电力线载波双向通信。

进一步优选的是，集中器辅机和集中器分配有地址代码，通信所用的数据包包括下传地址域、上传地址域、转发地址域和被呼叫集中器辅机地址代码域，所述集中器辅机包括当下传地址域中有代码地址时，将下传地址域中下传方向上的下一个代码地址转入被呼叫集中器辅机地址代码域，将自身的代码地址写入上传地址域的装置；当下传地址域中没有代码地址而上传地址域中有代码地址时，将上传地址域中的上传方向上的下一个代码地址转入被呼叫集中器辅机地址代码域，将自身的代码地址写入转发地址域的装置；以及将代码地址改写后的数据包发送给被呼叫集中器辅机地址代码域中的地址代码所指向的集中器辅机的装置。

在第三方面，本发明提供一种计量系统，包括如第二方面所述的集中器辅机。

在第四方面，本发明提供一种工作在双变压器供电环境下的计量系统，该系统包括由第一变压器直接供电的安装有电力线载波通信单元的第一组通信计量终端；由第二变压器直接供电的安装有电力线载波通信单元的第二组通信计量终端；在第一变压器范围内的集中器，通过电力线载波与第一组通信计量终端的电力线载波通信单元进行电力线载波双向通信；在第二变压器范围内的至少一个集中器辅机，通过电力线载波与第二组通信计量终端的电力线载波通信单元进行电力线载波双向通信；其中，集中器和所述至少一个集中器辅机通过通信线路进行双向通信。

本发明充分发挥了电力线载波在楼内通信的优势，又发挥了无线、有线信道在楼之间的良好安装的优势，实现了良好的系统通信，可以广泛用于电表、水表、气表等计量表计的远程通信。

附图说明

下面将参照附图对本发明的优选实施方案进行更详细的说明，附图中：

图1是根据本发明的计量系统框图；

图2是集中器通过集中器辅机与通信计量终端进行通信的原理框图；以及

图3是一个供电区域中安装两台变压器A和变压器B供电的实施例示意图。

具体实施方式

一种常规的计量系统包括主站、集中器和计量表计或计量终端设备。在计量表计或计量终端设备，比如电能表、煤气表、水表、供热计量表等计量终端上安装一个电力线载波通信模块。这个带通信模块的计量表计或计量终端以下简称通信计量终端。其次，在一个供电变压器范围内，或一个地域范围内安装一台集中器。集中器是既能与主站进行双向通信，又能和通信计量终端通信，既能接收主站命令又能向通信计量终端发出命令，既能收发数据又能处理和保存数据的设备。本发明通过对集中器与通信计量终端进行双向通信发现的问题分析发现：

(1)从通信的角度看通信计量终端从用户所在地比如家中，比如安装箱中到楼外(或户外)这一段距离上电力线载波通信是最好的，原因在于：其一，靠近用户侧，在电力线上的等效交流阻抗比较高，电力线载波容易建立；其二，用户侧的负载功率不会很大，因而对电力线的干扰不会很强；其三，电力线通信不受金属外壳及钢筋水泥的屏蔽影响；其四，电力线已经通至家家户户和多种用电户中，无需另外布线施工。

(2)从区域集中器到楼或到户外这段距离上往往是开阔区域，非常适合无线电通信也适合架设通信线。而这段正好是电力线载波比较困难的区域，原因在于该区域从电力线载波通信上靠近变压器的供电侧，交流等效阻抗低，电力线载波信号建立困难；同时各支路的电源干扰集中影响，因而干扰强。相反，在这一区域上无线通信却表现出优势。如果在电力线载波通信困难的楼处和集中器之间使用无线通信，那么：集中器与各楼之间节点少，每个楼或需要安装无线通信模块数量不多，成本较低，安装实施方便；同时，该区域无线通信容易选择无屏蔽的位置或即使有屏蔽但可将无线通信天线安置于物理上无屏蔽位置，可以实现良好的通信。

本发明的远程计量方法和实施该方法的设备与系统，是在电力线载波通信不太好的楼处设计安装集中器辅机，集中器辅机能通过无线电通信或有线连接和集中器进行双向通信；同时集中器辅机安装有电力线载波通信单元，能通过电力线载波与通信计量终端进行双向通信。每个集中器辅机在系统中都有专有的地址代码。

