CN101770565A - 读写器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种读写器。以无线标签(8)与第一天线(1)之间的距离小于无线标签(8)与第二天线(2)之间的距离的方式配置第一天线(1)和第二天线(2)，具备判断部(5)，该判断部(5)根据由第一天线(1)接收到的电波的接收电平值与由第二天线(2)接收到的电波的接收电平值的电平差判断是否为正常通信，由此能够判断由恶意的第三方进行的从远距离的异常通信。

Description

读写器

技术领域

本发明涉及一种与无线标签(tag)等进行无线通信的读写器(reader-writer)。

背景技术

提出了一种接收来自无线标签的电波来读取数据的读写器(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中公开了当无线标签到达靠近读写器的距离时进行双向通信。

在由读写器测量读写器与无线标签之间的距离的情况下，有可能发生由恶意的第三方进行伪装通信的情况。即，有可能通过从远离读写器的位置辐射较强的电波，由与无线标签所有者本人不同的人进行通信。

一般，读写器接收从无线标签发送的电波，检测接收电平。当所检测出的接收电平为固定值以上时判断为无线标签处于规定的范围内从而进行通信。将此时的通信称为正常通信。

在此，在使用通过无线标签的改进等来提高了发送强度的通信装置的情况下，即使与读写器之间的距离较大，接收电平也会达到固定值以上。由此，读写器错误地判断为无线标签处于规定的范围内，从而导致进行通信。将这种状态称为异常通信。

当从远距离进行异常通信时，例如在处理现金数据等的用途中，由恶意的第三方监听现金数据，从而对进行服务的一方或接受服务的一方带来损失。这样，在以往的读写器中存在有可能由恶意的第三方从远距离进行通信的问题。

专利文献1：日本特开2006-229561号公报

发明内容

本发明提供一种能够防止接收从比规定距离远的远距离的位置发送的较强的电波而错误地判断为处于近距离的读写器。

本发明具备：第一天线，其接收从电波发送体发送的电波；第二天线，其接收从电波发送体发送的电波；以及接收电平检测部，其检测通过第一天线或第二天线接收到的电波的接收电平。还具备判断部，该判断部根据由接收电平检测部检测出的通过第一天线接收到的电波的接收电平值与由接收电平检测部检测出的通过第二天线接收到的电波的接收电平值之间的电平差，判断是否为正常的通信。还具备如下结构：以电波发送体与第一天线之间的第一距离小于电波发送体与第二天线之间的第二距离的方式配置第一天线和第二天线。

根据上述结构，能够防止接收从比规定距离远的远距离的位置发送的较强的电波而错误地判断为处于近距离的情形。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的读写器的结构的框图。

图2是表示本实施方式的读写器的动作的流程图。

图3是表示本实施方式的读写器与无线标签之间的距离、与接收电场强度的关系的图。

图4是说明异常通信的方式的示意图。

图5是表示本发明的实施方式2的读写器的结构的框图。

图6是表示本发明的实施方式3的读写器的结构的框图。

图7是表示本实施方式的环形天线的结构图。

图8是表示本实施方式的读写器与无线标签之间的距离、与接收电场强度的关系的图。

图9是表示本发明的实施方式4的读写器的结构的框图。

图10是说明本发明的实施方式5的读写器的使用状态的结构图。

图11是表示本实施方式的读写器的结构的框图。

图12是表示本实施方式的动作的流程图。

图13是表示本发明的实施方式6的读写器的结构的框图。

附图标记说明

1：第一天线；2：第二天线；3：接收部；4：接收电平检测部；5：判断部；6：读写器壳体；7、7a、7b、7c：读取面；10、10a、10b、10c：读写器；31：天线；32：天线可变部；11、81：第一环形天线；12、82：第二环形天线；41：第一分集式天线(diversity antenna)；41a、41b、42a、42b：环形天线；42：第二分集式天线；45：远距离；46：无线标签机；47：定向天线；48：较强的电波；71：印制电路板；72：平衡-不平衡变压器(balun)；73：环形元件；74：连接器；83：第三环形天线；84：第四环形天线；85：第五环形天线。

