CN103857050A - 一种td-lte集群通信系统中资源调度的方法 - Google Patents

Abstract

一种TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，所述方法包括：根据呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级确定数据业务的优先级因子；按照从大到小的顺序排序所述优先级因子，将资源块依据分配给所述优先级因子对应的数据业务；所述呼叫优先级由所述业务的类型确定，所述业务绝对优先级是由具体系统需求确定的，所述业务相对优先级是由系统需求确定的。应用本发明实施例后，能够保证系统内重要通信业务优先获得通信资源，并在负载较重时及时传送重要通信业务。

Description

一种TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法

技术领域

本申请涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法。

背景技术

TD-LTE技术是新一代宽带移动通信无线接入技术，与现有2G、3G移动通信系统的无线接入技术相比，其具有传输速率高、传输时延小、高业务的服务质量（QoS）保证等特点。在现有的TD-LTE技术上，增加集群业务的特性，实现TD-LTE宽带数字集群通信系统是集群通信系统的发展方向。

基于TD-LTE技术的宽带数字集群通信系统围绕“语音”、“数据”、“视频”这三个基本服务来构建各种应用，具体包括可视组呼、多媒体集群调度、移动执法、协同办公、城市应急联动、视频监控、宽带物联数据接入等业务。由于宽带集群基站设备和终端设备需要承载多种类型的集群业务，不仅要考虑系统吞吐量及容量的最大化，更要保证高优先级请求得到优先和可靠处理。

为了实现集群组呼业务快速呼叫建立，针对点对多点业务的特性，在TD-LTE技术的基础上修改空中接口方案，增加新的逻辑信道和传输信道，具体包括如下：

1、集群组呼下行逻辑信道

1）集群寻呼控制信道（TPCCH）为点到多点的寻呼中，一个集群组的UEs的下行寻呼信道，该信道携带组呼寻呼信息。

2）集群控制信道（TCCH）为点到多点的为一个集群组的UEs传输控制信息的下行信道，该信道携带集群呼叫建立、呼叫释放、话语权通知等控制信息。

3）集群业务信道（TTCH）为点到多点的为一个集群组的UEs传递业务信息的下行信道，该信道传递集群点对多点业务数据。

2、传输信道

根据集群寻呼控制逻辑信道的特点，增加承载集群寻呼控制逻辑信道的传输信道，为集群寻呼传输信道（TPCH）。

3、逻辑信道、传输信道和物理信道的映射关系

集群寻呼控制信道TPCCH的映射途径是TPCCH—TPCH—物理下行共享信道（PDSCH）；集群控制信道TCCH的映射途径是TCCH—下行共享传输信道（DL-SCH）—PDSCH；集群业务信道TTCH的映射途径是TTCH—DL-SCH—PDSCH。

在LTE系统中常用的调度方法主要可分为：轮询、最大载干比、正比公平。

1、轮询

轮询在考虑用户之间的公平性时，一般都把轮询调度方法作为衡量的标准。这种方法没有特定的优先级排序方法，循环地调度每个用户，即从调度概率上说，每个用户占用服务资源的概率相同。

使用轮询方法进行调度时，与最大载干比算法相同，并不考虑用户的以往被服务情况，即是无记忆性方式。轮询方法是一种最公平的算法，但该算法的资源利用率不高，因为当某些用户的信道条件非常恶劣时也会得到等概率的服务，因此系统的吞吐量可能比较低。

2、最大载干比

最大载干比方法是在选择被调度用户时，只选择载干比最大的用户，即让信道条件最好的用户占用资源传输数据，当该用户信道变差后，再选择其他信道条件最好的用户。

这种方法的优先级排序根据用户信道质量的好坏，基站始终为当前时刻信道条件最好的用户服务。最大载干比算法获取的吞吐量是吞吐量的极限值，但在移动通信系统中，用户所处的位置不同，其所接收的信号强度不一样，最大载干比算法只照顾了离基站近、信道条件好的用户，而其他离基站较远的用户则无法得到相应的服务，基站的服务覆盖范围非常小。最大载干比调度算法保证了小区的最大吞吐量，但是没有考虑用户之间的公平性。

