CN106688304B - 采用使能TR-069的CPE代理的ZigBee系统管理 - Google Patents

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Abstract

一种ZigBee管理系统，包括通过CWMP消息管理客户驻地设备(CPE)的自动配置服务器(ACS)以及耦合至ACS以在CWMP消息与用于ZigBee设备的ZigBee设备对象(ZDO)消息之间提供协议转换的CPE代理。ZigBee管理系统还包括混合ZigBee协调器，混合ZigBee协调器耦合至CPE代理并且具有ZigBee协议栈，ZigBee协议栈具有ZigBee MAC层作为初始层，混合ZigBee协调器还具有耦合至ZigBee协议栈并且通过非ZigBee接口与CPE代理对ZDO消息进行通信的非ZigBee物理层，以及耦合至ZigBee协议栈和非ZigBae物理层并且通过ZigBee接口收发用于ZigBee设备的ZDO消息的ZigBee物理层。还提供了一种管理ZigBee网络的方法。

Description

采用使能TR-069的CPE代理的ZigBee系统管理
技术领域
本申请总体上涉及通信，并且更具体地涉及混合ZigBee协调器、管理ZigBee网络的方法和ZigBee管理系统。
背景技术
ZigBee设备和网络的开发已经从Wi-Fi和蓝牙应用不适合于很多应用的认识被驱动。ZigBee设备通常用于创建采用低功率数字无线电来进行通信的个域网(PAN)(位于ZigBee协议物理层中)，并且这些PAN本质上也可以是ad hoc的。ZigBee网络可以包括用作全部采用该数字无线电通信的网关、协调器、路由器和终端设备的ZigBee设备。另外，ZigBee网络可以在本质上是分散的(例如，网状网络布置)，并且通过将数据传递通过附近的或存在的ZigBee设备和网络以到达较远的距离来在较长的距离上通信。允许ZigBee设备较广泛地交互的改进对本领域将是有益的。
发明内容
一方面，本公开提供了一种混合ZigBee协调器。在一个实施例中，混合ZigBee协调器包括具有ZigBee MAC层作为初始层的ZigBee协议栈。另外，混合ZigBee协调器包括耦合至ZigBee协议栈并且被配置成通过非ZigBee接口来对用于ZigBee设备的ZDO消息进行通信的非ZigBee物理层。混合ZigBee协调器还包括耦合至ZigBee协议栈和非ZigBee物理层并且被配置成通过ZigBee接口收发用于ZigBee设备的ZDO消息的ZigBee物理层。
另一方面，本公开提供了一种管理ZigBee网络的方法。在一个实施例中，管理ZigBee网络的方法包括采用客户驻地设备(CPE)广域网(WAN)管理协议(CWMP)消息以用于ZigBee网络的管理并且在CWMP消息与ZigBee设备对象(ZDO)消息之间转换。该方法还包括通过非ZigBee接口对ZDO消息进行通信并且通过ZigBee接口收发ZDO消息，以用于ZigBee网络的管理。
另一方面，本公开提供了一种ZigBee管理系统。在一个实施例中，ZigBee管理系统包括通过客户驻地设备(CPE)广域网(WAN)管理协议(CWMP)消息来管理CPE的自动配置服务器(ACS)。ZigBee管理系统还包括耦合至ACS以在CWMP消息和用于ZigBee设备的ZigBee设备对象(ZDO)消息之间提供协议转换的CPE代理。ZigBee管理系统还包括耦合至CPE代理并且具有ZigBee协议栈的混合ZigBee协调器，ZigBee协议栈具有ZigBee MAC层作为初始层。混合ZigBee协调器还具有耦合至ZigBee协议栈并且通过非ZigBee接口与CPE代理对ZDO消息进行通信的非ZigBee物理层。混合ZigBee协调器还具有耦合至ZigBee协议站和非ZigBee物理层并且通过ZigBee接口收发用于ZigBee设备的ZDO消息的ZigBee物理层。
前面已经概述了本公开的优选和备选特征，使得本领域技术人员可以更好地理解以下公开的详细描述。在下文中将描述形成本公开的权利要求的主题的本公开的附加特征。本领域技术人员将理解，他们可以容易地使用所公开的概念和特定实施例作为用于设计或修改用于实现本公开的相同目的的其他结构的基础。
附图说明
