CN102958129B - 基于olsr协议的路由方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于OLSR协议的路由方法,包括以下步骤:将源节点的原始数据包以n个为一批进行网络编码,得到多个数据分组;将数据分组广播给一组被所源节点选定的多点中继节点;一组被源节点选定的多点中继节点中的每一个对接收到的数据分组进行再次网络编码,并广播给下一组多点中继节点,如此重复,直到多点中继节点收到目的节点的确认信息;及目的节点对接收到的数据分组进行解码,得到原始数据包。由于采用广播形式传递数据分组,可避开由于重建路由所引起的网络资源消耗,而网络编码则能有效的避免数据的重复传送。因此,上述方法突破了传统路由协议带来的吞吐量瓶颈,有效提升了自组织网络的网络吞吐量。此外,还提供一种基于OLSR协议的路由系统。

Description

基于OLSR协议的路由方法及系统
【技术领域】
本发明涉及一种网络技术,特别是涉及一种基于OLSR协议的路由方法及系统。
【背景技术】
自组织网络路由面临的主要挑战是传统的保存在节点中的分布式路由数据库如何适应网络拓扑的动态变化。自组织网络中多跳路由是由普通节点协作完成的,而不是由专用的路由设备完成的。因此,必须设计专用的、高效的无线多跳路由协议。目前,一般普遍得到认可的代表性成果协议除了有较为成熟的OLSR协议,还有DSDV(目的序列距离矢量)路由协议、DSR(动态路由)协议,RFC4728、TORA(临时按需)路由算法、AODV(Adhoc按需距离矢量)路由协议,RFC3561等。
然而,这些基于自组织网络的路由协议与OLSR一样为固定路由协议,当链路断开,其更新路由表时仍然需要一定的时间并丢失一部分数据包。在链路状态不好,网络流量过大或者网络拓扑多变的情况下将限制网络整体吞吐量的提升。
【发明内容】
鉴于上述状况,有必要提供一种能有效提升网络吞吐量的基于OLSR协议的路由方法及系统。
一种基于OLSR协议的路由方法,用于无线终端在无线自组织网络中传输数据,基于OLSR协议的无线自组织网络包括多个多点中继节点及与所述多点中继节点连接的普通节点,所述多点中继节点之间相互转发包含与普通节点连接的链路子集信息的控制分组,所述普通节点仅接收多点中继节点发布的控制分组,发送原始数据包的源节点以及接收原始数据包的目的节点均为所述多点中继节点之一,包括以下步骤:
将源节点的原始数据包以n个为一批进行网络编码,得到多个数据分组,所述数据分组包括编码数据和编码向量;
将所述数据分组广播给一组被所述源节点选定的多点中继节点;
所述一组被源节点选定的多点中继节点中的每一个对接收到的所述数据分组进行再次网络编码,并广播给下一组多点中继节点,如此重复,直到多点中继节点收到目的节点的确认信息;及
所述目的节点对接收到的数据分组进行解码,得到所述原始数据包。
进一步地,还包括:每一个多点中继节点在转发数据分组之前,还需要比较各多点中继节点的优先级,并选择优先级最高的一组多点中继节点进行转发。
进一步地,所述网络编码为随机线性编码,具体方式如下:
所述源节点产生的原始数据包信息为M1…Mn,则经过随机线性编码后的编码数据X可表示为
X = Σ i = 1 n g i M i
其中g1,g2,…,gn是从有限域GF(28)中独立选取的编码系数,它们组成一个编码向量g;传输的数据分组包括编码向量g和编码数据X,其中编码向量g用于接收端解码。
进一步地,对所述数据分组进行再次网络编码为随机线性编码,具体方式如下:
若一个节点已经接收和存储的数据分组(g1,X1),(g2,X2)…,(gm,Xm)的数据分组数量达到预设的数量m,则该节点从有限域中随机选定编码系数h1,h2,…,hm,并利用下面的公式:
X ′ = Σ j = 1 m h j X i
g ′ = Σ j = 1 m h j g j
得到新的数据分组(g′,X′),Xm为节点储存的数据分组中的编码数据,这一过程在若干个中继节点中重复进行。