3、正比公平

正比公平方法的优先级排序根据用户的信道质量和过去一段时间获得的吞吐量综合考虑，能够在系统吞吐量和用户公平性之间取得一定的折中，是目前采用较多的一种方法。

TD-LTE集群系统使用上述三种常用调度方法的优先级排序策略，则无法保证系统内重要通信业务优先获得通信资源，在负载较重时重要通信业务无法得到即时传送，无法确保为网络中重要用户/业务提供服务。

发明内容

本发明实施例提出一种TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，能够保证系统内重要通信业务优先获得通信资源，并在负载较重时及时传送重要通信业务。

本发明实施例的技术方案如下：

一种TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，所述方法包括：

根据呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级确定数据业务的优先级因子；

按照从大到小的顺序排序所述优先级因子，将资源块依据分配给所述优先级因子对应的数据业务；

所述呼叫优先级由所述业务的类型确定，所述业务绝对优先级是由具体系统需求确定的，所述业务相对优先级是由系统需求确定的。

所述根据呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级确定数据业务的优先级因子包括：

呼叫优先级对应的第一比特数占用所述优先级因子的高比特位，业务绝对优先级对应的第二比特数占用所述优先级因子的中间比特位，业务相对优先级对应的第三比特数占用所述优先级因子的低比特位。

所述呼叫优先级由所述业务的类型确定包括：

设置所有信令业务的呼叫优先级为最大值；

在E-RAB建立请求消息中有优先权信息，则根据优先权信息对应的比特值设置呼叫优先级；

在E-RAB建立请求消息中没有优先权信息，则设置非集群业务的呼叫优先级为最小值。

所述优先权信息是在E-RAB建立成功的过程中存在集群承载时增加的。

所述优先权信息占用8比特。

所述优先权信息由紧急/非紧急呼叫、呼叫类型、主叫终端优先级和组优先级决定，并根据不同的用户确定优先级。

所述优先权信息由紧急/非紧急呼叫、呼叫类型、主叫终端优先级和业务类型决定，并根据不同的用户确定优先级。

所述优先权信息等于1-255中任意一数字，基站按照集群承载处理所述优先权信息对应的消息；所述优先权信息等于0，基站按照标准LTE承载处理所述优先权信息对应的消息。

所述业务绝对优先级是由具体系统需求确定的包括：所述业务绝对优先级按照具体系统需求要求优先级从高到低的排序为，

公共控制信道CCCH业务、集群控制信道TCCH业务、QoS等级指示QCI=5的业务、专用控制信道DCCH业务、集群组呼语音业务、集群组呼视频业务、新接入的集群单呼语音业务、集群单呼视频业务、半持续调度SPS重传业务、动态调度DS重传业务、媒体接入控制MAC控制单元业务、边缘用户不满意保证比特速率GBR业务、中心用户不满意GBR业务、边缘用户不满意非保证比特速率non-GBR业务、中心用户不满意non-GBR业务、边缘用户满意GBR业务、中心用户满意GBR业务、边缘用户满意non-GBR业务和中心用户满意non-GBR业务。

所述业务相对优先级是由系统需求确定的包括：所述业务相对优先级是由用户的信道质量、业务满意度和QCI特性确定的。

所述业务相对优先级是由用户的信道质量、业务满意度和QCI特性确定的包括：

业务相对优先级=用户的归一化宽带传输效率/（业务满意度*QCI等级的归一化因子）。

对于GBR业务，所述业务满意度

为t时刻业务i的逻辑信道的MAC层的有效数据速率， $\stackrel{\‾}{R}(i,t)=(1-\frac{1}{T_c})*(i,t-1)+\frac{1}{T_c}*R(i,t),$ 为平滑因子，R(i,t)为t时刻业务i逻辑信道MAC层的有效瞬时速率；R_GBR(i)为业务i的逻辑信道GBR体现在MAC层的有效数据速率。

