CN109906596A - 可佩戴装置的消息交换 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于使移动通信装置通过短程无线电接口连接与用户装置通信的方法，所述移动通信装置充当用于使所述用户装置能与核心网络连接的中继节点，所述方法包括协商能力，以将所述用户装置连接到移动通信装置以及使用所述移动通信装置作为中继节点来操作所述用户装置。

Description

可佩戴装置的消息交换
技术领域
本发明涉及在可佩戴装置与移动通信装置(通常称为用户设备、UE：UserEquipment)之间执行的消息传递。
背景技术
移动通信终端可以选择、重新选择和连接到提供接入移动网络运营商(MNO：Mobile Network Operator)的核心网络的连接的移动中继节点。移动通信终端与移动中继节点之间的空中接口可以基于LTE或诸如蓝牙、BT(BlueTooth)或WiFi等的一些短程技术。
众所周知，中继节点被控制以机会方式形成和管理装置到装置(、D2D)集群，例如在3GPP的ProSe(邻近服务：Proximity Services)特征的范围内。这些原则中的许多可以重复用于将可佩戴装置连接到充当移动中继节点的手机上。
例如，US 9,380,625 B2描述了一种具有D2D能力的通信装置，该能力被发信号通知给基站。US 2016/0150373 A1描述了当用户设备UE不在组通信服务的范围内时使用邻近服务来形成中继。第二UE充当用于组通信的中继UE。US 2012/0238208 A1描述了一种具有可以用于形成机会式网络的短程无线收发器的UE。US 2012/0250601 A1描述了在UE与核心网络之间建立非接入层NAS、承载以及使用短程无线电连接在远程装置与核心网络之间交换数据的NAS承载的使用。US 8,682,243 B2描述了使用网络选择装置来决定是否应该使用机会式网络或直接连接来建立连接。US 2013/0137469 A1描述了一种用于传送机会式网络消息的方法。
US 2016/0295622 A1描述了一种用于经由诸如移动电话的第二无线装置将诸如膝上型计算机的第一无线装置连接到网络的技术。诸如数据速率、RSSI或误码率等的本地连接信息可以被广播，使得其它近处装置可以将连接质量与它们自己的连接质量进行比较。
US 2015/0245186 A1描述了第一与第二电子装置之间的无线配对。一旦建立了连接，就可以执行诸如能力交换之类的信息。
广泛实施的短程无线连接是根据BT标准的连接。诸如电话、平板电脑、媒体播放器、笔记本电脑、控制台游戏设备、保健装置和手表等的许多产品都包含了这样的BT功能。当信息在低带宽情况下在两个或更多个彼此靠近的装置之间传输时，该技术是有用的。为BT定义的协议简化了两个装置之间服务的发现和设置。BT装置可以为它们提供的服务做宣传。这使得使用服务更容易，因为与许多其它网络类型相比，更多的安全性、网络地址和权限配置可以自动化。
BT协议栈分为两部分：一个包含时序关键无线电接口的“控制器堆栈”和一个处理高级数据的“主机堆栈”。在协议栈的这两个部分之间，可以部署主机控制器接口(HCI：HostController Interface)。控制器堆栈通常在包含BT无线电和微处理器的低成本硅器件中实现。主机堆栈通常作为操作系统的一部分实施，或者作为操作系统顶部上的可安装包实施。对于诸如BT耳机之类的集成装置，主机堆栈和控制器堆栈可以在同一微处理器上执行(即不需要HCI)，以降低大规模生产成本；这被称为“无主机”系统。
