CN108809691A - 延迟和中断容忍网络中的通信业务优化和模糊化 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及延迟和中断容忍网络中的通信业务优化和模糊化。具体地,一种用于通信优化的方法,该方法包括以下步骤:通过网络控制器接收用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求。所述通信业务包括特定业务量。该方法还包括以下步骤:通过所述网络控制器,利用软件定义连网(SDN)来配置通信网络中的多个节点,以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,来形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关。所述通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网(DTN)。
Description
技术领域
本公开涉及通信网络,并且更具体地说,涉及延迟和中断容忍(delay anddisruption tolerant)网络中的业务优化和模糊化(traffic optimization andobfuscation)。
背景技术
覆盖显著距离的时变无线网络(如中低地球轨道卫星星群、深空/星际网络、机载网络、以及水下网络)对可靠和安全通信提出了一系列挑战,包括间歇性连接、长时间和/或可变延迟、不对称数据速率、以及高误码率。这些问题因诸如轨道移动、大气干扰、高纬度和具有挑战性的行星地形、以及空间物体之间的距离这样的因素而造成。例如,地球与火星之间的电磁辐射行进时间可以从大约4分钟到大约24分钟变化,具体取决于它们的相对轨道位置。因此,需要一种用于克服这些问题的通信的系统和方法。
发明内容
根据实施方式,一种用于通信优化的方法,该方法包括以下步骤:通过网络控制器来接收用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求。所述通信业务包括特定业务量。该方法还包括以下步骤:通过所述网络控制器,利用软件定义连网(SDN)来配置通信网络中的多个节点,以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,来形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关。所述通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网(DTN)。
根据另一实施方式,一种用于通信业务优化的系统,该系统包括:通信网络,和与该通信网络相关联的网络控制器。所述通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网(DTN)。所述网络控制器被配置成执行一组功能,所述一组功能包括:接收用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求。所述通信业务包括特定业务量。所述一组功能还包括:利用软件定义连网(SDN)来配置所述通信网络中的多个节点,以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,来形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关。
根据另一实施方式,一种用于通信业务优化的计算机程序产品,该计算机程序产品包括计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质具有随其具体实施的程序指令。所述计算机可读存储介质本身不是暂时性介质,并且所述程序指令可通过装置来执行,以使该装置执行一方法,该方法包括以下步骤:接收用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求。所述通信业务包括特定业务量。该方法还包括以下步骤:利用软件定义连网(SDN)来配置通信网络中的多个节点,以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,来形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关。所述通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网(DTN)。
已经讨论的特征、功能以及优点可以在不同实施方式中独立实现,或者可以在其它实施方式中组合,其进一步细节可以参照下列描述和附图而了解。
附图说明
图1A是根据本公开的实施方式的延迟和中断容忍连网(DTN)网络的示例的示意图。
图1B是根据本公开的实施方式的客户边缘节点和客户端节点的示例的示意图。
图2是根据本公开的实施方式的网络控制器分层结构的示例的示意性框图。
图3是根据本公开的实施方式的网络拓扑图形的示例的例示图。
图4是根据本公开的实施方式的用于优化DTN网络中的业务流的方法的示例的流程图。
图5A是根据本公开的实施方式的用于多物(multicommodity)网络流优化的方法的示例的流程图。
图5B是根据本公开另一实施方式的用于多物网络流优化和模糊化的方法的示例的流程图。
图6是根据本公开的实施方式的用于通信业务模糊化的方法的示例的流程图。
具体实施方式
对实施方式的下列详细描述参照附图,其例示了本公开的具体实施方式。具有不同结构和操作的其它实施方式不脱离本公开的范围。相同标号可以指不同图中的相同部件或组件。
根据实施方式,两种技术,延迟和中断容忍连网(DTN)和软件定义连网(SDN),显著有希望克服与时变环境(如卫星网络、深空/星际网络、以及具有时变连接性的其它环境)相关联的挑战。DTN通过向路由节点引入存储转发消息交换,来解决动态连接性环境中的通信问题。因特网路由器使用随机存取存储器(RAM)缓冲传入包达几个毫秒,同时等待转发表查寻和可用传出路由器接口。相比之下,DTN路由器实现持久性存储,这样它们可以在缺乏静态的、立即可用的端到端通信路径的网络中排队消息。这可能涉及存储达几秒钟、几分钟、几小时,甚或更长时间。关于分类(taxonomy),DTN路由协议分为两类:基于转发的协议和基于复制的协议。基于转发的协议只能经由单一路径一次发送消息,而基于复制的协议可以复制消息并经由多条路径发送其多次。基于转发的协议更好地利用可用的网络资源,而基于复制的协议可以改进消息递送率。根据实施方式,本文所述的示例性系统和方法使用基于转发的DTN路由协议。