对于non-GBR业务，所述业务满意度 $\mathrm{Sat}(i,t)=\frac{T\_{\mathrm{delay}}_i-\mathrm{Timer}\_\mathrm{threshold}}{\mathrm{WT}(i,t)},$ T_delay_i为通过业务i的QCI等级对应的分组延迟预算PDB折算到无线链路控制RLC端到端的时延要求；Timer_threshold为non-GBR业务在RLC层允许的时延门限；WT(i,t)为截至到子帧t业务i的最先到达的数据包的等待时间。

从上述技术方案中可以看出，在本发明实施例中根据呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级确定数据业务的优先级因子；按照从大到小的顺序排序所述优先级因子，将资源块依据分配给所述优先级因子对应的数据业务；所述呼叫优先级由所述业务的类型确定，所述业务绝对优先级是由具体系统需求确定的，所述业务相对优先级是由系统需求确定的。由于呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级有效地保证集群系统内重要通信业务优先分配资源，特别是在负载较重时重要通信信息可得到即时传送，确保集群系统中重要用户/业务的服务质量。

附图说明

图1为TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法流程示意图；

图2为优先级因子结构示意图；

图3为E-RAB建立流程图；

图4为优先原则一的优先级排序示意图；

图5为优先原则二的优先级排序示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

在本发明实施例中，根据呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级确定数据业务的优先级因子；按照从大到小的顺序排序所述优先级因子，将资源块依据分配给所述优先级因子对应的数据业务。由于考虑到呼叫优先级，及与业务有关的业务绝对优先级和业务相对优先级，因此能够保证系统内重要通信业务优先获得通信资源，并在负载较重时及时传送重要通信业务。

参见附图1是TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤101、根据呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级确定数据业务的优先级因子。

优先级因子由呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级三部分构成。为了便于理解，以优先级因子为24bit来说明（如附图2所示）。但在实际应用中，并不局限于24比特，可根据具体情况进行调整。

对于长度为24bit的优先级因子，呼叫优先级使用24bit中的高8bit，业务绝对优先级使用其中间8bit，业务相对优先级使用其低8比特。

下面分别详细介绍呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级。

1、呼叫优先级根据业务类型确定，具体分以下三种情况。

1）所有信令业务（包含TCCH、DCCH等所有信令和SIP信令业务）将其呼叫优先级设置为最大值，如对于24bit的优先级因子而言，其高8bit的值为255，即FF。

2）所有集群业务（包含TTCH和其它集群业务）将其呼叫优先级设置为优先权信息（Priority Info）信元携带优先级的值。即如果在E-RAB SETUP REQUEST消息中有Priority Info信元，则根据Priority Info信元对应的比特值设置呼叫优先级。

3）所有非集群业务，将其呼叫优先级设置为最小值，如对于24bit的优先级因子而言，其高8bit的值为0。

2、业务绝对优先级的确定

业务绝对优先级主要根据具体系统需求确定，其中具体系统需求包括：QoS要求、满意程度、QoS等级指示（QCI）特性和业务所属用户在小区中干扰情况。

以基于TD-LTE集群系统为例，目前定义几类不同绝对优先级的业务，且绝对优先级由高到低顺序为：公共控制信道（CCCH）业务、集群控制信道（TCCH）业务、QoS等级指示（QCI）=5的业务、专用控制信道（DCCH）业务、集群组呼语音业务、集群组呼视频业务、新接入的集群单呼语音业务、集群单呼视频业务、半持续调度（SPS）重传业务、动态调度（DS）重传业务、媒体接入控制（MAC）控制单元业务、边缘用户不满意保证比特速率（GBR）业务、中心用户不满意非保证比特速率（GBR）业务、边缘用户不满意non-GBR业务、中心用户不满意non-GBR业务、边缘用户满意GBR业务、中心用户满意GBR业务、边缘用户满意non-GBR业务和中心用户满意non-GBR业务。