一个重要的协议是服务发现协议(SDR：Service Discovery Protocol)。它允许装置发现其它装置提供的服务及其相关参数。例如，移动电话与BT耳机一起使用，手机使用SDR来确定耳机支持哪些BT配置文件(例如，耳机配置文件、免提配置文件、高级音频分布配置文件(A2DP：Advanced Audio Distribution Profile)等)以及手机使用每个配置文件连接到耳机所需的协议多路复用器设置。每个服务都由通用唯一识别码(UUID：UniversallyUnique IDentifier)标识，官方服务(即BT配置文件)分配短格式UUID(16位而不是完整的128位)。在协议栈中，SDR通常绑定到(或集成在)L2CAP中。
数据是在两个(或更多个)BT装置之间经由所谓的BT配置文件交换的，这些配置文件(在参数和行为方面)被定义为支持某些服务。这些BT配置文件驻留在协议栈的更高层(例如，应用层)中，并且必须在两个对等装置上实施以便支持某项服务。通常，在双向链路变得有效之前，遵守配置文件节省了一些时间，用于重新传输参数。有广泛的BT配置文件描述了BT装置的许多不同类型的应用或用例。例如，待与蜂窝电话一起使用的最常用的BT配置文件中的一种，即耳机配置文件，可以请求建立音频信道(依赖于以64kbit/s CVSD或PCM编码的音频的同步面向连接(SCO：Synchronous Connection-Oriented)的链路)加上一些用于交换最小控制命令(支持来自GSM 07.07的AT命令子集)的控制信道，包括振铃、接听电话、挂机和调整音量的能力。一个非常重要且强制性的BT配置文件是通用访问配置文件(GAP：GenericAccess Profile)。它为所有其它配置文件提供了基础。GAP定义了两个BT单元如何发现并建立彼此的连接。
与本发明相关的另一个BT配置文件是BT网络封装协议(BNEP：BT NetworkEncapsulation Protocol)。它用于经由L2CAP信道传输另一个协议栈的数据。其主要目的是在个人区域网络配置文件中传输IP数据包。BNEP执行类似于无线LAN中的子网访问协议(SNAP：SubNetwork Access Protocol)的功能。在无线LAN中，可以将SNAP字段添加到传送节点处的数据包中，以便允许接收节点将每个接收到的帧传给理解给定协议的适当装置驱动程序。
与本发明进一步相关的是3GPP LTE移动通信标准。LTE空中接口(也称为Uu接口)在逻辑上划分为三个协议层。确保和提供相应的协议层的功能的实体在移动终端和基站中实施。最底层是物理层(PHY：Physical Layer)，其根据OSI(开放式系统互连：Open SystemInterconnection)参考模型表示协议层1(L1)。布置在PHY之上的协议层是数据链路层，其根据OSI参考模型表示协议层2(L2)。在LTE通信系统中，L2包括多个子层，即媒体访问控制(MAC：Medium Access Control)子层、无线电链路控制(RLC：Radio Link Control)子层和分组数据汇聚协议(PDCP：Packet Data Convergence Protocol)子层。Uu空中接口的最顶层是网络层，其是根据OSI参考模型的协议层3(L3)，并且由C平面上的无线电资源控制(RRC：Radio Resource Control)层组成。在C平面上，还有NAS(非接入层：Non-AccessStratum)协议层。
每个协议层经由定义的服务接入点(SAP：Service Access Points)为其上方的协议层提供其服务。为了更好地理解协议层体系结构，为SAP分配了明确的名称：PHY经由传输信道向MAC层提供其服务，MAC层经由逻辑信道向RLC层提供其服务，RLC层作为RLC模式的数据传输功能向PDCP层提供其服务，即TM(透明模式：Transparent Mode)、UM(非确认模式：Unacknowledged Mode)和AM(确认模式：Acknowledged Mode)。此外，PDCP层经由无线电承载向RRC层和U-平面上层提供其服务，具体地作为信令无线电承载(SRB：Signalling RadioBearers)向RRC提供其服务和作为数据无线电承载(DRB：Data Radio Bearers)向U-平面上层提供其服务。根据LTE，目前支持最多3个SRB和8个DRB。