具体实施方式

下面，根据实施方式并使用附图说明本发明。但是本发明并不限定于实施方式。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的读写器的结构的框图。在图1中，读写器10在作为主体的读写器壳体6中内置有第一天线1和第二天线2以及接收部3。另外，虽然在图1中没有记载，但是还具备发送部、电源供给部、与外部之间的有线通信部等。第一天线1被安装成比较靠近读写器壳体6的读取面7。读取面7是读写器壳体6的表面的一面，是使作为电波发送体的无线标签8靠近的面。当读取面7与无线标签8之间的距离为规定距离(例如5cm)以内时，读写器10判断为存在无线标签8，由双方开始进行通信。

无线标签8有各种各样的形状，但是在本实施方式中采用在便携式电话中内置无线标签功能的形态。但是以卡型为代表也可以使用各种形状。

第一天线1与构成接收部3的接收电平检测部4相连接，由接收电平检测部4检测接收电波的电平。接收电平检测部4使用RSSI(Received Signal Strength Indication：接收信号强度指示)电路。在本实施方式中，除了具备第一天线1之外还具备第二天线2。第二天线2被安装在与第一天线1相比更远离读取面7的位置上。当将从第一天线1到读取面7的距离设为A1、将从第二天线2到读取面7的距离设为A2时，成为A1＜A2的关系。第二天线2也连接在接收电平检测部4上，由接收电平检测部4检测接收电波的电平。

在接收电平检测部4上连接有判断部5。判断部5根据由接收电平检测部4检测出的、由第一天线1接收到的接收电波的电平(B1)以及由第二天线2接收到的接收电波的电平(B2)，判断是否为异常通信。即，判断部5判断无线标签8与读写器10之间的距离是否在5cm以内(即，判断是否为来自远距离的电波)。

图2是表示本实施方式的读写器10的动作的流程图。使用图2说明判断部5的判断动作。从动作开始(S201)起，首先监视第一天线1的接收电平，由接收电平检测部4测量第一天线1的接收电平B1(S202)。接着，由判断部5判断接收电平B1是否大于规定的接收电平B0(在此设定为在5cm的距离上接收到的接收电平)、即是否为B1＞B0(S203)。在步骤S203中，如果判断为B1＞B0(S203的“是”)，则接下来由接收电平检测部4测量第二天线2的接收电平B2(S204)。之后，由判断部5算出第一天线1和第二天线2的接收电平之差D＝B1-B2(S205)。之后，由判断部5判断接收电平之差D是否大于规定的值D0(S206)。在步骤S206中，如果D＞D0(S206的“是”)，则判断为正常通信，进行基于双方通信的数据通信(S207)，从而结束判断动作(S208)。

此外，在S203中判断为B1≤B0的情况下、以及在S206中判断为D≤D0的情况下，返回S202，由接收电平检测部4再次测量第一天线1的接收电平B1。

接着，说明能够通过上述动作来辨别出从远距离以较强的电平发送的电波和处于近距离的正确的无线标签的原因。图3表示读写器10与无线标签8之间的距离和由读写器10的天线接收到的电波的接收电平的关系。用线301表示正常通信时的读写器10与无线标签8之间的距离和由天线接收到的接收电平的强度的关系，用线302表示异常通信时的读写器10与无线标签8之间的距离和由天线接收到的接收电平的强度的关系。在自由空间中，接收电平P(mW)相对于距离L(m)具有P∝1/(L²)的关系。也就是说，接收电平P与距离的平方成反比例地衰减。考虑以第一天线1与无线标签8之间的距离为1cm时从第二天线2到无线标签8的距离为5cm的方式(即，第一天线与第二天线的距离是4cm)配置第一天线1和第二天线2的情况。在这种情况下，如线301所示，第一天线1的接收电平B1与第二天线2的接收电平B2之差D1＝14dB。

另一方面，考虑从远离读写器10的远处以较强的电平发送的无线标签8的电波的情况。在这种情况下，如线302所示，当从第一天线1到无线标签8之间的距离为1.00m时，第二天线2与无线标签8之间的距离为1.04m。此时，D2＝B1-B2＝0.3dB，成为较小的D值。

因而，将判断部5中的D值的判断阈值D0设定为14dB与0.34dB之间的值(例如8dB)。在测量出的D值大于阈值D0时能够判断为正常通信(即，在读写器10的附近存在无线标签8)，转移到数据通信。在小于D0时判断为异常通信，从而中止通信。