图1是根据本发明的计量系统框图。

计量系统包括主站1，通信网2，集中器3，集中器辅机4，和通信计量终端5。主站1是管理处理分析通信计量终端信息的中心；通信网2可以是公共通信网如电话、公网，也可以是专网，是主站从远方与集中器进行通信的网络；集中器3是安装在供电变压器供电区域中或安装在一个地域区中的通信设备。集中器既可以通过通信网和远方的主站通信，又可以通过电力线载波与通信计量终端进行通信，还可以通过无线或有线信道与集中器辅机通信。集中器辅机4既可以通过电力线载波与通信范围内的通信计量终端进行电力线载波双向通信，也可以通过无线信道或有线信道与集中器指定的另一个或另几个集中器辅机通信。集中器辅机4只进行数据抄收或转发，它不直接与主站通信。

当集中器3与通信计量终端5之间直接通过电力线载波进行的双向通信能满足任务需要时，通过集中器的程序控制或编程设置，集中器直接通过电力线载波与通信计量终端5通信。

当集中器3与通信计量终端5之间直接通过电力线载波通信成功率不能满足任务需要时，将通过集中器3先将通信指令包传到集中器辅机4，再由集中器辅机虚拟集中器完成通信。此时，集中器3通过预先设置的路径，使用无线信道或依赖直接连接起来的线路先和集中器辅机4通信，把要下达的命令、数据、信息先传给集中器辅机4，集中器辅机4接收到命令、数据信息后再使用电力线载波传至通信计量终端5；通信计量终端5根据接收到的命令、数据、信息进行处理，在需要回传时，将数据、信息通过电力线载波回传至集中器辅机4，集中器辅机4再通过无线通信信道或有线通信信道把数据传至集中器3。

图2是集中器通过集中器辅机与通信计量终端进行通信的原理框图。

如图2所示，当集中器3不能直接通过电力线载波与终端号为N₀的通信计量终端进行任务需要的通信时，集中器3先把直接要和通信计量终端通信的命令、数据和下传的通信路径信息按一定的协议打包，然后通过无线电通信，与地址代号为A₀的集中器辅机4通信，把集中器要下传的命令、数据、信息包先下传到地址代号为A₀的集中器辅机4，地址代号为A₀的集中器辅机4根据信息包中的信息，先把集中器4传至该集中器辅机的路径信息保存起来，同时把集中器3直接与通信计量终端5通信的命令、数据，按一定的协议处理，将集中器辅机4在功能上转变为一个虚拟的集中器与表号为N₀通信计量终端进行电力线载波双向通信。通信完成后，集中器辅机4根据通信协议，有结果信息或数据、信息需要返回集中器3时，地址代号为A₀的集中器辅机4通过无线通信或有线通信将结果信息或数据信息上传至集中器3，完成任务所需要的通信。

集中器与集中器辅机的通信也可以通过有线连接的方法进行有线通信。有线信道可以是RS485通信信道，也可以是光纤信道、宽带信道和其他有线信道。

在需要时，集中器辅机4在收到集中器3命令、数据信息包后，可先按下传路径上传确认信息包，然后再与通信计量终端5通信。

集中器3不能直接通过电力线载波与表号为N₁的通信计量终端完成任务需要的通信，而且也不能通过其中一级集中器辅机完成任务需要的通信时，集中器3通过编程或系统设置，把直接与通信计量终端通信的命令、数据和下传多级路径信息按约定的协议打包组成下传信息包，先通过无线通信或有线通信传给地址代码为A₁的集中器辅机4，该集中器辅机按协议对路径信息处理后，再通过无线通信或有线通信再传给下一级集中器辅机，依次类推，一直传至地址代码为A_m-1的集中器辅机4。A_m-1集中器辅机4按协议对路径信息处理后，通过无线通信或有线通信将信息包传至目的集中器辅机，即地址代码为A_m的集中器辅机4。该集中器辅机首先保存路径信息。当需要上传确认信息时，集中器辅机4将确认信息按照下传路径经逐个集中器辅机接收、处理、转发、返回集中器3。地址代码为A_m的集中器辅机4再把集中器直接与通信计量终端通信的命令、数据按协议处理，将集中器辅机4在功能上转变为一个虚拟的集中器与表号为N1的通信计量终端进行电力线载波通信。通信完成后，集中器辅机4根据通信协议，如有结果信息或数据信息需要返回集中器3时，地址为A_m的集中器辅机4按照下传的地址路径，先传至地址A_m-1的集中器辅机，再传至......依此类推，传至地址为A₁的集中器辅机4，最后将信息传至集中器3完成需要的通信任务。

