CN101312599B - 宽带移动通信系统中考虑服务质量执行移交的方法和系统 - Google Patents

宽带移动通信系统中考虑服务质量执行移交的方法和系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种在宽带移动通信系统中通过考虑服务质量(QoS)来执行移动台(MS)移交的系统和方法。该方法可以包括步骤：从当前与所述MS进行通信的服务无线接入系统(RAS)接收关于一个或多个相邻基站的信息以及相邻基站的接收强度；从所接收的关于所述相邻基站的信息中提取具体字段的值；把所提取的具体字段的值与接收强度组合，从而得到组合值，并从组合值中选择最大值；以及向对应于所选择的最大值的基站发送移交请求消息。该系统包括MS，其分析在移动相邻基站广告(MOB_NBR_ADV)消息中接收的关于相邻基站的消息，以选择目标RAS。

Description

宽带移动通信系统中考虑服务质量执行移交的方法和系统
技术领域
本发明涉及在宽带移动通信系统中在基站之间执行移交、同时保证移动台的可操作性的方法。更具体地，本发明涉及通过考虑在宽带移动通信系统中的服务质量(QoS)来执行移交的方法和系统，其中当在多个小区(multi-cell)边界区域中执行移交时，通过利用相邻基站的信息来考虑QoS以及移动台(MS)与基站之间的所接收信号的强度。
背景技术
通常，为了向用户提供包括允许在未来的通信系统、即第四代(4G)通信系统中接近100Mbps的速度的数据发送的各种服务质量(QoS)在内的服务，已经积极地进行了研究。具体地，已经在支持高速服务的同时保证在局域网(LAN)系统、城域网(Metropolitan Area Network)(MAN)系统以及宽带无线接入通信系统中的移动性和QoS的领域中进行了研究。关于这种研究的代表性的通信系统对应于电子和电气工程师协会(IEEE)802.16a通信系统以及IEEE 802.16e通信系统。
IEEE 802.16a通信系统以及IEEE 802.16e通信系统采用了正交频分复用(OFDM)/正交频分多址接入(OFDMA)机制以便支持宽带发送网络到无线MAN系统的物理信道。另外，IEEE 802.16a通信系统只考虑单个小区结构和移动台(MS)的固定状态、即没有考虑MS的移动性的状态二者。另一方面，IEEE 802.16e通信系统考虑了IEEE 802.16a通信系统的MS的移动性，以及该MS是指具有移动性的MS。
现在参考图1描述宽带移动通信系统中的IEEE 802.16e通信系统的结构。
图1是示意性图解说明在宽带移动通信系统中多个小区的移交的概念。参考图1，IEEE 802.16e通信系统具有多个小区结构，且在每个基站(102，104和106)所位于的相应的小区区域内向给定的MS 100提供服务。基站(102，104和106)的每个和MS 100之间的信号发送/接收是通过采用OFDM/OFDMA机制实现的。
然而，MS位于由所有的基站102、基站104以及基站106分别控制的小区的边界区域(例如，移交区域)内。因此，只有当支持MS 100的移交时才可能支持MS 100的移动性。
在这里，移交指的是与给定的MS从一个基站区域移动到新的基站区域或者新的天线许可区域、换句话说新的业务信道的通信有关的过程。在整个移交过程中保持移动呼叫的成功以及保持语音信息的质量在特定的最小预设水平而不恶化是非常重要的。可以说，移交是通过有效地识别通信环境的变化来在最优基站和MS之间建立新的通信路径的过程。也就是，移交对应于建立去往相邻基站的通信路径的过程，当MS位于小区边界区域中时，该相邻基站的通信环境优于当前服务基站的通信环境。
图1示出了，当MS 100位于由基站102所控制的小区区域中且通过其间的连接设置来执行与基站102的通信时，MS 100移动到由基站104或者基站106控制的小区区域，并执行移交以便重新进行通信。在这种情况下，当MS100位于需要移交的小区边界区域中时，MS 100通过考虑基站104和106发送到MS 100的信号的强度来确定移交。也就是，如图1所示，当从基站104接收的信号的强度高于从基站106接收的信号的强度时，MS与基站104执行移交。
图2示出了位于小区边界区域中的MS 100与从基站102、104以及106接收的信号的强度之间的关系，以及MS 100与基站102、104，106之间的距离。图2图示出了宽带移动通信系统中移交期间的MS与基站之间的信号强度。