图4是说明异常通信的方式的示意图。在图4中，恶意的第三方拥有设置在远离读写器10的远距离45上的无线标签机46，从无线标签机46的定向天线47输出较强的电波48。在如以往那样仅根据第一天线1的接收电平B1判断无线标签机46的距离的情况下，无法辨别出从远处以较强的电平辐射的电波48是来自远处的电波。但是通过如本实施方式那样使用与第二天线2的接收电平之差来如上所述那样进行判断，即使由第一天线1接收到接收电平B1的电波，也能够辨别该接收电平B1的电波是否为来自远处的电波。

此外，在本实施方式中，将电波发送体作为无线标签8进行了说明，但是除了无线标签8以外，只要是条形码、IC卡等的具有发送电波的功能的部件，就能够得到同样的效果。

(实施方式2)

图5是表示本发明的实施方式2的读写器10的结构的框图。在图5中，本实施方式的读写器10与实施方式1的不同之处在于：仅具有一个天线31，并具有天线可变部32，该天线可变部32用于使天线31向远离读写器壳体6的读取面7的方向(或者向靠近读写器壳体6的读取面7的方向)进行移动。在天线可变部32中例如使用马达或电磁线圈等，驱动马达或电磁线圈等能够使天线31上下移动。此外，对于与实施方式1相同的结构要素附加相同的标记，省略说明。

在本实施方式中，在使天线31靠近读取面7的状态下，首先测量接收电平B1，由天线可变部32移动天线31，在使天线31远离读取面7的状态下，接着测量接收电平B2。与实施方式1同样地，由判断部5根据这两个位置上的接收电平之差D＝B1-B2来判断是正常通信还是异常通信。

在本实施方式中，由于能够由一个天线构成，因此具有能够使装置简单的优点。另外，由于由同一天线测量两个接收电平，因此能够避免由于天线增益的差异而使测量精确度变差的情形。

(实施方式3)

图6是表示本发明的实施方式3的读写器10的结构的框图。在图6中，本实施方式的读写器10与实施方式1不同之处在于使用第一环形天线11和第二环形天线12来代替实施方式1的第一天线1和第二天线2。此外，对于与实施方式1相同的结构要素附加了相同的标记，省略说明。

图7是表示环形天线的结构图。在印制电路板71上设置有进行不平衡-平衡变换的平衡-不平衡变压器72，平衡-不平衡变压器72的平衡输出端子连接在环形元件73的两端。环形元件73是将铜制的线材弯曲而构成，被配置在环的轴与印制电路板71平行的方向上。在平衡-不平衡变压器72的不平衡输出端子上连接有用于连接接收部3的连接器74。

这种环形天线是环形元件长度与使用电波的波长相比足够小(波长的几分之一以下)的天线，一般被称为微小环形天线。微小环形天线是磁流天线的一种，与电流天线(单极天线(monopole antenna)等)相比，具有当金属体靠近时增益变动较小的特征。

图8示出了读写器10与无线标签之间的距离和接收电场电平的关系的一个例子。如上所述，在自由空间中存在接收电平P∝1/(L²)的关系，但是当使天线彼此靠近直到电波波长的几分之一的距离时，出现天线增益降低的现象。图8示出了波长70cm的情况，如线801所示，单极天线在比4cm更靠近的区域出现天线增益降低的现象。另一方面，如线802所示，环形天线中没有出现增益降低的现象。因而，通过在读写器10中使用环形天线，能够正确地测量使无线标签靠近读写器10时的接收电平。由此，能够更可靠地辨别出从远处辐射的电波、即异常通信。

(实施方式4)

图9是表示本发明的实施方式4的读写器10的结构的框图。在图9中，在本实施方式与实施方式1的不同之处在于：使用第一分集式天线41和第二分集式天线42来代替实施方式1的第一天线1和第二天线2。此外，对于与实施方式1相同的结构要素附加了相同的标记，省略说明。

图9所示的第一分集式天线41和第二分集式天线42将各自的两个环形天线41a、41b以及42a、42b配置在对方的环形轴相互垂直的方向上。通过设为这种配置，能够使所接收的电波的极化面不同，能够得到极化分集(polarization diversity)效果。因而，由两个环形天线41a、41b以及42a、42b分别测量接收电平，并采用较大的一方的测量值。

