CN103974226B - 一种异构网络中的分布式位置管理方法及系统 - Google Patents

一种异构网络中的分布式位置管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异构网络中的分布式位置管理方法及系统，该方法包括：本地移动锚点(LMAP)向进入其所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的区域转交地址(RCoA)和链路转交地址(LCoA)；接入子网将移动终端的位置更新消息上报至其所属锚域中的LMAP，根据所述位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新。该系统的LMAP用于将网络划分为不同的锚域，为经接入子网进入LMAP所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的RCoA和LCoA。采用本发明，有效地减少了注册信令流量，从而提高了网络带宽性能，同时克服了MAP失效而导致的通信中断问题。

Description

一种异构网络中的分布式位置管理方法及系统
技术领域
本发明主要涉及移动性管理中的位置管理技术，尤其涉及一种异构网络中的分布式位置管理方法及系统。
背景技术
位置管理是无线异构网络移动性管理中的关键技术之一，用于实现跟踪、存储、查找和更新移动终端的位置信息。现有对移动终端进行位置管理的位置管理方案，主要是针对一种或两种指定网络设定的，而泛在网络的不断发展使移动终端在多种异构网络环境中工作的场景越来越普遍，现有对移动终端进行位置管理的位置管理方案已不能满足移动终端在多种异构网络环境中的位置管理需求。现有对移动终端进行位置管理的位置管理方案中，当移动终端在访问网络的边界区域来回移动时，移动终端和归属网络之间将产生不必要的注册信令风暴，导致网络性能显著的下降，影响终端与网络的通信质量，降低用户使用业务的便捷性，同时针对单移动锚点(MAP，Mobile Anchor Point)失效而导致的通信中断问题，现有对移动终端进行位置管理的位置管理方案也未能提出有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种异构网络中的分布式位置管理方法及系统，有效地减少了注册信令流量，从而提高了网络带宽性能，同时克服了MAP失效而导致的通信中断问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种异构网络中的分布式位置管理方法，该方法采用全局移动锚点GMAP和本地移动锚点LMAP相结合的分层结构，所述LMAP将网络划分为不同的锚域，位于所述LMAP上一层的GMAP覆盖区域内所有LMAP及其所属的锚域，一个接入子网被多个LMAP同时覆盖；
该方法包括：LMAP向经接入子网进入其所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的区域转交地址RCoA和链路转交地址LCoA；接入子网将移动终端的位置更新消息上报至其所属锚域中的LMAP，根据所述位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新。
其中，该方法还包括：移动终端将所述LCoA作为转交地址、所述RCoA作为家乡地址与LMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与GMAP进行地址绑定。
其中，根据所述位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新具体包括：所述LMAP收到移动终端发送的所述位置更新消息，对移动终端的地址映射关系进行更新，将移动终端的归属地址与地址更新消息中新配置的LCoA地址进行本地绑定更新。
其中，该方法还包括：GMAP向其覆盖区域内的LMAP提供GMAP自身的IP地址和子网前缀，配置LMAP的RCoA和LCoA；所述LMAP将所述RCoA作为转交地址，所述LCoA作为家乡地址与GMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与归属服务器进行地址绑定。
其中，该方法还包括：移动终端进入接入子网，在接入子网所属锚域移动时，能从覆盖所述接入子网的多个LMAP中选择一个LMAP作为其本地移动锚点。
一种异构网络中的分布式位置管理系统，该系统为由GMAP和LMAP相结合构成的分层结构；其中，
所述GMAP位于所述LMAP的上一层，用于覆盖GMAP区域内的所有LMAP及其所属的锚域，为GMAP区域内的所有LMAP提供GMAP自身的IP地址和子网前缀，配置LMAP的RCoA和LCoA；
所述LMAP，用于将网络划分为不同的锚域，为经接入子网进入LMAP所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的RCoA和LCoA；
所述接入子网，用于被多个LMAP同时覆盖，为进入接入子网中的移动终端上报移动终端的位置更新消息至接入子网所属锚域中的LMAP，将来自于LMAP配置好的位置信息返回至移动终端。