参照图2，当MS 100与无线接入台RAS1之间的接收信号强度降低到特定水平(T_DROP)时，通常要执行移交。如图2所示，容易理解，基于信号强度，将要进行移交以将MS 100移交到RAS2。
如上所述，如果无论何时MS根据最优接收信号强度来改变连接基站时MS进行新的连接建立，则MS在每次改变基站时都会尝试新的连接。为了在MS移动时能够容易地与新基站建立连接，在传统的宽带无线接入通信系统中，连接到MS的当前基站通过相邻基站广告消息向MS提供相邻基站的信息，移动中的MS很可能新连接到这些相邻基站。
因此，优选地，MS应当首先得知关于相邻小区、即相邻基站的信息，以便移动到相邻的小区并在那进行移交。因此，MS从当前向MS提供服务并收集关于相邻基站的信息的服务基站周期性地接收相邻基站广告消息。
图3示例出了在传统的宽带移动通信系统中在移交期间仅考虑MS与基站之间的信号强度的情形的例子。参考图3，当MS 300位于需要移交的区域中时，MS 300从当前与MS 300通信的服务基站(未示出)接收关于相邻基站302、304和306的信息，并接收来自相邻基站302、304和306的每个的信号，从而依据从基站302、304和306接收的信号的强度来执行移交。
继续参照图3示出的例子，基站302正分别与MS 31、32、33进行通信，基站302的利用率(utilization)对应于40％的容量。基站304正分别与MS 34、35、36、37、38和39进行通信，且基站304的利用率对应于90％。基站306正与MS 30进行通信，且基站306的利用率对应于10％。在这种情况下，当MS 300执行向发送了所接收信号的最优强度的基站304的移交时，通过仅仅考虑所接收信号的强度，对于被移交的MS 300不能保证最优QoS，因为基站304的利用率对应于90％的容量。
通过图3给出的例子，当只包括关于相邻基站的信息的MS相邻广告(MOB_NBR_ADV)消息被发送到MS时，MS基于相邻基站信息，通过搜索发送最优接收信号的基站来执行移交。但是，当传统地在诸如图3的例子所示的多个小区边界区域中执行移交时，会发生不能保证特定QoS的问题。
发明内容
因此，已经部分地进行了本发明以解决现有技术中的上述提到的至少一部分问题，并提供如下所讨论的有益效果。本发明提供了一种在宽带移动通信系统中通过考虑服务质量(QoS)来执行移交的方法和系统，其中，在多个小区边界区域执行移交时，当在多个小区边界区域中执行移交时，通过利用相邻基站的信息来考虑QoS以及移动台(MS)与基站之间的所接收信号的强度。
根据本发明的一个示范方面，提供一种在宽带移动通信系统中通过考虑服务质量(QoS)来执行移动台(MS)移交的方法，该方法包括步骤：从当前与所述MS进行通信的服务无线接入系统(RAS)接收关于相邻基站的信息以及相邻基站的接收强度；从所接收的关于所述相邻基站的信息中提取具体字段的值；把所提取的具体字段的值与接收强度组合，从而得到组合值，并从组合值中选择最大值；以及向对应于所选择的最大值的基站发送移交请求消息。
附图说明
上述以及本发明的其他典型方面、特征、有益效果将通过以下图的详细说明而更加理解，其中：
图1是示意地示出在宽带移动通信系统中多个小区之间移交的概念的图；
图2是图示出了在宽带移动通信系统中在移交期间移动台(MS)与基站之间的信号强度的图；
图3是示意地示出在传统的宽带移动通信系统中在移交期间只考虑MS与基站之间的信号强度的情形的图；
图4是示意地示出根据本发明的示范实施例、在宽带移动通信系中执行移交的过程的信号流程图；
图5是示意地示出根据本发明的示范实施例、在宽带移动通信系统中在移交期间考虑服务质量(QoS)以及MS与基站之间的信号强度的情形的图；
图6是图示根据本发明的示范实施例、在宽带移动通信系统中在移交期间的MS的操作的流程图；以及
图7是图示根据本发明的示范实施例、在宽带移动通信系统中在移交期间的基站的操作的流程图。
具体实施方式
在下文中，参照附图将描述根据本发明的示范实施例，这些附图是用于说明目的的，而不将本发明的权利要求局限于所示和所描述的那些例子。在以下的说明中，存在一些详细的所示组件仅仅为了提供本发明的大致了解，本领域的技术人员要理解，本发明并不需要包括这些具体组件。
同时，在本发明的以下描述中，本领域的技术人员应该理解术语“移交(handover)”与“移交(handoff)”具有相同的含义，因此，它们可以一起使用或者交替使用。换句话说，术语“移交(handover)”与术语“移交(handoff)”用于当给定的移动台(MS)与当前连接的基站(服务基站)断开连接并根据条件与相邻(相邻的)基站中的一个基站(“目的基站”或“目标基站”)连接的情况。