进一步地,每个节点在收到新的数据分组时,先判断是否与已保存的数据分组线性独立,若线性独立,则将新的数据分组保存到节点,否则,则丢弃新的数据分组。
进一步地,每个节点在收到新的数据分组时,要先判断本节点是否比发送所述新的数据分组的节点具有更高的优先级,若具有更高优先级,则将新的数据分组保存到节点,否则,则丢弃新的数据分组。
进一步地,节点之间优先级的高低是通过分析各节点到目的节点的跳数获得的,到目的节点跳数越少的节点优先级越高。
进一步地,在OLSR协议中的控制分组中加入了节点的路由信息,使得Hello控制包可使各节点获得其邻居节点达到目的节点的跳数信息。
进一步地,所述目的节点的确认信息为ACK应答包。
进一步地,目的节点发送ACK应答包的方式为广播方式,信道上所有收到ACK应答包的节点都将停止这一批数据分组的转发。
进一步地,源节点在上一批数据分组发送完成后就开始下一批数据包的发送,并将上一批编码过的数据分组保存,当在一定的限制时间内收到ACK应答包后便清除保存的上一批数据分组,若超出限制时间还未收到ACK应答包,则重新发送上一批数据分组。
进一步地,目的节点在接收到大于等于n个线性无关的数据分组后,通过高斯消元法解出所述原始数据包。
此外,还提供一种基于OLSR协议的路由系统,该系统包含若干个节点,每个节点包括:
编码模块,用于将节点的原始数据包进行网络编码,得到数据分组,所述数据分组包括编码数据和编码向量;
存储模块,用于存储数据,所述数据包括接收到的数据分组以及经过本节点编码后的数据分组;
发送模块,用于本节点编码得到的将数据分组以广播的形式发送给下一组节点;及
解码模块,用于在接收大于等于原始数据包个数的数据分组后进行解码,得到原始数据包,并发送确认信息。
进一步地,所述发送模块还包括比较模块,所述比较模块用于比较各节点之间的优先级。
进一步地,所述存储模块还包括判断模块,用于接收所述解码模块发送的所述确认信息,判断数据传输是否完成。
进一步地,所述判断模块还设有时钟,若所述判断模块在限制时间内未收到所述确认信息,所述发送模块从所述存储模块中获取本节点编码过的数据分组,并重新发送;若所述判断模块在限制时间内收到所述确认信息,则清除存储模块中本节点编码过的数据分组。
进一步地,所述存储模块还包括分析模块,用于分析收到的数据分组是否与存储的数据分组线性独立,若是,则将所述数据分组存储到所述存储模块,否则,则丢弃所述数据分组;所述分析模块还用于分析数据分组是否来在优先级较低的节点,若是,则将所述数据分组存储到所述存储模块,否则,则丢弃所述数据分组。
上述基于OLSR协议的路由方法及系统,通过编码模块对数据包进行网络编码,得到数据分组,发送模块数据分组以及机会路由的方式广播出去。机会路由在链路状态不稳定的情况下,能够避开重建路由所引起的网络资源消耗,而网络编码则能有效的避免数据的重复传送。因此,上述方法及系统突破了传统路由协议带来的吞吐量瓶颈,有效提升了自组织网络的网络吞吐量。
【附图说明】
图1为一实施例中基于OLSR协议的路由方法的流程图;
图2为另一实施例中基于OLSR协议的路由方法的流程图;
图3为多点中继节点转发数据分组的流程图;
图4为节点对接收到的数据分组处理的流程图;
图5为节点对接收到的数据分组处理的流程图;
图6为一实施例中基于OLSR协议的路由系统的模块图;
图7为图6所示基于OLSR协议的路由系统的详细模块图;
图8为改进后的Hello控制包的信息。
【具体实施方式】
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1,一种基于OLSR协议的路由方法,用于无线终端在无线自组织网络中传输数据,基于OLSR协议的无线自组织网络包括多个多点中继节点及与所述多点中继节点连接的普通节点,所述多点中继节点之间相互转发包含与普通节点连接的链路子集信息的控制分组,所述普通节点仅接收多点中继节点发布的控制分组,发送原始数据包的源节点以及接收原始数据包的目的节点均为所述多点中继节点之一,其步骤包括S110~S140:
