CN108134677B - 以太网络供电系统的供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以太网络供电系统(PoE)的供电装置，包含多个供电设备，各供电设备配置成：在判断本身已经连接一待测设备，但待测设备并非适于供电的用电设备时，进一步判断另一供电设备是否已经连接一经判断为适于供电的用电设备；如判断结果为是，则判断两供电设备已连接同一用电设备。

Description

以太网络供电系统的供电装置

技术领域

本发明涉及一种以太网络供电系统(PoE)的供电装置，特别涉及供使用在以太网络供电系统中，含有多个供电设备，并经由多个信号/电源通道，供应高功率的供电装置。

背景技术

在业界所通用的以太网络供电系统(Power over Ethernet–PoE)，主要是遵循由电气与电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers)所制定的IEEE802.3af标准和IEEE802.3at标准，所配置的系统。标准规定将限定的功率经由一条由两对双绞线组成的信号缆线传送，而不会干扰资料通信。标准定义了架构下的供电设备(Power Source Equipment–PSE)与用电设备(Powered Device–PD)。根据标准，供电设备在供应电功率之前，必须检测两对双绞线是否已经连接一用电设备，并须检测用电设备是否为适于供电的用电设备。如果检测结果发现用电设备的阻抗值在一定范围(称为“签名电阻”)之内，即认定用电设备为适于供电，才能对用电设备供电。

在IEEE802.3af标准规定下，一个供电设备对于由两对双绞线构成的缆线，供应的功率不得超过15.4瓦。这种供电设备称为第一型PSE(Type 1PSE)，适用于这种第一型的装置，也称为低功耗PSE/PD。此外，IEEE802.3at标准规定一个供电设备对于由两对双绞线构成的缆线，供应的功率不得超过30瓦。这种供电设备称为第二型PSE(Type 2PSE)，适用于这种第二型的装置，也称为中功耗PSE/PD。除了上述低功耗和中功耗的PD之外，另外也存在其他类型的PSE和PD，可以提供/接收更高的功率。这类型的PSE/PD设备称为高功耗的PSE/PD设备。

依照ANSI/TIA/EIA-568-A标准定义的5e类(CAT 5e)电缆(超五类)和6类(CAT 6)电缆提供由两对双绞线或4对双绞线构成的缆线，可以用来载送高于上述第一型或第二型规格更高的功率。因此，如果将上述第一型或第二型规格的供电设备与这两种缆线中使用4对双绞线的缆线结合，将可对用电设备提供更高的功率，而不会害及这两种缆线规格所规定的安全性要求。

为要向用电设备提供更高的功率，上述系统可使用两个供电设备加以组合，两个供电设备分别连接一条由4对双绞线组成的信号/电源通道，而容许1)单一的用电设备同时连接到两条信号/电源通道(图1)，以同时接受两个供电设备的供电；2)两个用电设备分别经由一条信号/电源通道(图2)，以个别接受一个供电设备的供电；以及3)一个用电设备连接到两条信号/电源通道中的一条，以接受一个供电设备供电(图3及图4)。这种结合使用两个供电设备的组成，可以称为多个供电设备的供电装置。

在上述IEEE标准中另外规定，以太网络供电系统的供电设备，在对一条信号/电源通道供电之前，必须先对通道施加一检测信号，并在施加检测信号后的预定时间从通道测得一反应信号，之后根据反应信号判断通道是否已连接用电设备，以及用电设备是否为适于供电的用电设备。在将这种供电设备应用到上述含有两个供电设备及两条信号/电源通道的供电装置时，由于在供电装置端存在两个供电设备，如果使用现有技术的供电设备检测方法，检测结果将可能发生错误。

例如，在前述图1的情形下，当第一供电设备11对第一通道D1、D2发出检测后，因通道D1、D2连接用电设备20，第一供电设备11可在通道D1、D2检测到反应信号，并根据反应信号计算一阻抗值。在这种情形下，阻抗值通常是在有效范围，故可判断用电设备20为适合供电的用电设备，开始供电。但第二供电设备12对第二通道D3、D4发出检测后，因通道D3、D4也连接用电设备20，所检测到的电阻值将会超过有效范围，导致检测结果为无效。这时第二供电设备12即不会向用电设备20提供功率。但在这种情况下，用电设备20通常就是一种高功耗的用电设备。这时两个供电设备中，仅有一个供电设备供电，所供应的功率将无法满足用电设备20的需求，导致这种双供电设备的架构失败，无法通过使用两个供电设备提供更高的功率。

