CN106331107A - 基于nb‑iot的信息传输方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种基于NB‑IOT的信息传输方法和装置，所述方法包括以下步骤：NB‑IOT客户端采集多媒体信息；NB‑IOT客户端将多媒体信息压缩为符合NB‑IOT的带宽要求的多媒体文件；NB‑IOT客户端通过已与NB‑IOT服务器建立的NB‑IOT连接向NB‑IOT服务器传输多媒体文件。从而，实现了通过NB‑IOT网络传输音频、图片等多媒体信息，使得用户可以通过NB‑IOT随时随地获取设备现场的语音、图像等信息，拓展了NB‑IOT技术的应用范围，丰富了NB‑IOT技术的应用场景，例如可以应用于异常报警等应用场景。并且，采用低速语音压缩编解码技术压缩音频信息，节省了NB‑IOT的带宽资源；采用长连接技术，确保了语音传输的低时延性和高实时性；通过对数据帧、图片帧、语音帧定义不同的帧协议，实现了不同类型文件的并发传输。

Description

基于NB-IOT的信息传输方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及到一种基于NB-IOT的信息传输方法和装置。
背景技术
窄带蜂窝物联网(Narrow Band-Internet of Things，NB-IOT)是新一代物联网技术，具有大容量、广覆盖、低功耗、低成本和高稳定性等特点，使得物物数据链接突破了原来的技术瓶颈，例如垃圾桶、自行车、桌椅等庞大的无电物品也能实现低成本联网，从而进一步拓展了物联网的应用空间。NB-IOT技术定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场，NB-IOT的协议栈不支持CS域，只支持PS域，其上行峰值速率约为200kb/s，下行峰值速率为227kb/s，适合小数据包的低速传输。
由于NB-IOT技术的带宽窄，传输速率低。因此，目前只能通过NB-IOT网络传输小尺寸的数据文件，应用场景单一，应用范围较窄。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种基于NB-IOT的信息传输方法和装置，旨在解决NB-IOT技术应用场景单一、应用范围较窄的技术问题。
为达以上目的，本发明提出一种基于NB-IOT的信息传输方法，所述方法包括以下步骤：
窄带蜂窝物联网NB-IOT客户端采集多媒体信息；
所述NB-IOT客户端将所述多媒体信息压缩为符合所述NB-IOT的带宽要求的多媒体文件；
所述NB-IOT客户端通过已与NB-IOT服务器建立的NB-IOT连接向所述NB-IOT服务器传输所述多媒体文件。
进一步地，所述多媒体信息包括音频信息和/或图片信息，对应的多媒体文件包括音频文件和/或图片文件。
进一步地，当所述多媒体信息为音频信息时，所述NB-IOT客户端将所述多媒体信息压缩为符合所述NB-IOT的带宽要求的多媒体文件的步骤包括：
所述NB-IOT客户端对所述音频信息进行数字化录音；
所述NB-IOT客户端对录音数据进行低速语音压缩编码，生成符合所述NB-IOT的带宽要求的音频文件。
进一步地，所述NB-IOT客户端通过已与NB-IOT服务器建立的NB-IOT连接向所述NB-IOT服务器传输所述多媒体文件的步骤之前还包括：
所述NB-IOT客户端与所述NB-IOT服务器建立长连接。
进一步地，所述方法还包括：所述NB-IOT客户端采用不同的协议包头向所述NB-IOT服务器分包传输不同类型的文件。
本发明同时提出一种基于NB-IOT的信息传输装置，所述装置应用于窄带蜂窝物联网NB-IOT客户端，包括：
采集模块，用于采集多媒体信息；
压缩模块，用于将所述多媒体信息压缩为符合所述NB-IOT的带宽要求的多媒体文件；
连接模块，用于与NB-IOT服务器建立NB-IOT连接；
传输模块，用于通过所述NB-IOT连接向所述NB-IOT服务器传输所述多媒体文件。
进一步地，当所述多媒体信息为音频信息时，所述压缩模块用于：
对所述音频信息进行数字化录音，对录音数据进行低速语音压缩编码，生成符合所述NB-IOT的带宽要求的音频文件。
进一步地，所述连接模块用于：与所述NB-IOT服务器建立长连接。
进一步地，所述传输模块用于：采用不同的协议包头向所述NB-IOT服务器分包传输不同类型的文件。