步骤S110,将源节点的原始数据包以n个为一批进行网络编码,得到多个数据分组,所述数据分组包括编码数据和编码向量。
在本实施例中,网络编码为随机线性编码,具体方式如下:
所述源节点产生的原始数据包信息为M1…Mn,则经过随机线性编码后的编码数据X可表示为
X = Σ i = 1 n g i M i
其中g1,g2,…,gn是从有限域GF(28)中独立选取的编码系数,它们组成一个编码向量g;传输的数据分组包括编码向量g和编码数据X,其中编码向量g用于接收端解码。可以理解,在其他实施例中,网络编码还可以采取非线性编码,或是在不同的有限域内选取编码系数进行线性编码。
步骤S120,将所述数据分组广播给一组被所述源节点选定的多点中继节点。即发送的数据分组并不是按一条固定的最佳路径传输,发送的数据分组也并不是单播给某一个中间节点,而是利用无线网络的广播传输特性将数据分组转发给一组选定的多点中继节点。
步骤S130,所述一组被源节点选定的多点中继节点中的每一个对接收到的所述数据分组进行再次网络编码,并广播给下一组多点中继节点,如此重复,直到多点中继节点收到目的节点的确认信息。在本实施例中,对数据分组进行再次网络编码为随机线性编码,具体方式如下:
若一个节点已经接收和存储的数据分组(g1,X1),(g2,X2)…,(gm,Xm)的数据分组数量达到预设的数量m,则该节点从有限域中随机选定编码系数h1,h2,…,hm,并利用下面的公式:
X ′ = Σ j = 1 m h j X i
g ′ = Σ j = 1 m h j g j
得到新的数据分组(g′,X′),Xm为节点储存的数据分组中的编码数据,这一过程在若干个中继节点中重复进行。
此外,目的节点的确认信息为ACK应答包,目的节点发送ACK应答包的方式为广播方式,信道上所有收到ACK应答包的节点都将停止这一批数据分组的转发。
请参阅图3,多点中继节点广播数据分组包括步骤S131~S133:
步骤S131,比较各多点中继节点的优先级。在本实施例中节点之间优先级的高低是通过分析各节点到目的节点的跳数获得的,到目的节点跳数越少的节点优先级越高。在OLSR协议中的控制分组(即Hello控制包)中加入了节点的路由信息,使得Hello控制包可使各节点获得其邻居节点达到目的节点的跳数信息,改进后的Hello控制包如图8所示,图中大括号包括的部分即使对传统Hello控制包做出的改进。可以理解,获得个节点优先级的方式还可以通过其他方式,如根据ETX(expectedtransmissioncount)、地理距离来确定各节点的优先级。
步骤S133,并选择优先级比前一跳高的一组多点中继节点再次转发新的数据分组给下一组节点。
步骤S140,所述目的节点对接收到的数据分组进行解码,得到所述原始数据包。在本实施例中,目的节点在接收到大于等于n个线性无关的数据分组后,通过高斯消元法解出所述原始数据包。
在另一实施例中,基于OLSR协议的路由方法的具体流程如图2所示。包括步骤S210~S250:
步骤S210,将源节点的原始数据包以n个为一批进行网络编码,得到多个数据分组,所述数据分组包括编码数据和编码向量。
在本实施例中,网络编码为随机线性编码,具体方式如下:
所述源节点产生的原始数据包信息为M1…Mn,则经过随机线性编码后的编码数据X可表示为
X = Σ i = 1 n g i M i
其中g1,g2,…,gn是从有限域GF(28)中独立选取的编码系数,它们组成一个编码向量g;传输的数据分组包括编码向量g和编码数据X,其中编码向量g用于接收端解码。可以理解,在其他实施例中,网络编码还可以采取非线性编码,或是在不同的有限域内选取编码系数进行线性编码。