美国专利US 8,305,906B2号公开一种以太网络供电系统的用电设备检测方法，用以对具有4对双绞线的双通道信号缆线，检测是否连接到同一用电设备。方法包括对一通道发出检测信号，并从另一通道检测反应信号。在根据另一通道所测得的反应信号判断对双绞线所连接的设备并非适于供电的用电设备时，判断两通道是连接到同一用电设备。

美国专利US 9,281,691B2也公开一种在以太网络供电系统的用电设备中，对具有4对双绞线的双通道信号缆线，检测是否连接到同一用电设备的检测装置。所使用的检测方法包括：同时对两通道送出检测信号。于其中一通道所测得的反应信号显示已经连接到一个适于供电的用电设备后，接续检测两通道所表现的电阻值。在两电阻值在特定范围内时，判断两条通道连接到同一用电设备，并同时对两条通道供电。

从以上现有技术资料可知，业界对于使用多个供电设备的以太网络供电系统的用电装置确有一定的需求，用以提供较高的功率给高功耗的装置。但是如何以简单的架构及/或方法，迅速达成正确的检测，则缺乏有效的解决方案。

此外，由于使用两个供电设备，在将电功率提供给图1到图4中任何一种配置的用电设备后，供电设备对于超载状态和断开状态的检测以及相应的控制也需有适当的规划，才能使双供电设备的机制达成其预定的效用。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种新颖的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，供电装置可以包含多个供电设备，且多个供电设备可同时供应电功率到单一的用电设备。

本发明的目的就是在提供一种新颖的以太网络供电系统的供电装置，供电装置可以包含多个供电设备，且能正确判断所连接的用电设备连接配置状态，以提供正确的电源供应。

本发明的目的就是在提供一种新颖的以太网络供电系统的供电装置，供电装置可以包含多个供电设备，且能正确判断供电状态，以提供安全的电源供应。

根据本发明的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，可以包含多个供电设备，优选为两个供电设备，各供电设备均可独立经由一条信号/电源通道供应电功率，优选为符合IEEE802.3af标准及/或IEEE802.3at标准的电功率。其中，信号/电源通道包括至少两对双绞线，连接一个电接头。电接头可为信号线接头，优选为以太网络信号线接头。

在本发明的优选实例中，供电装置的第一供电设备连接第一信号/电源通道，而连接第一接头；第二供电设备连接第二信号/电源通道，而连接第二接头。各供电设备配置成：对供电设备所连接的信号/电源通道施加一检测信号，并在施加检测信号后的预定时间从信号/电源通道测得一反应信号；之后根据反应信号判断通道是否已连接一待测设备，以及待测设备是否为适于供电的用电设备。优选为符合IEEE802.3af标准及/或IEEE802.3at标准的用电设备。如判断结果为是，则对通道供电；否则即不供电。

供电设备进一步配置成：在判断通道已经连接一待测设备，但待测设备并非适于供电的用电设备时，进一步判断另一供电设备是否已经连接一经判断为适于供电的用电设备。如判断结果为是，则判断两供电设备已连接同一用电设备，并对另一供电设备及供电设备分别设定功率上限，根据功率上限供应电功率至两通道。在本发明的优选实例中，对供电设备及另一供电设备设定的功率上限值，可相同。但在其他实施例中，则为不同。

供电设备并配置成可接受供电装置的另一供电设备设定功率上限。

在本发明的一种特定实施例中，供电装置已经预设第一供电设备与第二供电设备为一组供电装置，并预设其功率上限值。其中，第二供电设备在第一供电设备判断第一供电设备已经连接一经判断为适于供电的用电设备后，且已判断第二供电设备已经连接一待测设备，但待测设备并非适于供电的用电设备时，判断两供电设备已连接同一用电设备，并根据功率上限供应电功率至两通道。