并为这些业务设置相应的绝对优先级的数值。需要说明的是，TCCH业务只在下行调度中会存在该业务。

3、业务相对优先级的确定

为了更好的满足用户不同数据业务的QoS需求，引入了业务相对优先级。根据系统需求确定相对优先级，其中系统需求包括业务满意度、QCI特性和用户的信道质量情况。

对于边缘用户不满意GBR业务、中心用户不满意GBR业务、边缘用户不满意non-GBR业务、中心用户不满意non-GBR业务、边缘用户满意GBR业务、中心用户满意GBR业务、边缘用户满意non-GBR业务和中心用户满意non-GBR业务这8类绝对优先级，在相同绝对优先级下，再按照相对优先级进行排序。除上述这8类绝对优先级之外，其他的业务在相同绝对优先级下，再按照先进先出排序。

相对优先级计算公式为：

$\mathrm{priority}(i,t)=\frac{{\mathrm{Sprctrum}}_{\mathrm{wide}\_\mathrm{band}}(i,t)}{\mathrm{Sat}(i,t)*f_{\mathrm{QCIi}}}$

其中：priority(i,t)为t时刻逻辑信道i的业务相对优先级，Spectrum_{wide_band}(i,t)为t时刻逻辑信道i的业务所属用户的归一化宽带传输效率，为逻辑信道i的业务对应QCI等级的归一化因子，Sat(i,t)表示业务i在子帧t的满意度，当Sat(i,t)<1时为不满意业务，否则为满意业务。

对于GBR业务，业务满意度

为t时刻业务i的逻辑信道的MAC层的有效数据速率， $\stackrel{\&OverBar;}{R}(i,t)=(1-\frac{1}{T_c})*(i,t-1)+\frac{1}{T_c}*R(i,t),$

为平滑因子，R(i,t)为t时刻业务i逻辑信道MAC层的有效瞬时速率；R_GBR(i)为业务i的逻辑信道GBR体现在MAC层的有效数据速率。其中，R(i,t)初始值的设定为现有技术。

对于non-GBR业务，业务满意度 $\mathrm{Sat}(i,t)=\frac{T\_{\mathrm{delay}}_i-\mathrm{Timer}\_\mathrm{threshold}}{\mathrm{WT}(i,t)},$ T_delay_i为通过业务i的QCI等级对应的分组延迟预算（PDB）折算到无线链路控制（RLC）端到端的时延要求；Timer_threshold为non-GBR业务在RLC层允许的时延门限；WT(i,t)为截至到子帧t业务i的最先到达的数据包的等待时间。也就是说，当non-GBR业务的最先到达的数据包的等待时间大于T_delay_i-Timer_threshold时，认为non-GBRGBR业务不满意，否则认为满意。

步骤102、按照从大到小的顺序排序优先级因子，将资源块依据分配给优先级因子对应的数据业务。

待调度的业务按照上述的方法确定了呼叫优先级、业务的绝对优先级和相对优先级，并组成优先级因子。将所有待调度业务的优先级因子进行大小排序，依次将资源块分配给缓冲区有数据的业务。

下面详细说明E-RAB SETUP REQUEST消息中的Priority Info信元。

1、集群相关业务的QoS机制

QoS即服务质量，网络为集群组/用户提供服务的最终目标就是保证集群组/用户的QoS。从网络性能的角度来说，在保证集群组/用户QoS的同时，为更多的集群组/用户提供服务。集群组呼业务是一种点对多点的业务，该组呼业务的QoS机制和标准LTE的机制相同，其中组呼语音业务的QCI=1、组呼视频业务的QCI=2，如下表1所示。