步骤S220,将所述数据分组广播给一组被所述源节点选定的多点中继节点。即发送的数据分组并不是按一条固定的最佳路径传输,发送的数据分组也并不是单播给某一个中间节点,而是利用无线网络的广播传输特性将数据分组转发给一组选定的多点中继节点。
步骤S230,所述一组被源节点选定的多点中继节点中的每一个对接收到的所述数据分组进行再次网络编码,并广播给下一组多点中继节点,如此重复,直到多点中继节点收到目的节点的确认信息。在本实施例中,对数据分组进行再次网络编码为随机线性编码,具体方式如下:
若一个节点已经接收和存储的数据分组(g1,X1),(g2,X2)…,(gm,Xm)的数据分组数量达到预设的数量m,则该节点从有限域中随机选定的编码系数h1,h2,…,hm,并利用下面的公式:
X ′ = Σ j = 1 m h j X i
g ′ = Σ j = 1 m h j g j
得到新的数据分组(g′,X′),Xm为节点储存的数据分组中的编码数据,这一过程在若干个中继节点中重复进行。
此外,目的节点的确认信息为ACK应答包,目的节点发送ACK应答包的方式为广播方式,信道上所有收到ACK应答包的节点都将停止这一批数据分组的转发。
请参阅图3,多点中继节点广播数据分组包括步骤S131~S133:
步骤S131,比较各中继节点的优先级。
在本实施例中节点之间优先级的高低是通过分析各节点到目的节点的跳数获得的,到目的节点跳数越少的节点优先级越高。在OLSR协议中的控制分组中加入了节点的路由信息,使得Hello控制包可使各节点获得其邻居节点达到目的节点的跳数信息,改进后的Hello控制包如图8所示。可以理解,获得个节点优先级的方式还可以通过其他方式,如根据ETX(expectedtransmissioncount)、地理距离来确定各节点的优先级。
步骤S133,并选择优先级比前一跳高的一组多点中继节点再次转发新的数据分组给下一组节点。
步骤S240,所述目的节点对接收到的数据分组进行解码,得到所述原始数据包。在本实施例中,目的节点在接收到大于等于n个线性无关的数据分组后,通过高斯消元法解出所述原始数据包。
步骤S250,判断上一批数据分组是否传输成功。若是,则继续下一批数据分组的传输;否则,重新传输上一批数据分组。
在本实施例中,源节点在上一批数据分组发送完成后就开始下一批数据包的发送,并将上一批编码过的数据分组保存,当在一定的限制时间内收到ACK应答包后便清除保存的上一批数据分组,若超出限制时间还未收到ACK应答包,则重新发送上一批数据分组。
请参阅图4,上述基于OLSR协议的路由方法的步骤中,每个节点在接收上一跳节点传来的数据分组时,都要对数据分组的线性相关性进行分析,其步骤包括:
步骤S310,接收到数据分组。
步骤S320,判断所接收到的数据分组是否已经收到的数据分组线性独立。
步骤S330,若是,则将新的数据分组缓存到节点,并返回步骤S310,接收下一组数据分组;若否,则丢弃该数据分组,然后返回步骤S310。
请参阅图5,上述基于OLSR协议的路由方法的步骤中,每个节点在接收上一跳节点传来的数据分组时,都要对数据分组的优先级进行分析,其步骤包括:
步骤S410,接收到数据分组。
步骤S420,判断所接收到的数据分组是否来自优先级较低的节点。
步骤S430,若是,则将新的数据分组缓存到节点,并返回步骤S410,接收下一组数据分组;若否,则丢弃该数据分组,然后返回步骤S410。
上述基于OLSR协议的路由方法,采用了网络编码及机会路由的方式。机会路由在链路状态不稳定的情况下,能够避开重建路由所引起的网络资源消耗,而网络编码则能有效的避免数据的重复传送。因此,上述方法突破了传统路由协议带来的吞吐量瓶颈,有效提升了自组织网络的网络吞吐量。
本发明还提供一种基于OLSR协议的路由系统。
如图6所示,基于OLSR协议的路由系统包含若干个节点,每个节点包括编码模块110、存储模块120、发送模块130及解码模块140。
编码模块110用于将节点的数据包进行网络编码,得到数据分组,所述数据分组包括编码数据和编码向量.