大部分DTN路由协议因DTN的固有复杂性而不是最佳的。SDN提供了一种用于优化DTN环境中的转发的补充机制,因为SDN假定存在具有网络拓扑先验知识的中央控制器。近年来,SDN已经成为一种颠覆性的网络技术。SDN的核心概念是:将控制层面与数据转发层面分离,将控制层面功能指配给具有网络装置域的权限的中央控制器。SDN控制器通常利用一种或更多种基于标准的协议(如OpenFlow和/或网络配置协议(NETCONF))来与网络装置进行通信,并向外部应用提供北向(northbound)应用编程接口(API)。这种架构自身非常适用于基于对物理网络拓扑的预期改变,来快速重新提供和优化网络资源。OpenFlow是OpenNetworking Foundation(ONF)在美国或其他国家或这两者的商标。ONF管理OpenFlow标准。NETCONF是因特网工程任务组(IETF)在美国或其他国家或这两者的商标。
如本文所述,业务模糊化包括修改网络的通信业务配置文件,以伪装实际任务通信业务的足迹(footprint)。本公开的示例性方法和系统以确定性方式影响可观察的业务特征。本文所述的示例性方法和系统将DTN和SDN概念组合用于DTN环境中的通信业务优化和模糊化。
图1A是根据本公开的实施方式的DTN 100的示例的示意图。DTN 100定义了一种通信网络102或通信网络组合。其被配置用于延迟和中断容忍连网。DTN 100被配置用于在时变环境106中的通信装置104之间的通信。示例性DTN 100包括以通信方式连接至多个客户网络110a-110n的供应商网络108。供应商网络108包括多个供应商节点112和供应商边缘节点114。每个客户网络110a-110n都包括至少一个客户边缘节点116和至少一个端节点118。供应商节点112通过无线或射频(RF)网络120或包括多个通信链路122的网络,以通信方式连接至供应商边缘节点114。一个或更多个通信链路122被配置用于在特定供应商节点112与特定供应商边缘节点114之间传送通信业务。
供应商边缘节点114通过包括多个通信链路126的第一有线网络124以通信方式连接至客户边缘节点。客户边缘节点116通过包括多个通信链路130的第二有线网络128以通信方式连接至客户端节点118。第一网络124的一个或更多个通信链路126被配置用于在特定供应商边缘节点114与特定客户边缘节点116之间传送通信业务。第二有线网络128的一个或更多个通信链路130被配置用于在特定客户边缘节点116与特定客户端节点118之间传送通信业务。节点112、114、116以及118皆包括用于发送和接收通信业务的通信装置104。
还参照图1B,图1B是根据本公开的实施方式的客户边缘节点116和客户端节点118的示例的示意图。根据实施方式,客户边缘节点116包括协议堆132,该协议堆132包括捆绑协议层134、传输协议层136、以及协议层1-3 138-142。端节点118包括协议堆144,该协议堆144除捆绑协议层134、传输协议层136、以及协议层1-3138-142之外还包括应用层147。如前所述,客户边缘节点116经由网络128与端节点118通信,该网络128包括处于该网络128内的多个链路130或通信路径。供应商节点112和供应商边缘节点114皆包括与客户边缘节点116相似的架构和协议堆132。供应商节点112和供应商边缘节点114在此还被称为路由节点146并且定义一组开关。
DTN 100呈现一般DTN连接性情况,其中每个节点112-118经由具有多个可能通信路径的网络120、124以及128而连接至其相邻节点112-118。利用SDN,供应商网络108可以使一组开关和/或路由节点146呈现为“单一逻辑开关”148,其用于连接客户网络110a和110n或者第一客户网络110a中的第一通信装置104a和第二客户网络110a中的第二通信装置104n。客户网络110a和110n或者第一通信装置104a和第二通信装置104n可以在关联客户边缘节点116的层2 140或层3 142处连接至该单一逻辑开关148。在图1A所示示例中,单一逻辑开关148包括多个DTN路由节点146或供应商边缘节点114和供应商节点112,它们经由具有时变连接性和链路参数的无线链路122而彼此连接。链路参数的例子包括但不一定限于:特定链路122可以承载或支持的带宽的容量或数量;往返延迟、等待时间以及包丢失。如前所述,时变连接性可能是由于环境条件造成的,包括:路由节点146的轨道移动、大气干扰、高维度、充满挑战的行星地形、空间物体之间的距离或在某些条件或情况下影响连接性的其它条件。根据实施方式,可以使用由因特网工程任务组(IETF)征求意见(RFC)5050定义的捆绑协议134。还可以使用其它基于转发的DTN路由协议。
在因特网上,传输控制协议(TCP)通过重传未被目的地确认的任何区段,来提供端到端的通信可靠性。在DTN 100中,捆绑协议134可以利用(leverage)较低层协议来确保基于逐跳的通信可靠性,并且捆绑协议134本身可选地确保端到端通信。捆绑协议134的示例包括但不一定限于具有通过用户数据报协议(UDP)传输层的端对端确认的捆绑协议,或具有通过Licklider传输协议(LTP)的端对端确认的捆绑协议,正如IETF连网工作组在RFC5326中所规定的那样。
供应商节点112和114以及客户节点116和118中的每一个都包括存储装置150,用于利用基于转发的协议来存储通信业务或消息,直到可利用路由节点146获得恰当通信路径为止,如本文更详细描述的。根据实施方式,每个供应商边缘节点114的存储装置150包括非易失性存储器,并且希望运行捆绑协议134。每个供应商节点112的存储装置150还包括非易失性存储部和层5-7功能,但可以使用几种方法之一来存储网络流。网络流、通信流,或者简称为流,在这里被定义为用于从源通信装置向目的地通信装置发送或正在发送的一序列数据包。在源通信装置与目的地通信装置之间传送的一个或更多个网络流在此还被称为通信业务。用于存储网络流或通信业务的方法的示例包括但不必限于:将流写入包捕获文件,然后在转发链路可用时重放该文件;将通信业务循环回到节点本身,直到转发链路可用为止;以及捆绑协议。
根据实施方式,来自终端客户节点118的通信业务利用诸如BPsec这样的协议来加密,如由IETF在draft-ietf-dtn-bpsec-03中所描述的。另外,通过利用诸如由IETF在draft-irtf-dtnrg-ecos-05中描述的捆绑协议扩展服务类(ECOS)的机制,DTN 100中的捆绑流可以在网络102中被提供不同的处理。