本发明实施例所提供的一种基于NB-IOT的信息传输方法，通过采集多媒体信息，并将多媒体信息压缩为符合NB-IOT的带宽要求的多媒体文件，实现了通过NB-IOT网络传输音频、图片等多媒体信息，使得用户可以通过NB-IOT随时随地获取设备现场的语音、图像等信息，拓展了NB-IOT技术的应用范围，丰富了NB-IOT技术的应用场景，例如可以应用于异常报警等应用场景。进一步地，本发明实施例采用低速语音压缩编解码技术压缩音频信息，大大节省了NB-IOT的带宽资源；采用长连接技术，确保了语音传输的低时延性和高实时性；通过对数据帧、图片帧、语音帧定义不同的帧协议，确保了NB-IOT设备与NB-IOT服务器的语音、数据、图片等不同类型的文件的并发传输。
附图说明
图1是本发明第一实施例基于NB-IOT的信息传输方法的流程图；
图2是本发明实施例中NB-IOT客户端与NB-IOT服务器建立长连接的交互示意图；
图3是本发明实施例中NB-IOT服务器的处理流程图；
图4是本发明第二实施例基于NB-IOT的信息传输装置的模块示意图；
图5是本发明实施例中一可选的基于NB-IOT的终端设备的组成结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例一
参照图1，提出本发明第一实施例基于NB-IOT的信息传输方法，所述方法包括以下步骤：
S11、NB-IOT客户端采集多媒体信息。
本发明实施例中，所述多媒体信息包括音频信息和/或图片信息，可选地，也可以包括视频信息。所述NB-IOT客户端可以是各种基于NB-IOT的终端设备，尤其是基于NB-IOT的智能家居设备。基于NB-IOT的终端设备可以通过私有的协议及长连接、短连接等技术与NB-IOT服务器进行通信。
具体的，NB-IOT客户端通过声音采集装置(如麦克风)采集音频信息，通过图像采集装置(如摄像头)采集图片信息。此外，NB-IOT客户端也采集数据信息。
S12、NB-IOT客户端将采集的多媒体信息压缩为符合NB-IOT的带宽要求的多媒体文件。
具体的，NB-IOT客户端对采集的多媒体信息进行压缩处理，将其压缩成小于或等于预设大小规格的多媒体文件，以符合NB-IOT的带宽要求。
所述多媒体文件如音频文件、图片文件、视频文件等。其中，NB-IOT客户端将采集的音频信息压缩为音频文件，将采集的图片信息压缩为图片文件，将采集的视频信息采集为视频文件。此外，NB-IOT客户端将采集的数据信息生成为数据文件。
例如，当采集到音频信息时，NB-IOT客户端通过低速语音压缩编码技术将音频信息压缩为符合NB-IOT的带宽要求的音频文件。具体的，NB-IOT客户端先对音频信息进行数字化录音，然后对录音数据进行低速语音压缩编码，从而生成符合NB-IOT的带宽要求的音频文件。
举例而言，NB-IOT客户端的应用处理器采用8位ADC和8k的采样频率，形成64kb/s的语音码率，同时对采集到的语音进行数字化录音，然后采用AMR、混合激励线性编码(MELP)等压缩算法对录音数据进行低速语音压缩编码，使得语音速率变为AMR格式的6.6kb/s或者MELP格式的2.4kb/s，生成音频文件并存储。其中，AMR格式和MELP格式的音频文件适合于传输带宽有限的信道，类似NB-IOT的200khz的信道带宽。
又如，当采集到图片信息时，NB-IOT客户端的应用处理器采用静止图像压缩技术对图片信息进行压缩处理，存储为JPEG格式的图片文件。当然，也可以压缩为其它格式的图片文件。
S13、NB-IOT客户端通过已与NB-IOT服务器建立的NB-IOT连接向NB-IOT服务器传输多媒体文件。
本发明实施例中，针对蜂窝网络(移动运营商网络)对终端IP地址不固定的特点，NB-IOT客户端与NB-IOT服务器建立长连接，通过长连接实现语音包的低时延实时传送。为了保证数据通道的畅通，长连接期间，二者通过心跳/应答机制来维护长连接通路，如在空闲时NB-IOT客户端定时向NB-IOT服务器发送空闲数据包，所述空闲数据包又称为心跳包或链路检测包。