在一个实施例中，集中器3与目的地址集中器辅机进行通信时，在集中器3下传的数据包中包含有一个路径信息数据帧。路径信息数据帧包含：

(1)下传路径地址长度L₁；

(2)下传路径地址代码，下传路径地址代码的总长度等于L₁；

(3)上传历经地址长度L₂；

(4)上传路径地址代码，长度等于L₂；

(5)转发路径地址长度L₃；

(6)转发路径地址代码，长度等于L₃。

举例来说，集中器3有一个地址代码为A_i的无线通信组件，要通过地址代码为Am的目的集中器辅机4实现与表号为N₁的通信计量终端5进行可靠的双向电力线载波通信。集中器3在发出数据包中，编入一个编号为“下传-1”的路径信息数据帧，其内容如表一所示。

表一路径信息数据帧“下传-1”

偏移序号		内容	代码	长度	被呼叫集中器辅机地址代码
						0		下传路径地址长度	L11		A1
1	下传地址域	下传路径地址代码...下传路径地址代码下传路径地址代码	A2Am-1Am	L11
					2	上传地址域	上传路径地址长度	L21
上传路径地址长度	Ai	L21
			3	转发地址域			转发路径地址长度	L3＝0

地址代码为A₁的集中器辅机在接收到“下传-1”号路径信息帧后，把自身的地址代码A₁添加到上传路径地址域中，并把下传地址域中下一个下传地址代码作为下一个被呼叫集中器辅机的地址代码，生成编号“下传-2”的路径信息数据帧，如表二所示。

表二路径信息数据帧“下传-2”

域名	内容	代码	长度	被呼叫集中器辅机码
					下传地址域	下传路径地址长度	L12		A2
...下传路径地址代码下传路径地址代码	Am-1Am	L12
			上传地址域	上传路径地址长度		L22
上传路径地址上传路径地址	AiA1	L22
				转发地址域	转发路径地址长度	L3＝0

依此类推，地址代码为A_m-2的集中器辅机在接收到前一个路径信息帧后，把自己的地址代码A_m-2添加到上传路径地址域中，并把下传地址域中下一个下传地址代码A_m-1作为下一个被呼叫集中器辅机的被叫集中器辅机码，生成编号“下传-m+1”的路径信息数据帧，如表三所示。

表三路径信息数据帧“下传-m+1”

域名	内容	代码	长度	被呼叫集中器辅机代码
					下传地址域	下传路径地址长度	L1m-1		Am-1
下传路径地址代码	Am	L1m-1
			上传地址域	上传路径地址长度		L2m-1
上传路径地址上传路径地址上传路径地址...	AiA1A2	L2m-1
				转发地址域	转发路径地址长度	L3＝0

依此类推，地址代码为A_m-1的集中器辅机将下传地址域中的集中器辅机Am作为被呼叫集中器辅机地址代码，而把集中器辅机自身的地址代码A_m-1作为地址存放到上传地址域中。如表四所示。

表四路径信息数据帧“下传-m”

域名	内容	代码	长度	被呼叫集中器辅机代码
					下传地址域	下传路径地址长度	L1＝0		Am
上传地址域	上传路径地址长度	L21m-1
				下传路径地址Ai上传路径地址A1上传路径地址A2...上传路径地址Am-1		L21m-1
	转发地址域	转发路径长度	L3＝0

地址代码为Am的目的集中器辅机在收到数据包后，先从数据包中将命令解释出来。根据命令要先确认信息的，按原路径返回确认信息；要通过地址代码为Am集中器辅机与通信计量终端通信的，通过电力线载波完成通信。通信后有数据信息返回时，将要返回的数据打包放于数据域中，而将上传路径构成的路径帧按协议进行变换，以便整个数据包按原有路径上传集中器。下文将对此予以详细说明。

在一个实施例中，当数据要上传时，或有其他确认数据要上传时，除把确认信息及其他要上传数据、信息按协议打包外，返回路径帧则按下述步骤对路径帧中的路径作变化，以实现按原有的路径将数据、信息返回集中器。