考虑到宽带集群业务通过在SIP消息中增加携带宽带集群信息的特定头域项，对SIP协议进行扩展来实现宽带集群业务。系统网元间根据SIP信令中携带的媒体流信息进行媒体流参数协商，建立媒体流连接，能够充分满足宽带集群系统对音视频通话、双向语音调度指挥、过程监控、图像传输，实时短消息等功能的要求。因此，设置SIP业务的QCI=5，如下表所示。其中，包括QCI等级，资源种类（Resource Type），优先级（Priotity），分组延迟预算（Packet Delay Budget），分组丢失率（Packet Error LossRate）和举例（Example Service）。

表1集群系统QoS示意表

2、增加呼叫优先级

仅根据用户不同业务的QoS需求，不能满足集群系统指挥调度中服务策略的要求，还需要提供呼叫优先级来设置不同的服务等级。本发明在E-RAB建立过程中，在E-RAB To Be Setup Item IEs中增加了Priority Info信元提供呼叫优先级。

图3给出了E-RAB建立成功的过程，同标准LTE协议规定的E-RAB SETUPREQUEST消息不同，在该消息的E-RAB To Be Setup Item IEs中增加了Priority Info信元即优先权信息，该信元用于指示集群承载的呼叫优先级。可根据是否存在PriorityInfo信元来判断该承载的属性，如果存在Priority Info信元，说明该承载为集群承载，eNode B在调度时将考虑该优先级，以支持集群系统优先服务策略。如果不存在PriorityInfo信元，则表示该承载为非集群承载，对该承载的操作同标准LTE。

（1）移动管理实体（MME）向基站（eNB）发送E-RAB SETUP REQUEST消息，触发E-RAB建立过程。

（2）eNB向MME发送E-RAB SETUP RESPONSE消息。

如果当前要建立的是集群承载，在E-RAB SETUP REQUEST消息中的E-RAB ToBe Setup Item IEs中增加了Priority Info信元，该信元用于指示集群承载的呼叫优先级，具体参见表2。在表2的最后一行是新增的Priority Info信元。

表2E-RAB SETUP REQUEST消息格式

在集群单呼/组呼上行承载时，NAS-PDU携带Activate Dedicated EPS BearerContext Request，通过RRC重配消息带给UE。

新增Priority Info是基于LTE 36.413协议的扩展信元，用于eNodeB识别该流程是建立集群承载，以及指示集群的呼叫优先级信息，比如集群系统中集群单呼/组呼上行承载建立时携带该信元，Priority Info为8bit。参见表3是Priority Info的信元结构。

表3Priority Info信元结构

进一步地，当Priority Info信元等于1-255中任意一数字，基站按照集群承载处理该Priority Info信元对应的消息；当Priority Info信元等于0，基站按照标准LTE承载处理该Priority Info信元对应的消息。这样虽然存在Priority Info信元，但由于该PriorityInfo信元等于0，那么基站仍然会按照标准LTE承载处理方式来处理该Priority Info信元对应的消息，在一定程度上提高了集群承载处理的灵活性。

根据实现的具体要求，用该8bit优先级Priority值大小表示优先级的高低。为了便于说明和理解，本发明中以该8bit优先级Priority值越大表示优先级越高来进行后续内容的阐述。

优先原则一

对于需要eNode B按照集群承载来处理的集群承载，该Priority值由紧急/非紧急呼叫、呼叫类型（组呼、单呼）、组/主叫终端优先级、业务类型等因素综合决定。

因为集群系统应用于不同的行业，设定Priority值的优先级原则会根据不同行业的客户需要来制定相应的优先级原则，如附图4所示。

优先级原则二：

该Priority值由紧急/非紧急呼叫、呼叫类型（组呼、单呼）、主叫优先级和业务类型（语音、视频、短数据等）来决定。设定Priority值的优先级原则会根据不同行业的客户需要来制定相应的优先级原则，如附图5所示。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (13)

1.一种TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级确定数据业务的优先级因子；

按照从大到小的顺序排序所述优先级因子，将资源块依据分配给所述优先级因子对应的数据业务；

所述呼叫优先级由所述业务的类型确定，所述业务绝对优先级是由具体系统需求确定的，所述业务相对优先级是由系统需求确定的。

2.根据权利要求1所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述根据呼叫优先级、业务绝对优先级和业务相对优先级确定数据业务的优先级因子包括：