图2是根据本公开的实施方式的网络控制器分层结构200的示例的示意性框图。网络控制器分层结构200包括供应商网络控制器202或简单的网络控制器。根据实施方式,供应商网络控制器202在处理器或数据处理装置中具体实施,并且是供应商网络108(图1A)内的组件。在另一实施方式中,供应商网络控制器202是与供应商网络108分离的组件。软件定义连网(SDN)204功能在供应商网络控制器202上具体实施,并由供应商网络控制器202执行,如本文所述。SDN 204被配置成执行参照图4-6更详细描述的操作。
供应商网络控制器202利用诸如OpenFlow和/或网络配置协议(NETCONF)之类的南向(southbound)网络协议,在其控制范围下与网络节点146a-146n交互。根据实施方式,供应商网络控制器202还具有对客户边缘节点116a-116n的管理控制。根据另一实施方式,每个客户网络110a-110n在其自己的网络内具有类似的控制器和节点架构。客户边缘节点116a-116n能够发起和终止通信网络102中的流。这将提供用于业务模糊化的能力,如在此更详细描述的。客户边缘节点116a在此还可以被称为第一通信装置104a,并且客户边缘节点116n在此还可以被称为第二通信装置104n。根据如前所述的实施方式,供应商网络控制器202利用基于标准的协议、OpenFlow和/或NETCONF,与网络装置或节点116a-116n和146a-146n进行通信,并向外部应用提供北向(northbound)应用编程接口(API)。
网络拓扑数据库206还与供应商网络控制器202相关联。网络拓扑数据库206存储用于通信网络102或DTN 100的多个或一组网络拓扑图形208和关联属性。网络拓扑数据库206还存储包括此处更详细描述的保留时间的客户带宽保留210,并且还存储与每个网络拓扑图形208相关联的流212。如下更详细描述的,每个网络拓扑图形208包括不同节点排布,该不同节点排布在DTN 100中定义关联通信路径,该关联通信路径对应于其中DTN 100工作的时变环境106的不同状态。
根据实施方式,SDN 204被具体实施为计算机程序产品216上的计算机程序指令214。计算机程序产品216可以与先前描述的相同。SDN通过任何合适的接口而从计算机程序产品216加载到供应商网络控制器202上。
在某些情况下,如绕地球和火星的两个中继或节点146a、146n之间的单一链路122,图1A中描绘的一般拓扑简化成两个节点之间的单一连接,即,接通,断开,或劣化。图3示出了简化DTN拓扑的示例。这个简化拓扑将被用于描述DTN环境(如图1A中的DTN 100)中的业务优化和模糊化的示例。图3是根据本公开的实施方式的网络拓扑图形300的示例的例示图。示例性网络拓扑图形300包括节点304a-304d的特定排布302。节点304a-304d中的每一个还被认为是通信装置306a-306d或者包括通信装置306a-306d。节点304a-304d中的每一个对应于客户边缘节点116或路由节点146。例如,节点304a、304b以及304d可以对应于图1A、图1B以及图2中的客户边缘节点116,而节点304c可以对应于图1A、1B以及2中的路由节点146。根据实施方式,每个节点304或至少一些节点304包括运载工具。这些运载工具可彼此相对移动,并且某些节点304之间的通信链路310a-310d的容量在时变环境106的某些状态下劣化。运载工具的例子包括:航天器、飞行器、陆地车辆或水运工具(如船舶或潜艇)。
节点304a-304d的特定排布302定义了:通过通信网络102或DTN 100(图1A)从第一通信装置306a或节点304a到第二通信装置306d或节点304d的至少一个通信路径308。节点304a-304d的特定排布302包括相邻节点304a-304d之间的通信链路310a-310d。链路310a-310d对应于图1A中的链路122和126。
每个链路310a-310d包括特定链路标识和容量。特定链路310a-310d的容量是特定链路310a-310d可以传送的通信业务的带宽或量。该带宽或量根据具体通信介质而以千比特每秒(Bps)、兆比特每秒或千兆比特每秒来测量。因此,每个通信路径308能够发送具有特定业务需求314a-314c或业务量的通信业务312a-312c。每个业务需求314a-314c由独特标识(ID)来标识并且包括特定业务量。
根据至少一个实施方式,该示例性网络拓扑图形300可以通过以下假设来特征化:
1.图3中所示的链路310表现良好,即,它们在可预测的基础上可用和/或劣化/不可用。该示例性网络拓扑图形300可以被认为是连接可能远远不可预测的DTN边缘网络的主干。
2.网络拓扑图形300可以包括供应商节点112和114和客户边缘节点116两者。
3.供应商网络控制器202(图2)具有对图3中的所有节点304的控制。然而,在其它实施方式中,这里描述的方法也可以应用于供应商网络控制器202仅控制节点子集的系统中并产生益处。在后一情况下,可能的方法包括:
a、将不受控制的节点处理为背景业务源。
b、在不受控节点的上游插入受控节点。
4.网络拓扑图形300中的所有通信链路310都是无线的,用于移动地面、空中以及空间节点的射频或自由空间光学,或者用于移动水下节点的声学。这里描述的示例性实施方式适用于多DTN环境,该多DTN环境包括中等地球轨道(MEO)和低地球轨道(LEO)卫星、无人驾驶飞行器(UAV)群、有人和/或无人水下运载工具(UUV)、以及战术网络(如军事通信网络、急救人员等)。
5.节点304a-304d可以是彼此相对移动的运载工具(例如,卫星),其潜在地引起每个链路的容量、等待时间、抖动(jitter)以及包丢失的改变。
6.节点304a-304d可能完全失去彼此的联系(例如,由于轨道移动)。当这种情况发生时,受影响的节点304a-304d之间的该链路或多个链路310a-310d的容量变为零。
7.网络拓扑图形300表示特定拓扑图形中可用的链路310a-310d的最大数量。这些链路310a-310d以满容量、劣化的容量或零容量(例如,由于行星背面的轨道移动)运行。
8.存在可以指配最小带宽保留jresv(j下标resv)和时间保留tresv(t下标resv)以支持针对给定客户或通信装置的流的业务工程机制(traffic engineering mechanism)。鉴于此DTN环境中客户流较少,假定jresv~hk(h下标k),即,假定针对给定客户或通信装置的带宽保留大约等于针对该客户所提供DTN负载。
9.存在诸如捆绑协议ECOS的业务优先级机制,使得即使加密,客户流也可以彼此相对优先化。
10.供应商网络控制器202利用网络拓扑数据库206,其按任何指定间隔维护网络图形拓扑的状态、链路参数以及所存储DTN流。
11.多物业务(Multicommodity traffic)(即,从各个源到各个目的地的业务)存在于DTN网络100中。