其中，移动终端移动前后导致其所属LMAP没有发生变化的情况下，所述LCoA作为转交地址、所述RCoA作为家乡地址与LMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与GMAP进行地址绑定。
其中，所述LMAP，进一步用于收到移动终端发送的所述位置更新消息，对移动终端的地址映射关系进行更新，将移动终端的归属地址与地址更新消息中新配置的LCoA地址进行本地绑定更新。
其中，移动终端移动前后导致其所属LMAP发生变化的情况下，所述RCoA作为转交地址，所述LCoA作为家乡地址与GMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与归属服务器进行地址绑定。
其中，所述接入子网，进一步用于在移动终端进入接入子网，在接入子网所属锚域移动时，从覆盖所述接入子网的多个LMAP中选择一个LMAP作为其本地移动锚点。
本发明采用全局移动锚点(GMAP，Global Mobile Anchor Point)和本地移动锚点(LMAP，Local Mobile Anchor Point)相结合的分层结构，所述LMAP将网络划分为不同的锚域，位于LMAP上一层的GMAP覆盖区域内所有LMAP及其所属的锚域，一个接入子网被多个LMAP同时覆盖。本发明的该方法包括：LMAP向经接入子网进入其所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的区域转交地址(RCoA，Regional Care-ofAddress)和链路转交地址(LCoA，on-Link Care-of Address)；接入子网将移动终端的位置更新消息上报至其所属锚域中的LMAP，根据位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新。
采用本发明，由于GMAP覆盖区域内所有LMAP及其所属的锚域，LMAP将网络划分为不同的锚域进行管理，GMAP、LMAP及移动终端间采用地址绑定更新，转发移动终端的消息至核心网，因此，采用本发明，是将注册信令都限制在锚域内，避免移动终端直接与核心网交互导致的大量注册信令引起的信令风暴，从而减少了注册信令流量，提高了网络带宽性能。由于一个接入子网被多个LMAP同时覆盖，任一个LMAP失效，都可以选择其他LMAP作为本地移动锚点以接入移动终端，从而克服了MAP失效，即一个LMAP失效导致的通信中断问题。
附图说明
图1为本发明系统架构的示意图；
图2为本发明应用实例一的移动终端在本地锚域内的移动场景示意图；
图3为本发明应用实例一的移动终端在本地锚域内的位置更新流程图；
图4为本发明应用实例二的移动终端在本地锚域间的移动场景示意图；
图5为本发明应用实例二的移动终端在本地锚域间的位置更新流程图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：采用GMAP和LMAP相结合的分层结构，LMAP向经接入子网进入其所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的区域转交地址RCoA和链路转交地址LCoA；接入子网将移动终端的位置更新消息上报至其所属锚域中的LMAP，根据位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新。
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
本发明的异构网络中的分布式位置管理方法，主要包括以下内容：
一种异构网络中的分布式位置管理方法，该方法采用全局移动锚点GMAP和本地移动锚点LMAP相结合的分层结构，所述LMAP将网络划分为不同的锚域，位于所述LMAP上一层的GMAP覆盖区域内所有LMAP及其所属的锚域，一个接入子网被多个LMAP同时覆盖。
基于上述分层结构的配置，该方法包括：LMAP向经接入子网进入其所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的区域转交地址RCoA和链路转交地址LCoA；接入子网将移动终端的位置更新消息上报至其所属锚域中的LMAP，根据位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新。
进一步的，该方法还包括：移动终端将LCoA作为转交地址、所述RCoA作为家乡地址与LMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与GMAP进行地址绑定。
进一步的，根据所述位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新具体包括：所述LMAP收到移动终端发送的所述位置更新消息，对移动终端的地址映射关系进行更新，将移动终端的归属地址与地址更新消息中新配置的LCoA地址进行本地绑定更新。