无线电协议体系结构不仅水平地分成上述协议层；它还垂直地分成“控制平面”(C平面)和“用户平面”(U平面)。控制平面的实体用于处理移动终端与基站之间的信令数据的交换，这些信令数据是建立、重新配置和释放物理信道、传输信道、逻辑信道、信令无线电承载和数据无线电承载所需的，而用户平面的实体用于处理移动终端与基站之间的用户数据的交换。
根据LTE，每个协议层都有特定的规定功能：
PHY层主要负责i)传输信道上的错误检测；ii)传输信道的信道编码/解码；iii)混合ARQ软组合；iv)将编码传输信道映射到物理信道上；v)物理信道的调制和解调。
MAC层主要负责i)逻辑信道与传输信道之间的映射；ii)通过HARQ进行纠错；iii)逻辑信道优先级；iv)传输格式选择。
RLC层主要负责i)通过ARQ进行纠错，ii)RLC SDU(服务数据单元：Service DataUnit)的级联、分段和重组；iii)RLC数据PDU(协议数据单元：Protocol Data Unit)的重分段和重排序。此外，对RLC层进行建模，使得对于每个无线电承载(数据或信令)存在独立的RLC实体。
PDCP层主要负责IP(因特网协议：Internet Protocol)数据流的报文头压缩和解压缩、用户平面数据和控制平面数据的加密和解密以及控制平面数据的完整性保护和完整性验证。对PDCP层进行建模，使得每个RB(即DRB和SRB，SRB0除外)与一个PDCP实体相关联。每个PDCP实体根据RB特性(即单向或双向)和RLC模式与一个或两个RLC实体相关联。
RRC层主要负责移动终端与基站之间的控制平面信令，并且执行以下功能：i)广播系统信息，ii)寻呼，iii)建立、重新配置和释放物理信道、传输信道、逻辑信道、信令无线电承载和数据无线电承载。信令无线电承载用于在移动终端与基站之间交换RRC消息。
根据E-UTRA(LTE)技术，C平面(控制平面)与U平面(用户平面)之间的差异在图1A和1B中描绘。RRC协议和所有下层协议(PDCP、RLC、MAC和PHY)终止于eNB，而NAS协议层终止于驻留在EPC中的MME。UE与eNB之间的接口是LTE空中接口(称为Uu参考点)，eNB与MME之间的接口称为S1。为了简化图1A未示出S1接口的下层。
未来的可佩戴通信装置可能附带或不附带NAS功能。如果未来的可佩戴装置不附带NAS功能并且应该可由核心网络控制和/或为核心网络所知(即具有与MNO的订阅)，则可能期望在UE中调整NAS实体以便为UE(在该场景中作为中继节点运行)和可佩戴装置服务，或者甚至在UE中实施多于一个NAS实体；如US 2013/0137469 A1中所解释的，用于UE自身的一个NAS实体和用于各种可佩戴装置的一个或两个以上另外的NAS实体。
当前的BT技术没有提供足够的方法来将可佩戴通信装置(附带或不附带NAS功能，在此表示为“可佩戴装置”)连接到可以被配置用于在上行链路方向上将传输中继到MNO的核心网络和/或在下行链路方向上中继来自MNO的核心网络的传输的蜂窝通信装置(没有、一个或两个以上专用于可佩戴装置的NAS实体，在此表示为“UE”)。
直接控制与可佩戴装置的蜂窝移动核心网络的通信的NAS层可以驻留在可佩戴装置本身中或驻留在连接的UE中。如果相应装置中的仅一个，UE或可佩戴装置具有NAS层实施，则该NAS层将控制可佩戴装置。如果两个装置都具有NAS实施，则必须协商实际控制。
这样，在可佩戴装置可以在网络中注册之前，必须进行NAS层能力的交换以及在可佩戴装置与UE之间关于对可佩戴装置的控制的潜在协商。
