CN102547811A - 一种无线传感接入复用设备的网络接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信息与通信技术领域，具体涉及一种集中控制式无线传感网络中的无线传感接入复用设备的网络接入方法。为了解决大规模无线传感网络的可控、可管理问题，一种基于泛在传感网络控制器和无线传感接入复用设备等新型组网设备的集中控制式无线传感网络组网结构被提出来。本发明提出了一种无线传感接入复用设备的网络接入方法，从而帮助无线传感接入复用设备动态接入由泛在传感网络控制器所控制的大规模无线传感网络架构内，成为所述泛在传感网络控制器所控制的无线传感网络的拓扑的一个组成部分。

Description

一种无线传感接入复用设备的网络接入方法

技术领域

本发明涉及通信网络，尤其涉及一种集中控制式无线传感网络中的无线传感接入复用设备的网络接入方法。

背景技术

在无线传感网络中，传感网关通常被用来管理控制传感网络，并实现和外部网络的通信接口。一个传感网关的启动，需要大量的配置工作。对于一个大规模的传感网络而言，通常需要部署大量的传感网关，并且需要对每个传感网关进行动态管理、监视及控制。对于一个包含成百上千传感网关的大规模传感网络而言，网络管理的负担将会非常大。在业务管理方面，为了取得更好的业务性能，需要在全网进行动态协调，但由于传感网关相对独立，要达成这一点非常困难。安全性方面，由于覆盖需求，传感网关经常会被安装在无法保证安全的地方，如果传感网关被盗，静态保存在传感网关中的配置信息就会成为泄密渠道。同时，如何防止非法传感网关接入也对传感网络的安全性提出了挑战。目前，这些从小规模无线传感网络向大规模无线传感网络发展过程中遇到的问题还没有合适的解决方案。

为了解决现有技术中存在的上述问题，如图1所示，一种新型的集中控制式无线传感网络的体系结构及组网设备-泛在传感网络控制器和无线传感接入复用设备被提出来，从而可以有效地解决大规模无线传感网络在网络管理、安全、业务控制和互操作性等方面的问题。

相比目前的无线传感网络体系结构，这种新型的集中控制式无线传感网络体系结构增加了泛在传感网络控制器和无线传感接入复用设备这两个要素，一个大规模无线传感网络可以配置一个泛在传感网络控制器和成百上千个无线传感接入复用设备，所管理的无线传感器节点更可以进一步扩展到数十万乃至数百万的规模。

泛在传感网络控制器可以看作是一组逻辑设备，实现了整个无线传感网络的管理、监控、动态配置、控制等功能。无线传感接入复用设备是局域范围内的无线传感网络的控制设备，它在泛在传感网络控制器的控制下，实现对局域范围内的无线传感网络的拓扑维护和管理控制。

发明内容

本发明针对图1所示的集中控制式无线传感网络体系结构和组网设备，提出了一种无线传感接入复用设备的网络接入方法，从而帮助无线传感接入复用设备动态接入由泛在传感网络控制器所控制的大规模无线传感网络架构内，成为所述泛在传感网络控制器所控制的无线传感网络的拓扑的一个组成部分，并维护和泛在传感网络控制器之间的控制通道。

在进行网络接入流程之前，无线传感接入复用设备通过泛在传感网络控制器发现过程获取可以为其提供服务的泛在传感网络控制器的IP地址。此后，无线传感接入复用设备可以利用得到的IP地址和泛在传感网络控制器通信，请求接入所述泛在传感网络控制器。无线传感接入复用设备只有在获得泛在传感网络控制器的网络接入服务后，才可以接入该泛在传感网络控制器所控制的无线传感网络体系结构，并可以开始组建以所述无线传感接入复用设备为核心的局域无线传感网络。