现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1示出了根据本公开的原理构造的ZigBee管理系统的实施例的示图；
图2示出了根据本公开的原理构造的ZigBee通信区域的实施例的示图；
图3示出了可以用于非ZigBee接口的采用ZDO消息封装的运载协议的示例的示图；
图4示出了可以在ZigBee管理系统中采用的用于发现混合ZigBee协调器的ZDO消息序列的示例的示图；
图5示出了可以在ZigBee管理系统中采用的用于与混合ZigBee协调器相关联的ZDO消息序列的示例的示图；
图6示出了可以在ZigBee管理系统中采用的信标请求命令格式的示例；
图7示出了可以在ZigBee管理系统中采用的信标帧格式的示例；
图8示出了可以在ZigBee管理系统中采用的ZigBee MAC报头寻址字段的示例；
图9示出了可以在ZigBee管理系统中采用的超帧规范字段格式的示例；以及
图10示出了根据本公开的原理执行的管理ZigBee网络的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
本公开的实施例提供通过附加地耦合至使能TR069的自动配置服务器(ACS)的使能TR069的客户驻地设备(CPE)代理对ZigBee网络的管理。在典型的场景中，CPE代理可以被包括在通常没有配备具有ZigBee物理层的ZigBee接口的宽带路由器中，诸如家庭网关或企业(商业)网关。因此，ZigBee网关解决方案不适用于CPE代理。与静态配置解决方案相反，本公开的实施例支持ZigBee网络的自动发现和管理，而不必对CPE代理采用ZigBee无线电接口要求。这些实施例作为逻辑ZigBee接口执行。
除了ZigBee网络的自动发现之外，实现了CPE代理和ZigBee网络之间的控制和转发操作，并且对于ZigBee网络不需要额外的命令和信令来对来自CPE代理的ZigBee网络管理请求(例如，发现请求)作出反应。进一步的扩展提供了CPE代理和ZigBee网络之间的附加控制和转发。
图1示出了根据本公开的原理构造的ZigBee管理系统的实施例的示图，该ZigBee管理系统总体上标示为100。ZigBee管理系统100被划分为技术报告069(TR-069)通信区域102和ZigBee通信区域103。ZigBee管理系统100包括自动配置服务器(ACS)105、客户驻地设备(CPE)代理110、ZigBee数据模型115和ZigBee网络120。在所示实施例中，ZigBee网络120包括混合ZigBee协调器122和多个ZigBee设备123。
通常，TR-069规定了ACS和CPE之间的标准通信机制，其中ACS通常是宽带网络中负责用于CPE的针对高级服务的自动配置的部件。在TR-069通信区域102中，采用广域网(WAN)接口107在ACS 105和CPE代理110之间提供CPE广域网(WAN)管理协议(CWMP)消息，其中这些CWMP消息基于ZigBee数据模型115。在本公开中，ACS 105通过这些CWMP机制来管理CPE代理110或者与CPE代理110相互关联，并且不知道可以用于发起或完成ZigBee网络操作的任何代理协议消息，即，ZigBee设备对象(ZDO)消息。
在ZigBee通信区域103中，采用与非ZigBee物理层相关联的非ZigBee接口112在CPE代理110和ZigBee网络120之间提供ZDO消息。CPE代理110通常可以驻留在诸如宽带路由器(例如，家庭或企业网关)等设备中，并且充当TR-069通信区域102和ZigBee通信区域103之间的转换路径或桥接器。这里，协议转换发生在CWMP消息和ZDO消息之间，以在ASC 105和ZigBee网络120之间提供基于ZigBee数据模型115的通信。
通常，数据模型是以协议中性格式定义设备的表示的对象、参数或属性的分层集合。ZigBee数据模型115基于TR-069标准，并且提供ZigBee设备的表示，其中特定部件被表示以便将ZigBee设备转变为协议中性的功能器件。例如，这些对象可以包括基本设备信息、一天中时间的配置、网络接口和协议栈配置、路由和桥接管理、吞吐量统计和诊断测试。