NB-IOT客户端与NB-IOT服务器建立长连接的交互示意图如图2所示。NB-IOT服务器等待客户端的连接，NB-IOT客户端启动后，长连接模块启动，通过NB-IOT向NB-IOT服务器发起长连接(connect server)，当建立长连接后，二者随时可以通过长连接通路进行数据流通。当空闲时，二者通过心跳/应答机制来维护长连接通路。当二者断开连接时(disconnect)，NB-IOT客户端的长连接模块停止运行，NB-IOT服务器断开同此客户端的连接。
当然，NB-IOT客户端与NB-IOT服务器也可以建立短连接。
本发明实施例中，NB-IOT客户端采用不同的协议包头向NB-IOT服务器分包传输不同类型的文件，从而实现音频文件、图片文件、数据文件等不同类型的文件的并发传输。
举例而言，按照TCP/IP协议，NB-IOT客户端的调制解调器(modem)通过套接字(socket)与NB-IOT服务器建立通信，其中音频文件、数据文件、图片文件采用TCP协议分包传输，TCP协议包的组成如下：
|------包头------|----包体长度----|--------包体--------|
如果对包头的约定定义不同，则可以区分每一个有效的数据包。因此，NB-IOT客户端可以对音频文件、数据文件、图片文件等不同类型的文件采用不同的协议包头，或者对数据帧、图片帧、语音帧定义不同的帧协议，当将文件传输给NB-IOT服务器时，NB-IOT服务器就可以根据协议包头或帧协议区分当前传输的文件的类型，从而使得音频文件、数据文件、图片文件等不同类型的文件得以并发传输。
本发明实施例中，NB-IOT服务器采用支持多个客户端并发接入的软件架构，比如MINA、Erlang等，支持多用户高并发访问服务器。其基本的思路是：采用多线程机制，一个线程用于监听客户端请求，其余的N(N≥2)个线程用于处理多个用户并发请求。
具体的，NB-IOT服务器的处理流程如图3所示，包括以下步骤：
S21、创建服务器端对象，产生监听线程。
S22、启动端口侦听。
S23、开启接受客户端连接请求。判断是否有客户端连接上来，当有客户端连接上来时，执行步骤S24。
S24、创建客户端对象，产生新线程。并进入步骤S26，同时返回步骤S23，继续开启接受客户端连接请求，连接下一个客户端。
S25、向客户端发送数据。
S26、创建数据流传输对象，启动数据侦听。判断是否接收到数据，当接收到数据时，进一步判断数据长度是否为0；当数据长度为0时，说明连接已断开，执行步骤S27；当数据长度不为0时，执行步骤S28。
S27、删除客户端对象，删除无用线程。
S28、处理数据。
本发明实施例基于NB-IOT的信息传输方法，通过采集多媒体信息，并将多媒体信息压缩为符合NB-IOT的带宽要求的多媒体文件，实现了通过NB-IOT网络传输音频、图片等多媒体信息，使得用户可以通过NB-IOT随时随地获取设备现场的语音、图像等信息，拓展了NB-IOT技术的应用范围，丰富了NB-IOT技术的应用场景，例如可以应用于异常报警等应用场景。进一步地，本发明实施例采用低速语音压缩编解码技术压缩音频信息，大大节省了NB-IOT的带宽资源；采用长连接技术，确保了语音传输的低时延性和高实时性；通过对数据帧、图片帧、语音帧定义不同的帧协议，确保了NB-IOT设备与NB-IOT服务器的语音、数据、图片等不同类型的文件的并发传输。
实施例二
参照图4，提出本发明第二实施例基于NB-IOT的信息传输装置，所述装置应用于前述NB-IOT客户端，包括采集模块10、压缩模块20、连接模块30和传输模块40，其中：
采集模块10：用于采集多媒体信息。
本发明实施例中，所述多媒体信息包括音频信息和/或图片信息，可选地，也可以包括视频信息。
具体的，采集模块10通过声音采集装置(如麦克风)采集音频信息，通过图像采集装置(如摄像头)采集图片信息。此外，采集模块10还采集数据信息。
压缩模块20：用于将采集的多媒体信息压缩为符合NB-IOT的带宽要求的多媒体文件。
具体的，压缩模块20对采集的多媒体信息进行压缩处理，将其压缩成小于或等于预设大小规格的多媒体文件，以符合NB-IOT的带宽要求。
所述多媒体文件如音频文件、图片文件、视频文件等。其中，压缩模块20将采集的音频信息压缩为音频文件，将采集的图片信息压缩为图片文件，将采集的视频信息采集为视频文件。此外，压缩模块20将采集的数据信息生成为数据文件。
例如，当采集到音频信息时，压缩模块20通过低速语音压缩编码技术将音频信息压缩为符合NB-IOT的带宽要求的音频文件。具体的，压缩模块20先对音频信息进行数字化录音，然后对录音数据进行低速语音压缩编码，从而生成符合NB-IOT的带宽要求的音频文件。