在本发明的优选实施例中，第二供电设备在判断第二供电设备已经连接一待测设备，但待测设备并非适于供电的用电设备时，另外判断两供电设备是否适于提供高功率。若是，才判断两供电设备已连接同一用电设备。

在本发明的多个应用中，供电设备即是一种符合IEEE802.3af标准或IEEE802.3at标准的供电设备。

本发明的供电装置尚可包括超载状态和断开状态的检测机制，并可根据检测结果，调整对用电设备的供电。

在本发明的特定实施例中，供电装置还包括一个控制装置，用来监控及/或执行上述用电设备的检测、分类及供电。

上述及其他本发明的目的及优点，可以从以下详细说明并参照下列图式而更形清楚。

附图说明

图1示出根据本发明的以太网络供电系统供电装置中，多个供电设备同时连接到一个用电设备的连接状态电路示意图。

图2示出根据本发明的以太网络供电系统供电装置中，多个供电设备分别连接到一个用电设备的连接状态电路示意图。

图3、4示出根据本发明的以太网络供电系统供电装置中，多个供电设备中只有一个供电设备连接到一个用电设备的连接状态电路示意图。

图5示出本发明以太网络供电系统的供电装置一种实施例的方块图。

图6示出本发明一种实施例的以太网络供电系统供电装置的用电设备检测方法流程图。

附图标记说明

11、12、13、14 供电设备

11A、12A、13A、14A 电源通道

11B、12B、13B、14B 端口

20、21 用电设备

100 供电装置

101 输出入界面

200 计算机主机

201、202、211 网络线

D1、D2 第一通道

D3、D4 第二通道

具体实施方式

以下将参考图式，说明本发明以太网络供电系统(Power over Ethernet–PoE)的供电装置的多种实施例。

本发明提供一种新颖的以太网络供电系统的供电装置，供电装置配备至少两个供电设备，尤其是符合IEEE802.3af标准及/或IEEE802.3at标准的供电设备。各供电设备均可独立经由一条信号/电源通道供应电功率。本发明特别提出一种用电设备的检测用来检测连接到供电设备的用电设备。所检测的项目包括：

1.各供电设备提供的信号/电源通道是否连接用电设备。

2.信号/电源通道所连接的用电设备是否适于供电的用电设备。

3.是否有两个供电设备的信号/电源通道连接到同一用电设备。

4.各个信号/电源通道是否发生超载状态或断开状态。

关于供电设备提供的信号/电源通道是否连接用电设备，以及连接的用电设备是否适于供电的用电设备，在现有的以太网络供电系统的供电设备都已经提供检测功能。不过，现有的以太网络供电系统的供电设备在架构上是由单一的供电设备通过一条供电通道，亦即由两对双绞线所组成的信号及/或电源通道，优选以信号线接头，供应电功率到一个用电设备。适用于现有以太网络供电系统的用电设备检测装置及检测方法，并无法应用到具有多个供电设备及多通道的供电装置。

图1到图4显示据本发明的以太网络供电系统供电装置100与可能连接的用电设备20、20A、20B的连接配置。各图中的以太网络供电系统供电装置100都具有两个供电设备11、12，分别连接一条信号/电源通道D1/D2与D3/D4。信号/电源通道D1/D2与D3/D4可供用电设备20、20A、20B连接，以对各用电设备20、20A、20B传送/接收信号及/或供应电功率。其中，图1示出的连接配置为两个供电设备11、12分别经由两条信号/电源通道D1/D2与D3/D4同时连接到同一用电设备20。图2示出的连接配置则为两个供电设备11、12分别经由一条信号/电源通道D1/D2与D3/D4连接到不同的两个用电设备20A、20B。图3、4示出的连接配置则是两个供电设备11、12虽然都提供一条信号/电源通道D1/D2与D3/D4，但其中只有一条信号/电源通道D1/D2(图3)或D3/D4(图4)连接用电设备20A或20B。除图1-4所示的连接配置之外，两条通道也可能都未连接任何用电设备。