12.DTN流是不可拆分的,即,与给定单向流相关联的所有包都遵循相同的通信路径。
鉴于这些假定,针对具有不可拆分多物流的最小成本路由的问题公式化如下:
最小化路由成本函数(方程1):
经受以下约束方程2和方程3:
表1详细说明了这个公式中使用的符号:
表1
方程1表明,每个不可拆分流将沿着从源到目的地的一条且仅一条路径。等式3表明,每个链路上的流的和必须小于该链路的容量。将该公式应用于图3中的示例性网络拓扑,其中,K=3、L=2以及P=2,目标函数展开如下:
F=(ξ11h1u11+ξ12h1u12)+(ξ21h2u21+ξ22h2u22)+(ξ31h3u31+ξ32h3u32)
不可拆分流等式约束展开如下:
链路容量不等式约束展开如下:
(δ111h1u11+δ121h1u12)+(δ211h2u21+δ221h2u22)+(δ311h3u31+δ321h3u32)<y1
(δ112h1u11+δ122h1u12)+(δ212h2u21+δ222h2u22)+(δ312h3u31+δ322h3u32)<y2
回想一下,图3中的每个源或节点304a、304b以及304c都具有通往目的地节点304d的两条可能路径。当p≠l(例如,路径1在链路2上不存在)时,该项δkpl变为零,所以容量不等式约束简化为:
(δ111h1u11)+(δ211h2u21)+(δ311h3u31)<y1
(δ122h1u12)+(δ222h2u22)+(δ322h3u32)<y2
链路容量yl可以在固定值cl的范围之中从其最大值ymax变低至yl=0。通过改变无线链路上的误码率(例如,因大气或空间条件)可能导致劣化ymax>yl>0。yl=0在网络节点不可达时发生,例如,由于轨道运动。因此,针对该示例DTN拓扑300的流优化可以解决如下:
1.针对y1=c1和y2=c2的固定值。这对应于DTN网络拓扑的特定状态,无论是当前还是将来。
2.如果总业务量h1+h2+h3>c1+c2,那么标识最低优先级流并将其存储,以按将来的DTN拓扑状态来发送。
3.使用线性编程工具,如Gusek,求解上面针对ukp的展开方程组。
4.如果解ukp不收敛,那么假设针对当前业务量,没有不超过链路1容量c1或链路2容量c2的解。标识最低优先级流,并将其存储,以按将来的DTN拓扑状态来发送。
5.迭代上述步骤直到ukp被求解为止。
这种方法被推广用于DTN环境,如图1A中的示例性DTN网络100,具有图4中的任意数量的节点和链路。图4是根据本公开的实施方式的用于优化DTN网络中的业务流的方法400的示例的流程图。根据实施方式,方法400被具体实施在图2中的供应商网络控制器202中并由其执行。
方法400在框402开始。在框404或框406中,供应商网络控制器202从用于发送通信业务的第一通信装置或客户,接收用于从第一通信装置向第二通信装置发送该通信业的请求。该请求中的通信业务包括特定业务量。在框404中,用于发送通信业务的请求是如下的请求:其包括用于从第一通信装置向第二通信装置发送该通信业务的新带宽和新时间保留。在框406中,该请求包括:相对于用于发送通信业务的较早请求的更新带宽和更新时间保留。如这里所描述的,如果用于发送通信业务的第一请求或更早请求出于任何原因而不能执行,则向该用户或第一通信装置提供用于提交新请求的更新参数。基于该客户或第一通信装置打算通过DTN网络100向第二通信装置发送的通信业务,更新参数至少包括更新带宽和更新时间预留。
在框408中,网络控制器响应于接收到用于发送通信业务的请求,而从用于通信网络或DTN网络的一组网络拓扑图形中检索网络拓扑图形410和关联属性。网络拓扑图形410包括特定节点排布,该特定节点排布定义用于通过通信网络或DTN从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的至少一个通信路径。
在图2的示例性实施方式中,供应商网络控制器202从存储在网络拓扑数据库206中的该组网络拓扑图形208中检索网络拓扑图形410。网络拓扑数据库206维持一组网络拓扑图形208,其皆对应于DTN环境或时变环境106的已知不同状态(例如,由于改变轨道位置)。每个网络拓扑图形208都具有关联的一组属性。该组属性包括但不一定限于链路拓扑,包括容量、往返延迟、等待时间以及包丢失等的链路参数,所存储的DTN流212的列表和大小,以及客户保留带宽和持续时间210。
因此,从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务需求包括:通过时变环境(如时变环境106)来发送通信业务需求。通信网络102包括DTN网络,如DTN网络100。每个网络拓扑图形208包括不同节点排布304,该不同节点排布304在DTN网络100中定义关联通信路径308,该关联通信路径308对应于其中DTN网络100操作的时变环境106的不同状态。
在框412中,网络控制器执行多物网络流优化,以确定对应于网络拓扑图形410的所述至少一个通信路径包括用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业的容量。执行多物网络流优化包括执行线性编程以求解针对通信业务或流(k)的二元判定矩阵(ukp(u下标kp)),以选择或使用由网络拓扑图形410定义的特定通信路径(p)。参照图4,对执行多物网络流优化的示例进行更详细描述。执行多物网络流优化的步骤包括以下步骤:以最小成本路由和不可拆分多物流来确定,对应于网络拓扑图形410的所述至少一个通信路径包括用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业需求的容量。
在框414中,确定针对用于选择或使用由网络拓扑图形410定义的特定通信路径的通信业务流的二元判定矩阵(ukp)是否已经收敛至多物网络流优化中的一解。该二元判定矩阵响应于由网络拓扑图形410定义的特定通信路径(包括用于发送与该请求相关联的通信业务的容量)的多个链路中的每个链路而收敛至特定解。如果该二元判定矩阵不收敛,则该方法400前进至框416。在框416中,确定用于下一网络拓扑图形的调谐参数。根据实施方式,该调谐参数包括与该请求相关联的通信业务内的最低优先级流(hlow(h下标low)),和用于利用该下一网络拓扑图形发送通信业务的新时间保留(tresv(t下标resv))。根据实施方式,该调谐参数还包括确定能够被注入到与下一网络拓扑图形相关联的通信路径中的额外业务量或流(Δhk(Δh下标k)),而不超过通信路径的任何链路的容量。该调谐参数被更新并返回至框408,以与下一网络拓扑图形一起使用。方法400然后可以如前所述继续。在框404中检索下一网络拓扑图形,并且在框412中,利用具有来自框416的调谐参数的下一网络拓扑图形来执行新的多物网络流优化。