由此能够提高接收电平的测量精确度，能够正确地测量离无线标签8的距离。此外，由于衰减(fading)而多路径的电波被抵消，从而存在接收电平降低的点，为了避免该点而采用较大的一方的测量值。求出第一分集式天线41和第二分集式天线42中各自较大的一方的测量值，使用该值求出接收电平之差D值。与实施方式1同样地，由判断部5根据D值判断是正常通信还是异常通信。

如上所述，根据本实施方式能够改善距离的检测精确度，因此能够更可靠地辨别出异常通信。

此外，通过在由实施方式2所示的天线可变部32构成的读写器10的天线中使用分集式天线，能够改善异常通信的辨别精确度。

(实施方式5)

根据实施方式1至实施方式4，即使由恶意的第三方利用辐射较强的电波的无线机来与读写器10进行通信，也能够判断该恶意的第三方的异常通信。

另外，根据实施方式1至实施方式4，如图10所示，在配置多个读写器10的情况下，即使无线标签8与其中一台读写器10b进行无线通信，相邻的其它读写器10a、10c也不会与无线标签8进行无线通信。

也就是说，在图10中，实施方式1～4所说明的三个读写器10a、10b、10c保持某固定距离L且被相邻地配置。在这种情况下，不管距离L是多大的距离，将规定的值D0都设定为适当的值，由此无线标签8在与其中一台读写器10b进行无线通信的情况下，相邻的其它读写器10a、10c不会与无线标签8进行无线通信。

例如，当设L1(无线标签8与读写器10b所具有的第一天线1之间的距离)＝1cm、L2(无线标签8与读写器10b所具有的第二天线2之间的距离)＝5cm时，D＝14dB。另一方面，设无线标签8的位置不发生变化，在相邻的读写器10a与无线标签8之间的距离关系为L＝3cm时，L3(无线标签8与读写器10a所具有的第一天线1之间的距离)＝大约7cm，L4(无线标签8与读写器10a所具有的第二天线2之间的距离)＝大约9cm，在这种情况下D为D＝2dB，较小。因而，如果将D0设定为14dB与2dB之间的值(例如8dB)，则能够避免导致相邻的读写器与无线标签进行通信的情形。

本实施方式是与实施方式1至实施方式4不同的结构，说明如下情形：即使在读写器10彼此以近距离相邻排列的情况下，读写器10也能够将与不存在于自身的读取面7的上方的无线标签8之间的通信判断为异常通信。

图11是表示本发明的实施方式5的读写器10的结构的框图。在图11中，读写器10构成为在读写器壳体6内配置接收部3、与接收部3电连接的第一环形天线81、第二环形天线82、第三环形天线83、第四环形天线84以及第五环形天线85。与实施方式1同样地，接收部3具备接收电平检测部4和判断部5。

第一环形天线81配置在读写器壳体6内的上方，被配置在读取面7附近，且被配置在读取面7的大致中央。以从四周包围接收部3的方式将接收部3、第二环形天线82、第三环形天线83、第四环形天线84、第五环形天线85配置在读写器壳体6内的下方。即，第二环形天线82、第三环形天线83、第四环形天线84、第五环形天线85被配置在比第一环形天线81更靠近下方的位置上。并且，相向地配置第二环形天线82和第四环形天线84。另外，相向地配置第三环形天线83和第五环形天线85。

根据图11所示的结构，如实施方式1至实施方式4所说明的那样，判断部5根据第一环形天线81的接收电平与第二环形天线82的接收电平之间的接收电平之差，能够判断是正常通信还是由恶意的第三方进行的异常通信。

另外，例如在来自无线标签8的电波从第三环形天线83的方向到达的情况下，在第三环形天线83的接收电平与第四环形天线84的接收电平之间产生规定以上的接收电平差。因此，判断部5获知无线标签8没有位于读取面7的上方，从而能够判断为异常通信。此外，判断部5通过进行第三环形天线83的接收电平与第四环形天线84的接收电平之间的大小比较，能够判断出来自无线标签8的电波从哪个方向到达。