本发明提供一种新颖的用电设备检测方法，用来在本发明的以太网络供电系统的供电装置中检测供电装置中的供电设备与可能的用电设备的连接配置。图5示出本发明以太网络供电系统的供电装置一种实施例的方块图。如图所示，本发明的以太网络供电系统的供电装置100，包含多个供电设备11、12、13、14。各供电设备11、12、13、14可为一种符合IEEE802.3af标准及/或IEEE802.3at标准的供电设备。供电装置100用来配置在一以太网络供电系统中。供电装置100与计算机主机200共同构成以太网络供电系统，提供由供电装置100将计算机主机200经由网络线201送来的功率转送到用电设备20、21的功能。如图5所示，计算机主机200提供的电功率(以及电信号)，经由网络线201进入供电装置100的输出入界面101，而进入各个供电设备11、12、13、14。供电装置100也提供多个端口11B、12B、13B、14B，分别通过一条信号/电源通道11A、12A、13A、14A而连接一个供电设备11、12、13、14，以供外部装置20、21经由网络线201、202、211连接，接受各供电设备11、12、13、14供应的电功率。图中显示4条信号/电源通道及4个端口，但本领域技术人员均知，通道与端口的数量并非任何技术限制。通常，供电装置100可提供8个通道及8个端口，但高于或低于该数量，也非不许。图中显示有两个外部装置20、21，其中外部装置20连接到端口11B、12B；外部装置21连接到端口13B。端口14B并无外部装置连接。外部装置20通常就是上述高电耗用电设备，外部装置21通常就是一个低电耗用电设备或中电耗用电设备，但也可能是与IEEE标准不兼容的用电设备。供电装置100的功能即是将计算机主机200所提供的功率转送到外部装置20、21中可能接受供电的装置。

具有以上构成的以太网络供电系统为业界所熟知，并记载在各种技术文献中，包括上述IEEE 802.3af、IEEE 802.3at等业界标准。其详情不须在此赘述。

如前所述，一个符合IEEE 802.3af、IEEE 802.3at等标准规格的供电设备，在进行供电时，需先检测供电设备所连接的信号/电源通道是否有待测装置连接，以及待测装置是否适于供电的用电设备。在判断结果为是时，还须对用电设备进行供电等级的分类。如果判断结果为否，则不对所连接的信号/电源通道供电。具有这种能力的供电设备广泛存在市面，并有各种技术文献说明，为此行业人士所熟知的技术。不过，这种已知技术中，并没有提出能简化检测多个供电设备是否连接到同一用电装置的解决方案。

根据本发明的以太网络供电系统的供电装置，个别的供电设备在检测所连接的待测装置结果为非适于供电的装置时，还进行其他必要的检测，以判断是否有多个供电设备连接到同一用电装置。图6即示出一种适用于本发明以太网络供电系统的供电装置的用电装置检测方法。如图所示：在步骤601，系统设定供电设备11、12为一组供电装置，并设定供电设备11、12的供电功率上限。这种设定可由系统自动设定，也可由使用者手动设定。当然也可在系统出厂时即预设供电设备11、12为一组供电装置。在步骤602，第一供电设备11检测所连接的信号/电源通道上是否已经连接待测设备。在此步骤的检测方法包括对通道D1、D2(图5中的11A)送出检测信号，并在预定时间之后从通道D1、D2检出反应信号。所使用的检测信号通常为电压信号，以取得反应电流信号。但以送出检测电流信号以取得反应电压信号的方式为之，也无不可。在此步骤如果无法检测到反应信号，可判断通道D1、D2并未连接任何待测设备。如果检测到反应信号，则在步骤603进一步判断待测设备是否适于供电的用电装置。如前所述，根据已知技术，判断的方式包括判断反应信号所代表的电阻值，是否落在19到26.5千欧姆的范围之内。如是，则判断待测装置为符合IEEE标准的用电设备。就此，PoE标准还规定，供电设备所发出的信号，电压应在大约2.8V和10V之间，电流应小于大约5mA。检测信号的电压应有1V以上的差值。