呼叫优先级对应的第一比特数占用所述优先级因子的高比特位，业务绝对优先级对应的第二比特数占用所述优先级因子的中间比特位，业务相对优先级对应的第三比特数占用所述优先级因子的低比特位。

3.根据权利要求1所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述呼叫优先级由所述业务的类型确定包括：

设置所有信令业务的呼叫优先级为最大值；

在E-RAB建立请求消息中有优先权信息，则根据优先权信息对应的比特值设置呼叫优先级；

在E-RAB建立请求消息中没有优先权信息，则设置非集群业务的呼叫优先级为最小值。

4.根据权利要求3所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述优先权信息是在E-RAB建立成功的过程中存在集群承载时增加的。

5.根据权利要求3所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述优先权信息占用8比特。

6.根据权利要求3所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述优先权信息由紧急/非紧急呼叫、呼叫类型、主叫终端优先级和组优先级决定，并根据不同的用户确定优先级。

7.根据权利要求3所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述优先权信息由紧急/非紧急呼叫、呼叫类型、主叫终端优先级和业务类型决定，并根据不同的用户确定优先级。

8.根据权利要求3所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述优先权信息等于1-255中任意一数字，基站按照集群承载处理所述优先权信息对应的消息；所述优先权信息等于0，基站按照标准LTE承载处理所述优先权信息对应的消息。

9.根据权利要求1所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述业务绝对优先级是由具体系统需求确定的包括：所述业务绝对优先级按照具体系统需求要求优先级从高到低的排序为，

公共控制信道CCCH业务、集群控制信道TCCH业务、QoS等级指示QCI=5的业务、专用控制信道DCCH业务、集群组呼语音业务、集群组呼视频业务、新接入的集群单呼语音业务、集群单呼视频业务、半持续调度SPS重传业务、动态调度DS重传业务、媒体接入控制MAC控制单元业务、边缘用户不满意保证比特速率GBR业务、中心用户不满意GBR业务、边缘用户不满意非保证比特速率non-GBR业务、中心用户不满意non-GBR业务、边缘用户满意GBR业务、中心用户满意GBR业务、边缘用户满意non-GBR业务和中心用户满意non-GBR业务。

10.根据权利要求1所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述业务相对优先级是由系统需求确定的包括：所述业务相对优先级是由用户的信道质量、业务满意度和QCI特性确定的。

11.根据权利要求10所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，所述业务相对优先级是由用户的信道质量、业务满意度和QCI特性确定的包括：

业务相对优先级=用户的归一化宽带传输效率/（业务满意度*QCI等级的归一化因子）。

12.根据权利要求11所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，对于GBR业务，所述业务满意度

为t时刻业务i的逻辑信道的MAC层的有效数据速率， $\stackrel{\&OverBar;}{R}(i,t)=(1-\frac{1}{T_c})*(i,t-1)+\frac{1}{T_c}*R(i,t),$

为平滑因子，R(i，t)为t时刻业务i逻辑信道MAC层的有效瞬时速率；R_GBR(i)为业务i的逻辑信道GBR体现在MAC层的有效数据速率。

13.根据权利要求11所述TD-LTE集群通信系统中资源调度的方法，其特征在于，对于non-GBR业务，所述业务满意度 $\mathrm{Sat}(i,t)=\frac{T\_{\mathrm{delay}}_i-\mathrm{Timer}\_\mathrm{threshold}}{\mathrm{WT}(i,t)},$ T_delay_i为通过业务i的QCI等级对应的分组延迟预算PDB折算到无线链路控制RLC端到端的时延要求；Timer_threshold为non-GBR业务在RLC层允许的时延门限；WT(i,t)为截至到子帧t业务i的最先到达的数据包的等待时间。

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