举例而言，采集模块10采用8位ADC和8k的采样频率，形成64kb/s的语音码率，同时压缩模块20对采集到的语音进行数字化录音，然后采用AMR、混合激励线性编码(MELP)等压缩算法对录音数据进行低速语音压缩编码，使得语音速率变为AMR格式的6.6kb/s或者MELP格式的2.4kb/s，生成音频文件并存储。其中，AMR格式和MELP格式的音频文件适合于传输带宽有限的信道，类似NB-IOT的200khz的信道带宽。
又如，当采集到图片信息时，压缩模块20采用静止图像压缩技术对图片信息进行压缩处理，存储为JPEG格式的图片文件。当然，也可以压缩为其它格式的图片文件。
连接模块40：用于与NB-IOT服务器建立NB-IOT连接。
本发明实施例中，针对蜂窝网络(移动运营商网络)对终端IP地址不固定的特点，连接模块40与NB-IOT服务器建立长连接，通过长连接实现语音包的低时延实时传送。为了保证数据通道的畅通，长连接期间，连接模块40与NB-IOT服务器通过心跳/应答机制来维护长连接通路，如在空闲时连接模块40定时向NB-IOT服务器发送空闲数据包，所述空闲数据包又称为心跳包或链路检测包。
当然，连接模块40与NB-IOT服务器也可以建立短连接。
传输模块30：用于通过NB-IOT连接向NB-IOT服务器传输多媒体文件。
本发明实施例中，传输模块30采用不同的协议包头向NB-IOT服务器分包传输不同类型的文件，从而实现音频文件、图片文件、数据文件等不同类型的文件的并发传输。
举例而言，按照TCP/IP协议，NB-IOT客户端的调制解调器(modem)通过套接字(socket)与NB-IOT服务器建立通信，其中音频文件、数据文件、图片文件采用TCP协议分包传输，TCP协议包的组成如下：
|------包头------|----包体长度----|--------包体--------|
如果对包头的约定定义不同，则可以区分每一个有效的数据包。因此，传输模块30可以对音频文件、数据文件、图片文件等不同类型的文件采用不同的协议包头，或者对数据帧、图片帧、语音帧定义不同的帧协议，当将文件传输给NB-IOT服务器时，NB-IOT服务器就可以根据协议包头或帧协议区分当前传输的文件的类型，从而使得音频文件、数据文件、图片文件等不同类型的文件得以并发传输。
本发明实施例基于NB-IOT的信息传输装置应用于前述NB-IOT客户端，所述NB-IOT客户端可以是各种基于NB-IOT的终端设备，尤其是基于NB-IOT的智能家居设备。
如图5所示，为本发明实施例中一可选的基于NB-IOT的终端设备的组成结构示意图。所述基于NB-IOT的终端设备包括NB-IOT Modem模块100、NB-IOT天线200、应用处理模块300、电源管理模块400、存储模块500、音频模块600、摄像头模块700和传感器模块800。其中：
应用处理模块300，为设备的核心，用于完成音频的录音、压缩、编解码等处理，同时也完成图片的压缩处理，以及通过AT-CMD命令控制NB-IOT modem完成与NB-IOT服务器的通信。前述压缩模块20可以通过应用处理模块300对多媒体信息进行压缩处理。
音频模块600，用于驱动麦克风(MIC)/扬声器(speaker)/接收器(receiver)，完成音频信息的采集和语音播放等功能。
摄像头模块700，用于完成图像的采集。前述采集模块10可以通过音频模块600和摄像头模块700采集音频信息和图片信息。
电源管理模块400，由专用电源管理芯片组成，用于设备的开关机处理，供电和电池充电及电源管理。
存储模块500，用于提供音频和图片等数据缓存和程序代码存储。
传感器模块800，由温度等环境传感器组成，与应用处理模块300的接口连接，用于周围环境的检测。
NB-IOT modem模块100，由射频前端、射频收发器和基带处理器组成，它和NB-IOT天线200完成NB-IOT射频信号的接收和发射，实现NB-IOT基带信号处理，用内置TCP/IP协议栈完成数据包、语音包、图片包与NB-IOT服务器的通信。前述连接模块40可以通过NB-IOTmodem模块100和NB-IOT天线200与NB-IOT服务器建立NB-IOT连接，前述传输模块30可以通过NB-IOT modem模块100和NB-IOT天线200与NB-IOT服务器传输数据。