进一步的，该方法还包括：GMAP向其覆盖区域内的LMAP提供GMAP自身的IP地址和子网前缀，配置LMAP的RCoA和LCoA；所述LMAP将所述RCoA作为转交地址，所述LCoA作为家乡地址与GMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与归属服务器(HA)进行地址绑定。
进一步的，该方法还包括：移动终端进入接入子网，在接入子网所属锚域移动时，能从覆盖所述接入子网的多个LMAP中选择一个LMAP作为其本地移动锚点。
本发明的异构网络中的分布式位置管理系统，主要包括以下内容：
本发明所涉及的系统由GMAP、LMAP以及接入子网组成，且GMAP和LMAP相结合构成分层的MAP系统。
其中，所述GMAP位于LMAP的上一级，用于对移动终端的网络接入进行管理，负责接收和转发其管理范围内的信令和分组，GMAP具有较大的存储空间和高速的分组处理能力，能够提供路由汇聚功能，同时GMAP覆盖区域内所有LMAP及其所属的锚域，GMAP向其覆盖的LMAP提供自身的IP地址和子网前缀，从而产生LMAP的RCoA和LCoA。其中，LMAP将LCoA作为转交地址、RCoA作为家乡地址与GMAP进行本地绑定更新，RCoA同时作为转交地址与HA进行绑定，该方法能够将移动终端的位置注册信令限制在锚域内。
所述LMAP用于将网络划分为不同的管理域也称为锚域，当移动终端进入一个锚域内，LMAP向移动终端提供自身的IP地址和子网前缀，从而产生移动终端的RCoA和LCoA。其中，移动终端将LCoA作为转交地址、RCoA作为家乡地址与LMAP进行本地绑定更新，RCoA同时作为转交地址与GMAP进行绑定。
所述接入子网由接入路由器(AR，Access Router)及其管理的UMTS、GSM、WLAN等各个移动子网组成，当移动终端进入接入子网中时，接入子网将移动终端的状态信息上报至其所属锚域中的LMAP，LMAP将配置好的位置信息通过接入子网返回至移动终端；特别的，一个接入子网可以被多个LMAP同时覆盖，当移动终端进入接入子网时，执行LMAP选择算法，选择合适的LMAP作为其移动锚点。
对比现有技术而言，对于移动终端的位置管理，现有技术主要通过设置新的终端位置管理系统以及对终端运动状态进行预测实现对移动终端的位置管理，对系统的改动较大，而本发明仅采用由LMAP和GMAP构成的MAP分层结构，对系统的改动小。
对于现有技术设置新的终端位置管理系统实现对移动终端的位置管理而言，中国专利申请号为201110144448.7的申请文件是通过统一化的移动性管理数据库，采用位置更新模块对用户终端的地理位置信息进行处理，实现了对移动终端的位置管理。该方案虽然将移动终端位置管理技术由单一网络环境扩展至多种异构网络环境，但对于移动终端在网络的边界区域移动时与归属网络之间产生的注册信令风暴无法提供有效的解决办法，导致网络性能急剧下降，大大降低了用户的通信/数据业务体验。
对于现有技术对终端运动状态进行预测实现对移动终端的位置管理而言，中国专利申请号为200410057981.X的申请文件是以移动终端的移动方向和速度来推测移动终端的目的区域，对移动终端进行位置管理，并提出了相应的移动终端、位置管理装置，位置登记系统及方法。该方案在实施位置管理的过程中，对于泛在网络的异构性没有考虑，仅适用于单一网络，无法满足移动终端在异构网络中移动时的位置管理需求，同时对终端与归属网络间的注册信令风暴也没有提出具体的解决方案。
本发明为了满足异构网络条件下移动终端的位置管理需求，提出的分层结构的分布式位置管理方法和系统，具备以下益效果：
(1)采用分层结构的分布式位置管理系统，接入子网被多个LMAP同时覆盖，避免了由于单MAP失效可能造成的通信中断等情况，提高了用户通信的可靠性和稳定性。而现有技术对于MAP由于故障、损毁等原因失效，没有提供有效的解决方案。
具体的，本发明中，针对单MAP失效，即单LMAP出现失效的情况，由于接入子网被多个LMAP同时覆盖，当出现单LMAP失效时，执行LMAP选择算法，接入子网重新选择LMAP进行连接，克服了由于单LMAP失效而出现的通信/数据服务中断的问题。
(2)采用GMAP和LMAP相结合的分层架构相结合的分层MAP系统结构，保证了通信的可靠性和连续性。
具体的，当移动终端在锚域中运动时，GMAP和LMAP能够将移动终端的位置注册信令限制在锚域内，避免移动频繁的终端产生大量的注册信令发往归属服务器，导致核心网中产生巨大的信令负载，造成显著的切换时延，有效克服了移动终端和归属服务器之间由于注册信令风暴而造成的网络性能急剧下降的问题，能够有效减少移动终端与归属服务器之间位置注册信令的流量，提高网络带宽性能。
系统实施例：
图1为本实施例系统架构的示意图，本实施例的分布式位置管理系统由全局移动锚点GMAP、本地移动锚点LMAP以及接入子网构成分层结构，还包括与GMAP相连的核心网、与核心网相连的归属服务器、LMAP与接入子网间的AR等组成。
GMAP相对于LMAP而言，具有较大的存储空间和高速的分组处理能力，对移动终端的网络接入进行管理，提供路由汇聚功能，负责接收和转发其管理范围内的信息和分组。GMAP覆盖区域内所有LMAP及其所属的锚域，能够将移动终端的位置注册信令限制在锚域内，避免在移动终端和归属服务器之间产生信令风暴。