如果二元判定矩阵在框414收敛,则该方法400前进至框418。在框418中,确定或确认用于发送通信业务的时间保留(tresv(t下标resv))是否小于预定最大值或最大保留时间(tresv max(t下标resv max)),以确保请求中的保特定时间保留不会驻留在系统中达不切实际的时段。如果在框416中用于发送通信业务的时间保留已经超过预定最大值,则该方法400前进至框420。在框420中,响应于时间保留超过预定义最大值,将请求被拒绝通知发送至在框404或框406中提交了该请求的第一通信装置或请求方。请求被拒绝通知包括拒绝用于发送通信业务的请求的通知,并且还包括用于利用下一网络拓扑图形或随后的网络拓扑图形来发送通信业务的新请求的所提议可接受参数。所提议可接受参数至少包括针对新请求的所提议带宽和所提议时间保留。
如果在框416中的确认是用于发送通信业务的时间保留小于预定义最大值,则该方法400前进至框422。在框422中,网络控制器配置当前网络拓扑图形中的特定节点排布,以支持用于响应于所述至少一个通信路径包括用于发送通信业务的容量,来从第一通信装置向第二通信装置发送该通信业务的情况。网络控制器配置相关网络节点,以支持在用于以最小成本路由和不可拆分多物流来发送通信业务的请求中的带宽和时间保留,如通过在执行多物网络流优化期间的二元判定矩阵的收敛所确定的。
在框424中,网络拓扑图形数据库利用和与当前网络拓扑图形相关联的特定节点排布的配置相关联的参数来更新。该参数至少包括所配置节点之间的每个链路上的、用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的业务量。根据实施方式,如参照图6更详细描述的,通过确定所配置节点之间的每个链路上的过度容量的量(Δhk),可以在通信业务内注入模糊化业务流的量,以模糊化包含在该通信业务中的任务业务。基于该通信路径中的特定链路上的过度容量的量,来计算模糊化业务的量(Δhk)。
在框426中,响应于在框418中时间保留小于预定义最大值,将请求被授权通知发送至在框404或框406中提交了该请求的第一通信装置或请求方。请求被授权通知至少包括用于发送通信业务的请求已被授权的通知。根据实施方式,该通知还包括针对第一通信装置开始发送通信业务的最终保留时间。该最终保留时间对应于请求中的所请求保留时间,或者对应于在所请求保留时间已经到期或者在完全发送该通信业务之前到期的情况下的新保留时间,或者出于某些其它原因所请求保留时间无法用于开始发送该请求中的通信业务。
在框428中,在多个网络节点处测量总体业务流(hk+Δhk),以确认所优化流已被正确实施。另外,如本文更详细描述的,可以将所测量业务与目标模糊化业务配置文件进行比较。如果总体业务流不可接受,那么方法400返回至框416,并更新调谐参数以与类似于之前描述的下一网络拓扑图形一起使用。如果总体业务流可接受,则该方法在框430结束。
图5A是根据本公开的实施方式的用于多物网络流优化的方法500的示例的流程图。根据实施方式,方法500在图4中的框412中具体实施。在框502中,将针对每个链路(1)的可变容量值(yl(y下标l))设定成,针对当前网络拓扑图形的至少一个通信路径中的每个链路的对应固定容量值(cl(c下标l))。在框504中,针对用于选择或使用由当前网络拓扑图形定义的特定通信路径(p)的通信业务或流(k)的二元判定矩阵(ukp)被初始化成已知的一组值。
在框506中,确定所述至少一个通信路径的总容量是否超过所提供的通信业务的总量。如果该请求中的通信业务的特定业务量超过所述至少一个通信路径的总容量,则该方法500前进至框508。在框508中,响应于该特定业务量超过所述至少一个通信路径的总容量,来确定通信业务的最低优先级流hlow(h下标low)。该通信业务可以包括多个流,并且每个流都包括预定优先级。如前所述,可以将诸如捆绑协议ECOS这样的业务优先化机制用于优先化通信业务内相对于彼此的多个流。标识最低优先级流hlow并将其指配成在下一网络拓扑图形中发送。在框510中,二元判定矩阵ukp和最低优先级流hlow被返回至图4中的框412。
如果在框506中,所述至少一个通信路径的总容量超过该通信业务的特定业务量,则该方法500前进至框512。在框512中,执行线性编程来求解针对通信业务(k)的二元判定矩阵ukp,以使用当前网络拓扑图形的所述至少一个通信路径(p)。该二元判定矩阵ukp基于线性编程而收敛至特定解,该线性编程确定所述至少一个通信路径的多个链路中的每个链路都包括用于发送通信业务的容量。
在框514中,确定二元判定矩阵ukp是否收敛至特定解。如果二元判定矩阵ukp没有收敛至该特定解,即,所述至少一个通信路径的每个链路都包括用于发送该通信业务的容量,则该方法500前进至框508,并且标识最低优先级流hlow并将其指配成在下一网络拓扑图形中发送,如前所述。
如果在框514中,确定二元判定矩阵ukp收敛至该特定解,则该方法500前进至框516。在框516中,因为时变环境106(图1A)的状态变化,所以确定用于在当前网络拓扑图形中发送通信业务的时间保留tresv(t下标resv)是否已经到期。如果时间保留tresv尚未到期,则在框518中,二元判定矩阵ukp返回至图4中的框412。
如果框516中的确定是针对当前网络拓扑图形的时间保留tresv已经到期,则该方法500前进至框520。在框520中,时间保留tresv通过下一网络拓扑图形延长某一时间间隔,以完成发送该通信业务。在框522中,二元判定矩阵ukp和时间保留tresv或时间保留tresv的延长时间间隔返回至图4中的框412。网络控制器将通过下一网络拓扑图形延长该时间间隔。
图5B是根据本公开另一实施方式的用于多物网络流优化和模糊化的方法500’的示例的流程图。该方法500'类似于图5A中的方法500,除了方法500'包括提供业务模糊化以修改通信网络102或DTN网络100的业务配置文件,以掩饰通信业务中的实际任务业务的足迹的特征之外。供应商网络控制器202具有来自与客户或用户相关联的客户或通信装置的现有带宽保留、带宽保留的持续时间、以及与每个网络拓扑图形相关联的存储流的知识。因此,供应商网络控制器202可以标识可用容量在何处针对每个网络拓扑图形208而存在以及每个图形将何时基于时变环境106的不同状态来使用的链路和时间。另外,因为DTN网络100的节点116、146或关联通信装置可以在供应商网络控制器202的指导下发起和/或终止网络流,所以供应商网络控制器202被配置成将模糊化业务智能地注入通信业务或流中,以用于模糊化实际任务业务的目的。