在ZigBee接口中，采用基于无线电的物理层来实现通信，基于无线电的物理层在ZigBee网络的成员之间传输和接收ZDO消息。如上所述，非ZigBee接口112耦合至非ZigBee物理层，以在CPE代理110和ZigBee网络120之间提供ZDO消息。在ZigBee管理系统100的一个实施例中，非ZigBee接口112在CPE代理110和ZigBee系统120之间采用有线连接(例如，有线网络)。这种有线连接的示例包括USB(通用串行总线)结构、以太网结构、RS232结构或PLC(电力线通信)结构。当然，也可以采用提供ZDO消息封装的其他当前的或未来的有线结构。
在其他实施例中，非ZigBee接口112可以在CPE代理110和ZigBee系统120之间采用非ZigBee无线连接(例如，非ZigBee无线网络)。这种非ZigBee无线连接的示例包括Wi-Fi连接、第三代(3G)移动网络连接、第四代(4G)移动网络连接或者可以提供ZDO消息封装能力的其它类似的当前的或未来的非ZigBee无线结构。
ZigBee网络120在图1中总体上示出，并且包括混合ZigBee协调器122和多个ZigBee设备123，如前所述。当然，对于一些实施例，在ZigBee网络120中可以仅包括单个ZigBee设备。混合ZigBee协调器122包括具有ZigBee MAC层作为初始层的ZigBee协议栈。混合ZigBee协调器122还包括耦合至ZigBee协议栈的非ZigBee物理层，非ZigBee物理层被配置成通过非ZigBee接口来对用于ZigBee设备123的ZDO消息进行通信。混合ZigBee协调器122附加地包括耦合至ZigBee协议栈和非ZigBee物理层的ZigBee物理层，ZigBee物理层被配置成通过ZigBee接口收发用于ZigBee设备123的ZDO消息。ZigBee设备123可以包括被组织成ZigBee星形网络、ZigBee网状网络或ZigBee树形网络的一个或多个ZigBee终端设备、ZigBee路由器或ZigBee协调器。
图2示出了根据本公开的原理构造的ZigBee通信区域的实施例的示图，该通信区域总体上标示为200。ZigBee通信区域200包括CPE代理205的ZigBee(ZDO)部分、混合ZigBee协调器215和ZigBee设备225的协议表示。ZigBee通信区域200还包括耦合在CPE代理205和混合ZigBee协调器215之间的非ZigBee接口210、以及耦合在混合ZigBee协调器215和ZigBee设备225之间的ZigBee接口220。
CPE代理205包括ZigBee协议栈207、以及耦合在ZigBee协议栈207和非ZigBee接口210之间的非ZigBee物理层208。混合ZigBee协调器215还包括耦合至非ZigBee物理层217和ZigBee物理层218的ZigBee协议栈216，如图所示。非ZigBee物理层217耦合至非ZigBee接口210，并且ZigBee物理层218耦合至ZigBee接口220。
ZigBee设备225还包括ZigBee协议栈227、以及耦合在ZigBee协议栈227和ZigBee接口220之间的ZigBee物理层228。非ZigBee物理层208、217采用由非ZigBee接口210指定的运载协议。ZigBee物理层218、228采用由ZigBee接口220指定的无线电接口协议。ZigBee协议栈207、216、227采用作为的ZigBee协议层的ZigBee MAC层、ZigBee网络层和应用层/APS子层。
图3示出了可以用于非ZigBee接口(相应地诸如图1和图2的ZigBee管理系统100和ZigBee通信区域200的非ZigBee接口112和210)的采用ZDO消息封装的运载协议的示例的示图，其总体上标示为300。这里，非ZigBee接口被指示为有线连接。当然，也可以采用非ZigBee无线连接。
运载封装示例300包括包报头和外层包装信息305以及包有效载荷信息310。包报头和外层包装信息305通常特定于所采用的非ZigBee接口所需要的运载协议。如图2的ZigBee协议栈中所指示的，包有效载荷信息310由ZigBee MAC层帧和上层内容提供。
当采用CPE代理的ACS想要发现混合ZigBee协调器时，CPE代理可以采用已经在CPE代理的相关联的ZigBee MAC层帧中定义的Discover请求和响应序列来完成发现关系。