图12是表示本实施方式的动作的流程图。使用图12说明本实施方式的动作。首先，从动作开始(S121)起，接收电平检测部4监视第一环形天线81的接收电平，由接收电平检测部4测量第一环形天线81的接收电平B1(S122)。接着，判断部5判断接收电平B1是否大于规定的接收电平B0(在此设定为在5cm的距离上接收到的接收电平)、即是否为B1＞B0(S123)。

在步骤S123中，如果判断为B1＞B0(S123的“是”)，则由接收电平检测部4测量第二环形天线82(也可以是第三环形天线83、第四环形天线84、第五环形天线85中的任一个)的接收电平B2(S124)。之后，判断部5算出第一环形天线81和第二环形天线82的接收电平之差D＝B1-B2(S125)。之后，由判断部5判断接收电平之差D是否大于规定值D0(S126)。

在步骤S126中，如果D＞D0(S126的“是”)，则接收电平检测部4测量第二环形天线82的接收电平X1、第四环形天线84的接收电平X2、第三环形天线83的接收电平X3、第五环形天线85的接收电平X4(S127)。之后，判断部5算出第二环形天线82的接收电平X1与第四环形天线84的接收电平X2的接收电平差Y1＝X1-X2、或第三环形天线83的接收电平X3与第五环形天线85的接收电平X4的接收电平差Y2＝X3-X4(S128)。

然后，判断部5判断接收电平之差Y1或接收电平之差Y2是否大于规定值Y0(S129)。在步骤S129中，在判断为接收电平之差Y1或接收电平之差Y2小于规定的值Y0的情况下(S129的“否”)，判断为正常通信，进行基于双方通信的数据通信(S130)。另一方面，在S129中，在判断为接收电平之差Y1或接收电平之差Y2为规定的值Y0以上的情况下(S129的“是”)，判断为异常通信，从而中止通信。之后，返回步骤S122。此外，在步骤S122中判断为B1≤B0的情况下返回步骤S122。在步骤S126中判断为D≤D0的情况下返回步骤S124。

如上所述，在本实施方式中，如实施方式1等所说明的那样，通过在步骤S126中的判断部5的判断，能够辨别出从远距离以较强的电平发送的电波、和来自处于近距离的正确的无线标签的电波。并且，根据第二环形天线82、第三环形天线83、第四环形天线84、第五环形天线85的接收电平，通过在步骤S129中的判断部5的判断，能够辨别出从无线标签8发送的电波是从读写器10的正上方到达的电波还是从读写器10的前后左右到达的电波。

在此，说明能够辨别从无线标签8发送的电波是从读写器10的正上方到达的电波还是从读写器10的前后左右到达的电波的原因。读写器10与无线标签8之间的距离和由第一～第四环形天线82～85接收到的电波的接收电平的关系例如图3等所示那样，在自由空间中接收电平与距离的平方成反比例地衰减。因而，从无线标签8发送的电波越是靠近读写器10的正上方，接收电平之差Y1或接收电平之差Y2的值越小。相反地，从无线标签8发送的电波越是远离读写器10的正上方，接收电平之差Y1或接收电平之差Y2的值越大。由此，如果接收电平之差Y1或接收电平之差Y2具有规定以上的大小，则能够辨别出从无线标签8发送的电波是从读写器10的前后左右到达的电波。

即，在本实施方式中，第一环形天线81被配置在读写器壳体6内的上方。由此，根据基于第一环形天线81与第二环形天线82之间的距离差的接收电平之差，防止接收到从远距离发送的电波而错误地判断为来自近距离的电波。此外，除了根据基于第一环形天线81与第二环形天线82之间的距离差的接收电平之差之外，还能够根据基于第一环形天线81与第三环形天线83之间的距离差的接收电平之差、基于第一环形天线81与第四环形天线84之间的距离差的接收电平之差、基于第一环形天线81与第五环形天线85之间的距离差的接收电平之差中的至少一个，来进行这种判断。

另外，在本实施方式中，相向地配置第二环形天线82和第四环形天线84。并且，相向地配置第三环形天线83和第五环形天线85。由此，能够判断出从无线标签8到达的电波从读写器10的横方向到达，能够判断从配置在相邻的读写器10的读取面7上的无线标签8进行的异常通信。