如果UE具有可能为多个连接的可佩戴装置提供服务的多个NAS层实施，则它将相应的NAS层实体与特定的可佩戴装置和相应的BT链路相关联。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种用于使移动通信装置通过短程无线电接口连接与用户装置通信的方法，所述移动通信装置充当用于使用户装置能与核心网络连接的中继节点，所述方法包括使用消息交换配置文件通过短程无线电接口连接传送消息，所述消息包括以下中的至少一个：相互非接入层能力交换，其中，用户装置与用于将用户装置连接到核心网络的移动通信装置的非接入层能力被交换；向用户装置指示用户偏好和用户设置的指示；请求移动通信装置维持与核心网络连接的请求；对于用户装置通过所述移动通信装置释放与核心网络的连接的消息；以及使移动通信装置终止核心网络与用户装置连接的请求。
可以使用消息交换配置文件通过短程无线电接口连接发传送所述消息，所述消息交换配置文件定义用于两个装置之间的消息交换的过程和标准化行为
在另一方面，本发明提供了一种用于使移动通信装置通过短程无线电接口连接与用户装置通信的方法，所述移动通信装置充当用于使所述用户装置能与核心网络连接的中继节点，所述方法包括协商NAS能力，以将所述用户装置连接到所述移动通信装置以及使用所述移动通信装置作为中继节点来操作所述用户装置。
用于可佩戴装置的例如可以实现为新的BT配置文件的消息交换框架提供了以下益处。未来的可佩戴装置(附带和不附带NAS功能)可以经由中继UE在MNO的核心网络中注册和注销。这使得可佩戴装置可由核心网络控制和/或为核心网络所知(即可佩戴装置可以在无需具有蜂窝调制解调器的情况下与MNO订阅)。
所描述的过程包括基于用户偏好、各个用户设置和总体网络策略通过短程接口交换装置的能力以及配置中继功能。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1A示出了控制平面中的协议终止点；
图1B示出了用户平面中的协议终止点；
图2示出了用户装置或可佩戴装置经由用户设备装置、UE和基站与核心网络的示意性连接，其中，用户装置使用UE中的NAS实体；
图3示出了图2的布置的变型，其中，用户装置使用其自己的NAS实体；
图4示出了NAS专用信息的核心网络间交换的示意图；
图5A示出了NAS专用信息的核心网络内和MME间交换的示意图；
图5B示出了NAS专用信息的核心网络内和功能切片间交换的示意图；
图6A示出了NAS专用信息的MME内交换的示意图；
图6B示出了NAS专用信息的功能切片内交换的示意图；
图7是用户装置、核心网络和UE中的NAS实体之间的交互的示意图；
图8示出了可佩带装置与由可佩带装置发起的UE之间的双向能力交换；
图9示出了用于可以在可佩戴装置与UE之间使用的协商提议的消息对，所述协商提议用于协商如果存在多于一个选项则使用哪个NAS实体和/或USIM应用，这里：由可佩戴装置发起；
图10示出了用于状态指示的消息对，该状态指示可以用于指示通信状态变化，这里：事件触发；
图11示出了用于注册请求的消息对，该注册请求可以用于触发UE设置与核心网络的蜂窝连接；
图12示出了用于保持请求的消息对，该保持请求可以用于请求UE保持与核心网络的蜂窝连接；
图13示出了用于早期释放指示的消息对，该早期释放指示可以用于预先指示即将到来的连接释放；
图14示出了用于释放指示的消息对，该释放指示可以用于通知可佩戴装置关于已释放的网络连接；
图15示出了用于释放请求的消息对，该释放请求可以用于请求可佩带装置执行网络连接的释放；
图16示出了用于释放查询的消息对，该释放查询可以由可佩戴装置用于请求UE执行网络连接的释放；以及
图17示出了用于释放指示的消息对，该释放指示可以用于通知UE关于由可佩戴装置执行的网络连接的释放。
具体实施方式
本发明涉及用于部署在可佩戴的装置(“可佩戴装置”)(例如智能手表、健身跟踪器等)与用作中继节点的蜂窝通信装置(“UE”)(例如移动电话)之间的短程空中接口(例如BT)上的消息交换配置文件的定义。
该配置文件可以包括两个装置之间的过程和标准化信息交换，以实现以下内容(中的至少一个)：
相互NAS能力交换；
向可佩戴装置指示用户偏好和用户设置；