在该示例性方法500'中,在框516或框520之后,该方法500前进至框524。在框524中,供应商网络控制器202基于目标业务配置文件,来确定是否将模糊化或多余的通信业务注入通信流中,以模糊化DTN网络100中的任务业务。用于注入模糊化业务的决定可以基于来自客户或用户的输入,或者基于供应商网络108本身内的指南或预置规则或条件。如果在框524中确定不注入模糊化业务,那么在框526中,二元判定矩阵ukp和时间保留tresv或时间保留tresv的延长时间间隔返回至图4中的框412。
如果在框524中确定注入模糊化业务,那么该方法500'前进至框528并且定义模糊化流程。参照图6,对用于定义模糊化流的示例性方法进行描述。模糊化流处理返回和与当前网络拓扑图形相关联的特定通信路径的每个链路相关联的一组附加流或过度流容量Δhk。可以在通信业务内注入模糊化业务,以基于过度流容量的量来模糊化包含在该通信业务中的任务业务。在框530中,与每个链路相关联的二元判定矩阵ukp、时间保留tresv以及过度流容量Δhk返回至图4中的框412。
图6是根据本公开的实施方式的用于通信业务模糊化的方法600的示例的流程图。在框602中,供应商网络控制器202确定用户是否已经提交了新目标业务配置文件。如果用户已经提交了新目标流配置文件,那么在框604中,更新新目标业务配置文件。在框604中更新目标业务配置文件之后,或者如果在框602中还没有提交新的业务配置文件,那么该方法600前进至框606。在框606中,选择具有可用或过度容量的链路。在框608中,确定与当前网络拓扑图形相关联的所述至少一个通信路径的多个链路中的每个链路上的过度容量的量。响应于通过下一网络拓扑图延长的时间间隔,来确定下一网络拓扑图形的每个链路上的过度容量的量。基于每个链路容量Δhk的过度容量的额外流被确定为可以注入DTN网络中,而不超过任何链路的容量。在框610处,将针对与每个链路相关联的过度容量流容量Δhk的值集合返回至框528,或调用算法且并入用于在通信业务内注入模糊化业务的下一网络拓扑图形中,以基于每个链路的过度容量的量,来模糊化包含在通信业务中的任务业务。供应商网络控制器202与其控制下的客户驻地设备交互,以在名义上经由应用编程接口启动实际模糊化流。这种方法例如可以用于随时间维持近似恒定的网络业务配置文件,而不管针对任务业务的变化如何。
而且,本公开包括根据下列条款的实施方式:
条款1:一种用于通信优化的方法,该方法包括以下步骤:通过网络控制器来接收用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求,所述通信业务包括特定业务量;以及通过所述网络控制器,利用软件定义连网(SDN)来配置通信网络中的多个节点,以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,而形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关,其中,所述通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网(DTN)。
条款2:根据条款1所述的方法,所述方法还包括以下步骤:响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,而从用于所述通信网络的一组网络拓扑图形中检索网络拓扑图形和关联属性,所述网络拓扑图形包括特定节点排布,该特定节点排布定义用于通过所述通信网络从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的至少一个通信路径;执行多物网络流优化,以确定对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业的容量;并且其中,配置所述多个节点包括以下步骤:配置所述特定节点排布,以供响应于所述至少一个通信路径包括用于发送所述通信业务的所述容量,来从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务。
条款3:根据条款2所述的方法,其中,从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的步骤包括以下步骤:通过时变环境发送通信业务,并且其中,每个网络拓扑图形包括一不同节点排布,所述不同节点排布在所述通信网络中定义关联通信路径,该关联通信路径对应于其中所述通信网络工作的所述时变环境的不同状态。
条款4:根据条款3所述的方法,其中,所述多个节点中的每个节点都包括运载工具,所述运载工具可彼此相对移动,并且某些节点之间的通信链路的容量在所述时变环境的某些状态下劣化。
条款5:根据条款2所述的方法,其中,执行多物网络流优化的步骤包括以下步骤:以最小成本路由和不可拆分多物流来确定,对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业的所述容量。
条款6:根据条款2所述的方法,其中,执行所述多物网络流优化的步骤包括以下步骤:执行线性编程来求解针对所述通信业务的二元判定矩阵以使用所述至少一个通信路径,其中,所述二元判定矩阵响应于所述至少一个通信路径中的多个链路中的每个链路包括用于发送所述通信业务的容量而收敛至特定解。
条款7:根据条款6所述的方法,所述方法还包括以下步骤:确定所述至少一个通信路径的总容量是否超过所述通信业务的所述特定业务量;响应于所述至少一个通信路径的所述总容量超过所述通信业务的所述特定业务量,执行所述线性编程,以求解所述二元判定矩阵;响应于所述特定业务量超过所述至少一个通信路径的所述总容量,确定所述通信业务的最低优先级流,所述通信业务包括多个流,每个流都包括预定优先级;并且响应于所述特定业务量超过所述至少一个通信路径的所述总容量,将所述最低优先级流指配给所述一组网络拓扑图形中的下一网络拓扑图形。
条款8:根据条款6所述的方法,所述方法还包括以下步骤:响应于所述二元判定矩阵未收敛至所述特定解,而确定所述通信业务的最低优先级流,所述通信业务包括多个流,每个流都包括预定优先级;并且响应于所述二元判定矩阵未收敛至所述特定解,而将所述最低优先级流指配给所述一组网络拓扑图形中的下一网络拓扑图形。
条款9:根据条款6所述的方法,所述方法还包括以下步骤:确定用于发送所述通信业务的时间保留已经到期;以及响应于所述时间保留已经到期,通过下一网络拓扑图形延长一时间间隔,以完成发送所述通信业务。
条款10:根据条款9所述的方法,所述方法还包括以下步骤:确定所述至少一个通信路径的所述多个链路中的每个链路上的过度容量的量;响应于通过所述下一网络拓扑图形延长的所述时间间隔,来确定所述下一网络拓扑图形的每个链路上的过度容量的量;以及基于所述多个链路中的每个链路上的过度容量的量,并且基于所述下一网络拓扑图形的每个链路上的过度容量的量,而在所述通信业务内注入模糊化业务,以模糊化包含在所述通信业务中的任务业务。