根据本发明的第一方面，提供了无线传感接入复用设备网络接入请求消息定义。网络接入请求消息被无线传感接入复用设备用于向泛在传感网络控制器请求网络接入服务。无线传感接入复用设备网络接入请求消息中所承载的信息包括：无线传感接入复用设备位置信息、无线传感接入复用设备硬件描述单元、无线传感接入复用设备描述单元、无线传感接入复用设备名称、会话标识、无线传感接入复用设备管理模式、无线传感器通信接口类型、无线传感接入复用设备IP地址。其中：无线传感接入复用设备位置信息用于表示无线传感接入复用设备的部署位置；无线传感接入复用设备硬件描述单元用于承载无线传感接入复用设备的硬件信息；无线传感接入复用设备描述用于承载无线传感接入复用设备信息；无线传感接入复用设备名称用于标识无线传感接入复用设备名字；会话标识是随机产生的32位长度整数，以作为该消息的会话标识；无线传感接入复用设备管理模式用于标识无线传感接入复用设备采用的管理模式；无线传感器通信接口类型用于标识无线传感接入复用设备所提供的和无线传感器通信的无线接口类型；无线传感接入复用设备IP地址用于标识无线传感接入复用设备的发包地址。

根据本发明的第二方面，提供了无线传感接入复用设备网络接入响应消息定义。无线传感接入复用设备网络接入响应消息中所承载的信息包括：结果代码、泛在传感网络控制器描述单元、泛在传感网络控制器名称、泛在传感网络控制器支持的无线传感网络通信接口类型、无线传感接入复用设备软件版本标识符、最大消息长度。其中：结果代码用于承载对无线传感接入复用设备网络接入请求消息的响应结果；泛在传感网络控制器描述单元用于承载泛在传感网络控制器描述信息；泛在传感网络控制器名称由标识泛在传感网络控制器的字符串组成；泛在传感网络控制器支持的无线传感网络通信接口类型是指所述泛在传感网络控制器能够支持无线传感接入复用设备具有哪些无线传感网络通信接口；无线传感接入复用设备软件版本标识符被用来指出希望无线传感接入复用设备运行的软件版本号；最大消息长度用来指出无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器之间通信的消息的最大长度。

当泛在传感网络控制器接收到来自无线传感接入复用设备的无线传感接入复用设备网络接入请求消息后，会根据网络接入请求消息的内容，来进行准入判断。并根据准入判断的结果，立刻返回无线传感接入复用设备网络接入响应消息。无线传感接入复用设备网络接入响应消息中的结果代码反应了是否允许所述无线传感接入复用设备接入该泛在传感网络控制器。

当无线传感接入复用设备接收到来自泛在传感网络控制器的无线传感接入复用设备网络接入响应消息，且结果代码为成功，表示所述无线传感接入复用设备已经成为泛在传感网络控制器所控制的无线传感网络的一部分，无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器之间的控制通道建立。

根据本发明的第三方面，提供了连接请求消息定义。连接请求消息中不承载任何信息元。连接请求消息用于保持泛在传感网络控制器和无线传感接入复用设备之间的控制通道的连接状态。无线传感接入复用设备会周期性地发送连接请求消息到泛在传感网络控制器。

根据本发明的第四方面，提供了连接请求响应消息定义。连接请求响应消息中不承载任何信息元。当泛在传感网络控制器接收到来自无线传感接入设备的连接请求消息后，会返回连接请求响应消息给所述无线传感接入复用设备。

连接请求和连接请求响应消息的使用，可以使无线传感接入复用设备及时检测与泛在传感网络控制器间的控制通道的连接状态。若无线传感接入复用设备不能及时收到连接请求响应消息，则表示无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间的控制通道连接失效，无线传感接入复用设备将重新启动泛在传感网络控制器发现流程，并建立和新发现的泛在传感网络控制器之间的网络连接。若泛在传感网络控制器不能在定时周期内收到来自无线传感接入复用设备的连接请求消息，则表示无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间的控制通道连接失效，泛在传感网络控制器将所述无线传感接入复用设备从无线传感网络拓扑中去除，停止为该无线传感接入复用设备提供网络接入服务。