存储模块120用于存储数据,所述数据包括接收到的数据分组以及经过本节点编码后的数据分组。存储模块120包括判断模块121,判断模块121用于判断数据分组传输是否完成。判断模块121还设有时钟,若判断模块121在限制时间内未收到确认信息,发送模块130从存储模块120中获取本节点编码过的数据分组,并重新发送;若判断模块121在限制时间内收到确认信息,则清除存储模块120中本节点编码过的数据分组。存储模块120还包括分析模块123还,分析模块123用于分析收到的数据分组是否与存储的数据分组线性独立,若是,则将所述数据分组存储到存储模块120,否则,则丢弃所述数据分组。分析模块123还用于分析数据分组是否来在优先级较低的节点,若是,则将数据分组存储到存储模120块,否则,则丢弃所述数据分组。
发送模块130用于将本节点编码得到的数据分组以广播的形式发送给下一组节点。发送模块130还包括比较模块131,比较模块131用于比较各节点之间的优先级。
解码模块140用于在接收大于等于原始数据包个数的数据分组后进行解码,得到原始数据包,并发送确认信息。
上述基于OLSR协议的路由方法及系统,通过编码模块110对数据包进行网络编码,得到数据分组,发送模块120将数据分组以及机会路由的方式广播出去。机会路由在链路状态不稳定的情况下,能够避开重建路由所引起的网络资源消耗,而网络编码则能有效的避免数据的重复传送。因此,上述方法及系统突破了传统路由协议带来的吞吐量瓶颈,有效提升了自组织网络的网络吞吐量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种基于OLSR协议的路由方法,用于无线终端在无线自组织网络中传输数据,基于OLSR协议的无线自组织网络包括多个多点中继节点及与所述多点中继节点连接的普通节点,所述多点中继节点之间相互转发包含与普通节点连接的链路子集信息的控制分组,所述普通节点仅接收多点中继节点发布的控制分组,发送原始数据包的源节点以及接收原始数据包的目的节点均为所述多点中继节点之一,其特征在于,包括以下步骤:
将源节点的原始数据包以n个为一批进行网络编码,得到多个数据分组,所述数据分组包括编码数据和编码向量;
将所述数据分组广播给一组被所述源节点选定的多点中继节点;
所述一组被源节点选定的多点中继节点中的每一个对接收到的所述数据分组进行再次网络编码,并广播给下一组多点中继节点,如此重复,直到多点中继节点收到目的节点的确认信息;及
所述目的节点对接收到的数据分组进行解码,得到所述原始数据包;
每一个多点中继节点在转发数据分组之前,还需要比较各多点中继节点的优先级,并选择优先级最高的一组多点中继节点进行转发。
2.如权利要求1所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,所述网络编码为随机线性编码,具体方式如下:
所述源节点产生的原始数据包信息为M1…Mn,则经过随机线性编码后的编码数据X可表示为
X = Σ i = 1 n g i M i
其中g1,g2,…,gn是从有限域GF(28)中独立选取的编码系数,它们组成一个编码向量g;传输的数据分组包括编码向量g和编码数据X,其中编码向量g用于接收端解码。
3.如权利要求2所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,对所述数据分组进行再次网络编码为随机线性编码,具体方式如下:
若一个节点已经接收和存储的数据分组(g1,X1),(g2,X2)…,(gm,Xm)的数据分组数量达到预设的数量m,则该节点从有限域中随机选定编码系数h1,h2,…,hm,并利用下面的公式:
X ′ = Σ j = 1 m h j X i
g ′ = Σ j = 1 m h j g j
得到新的数据分组(g′,X′),Xm为节点储存的数据分组中的编码数据,这一过程在若干个中继节点中重复进行。
4.如权利要求1所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,每个节点在收到新的数据分组时,先判断是否与已保存的数据分组线性独立,若线性独立,则将新的数据分组保存到节点,否则,则丢弃新的数据分组。