另外，当前连接到MS并可以发送/接收去往/来自MS数据的基站通常被称为“服务RAS”，且位于服务RAS周围且MS移动到其并可以移交的多个基站被称为“相邻基站”。
图4图示根据本发明的示范实施例、在宽带移动通信系中执行移交的示范步骤的信号流程。参考图4，服务无线接入台(RAS)440首先向MS 400发送MS相邻广告(MOB_NBR_ADV)消息(步骤410)。在这里，表1给出了MOB_NBR_ADV消息的结构的例子。
表1
句法     大小 注释
ManagementMessage type(管理消息类型)＝53     8
Skip-Optional-Fieldsbitmap(忽略可选字段位图)     24 分配给操作者的唯一ID
ConfigurationChange Count(配置改变计数)     8 当每次改变关于相关联的相邻BS的信息时增加
Fragmentation Index(片段索引)     4 指示当前片段索引
Total Fragmentation(全部片段)     4 指示片段的总数目
N_NEIGHBORS     8
Length(长度)     8 N_NEIGHBOR的迭代内的消息信息的在字节上的长度
PHY Profile ID(PHY概述ID)     8 协同定位FA指示符、FA配置指示符，FFT大小、带宽、帧的启动子信道的操作模式以及信道数目的集合ID
FA Index(FA索引)     8 频率分配索引
BS EIRP     8 仅如果BS EIRP指示符被设置在PHYProfile ID中时，该字段才出现
Neighbor BSID(相邻BSID)     24 这是对OFDMA PHY可选的字段，且如果skip optional fields Flag＝1则被省略或者忽略
PreambleIndex/SubchannelIndex(前同步索引/子信号索引)     8 对于SCa以及OFDMA PHY，该参数定义了PHY具体前同步(preamble)
HO Process Optimization(HO处理优化)     8 由于仅该消息的部分是可指示的，因此提供HO Process Optimization
Scheduling ServiceSupported(调度服务支持)     8 位图用于指示BS是否支持特别的服务安排。1表示支持，0，表示不支持：比特0：主动提供的授权服务(UGS)，比特1：实时轮询服务(rtPS)，比特2：非实时轮询服务(nrtPS)，比特3：最大努力(Best Effort)，比特4：扩展的实时轮询服务(ertPS)，如果从比特0到比特4的值为0b00000，则意味着没有可用的关于服务的信息比特5-7：指示RAS的利用级别
DCD ConfigurationChange Count(DCD配置改变计数)     4 这表示相邻BS当前DCD配置变化计数的4个LSB
UCD ConfigurationChange Count(UCD配置改变计数) 这表示相邻BS当前UCD配置变化计数的4个LSB
TLV EncodedNeighbor information(TLV编码相邻消息)     可变 TLV指定
如表1所示，MOB_NBR_ADV消息包括多种信息元素(IE)，例如表示所发送消息的类型的Management Message Type、当MOB_NBR_ADV消息被分割并被多次发送时表示一系列被分割的消息的Fragmentation Index、在就像上述Fragmentation Index的情况一样分割MOB_NBR_ADV消息的情况下表示全部被分割的消息的数目的Total Fragmentation、当省略了消息中的基站标识符(BS-ID)时表示被省略的BS-ID的Skip-Optional-Fields bitmap、表示当前在消息的相邻基站信息中包括多少个相邻基站的N_NEIGHBORS、表示相邻基站的标识符(ID)的Neighbor BS_ID、表示基站信息的所呈现字段的长度的Length、表示在相应的基站中使用的无线信道的信息标识符的PHY ProfileID、表示指示相应基站的所分配频率的唯一的标识符的FA Index、表示相应的相邻基站的发送功率的强度的BS EIRP、表示相邻基站的数目的N_NEIGHBORS、表示在相应基站的相应段(sector)中使用的前同步的标识符的Preamble