图4示出了可以在诸如图1的ZigBee管理系统中采用的用于发现混合ZigBee协调器的ZDO消息序列的示例的示图，其总体上标示为400。ACS可以采用相关联的CPE代理来发起发现过程(例如，采用CPE代理110的ACS 105)。通过非ZigBee接口在CPE代理和混合ZigBee协调器之间对发现消息序列400进行通信。
通过MLME-SCAN.request(MAC层管理实体SCAN请求)针对CPE代理的ZigBee MAC层在CPE代理ZigBee网络层中发起发现ZDO消息序列400，如图所示。CPE代理MAC层然后发出信标请求，信标请求由CPE代理的非ZigBee物理层封装到由连接CPE代理和混合ZigBee协调器的非ZigBee接口指定的运载协议中。经封装的信标请求通过非ZigBee接口发送给混合ZigBee协调器的非ZigBee物理层。该请求由混合ZigBee协调器解封装并且处理，然后混合ZigBee协调器通过非ZigBee接口使用经封装的信标响应向CPE代理进行响应。经封装的信标帧由CPE代理的非ZigBee物理层解封装，并且被提供给CPE代理MAC层，CPE代理MAC层向CPE代理ZigBee网络层发出MLME-SCAN.confirm(MAC层管理实体SCAN确认)以完成发现ZDO消息序列400。
当CPE代理已经发现了混合ZigBee协调器并且想要与其相关联时，CPE代理可以采用已经在CPE代理ZigBee MAC层中定义的关联请求和响应命令来完成关联关系。
图5示出了可以在诸如图1的ZigBee管理系统中采用的用于与混合ZigBee协调器相关联的ZDO消息序列的示例的示图，其总体上标示为500。通过非ZigBee接口在CPE代理和混合ZigBee协调器之间对关联消息序列500进行通信。
通过MLME-ASSOCIATE.request(MAC层管理实体ASSOCIATE(关联)请求)针对CPE代理的ZigBee MAC层在CPE代理ZigBee网络层中发起关联ZDO消息序列500，如图所示。CPE代理MAC层然后发出关联请求，关联请求由CPE代理的非ZigBee物理层封装到由连接CPE代理和混合ZigBee协调器的非ZigBee接口指定的运载协议中。经封装的关联请求通过非ZigBee接口发送给混合ZigBee协调器的非ZigBee物理层。该请求由混合ZigBee协调器解封装并且处理，然后混合ZigBee协调器通过非ZigBee接口使用经封装的关联响应向CPE代理进行响应。经封装的关联响应由CPE代理的非ZigBee物理层解封装，并且被提供给CPE代理MAC层，CPE代理MAC层向CPE代理ZigBee网络层发出MLME-ASSOCIATE.confirm(MAC层管理实体ASSOCIATE确认)以完成关联ZDO消息序列500。
图6示出了可以在诸如图1的ZigBee管理系统中采用的信标请求命令格式的示例，其总体上标示为600。信标请求命令格式600可以由CPE代理使用以在主动扫描期间定位连接到其非ZigBee接口的所有混合ZigBee协调器。附加地，信标请求命令格式600可以由混合ZigBee协调器使用以在主动扫描期间定位在其ZigBee接口的无线电通信范围内的所有传统ZigBee协调器。
信标请求命令格式600包括MAC报头605和命令帧标识符610。MAC报头605可以是ZigBee协议MAC报头，并且长度为七个字节。命令帧标识符610的字段被设置为0x07(即，长度为一个字节)，其指示该MAC帧对应于信标请求命令。
图7示出了可以在诸如图1的ZigBee管理系统中采用的信标帧格式的示例，其总体上标示为700。信标帧格式700包括MAC报头，MAC报头具有帧控制字段705、序列号字段710、寻址字段715和辅助安全头字段720。信标帧格式700还包括MAC有效载荷，MAC有效载荷具有超帧规范字段725、保证时隙(GTS)字段730、未决地址字段735和信标有效载荷字段740。信标帧格式700附加地包括具有帧检查序列(FCS)字段745的MAC底部(footer)。
在MAC报头中，帧控制字段705包含指示信标帧的值。序列号字段710指示信标序列。寻址字段715仅包含源地址字段，如以下图8所示。辅助安全报头字段720是规定安全处理所需要的信息的可选字段。