条款11:根据条款2所述的方法,所述方法还包括以下步骤:在配置用于发送所述通信业务的所述特定节点排布之前,确认用于发送所述通信业务的时间保留小于预定义最大值;并且响应于所述时间保留超过所述预定义最大值,将请求被拒绝通知发送至所述第一通信装置,所述请求被拒绝通知包括:用于发送所述通信业务的所述请求被拒绝的通知,和针对用于在下一网络拓扑图形或随后的网络拓扑图形中发送所述通信业务的新请求的所提议可接受参数,所述提议可接受参数包括所提议带宽和所提议时间保留;响应于所述时间保留小于所述预定义最大值,而将请求被授权通知发送至所述第一通信装置,所述请求被授权通知包括:用于发送所述通信业务的所述请求已被授权的通知;和针对所述第一通信装置开始发送所述通信业务的最终保留时间,其中,所述最终保留时间对应于所述请求中的请求保留时间或新保留时间。
条款12:一种用于通信业务优化的系统,该系统包括:通信网络,该通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网(DTN);以及网络控制器,该网络控制器与所述通信网络相关联,所述网络控制器被配置成执行一组功能,所述一组功能包括:接收用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求,所述通信业务包括特定业务量;并且利用软件定义连网(SDN)来配置所述通信网络中的多个节点,以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,来形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关。
条款13:根据条款12所述的系统,其中,所述一组功能还包括:响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,从用于所述通信网络的一组网络拓扑图形中检索网络拓扑图形和关联属性,所述网络拓扑图形包括特定节点排布,该特定节点排布定义用于通过所述通信网络从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的至少一个通信路径;执行多物网络流优化,以确定对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业的容量;并且其中,配置所述多个节点包括以下步骤:配置所述特定节点排布,用于响应于所述至少一个通信路径包括用于发送所述通信业务的所述容量,来从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务。
条款14:根据条款13所述的系统,所述系统还包括:网络拓扑数据库,该网络拓扑数据库与所述网络控制器相关联,其中,所述网络拓扑数据库包括:所述一组网络拓扑图形和关联属性;带宽保留,该带宽保留与用于响应于接收到的一个或更多个请求而在至少两个通信装置之间发送通信业务的每个请求相关联;以及存储流,该存储流针对每个网络拓扑图形的每个链路。
条款15:根据条款14所述的系统,其中,所述通信网络通过时变环境在多个通信装置之间发送射频(RF)通信,所述一组网络拓扑图形中的每个网络拓扑图形都包括不同节点排布,所述不同节点排布在所述通信网络中定义关联通信路径,该关联通信路径对应于其中所述通信网络工作的所述时变环境的不同状态。
条款16:根据条款13所述的系统,其中,执行多物网络流优化包括以下步骤:以最小成本路由和不可拆分多物流来确定,对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业的所述容量。
条款17:根据条款16所述的系统,其中,所述一组功能还包括:确定用于发送所述通信业务的时间保留已经到期;并且响应于所述时间保留已经到期,而通过下一网络拓扑图形延长时间间隔,以完成发送所述通信业务。
条款18:根据条款17所述的系统,其中,所述一组功能还包括:确定所述至少一个通信路径的所述多个链路中的每个链路上的过度容量的量;以及在所述通信业务内注入模糊化业务,以基于过度容量的量来模糊化包含在所述通信业务中的任务业务。
条款19:一种用于通信业务优化的计算机程序产品,该计算机程序产品包括计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质具有随其一起具体实施的程序指令,其中,所述计算机可读存储介质本身不是暂时性介质,所述程序指令能够通过装置来执行,以使该装置执行一方法,该方法包括以下步骤:接收用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求,所述通信业务包括特定业务量;以及利用软件定义连网(SDN)来配置通信网络中的多个节点,以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,来形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关,其中,所述通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网(DTN)。
条款20:根据条款19所述的计算机程序产品,其中,所述方法还包括以下步骤:响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,从用于所述通信网络的一组网络拓扑图形中检索网络拓扑图形和关联属性,所述网络拓扑图形包括特定节点排布,该特定节点排布定义用于通过所述通信网络从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的至少一个通信路径;执行多物网络流优化,以确定对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业的容量;并且其中,配置所述多个节点包括以下步骤:配置所述特定节点排布,用于响应于所述至少一个通信路径包括用于发送所述通信业务的所述容量,而从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务。
尽管在此已经例示并描述了具体实施方式,但本领域普通技术人员清楚的是,被设想以实现同一目的的任何排布结构都可以用所示的具体实施方式来替代,并且这些实施方式在其它环境中具有其它应用。本申请旨在覆盖任何修改或改变。所附权利要求书绝不是旨在将本公开的实施方式的范围限制成在此描述的具体实施方式。