另外，在图11所示的第一环形天线81、第二环形天线82、第三环形天线83、第四环形天线84、第五环形天线85的配置中，没有将第二环形天线82、第三环形天线83、第四环形天线84、第五环形天线85设置在第一环形天线81的正下方。由此，在第二环形天线82、第三环形天线83、第四环形天线84或第五环形天线85与处于读写器10的正上方的无线标签8进行无线通信时，第一环形天线81或支承第一环形天线81的电路基板不会成为障碍而使天线增益降低。

(实施方式6)

根据上述观点，例如考虑如图13那样设置图6所示的第一环形天线11和第二环形天线12。图13是表示本发明的实施方式6的读写器10的结构的框图。

在图13中，第一环形天线11被配置在读写器壳体6内的上方，被配置在读取面7的附近，且被配置在读取面7的大致中央。第二环形天线12被配置在读写器壳体6内的下方，且被配置在读取面7的大致中央以外的位置上。即，第二环形天线12被配置在与无线标签8和第一环形天线11排列的方向不同的方向上。因而，在第二环形天线12与无线标签8进行无线通信的情况下，第一环形天线11或支承第一环形天线11的电路基板不会成为通信上的障碍，从而第二环形天线12能够以适当的接收电平接收电波。

在本实施方式中，仅说明了图6所示的方式，但是对于图1、图9所示的第一天线1与第二天线2的配置以及第一分集式天线41与第二分集式天线42的配置的各个配置也能够应用相同的构思。

另外，接收部3的设置位置在达到本发明的效果上无关联。因而，图1、图6、图9所示的接收部3的设置位置是一个例子，不应被特别指定。

产业上的可利用性

本发明能够辨别由恶意的第三方进行的异常通信，因此能够应用于与无线标签等进行通信的通信装置。

Claims (11)

1.一种读写器，具备：

第一天线，其接收从电波发送体发送的电波；

第二天线，其接收从上述电波发送体发送的电波；

接收电平检测部，其检测通过上述第一天线或上述第二天线接收到的电波的接收电平；以及

判断部，其根据由上述接收电平检测部检测出的通过上述第一天线接收到的电波的接收电平值与由上述接收电平检测部检测出的通过上述第二天线接收到的电波的接收电平值之间的电平差，判断是否为正常的通信，

其中，以上述电波发送体与上述第一天线之间的第一距离小于上述电波发送体与上述第二天线之间的第二距离的方式配置上述第一天线和上述第二天线。

2.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，

在由上述接收电平检测部检测出的通过上述第一天线接收到的电波的接收电平值与由上述接收电平检测部检测出的通过上述第二天线接收到的电波的接收电平值之间的电平差是大于规定值的值的情况下，上述判断部判断为是上述正常的通信，在上述电平差是小于上述规定值的值的情况下，判断为不是上述正常的通信。

3.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，

由一个天线构成上述第一天线和上述第二天线，并具备天线可变部，该天线可变部使上述一个天线改变位置使得配置在上述第一距离和上述第二距离上。

4.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，

将上述第一天线配置在比上述第二天线更靠近上方的位置上。

5.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，

上述第一天线和上述第二天线是环形天线。

6.根据权利要求5所述的读写器，其特征在于，

上述环形天线是微小环形天线。

7.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，

上述第一天线和上述第二天线是分集式天线。

8.根据权利要求7所述的读写器，其特征在于，

上述分集式天线各自包括两个环形天线，上述两个环形天线分别配置在与对方的环形轴垂直的方向上，上述接收电平检测部分别检测上述两个环形天线的接收电平，上述判断部采用上述两个环形天线的接收电平中较大的接收电平的值来进行上述判断。

9.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，

上述第二天线配置在与上述电波发送体和上述第一天线排列的方向不同的方向上。

10.根据权利要求1所述的读写器，其特征在于，

还具备第三天线、第四天线和第五天线，上述第一天线被配置在上述读写器的主体内部的上方，上述第二至第五天线被配置在上述读写器的主体内部的下方，并且上述第二至第五天线两个一组，每组中的两个天线相向配置。

11.根据权利要求10所述的读写器，其特征在于，

上述第一至第五天线是环形天线。

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