通知可佩带装置关于UE的当前通信状态；
请求UE为可佩戴装置设置网络连接；
请求UE保持蜂窝连接；
通过UE释放用于可佩带装置的网络连接；以及
请求UE终止用于可佩戴装置的网络连接。
相互能力交换
在可佩戴装置可以经由充当中继UE的蜂窝通信装置与MNO的核心网络交换用户数据之前，这两个装置需要交换其关于将可佩戴装置连接到蜂窝网络的NAS能力。具体而言，以下信息可能是相关的：
需要启用可佩戴装置，以向UE指示它是可佩戴装置，并且需要启用UE，以向可佩戴装置指示它具有中继能力。为此，两个新的装置类别被建议引入并在信令的初始阶段期间在新颖消息交换配置文件中使用：
可佩戴装置可以发出信号：“我是可佩戴装置”以及
UE可以发出信号：“我是具有中继能力的UE”。
在某些场景下，更精细的细分是有意义的。例如，类别“可佩戴装置”可以细分为“眼镜”、“健身跟踪器”、“手表”、“首饰”等。
此外，在某些场景下，让UE宣布它是否剩下“备用”预定，即专用于服务可佩戴装置的未使用的USIM应用似乎是有益的。所述USIM应用可以例如
驻留在插入到UE中的可移除USIM卡上，或者
不可分离地安装到UE的电路上。
可佩戴装置可以宣布其蜂窝控制能力，即可佩戴装置是否具有所实现的NAS实体和/或所包括的(或者嵌入式或者可移除式，即插入插槽中的)USIM应用。
此外，UE可以通知可佩戴装置关于其它装置是否连接到UE以及这些装置是否可以与可佩戴装置联系以及如何例如启用建立个人局域网(PAN：Personal Area Network)。
如果多于一个NAS实体(或USIM应用)可用并且适合于服务给定的可佩戴装置，则仅选择一个NAS实体(或USIM应用)(即根据本发明，NAS实体和/或USIM应用的实际使用/激活通过短程空中接口在可佩戴装置与UE之间协商。
“相互NAS能力交换”过程可以包含以下步骤：
选项1
前置条件：可佩戴装置第一次联系UE。
任何一个装置都传送包含其能力的消息，可能首先是可佩带装置，然后是UE跟随(基于之前接收的可佩带装置的能力，以提议用于协商的一些参数)。
为了完成协商，可佩带装置确认了最终参数。
后置条件：两个装置都根据交换的能力和参数设置服务。
选项2
前置条件：UE和可佩带装置都已连接。
能力集更改(例如，用户已禁用移动漫游)。
装置(在发生更改的情况下)发送能力更新；然后由对等装置确认这一点。
如果在对等装置处的能力也发生了更改，则以返回能力更新完成确认。
如果能力更新包含要协商的参数，则使用协商结果确认更新。
下面讨论详细的示例消息序列图。
向可佩戴装置指示用户偏好和用户设置
对于信令的初始阶段，用户和/或他的预定是否允许/不允许或偏好/拒绝某些(类型的)可佩戴装置(或服务)连接到UE也可能是相关的。具体而言，以下信息可能是相关的。
(关于)用户偏好(例如，设置在UE上)、一般网络策略或个别合约设置(例如，从核心网络数据库读取)的信息可以从UE向可佩戴装置发送关于允许(或优选)/不允许(不优选)连接到给定的UE的远程装置类型。在某些场景下，它甚至可以有意义地指出已经满足最大数量的可佩戴装置，或者发信号通知仍然可以连接到所讨论的UE的最大数量的附加的可佩戴装置(注意：关于所连接的可佩戴装置的最大数量，这也可能是UE能力而不是用户偏好)。
通知可佩戴装置关于UE的当前通信状态
一般地，UE与对应的蜂窝移动通信网络(例如，根据3GPP LTE或LTE-Advanced运行的蜂窝通信网络)之间的通信状态将影响可佩戴装置的(潜在)通信。因此，进一步的信息被提议作为新颖消息交换配置文件的一部分在UE与可佩戴装置之间交换，例如在信令的初始阶段期间交换。
由于UE的通信状态可能随时间变化，因此还提议在正在进行的短程连接期间实现这种第3层信息的交换(如果需要)。因此，为了保持可佩戴装置的令人满意的连接，可能需要定期或基于事件的更新(状态变化的指示)。具体而言，以下第3层信息可能是相关的：