Claims (10)
1.一种用于通信优化的方法(400),该方法(400)包括以下步骤:
通过网络控制器(202),来接收用于从第一通信装置(104a)向第二通信装置(104n)发送通信业务(312)的请求(404、406),所述通信业务包括特定业务量(314);以及
通过所述网络控制器,利用软件定义连网SDN(204)来配置(422)通信网络(102)中的多个节点(146),以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,而形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关(148),其中,所述通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网DTN(100)。
2.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括以下步骤:
响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,而从用于所述通信网络的一组网络拓扑图形(208)中检索(408)网络拓扑图形(300、410)和关联属性,所述网络拓扑图形包括特定节点排布(302),该特定节点排布(302)定义用于通过所述通信网络(102)从所述第一通信装置(104a)向所述第二通信装置(104n)发送所述通信业务的至少一个通信路径(308);
执行多物网络流优化(412、500),以确定对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业(312)的容量;并且
其中,配置所述多个节点包括以下步骤:配置所述特定节点排布(302),以响应于所述至少一个通信路径包括用于发送所述通信业务的所述容量,来从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务包括以下步骤:通过时变环境(106)发送所述通信业务,并且其中,每个网络拓扑图形(208)包括不同节点排布(302),所述不同节点排布(302)在所述通信网络中定义关联通信路径(308),该关联通信路径(308)对应于其中所述通信网络工作的所述时变环境的不同状态。
4.根据权利要求2所述的方法,其中,执行多物网络流优化包括以下步骤:以最小成本路由和不可拆分多物流来确定(506),对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业的所述容量。
5.根据权利要求2所述的方法,其中,执行所述多物网络流优化包括以下步骤:执行线性编程(512)来求解针对所述通信业务的二元判定矩阵以使用所述至少一个通信路径,其中,所述二元判定矩阵响应于所述至少一个通信路径中的多个链路中的每个链路包括用于发送所述通信业务的容量而收敛至特定解。
6.一种用于通信业务优化的系统(201),该系统(201)包括:
通信网络(102),该通信网络(102)被配置用于延迟和中断容忍连网DTN(100);以及
网络控制器(202),该网络控制器(202)与所述通信网络相关联,所述网络控制器被配置成执行一组功能,所述一组功能包括:
接收(404、406)用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求,所述通信业务包括特定业务量;以及
利用软件定义连网SDN(204)来配置(422)所述通信网络中的多个节点,以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,来形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关(148)。
7.根据权利要求6所述的系统,其中,所述一组功能还包括:
响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,而从用于所述通信网络的一组网络拓扑图形(208)中检索(408)网络拓扑图形(410)和关联属性,所述网络拓扑图形包括特定节点排布,该特定节点排布定义用于通过所述通信网络从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的至少一个通信路径;
执行(412、500)多物网络流优化,以确定对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业的容量;并且
其中,配置所述多个节点包括以下步骤:配置所述特定节点排布,用于响应于所述至少一个通信路径包括用于发送所述通信业务的所述容量,来从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务。
8.根据权利要求7所述的系统,所述系统还包括:网络拓扑数据库(206),该网络拓扑数据库(206)与所述网络控制器相关联,其中,所述网络拓扑数据库包括:
所述一组网络拓扑图形(208)和关联属性;
带宽保留(210),该带宽保留(210)与用于响应于接收到一个或更多个请求而在至少两个通信装置之间发送通信业务的每个请求相关联;以及
存储流(212),该存储流(212)用于每个网络拓扑图形的每个链路。
9.根据权利要求7所述的系统,其中,执行多物网络流优化包括以下步骤:以最小路由成本和不可拆分多物流来确定(506),对应于所述网络拓扑图形的所述至少一个通信路径包括用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的所述容量。
10.一种用于通信业务优化的计算机程序产品(216),该计算机程序产品(216)包括计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质具有随其一起具体实施的程序指令(214),其中,所述计算机可读存储介质本身不是暂时性介质,所述程序指令能够通过装置来执行以使该装置执行一方法,该方法包括以下步骤:
接收(404、406)用于从第一通信装置向第二通信装置发送通信业务的请求,所述通信业务包括特定业务量;以及
利用软件定义连网SDN(204)来配置(422)通信网络(102)中的多个节点(146),以响应于接收到用于发送所述通信业务的所述请求,来形成用于从所述第一通信装置向所述第二通信装置发送所述通信业务的单一逻辑开关(148),其中,所述通信网络被配置用于延迟和中断容忍连网DTN(100)。
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