Index、表示在向相应基站移交期间将必不可少的过程与可忽略的过程分开的信息的HO Process Optimization、表示相应基站可以在多个基站中从预定的各种QoS级别中支持的QoS级别的Scheduling Service Supported、告知了相应的相邻基站的DCD信息的序列号的Downlink Channel Descript(DCD)Configuration Change Count(其中相应的相邻基站的DCD信息表示相应的基站无线信道资源的可用性)、告知了相应的相邻基站的UCD信息的序列号的Uplink Channel Descript(UCD)Configuration Change Count、以及表示除了上述信息之外的与相邻基站相关的其他信息的TLV EncodedNeighbor Information。
参照上述以及图4，通过使用和配置在MOB_NBR_ADV消息中的Scheduling Service Supported字段的剩余比特(比特5到比特7)，如下面表2所示设置来自服务RAS 440的相邻基站信息、即基站的利用率水平。
表2
    比特7     比特6     比特5     利用率
    0     0     0     ～12.5％
    0     0     1     ～25.0％
    0     1     0     ～37.5％
    0     1     1     ～50.0％
    1     0     0     ～62.5％
    1     0     1     ～75.0％
    1     1     0     ～87.5％
    1     1     1     ～100.0％
表2中基站的利用率水平指的是基站的使用频率以及基站的用户数目。每个基站通过周期性地监视相应基站的用户数目以及相应基站的利用状态来获取基站的使用频率和用户数目。通过使用被监视的信息，在MOB_NBR_ADV消息内的Scheduling Service Supported字段的剩余比特中表示利用率水平的状态，且根据预定周期，生成并向MS 400发送MOB_NBR_ADV消息。
现在参考图4，当接收到包括基站利用率水平的MOB_NBR_ADV消息时，当MS 400期望扫描从与其相邻的基站发送的信号的质量时，MS 400向服务RAS 440发送移动台扫描间隔分配请求(MOB_SCN_REQ)消息(步骤412)。在这里，省略MOB_SCN_REQ消息的结构和下面将要描述的消息的结构的详细描述，因为这些结构与通常在宽带无线接入通信系统中定义的消息的结构典型地相同。
由于MS 400可与多个基站进行通信，因此，多个基站信息可以被包括在MOB_NBR_ADV消息或者将要在下面提到的MOB_SCN_RSP消息中。
根据本发明，基站的利用率水平信息可以被包括在从服务RAS 440发送到MS 400的MOB_NBR_ADV消息中，还可以被包括在MOB_SCN_RSP消息中。因此，MS 400可以通过从服务RAS 440发送的MOB_NBR_ADV消息或者MOB_SCN_RSP消息来检测相邻基站的利用率水平。
当接收到MOB_SCN_REQ消息时，服务RAS 440向MS 400发送MS扫描间隔分配响应(MOB_SCN_RSP)消息，其包括由MS 400扫描的信息(步骤414)。
如上所述，服务RAS收集在相应的小区区域里的相邻基站的信息，以及配置MOB_NBR_ADV消息，并周期性地向MS发送MOB_NBR_ADV消息。然后，接收到从服务RAS周期性发送的MOB_NBR_ADV消息的MS可以通过被包括在MOB_NBR_ADV消息的每个字段中的信息来获取扫描信息，该扫描信息用于来测量相邻基站的接收强度。换句话说，MS可以通过使用Neighbor BS_ID信息来标识相邻基站，从而通过来自每个相邻基站的物理频率字段(physical frequency field)来识别扫描所需的物理频带搜索信息。
接收到包括扫描信息的MOB_SCN_RSP消息的MS 400扫描从接收MOB_NBR_ADV消息而获取的相邻基站(步骤416)。
在上述步骤416中，当MS 400通过使用被包括在MOB_NBR_ADV消息或者MOB_SCN_RSP消息中的基站利用率水平信息来确定是否执行移交时，MS 400能够考虑基站的利用率水平以及基站的接收强度来选择目标RAS。在选择目标RAS时，MS 400可以关于被包括在MOB_NBR_ADV消息或者MOB_SCN_RSP消息中的基站的利用率水平的值以及通过给定的操作过程获得的来自相邻基站的接收强度的值，选择对应于最大值的目标RAS，然后决定执行移交。于此，将要在下面图6中详细描述预定操作。