根据本发明的第五方面，提供了无线传感接入复用设备的网络接入过程的处理流程。其中，包括以下步骤：

a)无线传感接入复用设备发送无线传感接入复用设备网络接入请求消息到泛在传感网络控制器；

b)泛在传感网络控制器进行准入检查，判断是否接受所述无线传感接入复用设备的网络接入请求；

c)泛在传感网络控制器发送无线传感接入复用设备网络接入响应消息给所述无线传感接入复用设备，消息中的结果代码表示是否接受所述无线传感接入复用设备的网络接入请求。

根据本发明的第六方面，提供了无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间控制通道的维护流程。其中，包括以下步骤：

a)无线传感接入复用设备发送连接请求消息给泛在传感网络控制器；

b)泛在传感网络控制器在接收到连接请求消息后，发送连接请求响应消息给所述无线传感接入复用设备。

当无线传感接入复用设备实现到泛在传感网络控制器的网络接入过程后，为了维护其间的通信连接，无线传感接入复用设备会周期性地发送连接请求消息到泛在传感网络控制器，执行控制通道连接的维护过程，以维护和泛在传感网络控制器之间的通信连接。

采用本发明的方案，无线传感接入复用设备可以自动实现到泛在传感网络控制器的网络接入，建立与泛在传感网络控制器的控制连接，并监控所述控制连接链路的状态。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了集中控制式无线传感网络的系统架构图；

图2示出了无线传感接入复用设备硬件描述单元格式示意图；

图3示出了无线传感接入复用设备描述单元格式示意图；

图4示出了泛在传感网络控制器描述单元格式示意图；

图5示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感接入复用设备的网络接入过程的流程图；

图6示出了根据本发明的一个具体实施例的无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间控制通道的维护过程的流程图。

其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的步骤特征或装置/模块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。

以下，对结合图2和图3对本发明的第一方面进行描述，其中，图1及其相关描述在此一并作为参考。

无线传感接入复用设备网络接入请求消息中所承载的信息包括：无线传感接入复用设备位置信息、无线传感接入复用设备硬件描述单元、无线传感接入复用设备描述单元、无线传感接入复用设备名称、会话标识、无线传感接入复用设备管理模式、无线传感器通信接口类型、无线传感接入复用设备IP地址。其中：

无线传感接入复用设备位置信息可以被网络管理员预先配置，用来表示无线传感接入复用设备的部署位置。

无线传感接入复用设备硬件描述单元格式如图2所示，它用于承载无线传感接入复用设备的硬件信息，包括：设备生产厂商标识、参数类型、参数值长度、参数值、可选参数信息。设备生产厂商表示表示无线传感接入复用设备的生产厂商；参数类型包括以下几类：1-无线传感接入复用设备序列号、2-无线传感接入复用设备硬件标识符、3-无线传感接入复用设备MAC地址；参数值长度表示参数值域所承载的数据的长度字节数；参数值域承载参数的值。

无线传感接入复用设备描述单元格式如图3所示，它用于承载无线传感接入复用设备信息，包括：最大无线接口数量、当前无线接口、加密能力参数、设备生产厂商标识符、参数类型、参数值长度、参数值。其中，最大无线接口数量用于表示无线传感接入复用设备所支持的无线传感器通信连接最大接口数量，无线传感接入复用设备可以支持单个无线传感器通信接口，如：802.15.4/Zigbee、Wi-Fi等，也可能同时提供几种传感器通信接口支持；当前无线接口用于表示无线传感接入复用设备当前正在使用的无线传感器通信接口数量，即无线传感接入复用设备当前正在用几种通信接口和无线传感器节点连接；加密能力参数，用于通知泛在传感网络控制器关于无线传感接入复用设备是否具有对传输的数据流的加密能力，0表示无加密能力，1表示有加密能力；设备生产厂商标识符用于表示无线传感接入复用设备的生产厂商的标识；参数类型包括：0-硬件版本号、1-运行的软件版本号、2-无线传感接入复用设备引导程序版本号、3-其他软件版本号，如：无线传感接入复用设备非运行软件版本号；参数值长度表示参数值域的长度字节数；参数值表示指定参数类型的值信息。