在MAC有效载荷中，超帧规范字段725被格式化为如图9所示。在超帧规范字段725中，如果信标帧由PAN协调器传输，则PAN协调器子字段被设置为1。否则，PAN协调器子字段被设置为0。根据该子字段，可以确定ZigBee设备是混合ZigBee协调器还是ZigBee协调器。
GTS字段730指示保证时隙的值。未决地址字段735列出所有未决地址。这些包括当前具有利用相关联的混合或ZigBee协调器的未决的消息的设备的地址。信标有效载荷字段740是被规定为由下一较高协议层在信标帧中传输的可选序列。信标有效载荷字段740是高达aMaxBeaconpayloadLength(最大新标有效载荷长度)的可选序列。另外的信息可以被扩展到该字段，其可以满足CPE代理和混合ZigBee协调器之间的特定的发现、控制或转发要求。这也可以用于未来的开发。
图8示出了可以在诸如图1的ZigBee管理系统中采用的ZigBeeMAC报头寻址字段的示例，其总体上标示为800。MAC报头寻址字段800包括源PAN(个域网络)标识符805和源地址810。这里，源PAN标识符和源地址字段分别包含传输信标的设备的PAN标识符和地址。
图9示出了可以在诸如图1的ZigBee管理系统中采用的超帧规范字段格式的示例，其总体上标示为900。超帧规范字段900包括信标顺序子字段905、超帧顺序子字段910、最终CAP时隙子字段915、电池寿命扩展子字段920、保留子字段925、pan协调器子字段930和关联许可子字段935。如果PAN协调器正在传输信标帧，则PAN协调器子字段930被设置为1。否则，PAN协调器子字段930被设置为0。
图10示出了根据本公开的原理执行的管理ZigBee网络的方法的实施例的流程图，其总体上标示为1000。方法1000在步骤1005中开始，并且在步骤1010中，采用用户驻地设备(CPE)广域网(WAN)管理协议(CWMP)消息用于ZigBee网络的管理。然后，在步骤1015中，转换CWMP消息和ZigBee设备对象(ZDO)消息。在步骤1020中，通过非ZigBee接口对ZDO消息进行通信。在步骤1025中，通过ZigBee接口收发ZDO消息用于ZigBee网络的管理。
在一个实施例中，采用CWMP消息包括在自动配置服务器(ACS)和CPE代理之间发送和接收CWMP消息。在另一实施例中，CWMP消息和ZDO消息之间转换包括在CPE代理中提供转换并且使转换基于ZigBee数据模型。
在又一实施例中，对ZDO消息进行通信包括从由USB结构、以太网结构、RS232结构和电力线通信结构组成的有线组中选择非ZigBee接口。在又一实施例中，对ZDO消息进行通信包括从由Wi-Fi网络、第三代(3G)移动网络和第四代(4G)移动网络组成的无线组中选择非ZigBee接口。
在另一实施例中，对ZDO消息进行通信包括在混合ZigBee协调器中采用非ZigBee物理层。在又一实施例中，收发ZDO消息包括在混合ZigBee协调器中采用ZigBee物理层。方法1000在步骤1030中结束。
虽然已经参照以特定顺序执行的特定步骤描述和示出了本文中所公开的方法，但是将理解，在不脱离本公开的教导的情况下，这些步骤可以组合、细分或重新排序以形成等同的方法。因此，除非本文中特别指出，否则步骤的顺序或分组不是本公开的限制。
本申请所涉及的领域的技术人员将理解，可以对所描述的实施例做出其他的和另外的添加、删除、替换和修改。

Claims (20)

1.一种混合ZigBee协调器，包括：
ZigBee协议栈，具有ZigBee MAC层作为初始层；
非ZigBee物理层，耦合至所述ZigBee协议栈并且被配置成通过非ZigBee接口来与客户驻地设备CPE代理对用于ZigBee设备的ZDO消息进行通信；以及
ZigBee物理层，耦合至所述ZigBee协议栈和所述非ZigBee物理层，并且被配置成通过ZigBee接口收发用于所述ZigBee设备的所述ZDO消息。
2.根据权利要求1所述的协调器，其中所述协调器和自动配置服务器之间的通信通过所述ZDO消息与由所述自动配置服务器采用的CPE广域网WAN管理协议CWMP消息之间的协议转换被提供。
3.根据权利要求1所述的协调器，其中所述ZDO消息基于ZigBee数据模型，并且被封装在所述非ZigBee接口的有线载体或非ZigBee无线载体中。
4.根据权利要求1所述的协调器，其中所述非ZigBee接口包括从由以下各项组成的组中选择的有线连接：