本发明实施例基于NB-IOT的信息传输装置，通过采集多媒体信息，并将多媒体信息压缩为符合NB-IOT的带宽要求的多媒体文件，实现了通过NB-IOT网络传输音频、图片等多媒体信息，使得用户可以通过NB-IOT随时随地获取设备现场的语音、图像等信息，拓展了NB-IOT技术的应用范围，丰富了NB-IOT技术的应用场景，例如可以应用于异常报警等应用场景。进一步地，本发明实施例采用低速语音压缩编解码技术压缩音频信息，大大节省了NB-IOT的带宽资源；采用长连接技术，确保了语音传输的低时延性和高实时性；通过对数据帧、图片帧、语音帧定义不同的帧协议，确保了NB-IOT设备与NB-IOT服务器的语音、数据、图片等不同类型的文件的并发传输。
本领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本申请中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存储器)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于NB-IOT的信息传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
窄带蜂窝物联网NB-IOT客户端采集多媒体信息；
所述NB-IOT客户端将所述多媒体信息压缩为符合所述NB-IOT的带宽要求的多媒体文件；
所述NB-IOT客户端通过已与NB-IOT服务器建立的NB-IOT连接向所述NB-IOT服务器传输所述多媒体文件。
2.根据权利要求1所述的基于NB-IOT的信息传输方法，其特征在于，所述多媒体信息包括音频信息和/或图片信息，对应的多媒体文件包括音频文件和/或图片文件。
3.根据权利要求2所述的基于NB-IOT的信息传输方法，其特征在于，当所述多媒体信息为音频信息时，所述NB-IOT客户端将所述多媒体信息压缩为符合所述NB-IOT的带宽要求的多媒体文件的步骤包括：
所述NB-IOT客户端对所述音频信息进行数字化录音；
所述NB-IOT客户端对录音数据进行低速语音压缩编码，生成符合所述NB-IOT的带宽要求的音频文件。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于NB-IOT的信息传输方法，其特征在于，所述NB-IOT客户端通过已与NB-IOT服务器建立的NB-IOT连接向所述NB-IOT服务器传输所述多媒体文件的步骤之前还包括：
所述NB-IOT客户端与所述NB-IOT服务器建立长连接。
5.根据权利要求2或3所述的基于NB-IOT的信息传输方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述NB-IOT客户端采用不同的协议包头向所述NB-IOT服务器分包传输不同类型的文件。
6.一种基于NB-IOT的信息传输装置，应用于窄带蜂窝物联网NB-IOT客户端，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集多媒体信息；
压缩模块，用于将所述多媒体信息压缩为符合所述NB-IOT的带宽要求的多媒体文件；
连接模块，用于与NB-IOT服务器建立NB-IOT连接；
传输模块，用于通过所述NB-IOT连接向所述NB-IOT服务器传输所述多媒体文件。
7.根据权利要求6所述的基于NB-IOT的信息传输装置，其特征在于，所述多媒体信息包括音频信息和/或图片信息，对应的多媒体文件包括音频文件和/或图片文件。
8.根据权利要求7所述的基于NB-IOT的信息传输装置，其特征在于，当所述多媒体信息为音频信息时，所述压缩模块用于：
对所述音频信息进行数字化录音，对录音数据进行低速语音压缩编码，生成符合所述NB-IOT的带宽要求的音频文件。
9.根据权利要求6-8任一项所述的基于NB-IOT的信息传输装置，其特征在于，所述连接模块用于：与所述NB-IOT服务器建立长连接。
10.根据权利要求7或8所述的基于NB-IOT的信息传输装置，其特征在于，所述传输模块用于：
采用不同的协议包头向所述NB-IOT服务器分包传输不同类型的文件。
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