如步骤603的判断结果为是，则在步骤604由第一供电设备11对通道D1、D2进行分类处理。分类处理的步骤可包括发出分类检测信号，并根据所得到的分类反应信号，对所连接的用电装置进行用电功率的分级。此步骤的分类方法，也是根据上述IEEE 802.3af、IEEE802.3at等标准的规定，并使用类似于前述检测方法。在步骤604分类的结果如得到有效的分级，第一供电设备11即在步骤605开始对所连接的用电设备供电；若否，则进到步骤608，第一供电设备11与第二供电设备12均不供电。第一供电设备11供电之后，第二供电设备12在步骤606检测所连接的信号/电源通道上是否已经连接待测设备。在此步骤的检测方法包括对通道D3、D4(图5中的12A)送出检测信号，并在预定时间之后从通道D3、D4检出反应信号。在此步骤如果无法检测到反应信号，可判断通道D3、D4并未连接任何待测设备，则进到步骤609，仅第一供电设备供电。

在步骤602的判断结果如为否，即初步判断第一供电设备11的通道D1、D2并未连接任何待测装置。此时，第二供电设备12在步骤607检测所连接的信号/电源通道上是否已经连接待测设备。在此步骤的检测方法包括对通道D3、D4(图5中的12A)送出检测信号，并在预定时间之后从通道D3、D4检出反应信号。在此步骤如果无法检测到反应信号，可判断通道D3、D4并未连接任何待测设备。则在步骤608，第一供电设备11与第二供电设备12均不供电。如可检测到反应信号，则第二供电设备12在步骤610进一步判断待测设备是否适于供电的用电装置。如前所述，根据已知技术，判断的方式包括判断反应信号所代表的电阻值是否落在19到26.5千欧姆的范围之内。如是，则判断待测装置为符合IEEE标准的用电设备。

如果步骤610判断结果为否，则步骤进到608，第一供电设备11与第二供电设备12均不供电。如判断结果为是，则第二供电设备12在步骤611由对通道D3、D4进行分类处理。在步骤610分类的结果如得到有效的分级，第二供电设备12即在步骤612开始对所连接的用电设备供电。此时，第一供电设备11与并不供电。如分类结果为无效的分类，则步骤进到608，第一供电设备11与第二供电设备12均不供电。

在步骤603的判断结果如为否，则步骤进到608，第一供电设备11与第二供电设备12均不供电。

在步骤606的判断结果为是时，即可初步判断第一供电设备11与第二供电设备12均已连接待测装置。故在步骤613由第二供电设备12进一步判断待测设备是否适于供电的用电装置。如果判断结果为否，则可判断第一供电设备11与第二供电设备12均连接到同一用电设备。此时在步骤614判断两供电设备11、12是否适于提供高功率。为进行此步骤的判断，需事先对两供电设备11、12作设定。是否能提供高功率的设定可以在设定功率上限(步骤601)时同时设定，亦可以在步骤614由系统使用者设定。若步骤614的判断结果为是，则由第一供电设备11与第二供电设备12在步骤615根据步骤601所设定的功率上限，对用电设备20供电。若否，则进到步骤609，仅由第一供电设备11对用电设备20供电。

如果步骤613判断结果为是，则可判断第一供电设备11与第二供电设备12分别连接到不同的用电设备。此时步骤进到616，由第二供电设备12对所连接的用电设备做分类处理，并根据分类结果供电。

如步骤616的分类结果为无效的分类，则第二供电设备12并未连接到符合规范的用电设备。此时仅由第一供电设备11在步骤609对用电设备20供电。如步骤616的分类结果为有效的分类，则第二供电设备12连接到另一有效的用电设备，此时由第二供电设备12在步骤617对用电设备21供电。步骤617的结果，就是两供电设备各自供电给不同的用电设备。

上述的判断，事实上也可由第二供电设备单独执行。例如，第二供电设备可以在单独判断自己的通道已经连接一待测设备，但待测设备并非适于供电的用电设备时，进一步判断第一供电设备是否已经连接一经判断为适于供电的用电设备。如判断结果为是，则可判断两供电设备已连接同一用电设备，并对第二供电设备本身以及第一供电设备分别设定一功率上限，再根据功率上限供应电功率至两通道。在本发明的优选实例中，两供电设备的功率上限值可为相同，但也可为不同。此外，第一/第二供电设备还配置成可接受供电装置的另一供电设备设定功率上限。

在上述检测及判断过程中，只要检测到任一个供电设备未连接用电设备，例如在步骤602及607的判断结果，供电设备即不供电。这种做法可以确保各个信号/电源通道不会发生在断开状态下供电的危险。此外，第二供电设备在判断两供电设备连接到同一用电设备之前，先判断两供电设备是否适于提供高供电功率。也可确保个信号/电源通道不会发生在超载状态下供电的危险。