地址代码为Am集中器辅机将上传地址域中集中器辅机代码A_m-1作为被呼叫集中器辅机代码，而集中器辅机的自身地址代码则存放到转发地址域中，形成新的路径帧，如下表五所示。依此类推，一直将路径帧变化按原路径上传。

表五路径信息帧“上传-m+1”

域名	内容	代码	长度	被呼叫集中器辅机代码
					下传地址域	下传地址域长度	L1＝0		Am-1
上传地址域	上传地址域长度	L22m
				上传路径地址Ai上传路径地址A1上传路径地址A2..		L22m
	转发地址域	转发地址长度	L32m
转发路径地址Am					L32m

地址代码为A2的集中器辅机将上传地址域中地址代码A1作为被呼叫集中器辅机代码，而把集中器辅机的自身地址代码A2添加到转发地址域中，构成新的路径帧，如表六所示。

表六

域名	内容	代码	长度	被呼叫集中器辅机代码
					下传地址域	下传地址域长度	L1＝0		A1
上传地址域	上传地址域长度	L22mA2
				上传路径地址Ai		L22A2
	转发地址域	转发地址长度	L32A2
转发路径地址Am转发路径地址Am-1...转发路径地址A2					L32A2

地址代码为A1的集中器辅机将上传地址域中地址——集中器无线模块地址A_i作为呼叫地址，同时把自身集中器辅机地址代码A₁作转发地址存放到辅发地址域中，构成新的路径帧。如表七所示。

表七

域名	内容	代码	长度	被呼叫集中器无线模块代码
					下传地址域	下传地址域长度	L1＝0		Ai
上传地址域	上传地址域长度	L2＝0
				转发地址域	转发地址长度	L32A1
转发路径地址Am转发路径地址Am-1...转发路径地址A2转发路径地址A1		L32A1

从表七可见，当数据包返回集中器时，在转发地址域获得了整个转发路径的地址。

本发明的远程计量方法和使用该方法的设备和系统，通过在无线通信受到屏蔽影响的楼内、或有线通信网布线施工困难的楼内使用电力线载波进行双向通信，而在无线电通信比较好的楼外、或布线施工比较容易的楼外，采用无线通信或有线通信，充分发挥了各种通信方式的长处。特别是本发明采用集中器辅机的方法和设备，一方面相当于把成本比较昂贵的集中器安装到了楼边，在楼边实现与通信计量终端良好的电力线载波通信，同时它只完成数据的收发或转发，不需和主站通信，也不需要较长期保存收发或转发的数据，因而功能简洁、结构简单，成本低廉，而集中器辅机与集中器之间的通信采用了安装比较方便的无线电通信方法和无线通信组件，或有线通信方法和设备，不仅方便易行，而且通信可靠良好，从而达到了本发明的目的。本发明集中器辅机在系统中的通信作用，相对于通信计量终端而言是将集中器的通信功能虚拟安装到了楼边上，而集中器辅机又不需要直接和主站通信，也不需要保存转发的数据，因而相较集中器而言功能简单，结构简单，成本低廉。

集中器辅机可以在双供电变压器运行环境下应用。现在有一种供电方式：在一个供电区域中安装两台变压器，有一台检修时，由另一台供电，负荷大时两台同时投运。

图3是一个供电区域中安装两台变压器A和变压器B供电的实施例示意图。K₁是A变压器输出的总开关，K₂是B变压器输出的总开关，K₃是两台变压器输出之间进行并接投运的总开关。如果总开关K1、K3合闸，而总开关K₂关闭，那么整个地区的通信计量终端5都由变压器A供电。集中器3安装在变压器A供电范围中。在整个地区都由变压器A供电的情况下，集中器3就能完成与所有通信计量终端5的通信。如果总开关K₃断开，总开关K₂闭合，通信计量终端5将被分为两组，分别置于变压器A和变压器B的供电范围内。在这种情况下，集中器要实现与通信计量终端5的通信，就需在变压器B供电范围中加装另一个集中器，来管理变压器B区域中的通信计量终端。这样做在总开关K₃闭合时，会出现两台集中器同时进行电力线载波通信时的相互干扰。在本发明的一个实施例中，其中一个变压器供电范围中(比如变压器A)安装有集中器3，而在另一台变压器的范围内只安装一台有专用地址代码的集中器辅机4，并且由一个安装在变压器A范围中的集中器统一管理和通信。由于两个变压器无论是并联供电还是单独供电，集中器3始终是区域中唯一的集中器，集中器辅机4始终在集中器3的控制下完成通信，因此这时无论总开关用何种组合，都不会出现不能通信的问题，也不会出现互相通信干扰的问题。