无线传感接入复用设备名称用于承载无线传感接入复用设备名字。

会话标识是随机产生的32位长度整数作为本消息的会话标识。

无线传感接入复用设备管理模式用于指出无线传感接入复用设备的管理模式，1表示本地管理模式、2表示远程管理模式。

无线传感器通信接口类型用于指出无线传感接入复用设备所提供的和无线传感器通信的无线接口类型，如：802.15.4/Zigbee、Wi-Fi等。

无线传感接入复用设备IP地址用于指出无线传感接入复用设备发包地址，这个域在NAT检测时将被用到，泛在传感网络控制器可以通过此域判别其和无线传感接入复用设备之间的网络连接中是否存在NAT设备。

以下，参照图4对本发明的第二方面进行描述，其中，图1及其相关描述在此一并作为参考。

无线传感接入复用设备网络接入响应消息中所承载的信息包括：结果代码、泛在传感网络控制器描述单元、泛在传感网络控制器名称、泛在传感网络控制器支持的无线传感网络通信接口类型、无线传感接入复用设备软件版本标识符、最大消息长度。其中：

结果代码表示对无线传感接入复用设备网络接入请求消息的响应结果，0表示网络接入成功，1表示网络接入失败。

泛在传感网络控制器描述单元用于承载泛在传感网络控制器描述信息，包括：当前无线传感器节点数量、无线传感器节点数量限制、无线传感接入复用设备数量、无线传感接入复用设备数量限制、安全证书类型、保留域、DTLS策略、设备生产商标识符、参数类型、参数值长度、参数值。其中，当前无线传感器节点数量是指所述泛在传感网络控制器目前所管理的无线传感器节点个数；无线传感器节点数量限制是指所述泛在传感网络控制器最大可以管理的无线传感器节点数量；无线传感接入复用设备数量是指所述泛在传感网络控制器目前所连接的无线传感接入复用设备数量；无线传感接入复用设备数量限制是指所述泛在传感网络控制器最大可以连接的无线传感接入复用设备数量；安全证书类型表示泛在传感网络控制器支持的安全证书类型，1表示X.509证书形式，2表示预先共享密钥方式；保留域是指为未来扩展所保留的信息域；DTLS策略是指泛在传感网络控制器和无线传感接入复用设备间数据传输是否使用DTLS加密方式，0表示明文传输，1表示DTLS加密；设备生产厂商标识符用于表示无线传感接入复用设备的生产厂商的标识；参数类型表示参数值域内承载的参数的类型，4表示泛在传感网络控制器硬件版本号，5表示泛在传感网络控制器软件版本号；参数值长度表示参数值域的长度字节数；参数值表示指定参数类型的值信息。

泛在传感网络控制器名称由标识泛在传感网络控制器的字符串组成。

泛在传感网络控制器支持的无线传感网络通信接口类型是指所述泛在传感网络控制器能够支持无线传感接入复用设备具有哪些无线传感网络通信接口，如：802.15.4、Wi-Fi等。

无线传感接入复用设备软件版本标识符被用来指出要求无线传感接入复用设备运行的软件版本号。

最大消息长度用来指出无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器之间的消息的最大长度。

以下，对本发明的第三方面进行描述，其中，图1及其相关描述在此一并作为参考。

当无线传感接入复用设备成功接入泛在传感网络控制器后，它会周期性地发送连接请求消息到它所接入的泛在传感网络控制器，以维持和泛在传感网络控制器之间的控制通道的连通性。连接请求消息中不携带任何信息元。泛在传感网络控制器通过来自无线传感接入复用设备的连接请求消息，来确认两者之间的控制通道是连通的。

以下，对本发明的第四方面进行描述，其中，图1及其相关描述在此一并作为参考。

当泛在传感网络控制器接收到来自无线传感接入复用设备的连接请求消息后，它会用连接请求响应消息应答所述无线传感接入复用设备。泛在传感网络控制器会定时收到来自无线传感接入复用设备的连接请求消息，如果泛在传感网络控制器在预配置的超时时间内未接收到来自无线传感接入设备的连接请求消息，则泛在传感网络控制器判定到所述无线传感接入复用设备的控制通道连接失效，泛在传感网络控制器将会从无线传感网络拓扑中移除所述无线传感接入复用设备及其所控制的局域无线传感网络。