以上是对本发明的结构、元件、组成、方法、应用以及功效的说明。本领域技术人员不难经由阅读本发明的说明书，据以实施，甚至推衍出其他变化或代替的方式。但只要其功能、功效不超出本发明的范围，不脱离本发明的精神，仍属于本发明的专利范围。

Claims (10)

1.一种以太网络供电系统(PoE)的供电装置，包含多个供电设备，各供电设备均可独立经由一条信号/电源通道供应电功率；其中，各供电设备配置成：对所述供电设备所连接的信号/电源通道施加一检测信号，并在施加该检测信号后的预定时间从所述信号/电源通道测得一反应信号；之后根据所述反应信号判断所述信号/电源通道是否已连接一待测设备，以及所述待测设备是否为阻抗值在一定范围的适于供电的用电设备；如判断结果为是，则对所述信号/电源通道供电；否则即不供电；

所述多个供电设备中的第一供电设备及第二供电设备已经预设为一组供电设备，所述第二供电设备进一步配置成：在判断本身所连接的信号/电源通道已经连接一待测设备，但所述待测设备并非所述适于供电的用电设备时，进一步判断第一供电设备是否已经连接一经判断为所述适于供电的用电设备；如判断结果为是，则判断所述第一供电设备及第二供电设备已连接同一用电设备，并对所述第一供电设备及所述第二供电设备分别设定一功率上限，及根据所述功率上限供应电功率至所述第一供电设备及所述第二供电设备所连接的信号/电源通道。

2.如权利要求1所述的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，其中，所述供电设备还配置成可接受所述供电装置的另一供电设备设定所述功率上限。

3.如权利要求1所述的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，其中，所述供电设备配置成：在判断所述供电设备本身已经连接一待测设备，但所述待测设备并非用电设备，并进而判断所述另一供电设备是否已经连接一经判断为用电设备时，另外判断对所述两供电设备是否适于提供高功率；若是，才判断所述两供电设备已连接同一用电设备。

4.一种以太网络供电系统(PoE)的供电装置，包含多个供电设备，各供电设备均可独立经由一条信号/电源通道供应电功率；其中，各供电设备配置成：对所述供电设备所连接的信号/电源通道施加一检测信号，并在施加所述检测信号后的预定时间从所述信号/电源通道测得一反应信号；之后根据所述反应信号判断所述信号/电源通道是否已连接一待测设备，以及所述待测设备是否为阻抗值在一定范围的适于供电的用电设备；如判断结果为是，则对所述信号/电源通道供电；否则即不供电；

所述多个供电设备中的第一供电设备及第二供电设备已经预设为一组供电设备并且预设功率上限值；且所述第一及第二供电设备进一步配置成：在第二供电设备判断本身所连接的信号/电源通道已经连接一待测设备，但所述待测设备并非适于供电的用电设备时，进一步判断所述第一供电设备是否已经连接一经判断为适于供电的用电设备；如判断结果为是，则判断所述第一供电设备及第二供电设备已连接同一用电设备，而根据所述功率上限供应电功率至所述第一供电设备及所述第二供电设备所连接的信号/电源通道。

5.如权利要求1或4所述的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，其中，所述适于供电的用电设备为符合IEEE802.3af标准及/或IEEE802.3at标准的用电设备。

6.如权利要求1或4所述的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，其中，所述供电设备设定的功率上限值相同。

7.如权利要求1或4所述的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，其中，所述信号/电源通道包括至少两对双绞线。

8.如权利要求4所述的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，其中，所述第二供电设备配置成：在判断所述第二供电设备已经连接一待测设备，但所述待测设备并非适于供电的用电设备，并进而判断所述第一供电设备是否已经连接一经判断为适于供电的用电设备时，另外判断对所述两供电设备是否适于提供高功率；若是，才判断所述两供电设备已连接同一用电设备。

9.如权利要求1或4所述的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，其中，所述信号/电源通道连接一个信号线接头。

10.如权利要求9所述的以太网络供电系统(PoE)的供电装置，其中，所述信号线接头为以太网络信号线接头。

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