5.如权利要求1所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,每个节点在收到新的数据分组时,要先判断本节点是否比发送所述新的数据分组的节点具有更高的优先级,若具有更高优先级,则将新的数据分组保存到节点,否则,则丢弃新的数据分组。
6.如权利要求1或5所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,节点之间优先级的高低是通过分析各节点到目的节点的跳数获得的,到目的节点跳数越少的节点优先级越高。
7.如权利要求6所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,在OLSR协议中的控制分组中加入了节点的路由信息,使得Hello控制包可使各节点获得其邻居节点达到目的节点的跳数信息。
8.如权利要求1所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,所述目的节点的确认信息为ACK应答包。
9.如权利要求8所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,目的节点发送ACK应答包的方式为广播方式,信道上所有收到ACK应答包的节点都将停止这一批数据分组的转发。
10.如权利要求9所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,源节点在上一批数据分组发送完成后就开始下一批数据包的发送,并将上一批编码过的数据分组保存,当在一定的限制时间内收到ACK应答包后便清除保存的上一批数据分组,若超出限制时间还未收到ACK应答包,则重新发送上一批数据分组。
11.如权利要求1所述的基于OLSR协议的路由方法,其特征在于,目的节点在接收到大于等于n个线性无关的数据分组后,通过高斯消元法解出所述原始数据包。
12.一种基于OLSR协议的路由系统,用于无线终端在无线自组织网络中传输数据,基于OLSR协议的无线自组织网络包括多个多点中继节点及与所述多点中继节点连接的普通节点,所述多点中继节点之间相互转发包含与普通节点连接的链路子集信息的控制分组,所述普通节点仅接收多点中继节点发布的控制分组,发送原始数据包的源节点以及接收原始数据包的目的节点均为所述多点中继节点之一;所述源节点将原始数据包进行网络编码得到多个数据分组,所述数据分组包括编码数据和编码向量,并将所述数据分组广播给被源节点选定的一组多点中继节点,所述路由系统包含若干个多点中继节点,其特征在于,每个多点中继节点包括:
编码模块,用于将多点中继节点接收到的数据分组进行再次网络编码,得到数据分组,所述数据分组包括编码数据和编码向量;
存储模块,用于存储数据,所述数据包括接收到的数据分组以及经过本多点中继节点编码后的数据分组;
发送模块,用于将本多点中继节点编码得到的数据分组以广播的形式发送给下一组多点中继节点;及
解码模块,用于在接收大于等于原始数据包个数的数据分组后进行解码,得到原始数据包,并发送确认信息;
比较模块,用于比较各多点中继节点之间的优先级。
13.如权利要求12所述的基于OLSR协议的路由系统,其特征在于,所述存储模块还包括判断模块,用于接收所述解码模块发送的所述确认信息,判断数据传输是否完成。
14.如权利要求13所述的基于OLSR协议的路由系统,其特征在于,所述判断模块还设有时钟,若所述判断模块在限制时间内未收到所述确认信息,所述发送模块从所述存储模块中获取本节点编码过的数据分组,并重新发送;若所述判断模块在限制时间内收到所述确认信息,则清除存储模块中本节点编码过的数据分组。
15.如权利要求12所述的基于OLSR协议的路由系统,其特征在于,所述存储模块还包括分析模块,用于分析收到的数据分组是否与存储的数据分组线性独立,若是,则将所述数据分组存储到所述存储模块,否则,则丢弃所述数据分组;所述分析模块还用于分析数据分组是否来在优先级较低的节点,若是,则将所述数据分组存储到所述存储模块,否则,则丢弃所述数据分组。
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