根据本发明实施例，还提供了一种无线传感接入复用设备的网络接入过程的处理流程。下面根据图5并结合图1来介绍该流程。当无线传感接入复用设备通过泛在传感网络控制器发现过程获取可用的泛在传感网络控制器的IP地址后，启动网络接入过程来建立和所述泛在传感网络控制器之间的网络连接。网络接入过程包括以下处理步骤：

步骤S10，无线传感接入复用设备发送无线传感接入复用设备网络接入请求消息到泛在传感网络控制器。

步骤S11，泛在传感网络控制器在接收到无线传感接入复用设备网络接入请求消息后，根据消息中的无线传感接入复用设备信息，进行准入检查，判断是否接受该网络接入请求。

步骤S12，泛在传感网络控制器发送无线传感接入复用设备网络接入响应消息给所述无线传感接入复用设备，并在无线传感接入复用设备网络接入响应消息中的结果代码域内携带准入检查的结果。如果结果代码为成功(值为0)，则表示无线传感接入复用设备成功接入所述泛在传感网络控制器；如果结果代码为失败(值为1)，则表示所述泛在传感网络控制器拒绝无线传感接入复用设备的网络接入请求，无线传感接入复用设备的网络接入操作失败。此时，无线传感网络接入复用设备需要重新进行泛在传感网络控制器发现过程，发现其他可用的泛在传感网络控制器，并尝试与其建立网络连接。

根据本发明实施例，还提供了一种无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间控制通道的维护流程。下面根据图6并结合图1来介绍该流程。该流程包括以下处理：

步骤S20，无线传感接入复用设备发送连接请求消息到其所连接的泛在传感网络控制器。

步骤S21，泛在传感网络控制器在接收到连接请求消息后，发送连接请求响应消息给所述无线传感接入复用设备。

泛在传感网络控制器和无线传感接入复用设备通过上述流程来判断两者之间的控制通道的连通性。

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保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集中控制式无线传感网络的无线传感接入复用设备的网络接入方法，从而帮助无线传感接入复用设备动态接入泛在传感网络控制器，成为所述泛在传感网络控制器所控制的无线传感网络的拓扑的一个组成部分，其特征在于：

a)在进行网络接入过程之前，无线传感接入复用设备通过泛在传感网络控制器发现过程获取可以为其提供网络接入服务的泛在传感网络控制器的IP地址；

b)利用泛在传感网络控制器发现过程获得的可用泛在传感网络控制器IP地址，无线传感接入复用设备启动网络接入处理过程，和泛在传感网络控制器通信，请求接入所述泛在传感网络控制器；

c)无线传感接入复用设备只有在获得泛在传感网络控制器的网络接入服务后，才可以接入该泛在传感网络控制器所控制的无线传感网络体系结构，并可以开始组建以所述无线传感接入复用设备为核心的局域无线传感网络。

2.根据权利要求1所述的无线传感接入复用设备的网络接入方法，无线传感接入复用设备的网络接入处理流程的特征在于，包括以下步骤：

a)无线传感接入复用设备发送无线传感接入复用设备网络接入请求消息到泛在传感网络控制器；

b)泛在传感网络控制器进行准入检查，判断是否接受无线传感接入复用设备的网络接入请求；

c)泛在传感网络控制器发送无线传感接入复用设备网络接入响应消息给无线传感接入复用设备，消息中的结果代码表示是否接受无线传感接入复用设备的网络接入请求。

3.根据权利要求2所述的无线传感接入复用设备的网络接入处理流程，无线传感接入复用设备网络接入请求消息的特征在于：

a)无线传感接入复用设备网络接入请求消息被无线传感接入复用设备用于向泛在传感网络控制器请求网络接入服务；

b)无线传感接入复用设备网络接入请求消息中所承载的信息包括：无线传感接入复用设备位置信息、无线传感接入复用设备硬件描述单元、无线传感接入复用设备描述单元、无线传感接入复用设备名称、会话标识、无线传感接入复用设备管理模式、无线传感器通信接口类型、无线传感接入复用设备IP地址；