目前注册的PLMN。这可能是重要的，因为如果UE由于任何原因未向正确的蜂窝通信网络注册，则它将不能提交任何消息(除了其自身的初始注册之外)。
RRC连接与RRC挂起与RRCIDLE运行模式。
数据速率，其可以提供给
单个可佩戴装置；或
某一可佩戴装置子类别；或
一组可佩戴装置。
覆盖范围外的指示器，
等等
此外，通过短程接口通知可佩戴装置关于蜂窝链路上即将发生的(即马上要发生的)变化可能是有益的，以便允许可佩带装置以更高效的方式执行数据传输。例如，保持活动消息到互联网上的各种应用服务器的协调(即同步)传输将减少UE对小数据包连续(重新)连接到蜂窝网络(即，连续地执行状态转换)的需要。因此，提议交换数据传输的计划安排的手段作为新颖消息交换配置文件的一部分发送，以提高将可佩戴装置连接到UE的效率。有不同的选择来实现这一目标：
当用于数据交换的良好机会到来时(例如，当RRC状态从IDLE(空闲状态)转换到CONNECTED(连接状态)时，或者在UE进入DRX开启时期的情况下)，UE向可佩戴装置指示这一点。
同样地，当交换数据的机会已经过去时(例如，当RRC状态从CONNECTED转换到IDLE时，或者在UE进入DRX关闭时期的情况下)，UE向可佩戴装置指示这一点。由于任何给定的DRX模式通常被配置用于特定的时期，因此向可佩戴装置发送UE的DRX配置模式和有效性信号可能是有意义的。
注意：DRX＝非连续接收，LTE中为省电而引入的休眠状态，在这种状态下，UE不需要监视每个子帧中的PDCCH来检查是否存在可用的下行链路数据。
替代性地，每当新数据包变得可用时，可佩带装置就会经由短程接口简单地发送数据。UE缓冲所有到来的数据包，直到有机会通过蜂窝接口中继数据为止。此外，可佩戴装置可以用“时间性重要”标志或“延迟容限”标志来标记其数据。只要仅接收到“延迟容限”数据，UE就将其缓冲，以用于将来的上行链路传输。当从可佩戴装置接收到“时间性重要”数据时，UE可以选择偏离其原始模式并尝试立即通过蜂窝接口中继数据。后一种行为可能意味着RRC状态转换，例如，从IDLE转换到CONNECTED。
替代性地，UE向可佩带装置指示到数据交换的机会变得可用(例如，用于跟踪区域更新)的剩余时间。
请求UE为可佩带装置设置网络连接
可以使可佩戴装置能够使用新颖消息交换配置文件向UE发送特殊请求消息，从而触发UE设置与核心网络的蜂窝连接。在一个实施例中(也就是，当在相互能力交换期间决定UE中的NAS实体应该被用于可佩戴装置时)，该请求消息可以由UE同时触发核心网络中的可佩戴装置的注册(要么通过使用与核心网络相同的NAS连接，要么通过使用专用于可佩戴装置的单独的NAS连接)。
请求UE保持蜂窝连接
在通过短程接口的正在进行的连接期间，可能希望让可佩戴装置向UE指示
是否可以期望很快会有更多源自可佩戴装置的UL数据；或
可佩带装置是否正期望下行链路数据(例如，网页的内容、对保持活动消息的回复等)对先前发送的上行链路消息(例如，HTTPGET请求、保持活动消息等)作出响应。
此时，UE可以选择使蜂窝连接再保持一小段时间(例如，预定义的或预测的时间量)，从而可能减轻对RRC状态从CONNECTED到IDLE并再次返回到CONNECTED的频繁转换的需要。所述“等待时间”可以由UE基于先前的传输特性(例如，考虑来自相同或类似内容服务器、应用对等体等的早期响应)来计算。
通过UE释放用于可佩带装置的网络连接
当通过蜂窝空中接口(例如，LTE Uu)的正在进行的连接接近尾声时，希望以协调的方式终止这两个连接(通过蜂窝链路的连接和通过短程空中接口的连接)。这不是在所有情况下都可能的(例如，在UE在蜂窝空中接口上经历突然的无线电链路故障的情况下)，但是只要有可能，它是绝对可取的。根据可佩带装置的NAS功能驻留的位置，协调方法有两种不同的选择。在这两种情况下，UE必须通过短程接口通知可佩带装置关于蜂窝连接即将终止，并且可佩带装置可能会作出如下反应：