GMAP向其覆盖的LMAP提供自身的IP地址和子网前缀，从而产生LMAP的RCoA和LCoA。其中，LMAP将LCoA作为转交地址、RCoA作为家乡地址与GMAP进行本地绑定更新，RCoA同时作为转交地址与HA进行绑定。
LMAP用于将网络划分为不同的管理域也称为锚域，LMAP管理自身锚域内的所有移动终端和接入子网，提供路由汇聚功能，负责接收和转发其管理范围内的信息和分组。
LMAP覆盖自身锚域内的所有接入子网，当移动终端在接入子网中运动时，能够将移动终端的位置注册信令限制在自身锚域内。当移动终端进入一个锚域内，LMAP向移动终端提供自身的IP地址和子网前缀，从而产生移动终端的RCoA和LCoA。其中，移动终端将LCoA作为转交地址、RCoA作为家乡地址与LMAP进行本地绑定更新，RCoA同时作为转交地址与GMAP进行绑定。
接入子网由AR及其管理的UMTS、GSM、WLAN等子网组成，当移动终端进入接入子网中时，接入子网将移动终端的状态信息上报至其所属锚域中的LMAP，LMAP将配置好的位置信息通过接入子网返回至移动终端。
接入子网可以被多个LMAP同时覆盖，当移动终端进入接入子网时，执行LMAP选择算法，选择合适的LMAP作为其移动锚点。当移动终端所连接的LMAP出现损毁时，执行LMAP选择算法，重新选择合适的LMAP作为其移动锚点。
应用实例一：移动终端移动前后，移动终端所属本地移动锚点LMAP没有发生变化的场景。
图2为本实例移动终端在本地锚域内的移动场景示意图，如图2所示，本地移动锚点LMAP3覆盖接入路由器AR2和AR3，其中，AR3同时与GSM网络和WLAN网络相连。移动终端在运动过程中，由GSM网络移动至WLAN网络，网络的切换过程仅发生在AR3中，移动前后移动终端所属本地移动锚点LMAP没有发生变化。
基于图2的系统架构图，图3为移动终端在该系统架构的本地锚域内的位置更新流程图，该流程包括以下步骤：
步骤301：移动终端向接入子网发送路由请求消息。
本步骤中，移动终端在由GSM网络向WLAN网络移动过程中，移动终端通过邻居发现机制检查当前默认路由器是否可达，若当前默认路由器不可达时，则判断移动终端在网络间发生了移动，移动终端移动至一个新的链路，同时移动终端向接入子网发送路由请求。
步骤302：接入子网向移动终端返回路由通告消息。
本步骤中，接入子网收到来自移动终端的路由请求，接入子网为移动终端生成路由通告消息，并将路由通告消息发送给移动终端，移动终端根据收到的路由通告消息，执行无状态IP地址自动配置，为终端当前的无线网络接口配置新的LCoA地址。
步骤303：移动终端向本地锚点LMAP发送位置更新消息。
本步骤中，移动终端生成自身的位置更新消息(LU，Location Update)，将消息发送至本地锚点LMAP，其中源地址为新配置的LCoA，目的地址为本地锚点LMAP的IP地址MapA。
步骤304：本地锚点LMAP更新地址映射。
本步骤中，本地锚点LMAP收到移动终端发送的位置更新消息后，对移动终端的地址映射关系进行更新，将移动终端的归属地址(HoA，Home Address)与地址更新消息中新配置的LCoA地址进行绑定更新。
步骤305：本地锚点LMAP向移动终端返回确认消息。
应用实例二：移动终端移动前后，移动终端所属本地移动锚点LMAP发生变化的场景。
图4为本实例移动终端在本地锚域间的移动场景示意图，如图4所示，移动终端在由UTMS网络移动至WLAN网络的过程中，接入路由器也由AR1切换至AR3，同时AR1和AR3分别被本地锚点1以及本地锚点3覆盖，因此，移动终端移动前后，移动终端MN的所属本地锚点LMAP也发生了变化，由锚域1运动到了锚域3。
基于图4的系统架构图，图5为移动终端在该系统架构的本地锚域间的位置更新流程图，该流程包括以下步骤：
步骤501：移动终端向接入子网发送路由请求消息。
本步骤中，移动终端在由UTMS网络向WLAN网络移动过程中，移动终端通过邻居发现机制检查当前默认路由器是否可达，若当前默认路由器不可达时，则判断移动终端在网络间发生了移动，移动终端移动至一个新的链路，同时移动终端向新的接入子网发送路由请求。
步骤502：接入子网向移动终端返回路由通告消息。
本步骤中，接入子网收到来自移动终端的路由请求，接入子网为移动终端生成路由通告消息，路由通告消息中包含一个或多个LMAP的信息，同时将路由通告消息发送给移动终端，移动终端根据收到的路由通告消息，执行无状态IP地址自动配置，为终端当前的无线网络接口配置新的LCoA地址。
步骤503：移动终端执行LMAP选择算法。
本步骤中，移动终端根据接收的路由通告消息中所有可注册的本地锚点LMAP列表，执行LMAP选择算法，选定最优的LMAP，并用新的LMAP信息替代旧的LMAP信息。
步骤504：移动终端向本地锚点LMAP发送位置更新消息。
本步骤中，移动终端生成自身的LU，将消息发送至新选定的本地锚点LMAP，其中源地址为新配置的LCoA，目的地址为新选定的本地锚点LMAP的IP地址MapA。
步骤505：本地锚点LMAP更新地址映射。
本步骤中，新选定的本地锚点LMAP接收到来自移动终端的位置更新消息，建立移动终端的地址映射关系，并将移动终端的HoA与地址更新消息中新配置的LCoA地址进行绑定。