c)无线传感接入复用设备位置信息用于表示无线传感接入复用设备的部署位置；

d)无线传感接入复用设备硬件描述单元用于承载无线传感接入复用设备的硬件信息；

e)无线传感接入复用设备描述单元用于承载无线传感接入复用设备信息；

f)无线传感接入复用设备名称用于标识无线传感接入复用设备名字；

g)会话标识是随机产生的32位长度整数，作为本消息的随机会话标识；

h)无线传感接入复用设备管理模式用于标识无线传感接入复用设备采用的管理模式；

i)无线传感器通信接口类型用于标识无线传感接入复用设备所提供的和无线传感器通信的无线接口类型；

j)无线传感接入复用设备IP地址用于标识无线传感接入复用设备的发包地址。

4.根据权利要求2所述的无线传感接入复用设备的网络接入处理流程，无线传感接入复用设备网络接入响应消息的特征在于：

a)无线传感接入复用设备网络接入响应消息中所承载的信息包括：结果代码、泛在传感网络控制器描述单元、泛在传感网络控制器名称、泛在传感网络控制器支持的无线传感网络通信接口类型、无线传感接入复用设备软件版本标识符、最大消息长度；

b)结果代码用于表示对无线传感接入复用设备网络接入请求消息的响应结果；

c)泛在传感网络控制器描述单元用于承载泛在传感网络控制器描述信息；

d)泛在传感网络控制器名称由标识泛在传感网络控制器的字符串组成；

e)泛在传感网络控制器支持的无线传感网络通信接口类型是指所述泛在传感网络控制器能够支持无线传感接入复用设备具有哪些无线传感网络通信接口；

f)无线传感接入复用设备软件版本标识符被用来指出要求无线传感接入复用设备运行的软件版本号；

g)最大消息长度用来指出无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器之间通信的消息的最大长度。

5.一种无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间控制通道的维护流程，其特征在于，包含以下步骤：

a)无线传感接入复用设备发送连接请求消息到泛在传感网络控制器；

b)泛在传感网络控制器在接收到连接请求消息后，发送连接请求响应消息给所述无线传感接入复用设备。

6.根据权利要求5所述的无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间控制通道的维护流程，其特征还在于：当无线传感接入复用设备实现到泛在传感网络控制器的网络接入过程后，无线传感接入复用设备会周期性地发送连接请求消息到泛在传感网络控制器，执行控制通道的维护过程，以维护和泛在传感网络控制器之间的通信连接。

7.根据权利要求5所述的无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间控制通道的维护流程，其特征还在于：

a)若无线传感接入复用设备在预定义的超时时间内没有收到泛在传感网络控制器发来的连接请求响应消息，则表示无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间的控制通道连接失效，无线传感接入复用设备将重新启动泛在传感网络控制器发现流程，发现可用的泛在传感网络控制器，并建立和新发现的泛在传感网络控制器之间的网络连接；

b)若泛在传感网络控制器不能在预定义的超时时间内收到来自无线传感接入复用设备的连接请求消息，则表示无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间的控制通道连接失效，泛在传感网络控制器会将所述无线传感接入复用设备从无线传感网络拓扑中去除，停止为该无线传感接入复用设备提供网络接入服务。

8.根据权利要求5所述的无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间控制通道的维护流程，连接请求消息的特征在于：

a)连接请求消息用于保持泛在传感网络控制器和无线传感接入复用设备之间的控制通道的连通状态；

b)连接请求消息中不承载任何信息元；

c)无线传感接入复用设备会周期性地发送连接请求消息到泛在传感网络控制器。

9.根据权利要求5所述的无线传感接入复用设备和泛在传感网络控制器间控制通道的维护流程，连接请求响应消息的特征在于：

a)连接请求响应消息中不承载任何信息元；

b)当泛在传感网络控制器接收到来自无线传感接入复用设备的连接请求消息后，会用连接请求响应消息应答所述无线传感接入复用设备。

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