当在步骤418中选择目标RAS 450时，即，当MS 400决定将当前的服务RAS 440改变到不同的新的基站时，MS 400向服务RAS 440发送MS 400移交请求(MOB_MSHO_REQ)消息(步骤422)。服务RAS 440向MS 400发送响应于MOB_MSHO_REQ消息的MS移交响应(MOB_BSHO_RSP)消息(步骤424)。
接收到MOB_BSHO_RSP消息的MS 400向MS 400发送响应于MOB_BSHO_RSP消息的MOB_MSHO_REQ消息(步骤426)。在向服务RAS440发送了MS移交指示(MOB_HO_IND)消息后(步骤428)，MS 400完成移交操作。
图5是根据本发明的示范实施例、在宽带移动通信系统中考虑了服务质量(QoS)的移交的执行的图。如图5所示，首先，当MS 500位于多个小区边界区域、即需要进行移交的区域中时，MS 500接收关于相邻基站502、504、506的信息、即来自MS 500当前与之通信的服务RAS(未示出)的MOB_NBR_ADV消息，其通过关于基站502、504以及506所接收的消息来标识每个相邻基站的利用率水平和来自每个相邻基站502、504、506的接收强度。如图5所示，例如，当分别以40％、90％、10％的频率来使用基站502、504、506时，如果来自基站502、504、506的接收信号的强度彼此大约相同时，MS 500典型地选择具有最小的利用率水平的值的基站506，然后执行移交。
图6是图示根据本发明的示范实施例、在宽带移动通信系统中在考虑服务质量(QoS)来执行移交时的MS的操作的流程图。如图6所示，MS从MS当前与之通信的服务RAS接收关于至少一个相邻基站的MOB_NBR_ADV消息以及来自相邻基站的所接收的信号的强度(步骤610)。当MS位于需要移交的区域中时(步骤612)，MS标识从服务RAS接收的MOB_NBR_ADV消息内的特定字段的值，即至少一个相邻基站的每个的利用率水平(步骤614)，然后标识来自每个相邻基站的所接收信号的强度(步骤616)。在步骤618中，根据下述公式(1)组合被包括在MOB_NBR_ADV消息或者MOB_SCN_RSP消息中的基站的利用率水平值以及从相邻基站所接收的信号的强度值。
2*(1-利用率)+(10+SReceivedStrength)    公式(1)
其中，SReceivedStrength：接收强度[dB]
在这里，假设利用率(基站的利用率水平)具有在0和1之间的值。2的(1-利用率)次幂中的2的值以及被加上接收强度的10的值是预定值。
例如，当被包括在MOB_NBR_ADV消息中的基站的利用率水平对应于0.10％且从基站所接收的信号的强度对应于2dB时，通过使用公式(1)把两个值组合得出值13.8。
以此方式，MS在通过组合每个相邻基站的利用率水平的值与每个相邻基站的接收强度的值而获得的值(组合了各个相邻基站的利用率水平的值和各个相邻基站的接收强度的值)之中选择最大值。然后MS确定具有上述所选的最大值的哪个基站作为移交目标基站。
另外，根据本发明，利用率水平越低且接收强度越大，则所获得的该利用率水平值和接收强度的组合的值就越理想。
图7是图示根据本发明的示范实施例、在宽带移动通信系统中在移交期间的基站的操作的流程图。如图7所示，首先，在步骤710，基站监视在基站的小区区域内当前被服务的用户的数目以及基站的利用率水平。基站利用被监视的信息、即用户数目以及利用率水平，并在MOB_NBR_ADV消息内的具体字段的剩余比特中配置代表用户数目和利用率水平的比特(步骤712)。然后基站生成包括该具体字段的MOB_NBR_ADV消息，其中该具体字段包括用户数目以及利用率水平(步骤714)。在步骤716，基站根据预定周期，向MS发送所生成的MOB_NBR_ADV消息。
如上所述，根据本发明的实施例，可以在宽带移动通信系统中实现考虑QoS来进行移交的方法、配置以及用于提供该配置的系统的操作。虽然通过参考实施例进行展示和描述了本发明，但是本领域技术人员都理解，在不偏离本发明的精神和权利要求的保护范围的情况下，可以进行形式以及细节上的修改。例如，移交的目标的百分比利用率和/或所接收的信号强度不限于所示和在此描述的值。另外，相邻基站的数量以及与在给定时刻的MS的位置相关的各个边界可以不用示出和描述。而且，先前所描述的例子中的具体字段的例子包括3个比特，根据本名发明的精神以及权利要求的保护范围，比特数量可以少于或者多于3个。