步骤506：本地锚点LMAP向全局锚点GMAP发送位置更新消息。
本步骤中，新的本地锚点LMAP向全局锚点GMAP发送位置更新消息LU，位置更新消息中包含移动终端的归属地址HoA。
步骤507：全局锚点GMAP更新地址映射
本步骤中，全局锚点GMAP接收到来自本地锚点LMAP的位置更新消息，根据位置更新消息查找地址映射表，将移动终端与旧的LMAP地址映射删除，建立移动终端与新的LMAP的地址映射关系。
步骤508：全局锚点GMAP向本地锚点LMAP返回确认消息。
步骤509：本地锚点LMAP向移动终端返回确认消息。
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。

Claims (10)

1.一种异构网络中的分布式位置管理方法，其特征在于，该方法采用全局移动锚点GMAP和本地移动锚点LMAP相结合的分层结构，所述LMAP将网络划分为不同的锚域，位于所述LMAP上一层的GMAP覆盖区域内所有LMAP及其所属的锚域，一个接入子网被多个LMAP同时覆盖；
该方法包括：LMAP向经接入子网进入其所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的区域转交地址RCoA和链路转交地址LCoA；接入子网将移动终端的位置更新消息上报至其所属锚域中的LMAP，根据所述位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：移动终端将所述LCoA作为转交地址、所述RCoA作为家乡地址与LMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与GMAP进行地址绑定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述位置更新消息中新配置的LCoA进行地址绑定更新具体包括：所述LMAP收到移动终端发送的所述位置更新消息，对移动终端的地址映射关系进行更新，将移动终端的归属地址与地址更新消息中新配置的LCoA地址进行本地绑定更新。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：GMAP向其覆盖区域内的LMAP提供GMAP自身的IP地址和子网前缀，配置LMAP的RCoA和LCoA；所述LMAP将所述RCoA作为转交地址，所述LCoA作为家乡地址与GMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与归属服务器进行地址绑定。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：移动终端进入接入子网，在接入子网所属锚域移动时，能从覆盖所述接入子网的多个LMAP中选择一个LMAP作为其本地移动锚点。
6.一种异构网络中的分布式位置管理系统，其特征在于，该系统为由GMAP和LMAP相结合构成的分层结构；其中，
所述GMAP位于所述LMAP的上一层，用于覆盖GMAP区域内的所有LMAP及其所属的锚域，为GMAP区域内的所有LMAP提供GMAP自身的IP地址和子网前缀，配置LMAP的RCoA和LCoA；
所述LMAP，用于将网络划分为不同的锚域，为经接入子网进入LMAP所属锚域的移动终端提供LMAP自身的IP地址和子网前缀，配置移动终端的RCoA和LCoA；
所述接入子网，用于被多个LMAP同时覆盖，为进入接入子网中的移动终端上报移动终端的位置更新消息至接入子网所属锚域中的LMAP，将来自于LMAP配置好的位置信息返回至移动终端。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，移动终端移动前后导致其所属LMAP没有发生变化的情况下，所述LCoA作为转交地址、所述RCoA作为家乡地址与LMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与GMAP进行地址绑定。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述LMAP，进一步用于收到移动终端发送的所述位置更新消息，对移动终端的地址映射关系进行更新，将移动终端的归属地址与地址更新消息中新配置的LCoA地址进行本地绑定更新。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，移动终端移动前后导致其所属LMAP发生变化的情况下，所述RCoA作为转交地址，所述LCoA作为家乡地址与GMAP进行本地绑定更新，所述RCoA同时作为转交地址与归属服务器进行地址绑定。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述接入子网，进一步用于在移动终端进入接入子网，在接入子网所属锚域移动时，从覆盖所述接入子网的多个LMAP中选择一个LMAP作为其本地移动锚点。
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