USB结构；
以太网结构；
RS232结构；以及
电力线通信结构。
5.根据权利要求1所述的协调器，其中所述非ZigBee接口包括从由以下各项组成的组中选择的非ZigBee无线连接：
Wi-Fi网络；
第三代3G移动网络；以及
第四代4G移动网络。
6.根据权利要求1所述的协调器，其中所述ZigBee协议栈还包括从由包括以下项的组中选择的协议层：
ZigBee网络层；以及
应用层/APS子层。
7.一种管理ZigBee网络的方法，包括：
采用客户驻地设备CPE广域网WAN管理协议CWMP消息，以用于ZigBee网络的管理；
在所述CWMP消息和ZigBee设备对象ZDO消息之间转换；
通过非ZigBee接口来与CPE代理对所述ZDO消息进行通信；以及
通过ZigBee接口收发所述ZDO消息，以用于所述ZigBee网络的管理。
8.根据权利要求7所述的方法，其中采用所述CWMP消息包括：在自动配置服务器ACS与所述CPE代理之间发送和接收所述CWMP消息。
9.根据权利要求7所述的方法，其中在所述CWMP消息与所述ZDO消息之间转换包括：在CPE代理中提供所述转换并且使所述转换基于ZigBee数据模型。
10.根据权利要求7所述的方法，其中对所述ZDO消息进行通信包括从由以下各项组成的有线组中选择所述非ZigBee接口：
USB结构；
以太网结构；
RS232结构；以及
电力线通信结构。
11.根据权利要求7所述的方法，其中对所述ZDO消息进行通信包括从由以下各项组成的无线组中选择所述非ZigBee接口：
Wi-Fi网络；
第三代3G移动网络；以及
第四代4G移动网络。
12.根据权利要求7所述的方法，其中对所述ZDO消息进行通信包括：在混合ZigBee协调器中采用非ZigBee物理层。
13.根据权利要求7所述的方法，其中收发所述ZDO消息包括：在混合ZigBee协调器中采用ZigBee物理层。
14.一种ZigBee管理系统，包括：
自动配置服务器ACS，所述ACS通过客户驻地设备CPE广域网WAN管理协议CWMP消息来管理CPE；
CPE代理，所述CPE代理耦合至所述ACS以在所述CWMP消息与用于ZigBee设备的ZigBee设备对象ZDO消息之间提供协议转换；以及
混合ZigBee协调器，所述混合ZigBee协调器耦合至所述CPE代理，所述混合ZigBee协调器包括：
ZigBee协议栈，所述ZigBee协议栈具有ZigBee MAC层作为初始层，
非ZigBee物理层，所述非ZigBee物理层耦合至所述ZigBee协议栈并且通过非ZigBee接口来与所述CPE代理对所述ZDO消息进行通信，以及
ZigBee物理层，所述ZigBee物理层耦合至所述ZigBee协议栈和所述非ZigBee物理层，并且通过ZigBee接口收发用于所述ZigBee设备的所述ZDO消息。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述协议转换基于ZigBee数据模型。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述ZDO消息被封装在所述非ZigBee接口的有线载体或非ZigBee无线载体中。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述非ZigBee接口包括从由以下各项组成的组中选择的有线连接：
USB结构；
以太网结构；
RS232结构；以及
电力线通信结构。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述非ZigBee接口包括从由以下各项组成的组中选择的非ZigBee无线连接：
Wi-Fi网络；
第三代3G移动网络；以及
第四代4G移动网络。
19.根据权利要求14所述的系统，其中所述混合ZigBee协调器是从由以下各项组成的组中选择的ZigBee网络的一部分：
ZigBee星形网络；
ZigBee网状网络；以及
ZigBee树形网络。
20.根据权利要求14所述的系统，其中所述ZigBee设备从由以下各项组成的组中被选择：
ZigBee终端设备；
ZigBee路由器；以及
ZigBee协调器。
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