显而易见，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本发明的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种在计量系统中进行远程通信的方法，所述计量系统包括集中器，集中器辅机和通信计量终端，所述方法包括步骤：

集中器通过通信网络向集中器辅机发送和/或接收数据包；

集中器辅机通过电力线载波向/从通信计量终端转发/接收数据包。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述计量系统包括至少另一集中器辅机，所述集中器辅机通过电力线载波向/从通信计量终端转发/接收数据包的步骤包括所述集中器辅机通过电力线载波向/从所述至少另一集中器辅机转发/接收数据包，所述至少另一集中器辅机通过电力线载波向/从通信计量终端转发/接收数据。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述集中器、集中器辅机和所述至少另一集中器辅机被分配不同的地址代码，所述数据包包括下传地址域、上传地址域、转发地址域和被呼叫集中器辅机地址代码域，所述方法包括当下传地址域中有代码地址时，集中器辅机或至少另一集中器辅机将下传地址域中下传方向上的下一个代码地址转入被呼叫集中器辅机地址代码域，将自身的代码地址写入上传地址域，然后将数据包发送给被呼叫集中器辅机地址代码域中的地址代码所指向的集中器辅机；当下传地址域中没有代码地址而上传地址域中有代码地址时，集中器辅机或至少另一集中器辅机将上传地址域中的上传方向上的下一个代码地址转入被呼叫集中器辅机地址代码域，将自身的代码地址写入转发地址域，然后将数据包发送给被呼叫集中器辅机地址代码域中的地址代码所指向的集中器辅机或集中器。

4.一种集中器辅机，用于在计量系统中与通信计量终端进行远程通信，所述计量系统包括安装在供电变压器供电范围内或一个地址区域范围内的集中器；安装电力线载波通信单元的通信计量终端；和所述集中器辅机；所述集中器辅机包括通过电力线载波与通信计量终端的电力线载波通信单元进行电力线载波双向通信的装置，和通过通信线路和集中器进行双向通信的装置。

5.如权利要求4所述的集中器辅机，其特征在于所述计量系统包括至少另一个集中器辅机，所述集中器辅机通过电力线载波与所述至少另一个集中器辅机双向通信，所述至少另一个集中器与通信计量终端的电力线载波通信单元进行电力线载波双向通信。

6.如权利要求5所述的集中器辅机，其特征在于集中器辅机和集中器分配有地址代码，通信所用的数据包包括下传地址域、上传地址域、转发地址域和被呼叫集中器辅机地址代码域，所述集中器辅机包括当下传地址域中有代码地址时，将下传地址域中下传方向上的下一个代码地址转入被呼叫集中器辅机地址代码域，将自身的代码地址写入上传地址域的装置；当下传地址域中没有代码地址而上传地址域中有代码地址时，将上传地址域中的上传方向上的下一个代码地址转入被呼叫集中器辅机地址代码域，将自身的代码地址写入转发地址域的装置；以及将代码地址改写后的数据包发送给被呼叫集中器辅机地址代码域中的地址代码所指向的集中器辅机的装置。

7.如权利要求4所述的集中器辅机，其特征在于所述通信线路包括无线信道或有线信道。

8.一种计量系统，包括如权利要求4-7之一所述的集中器辅机。

9.一种工作在双变压器供电环境下的计量系统，该系统包括由第一变压器直接供电的安装有电力线载波通信单元的第一组通信计量终端；由第二变压器直接供电的安装有电力线载波通信单元的第二组通信计量终端；在第一变压器范围内的集中器，通过电力线载波与第一组通信计量终端的电力线载波通信单元进行电力线载波双向通信；在第二变压器范围内的至少一个集中器辅机，通过电力线载波与第二组通信计量终端的电力线载波通信单元进行电力线载波双向通信；其中，集中器和所述至少一个集中器辅机通过通信线路进行双向通信。

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