Claims (16)

1.一种在宽带移动通信系统中通过考虑服务质量QoS来执行移动台MS的移交的方法，所述方法包括：
(a)从当前与所述MS进行通信的服务无线接入系统RAS接收包括各个相邻基站的利用率水平的关于各个相邻基站的信息以及各个相邻基站的接收强度；
(b)从所接收的关于所述相邻基站的信息中分别提取包括各个相邻基站的利用率水平的至少一个具体字段的值；
(c)把所提取的该至少一个具体字段的值与各个接收强度组合，从而得到各个组合值，以及
(d)从在步骤(c)中的组合值中选择最大值；以及
(e)向所述相邻基站中对应于所选择的最大值的所选相邻基站发送移交请求消息，
其中所述各个相邻基站的利用率水平是由所述基站的使用频率和所述基站的用户数目来确定的。
2.如权利要求1所述的方法，其中关于所述相邻基站的信息包括移动相邻基站广告MOB_NBR_ADV消息。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述至少一个具体字段被分配在MOB_NBR_ADV消息中且被包含在用于表示给定的基站支持的QoS级别的调度服务支持字段中。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个具体字段包括3个比特。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个具体字段包括多于3个比特。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个具体字段包括至少一个比特。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：
(f)从所述服务RAS接收移交指示消息。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述RAS监视相邻基站的用户数目以及利用率状态，收集并生成包括被监视的信息的关于相邻基站的信息，以及根据预定周期，向至少一个移动台发送所生成的关于所述相邻基站的信息。
9.如权利要求8所述的方法，其中关于相邻基站的信息对应于MOB_NBR_ADV消息。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述MOB_NBR_ADV消息包括位于关于所述相邻基站中的一个基站的利用率的具体字段中的状态信息。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述具体字段被分配在MOB_NBR_ADV消息中且被包含在用于表示预定基站支持的QoS级别的调度服务支持字段中。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述具体字段包括3个比特。
13.一种用于在宽带移动通信系统中考虑服务质量QoS来提供移交的系统，包括：
MS，用于接收包括各个相邻基站的利用率水平的关于一个或多个相邻基站的信息以及所述一个或多个相邻基站的各个接收强度，用于提取包括各个相邻基站的利用率水平的具体字段的值，且用于确定移交到相邻基站中具有通过分别把所述具体字段的值与所述接收强度的值进行组合而获得的最大值的一个基站；以及
服务无线接入系统RAS，用于监视用户数目以及利用率，通过使用被监视的信息来收集并生成关于所述一个或多个相邻基站的信息，且用于根据预定周期向所述MS发送所生成的关于所述一个或多个相邻基站的信息，
其中所述各个相邻基站的利用率水平是由所述基站的使用频率和所述基站的用户数目来确定的。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述关于一个或多个相邻基站的信息对应于被包括在移动相邻基站广告MOB_NBR_ADV消息中的信息。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述具体字段被分配在所述MOB_NBR_ADV消息中并被包含在用于表示预定基站支持的QoS级别的调度服务支持字段中。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述具体字段包括3个比特。
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