用于可佩带装置的NAS实体驻留在UE中：可佩带装置的适当反应可以是停止应用层活动和与相关服务器的连接。可佩戴装置的另一个适当反应可以是要求UE避免终止UE与基础设施之间的蜂窝连接，以便可佩戴装置的NAS连接可以保持活动。替代性地，可佩戴装置可以要求UE推迟终止过程。这样的请求可能包括有利的时间跨度或关于可能导致UE不能继续进行的所述请求的动机的信息。可能的动机可以是可佩戴装置在指示的时间跨度期间找到另一个合适的UE来连接。在某些情况下，还希望可佩戴装置指示其何时(大概或实际上)准备好由UE终止通过蜂窝空中接口的连接。
可佩带装置实施自己的NAS实体：在这种情况下，可佩戴装置本身与移动网络运营商的核心网络中的相关MME进行通信，以在NAS层注销。一旦完成此操作，可佩戴装置可以指示其向UE成功释放其注册，以便可以终止通过短程空中接口(下层)的连接以及通过蜂窝空中接口的连接(在从UE的角度看的NAS层以及下层)。
请求UE终止用于可佩戴装置的网络连接
当可佩带装置主动终止正在进行的连接时，还存在两种不同的信令选项，具体取决于可佩带装置的NAS实体驻留的位置：
用于可佩带装置的NAS实体驻留在UE中：可佩带装置简单地通过短程接口向UE指示，它请求在MME处释放其注册，以便UE然后可以代表可佩带装置生成并向MME传送注册释放请求。理论上，UE可以使用其NAS层中的任何一层来实现这一点，优选地是分配给可佩戴装置并代表可佩戴装置使用的那一层。如果UE为此使用其自己的NAS连接，则将需要一些核心网络间或核心网络内信息交换(详情将在下面讨论)。
可佩带装置实施其自己的NAS实体：可佩带装置通过其自己的NAS连接直接请求从相关MME的释放。一旦该过程成功完成，可佩带装置就会通过短程空中接口简单地通知UE关于此结果。
图2和3示出了两种不同实施选项的示例：在图2中，用于可佩戴装置的NAS实体驻留在UE中；在图3中，可佩带装置实施其自己的NAS实体。
在图3的示例实现中，可佩带装置还具有其自己的USIM应用。在一个实施例中，这可以是嵌入式USIM(eUSIM)，其不可分离地安装到可佩戴装置的电路上。
图2和3示出了驻留在同一核心网域中的两个NAS实体。在所有部署场景中不必都是这种情况：两个NAS实体可以位于不同的核心网域中、位于不同的MME中、或甚至位于不同的功能网络切片中(参见图4至6)。
在某些部署场景中，允许在核心网络侧上的两个NAS实体之间交换信息可能是有意义的，无论它们是位于同一或不同的核心网域、MME还是功能网络切片中。
例如，如果可佩带装置具有其自己的NAS实体(“NAS1”，如图3所示)并且在其自己的NAS层触发某些动作，则在网络侧上的两个NAS实体可以以这样的方式协调自己：使得NAS1通知(或与之对话)分配给UE的NAS实体(“NAS2”)，反之亦然。因此，根据本发明，与使用第一NAS连接由第一装置触发的动作(例如，由可佩戴装置发送的注册释放命令，步骤1)相关的数据可以经由第二NAS连接提交到第二装置(例如，向UE指示可佩戴装置已成功终止其在NAS层的连接，步骤3)，反之亦然，如图7所示。步骤2描绘了在网络侧上涉及的两个NAS实体之间的NAS特定数据的创造性交换。
相互能力交换和用户偏好和用户设置
根据本发明的一个方面，每当可佩戴装置试图向UE重新注册时，可以进行单向或双向能力交换。例如，在从UE请求信息以便找出UE是否正在提供任何中继服务时，可佩戴装置可以让UE知道：
它是“手表”型的可佩戴装置。
它实施了NAS实体。
它插入了已验证用户的身份的USIM。
例如，作为对从可佩带装置接收的请求的响应，UE可以向可佩带装置指示：
它是UE类型的装置。
它为可佩戴装置提供移动网络运营商的核心网络中继能力。
它实施供可佩戴装置使用的备用NAS实体。
它具有供可佩带装置使用的备用USIM应用。
两个装置(UE和可佩戴装置)目前都由同一用户控制/操作。
它能够支持建立个人局域网(PAN)。
它能够连接多达三种不同的可佩戴装置。
此外，UE可以或者在同一响应消息中或者在随后的(一对)消息中向可佩带装置传送与用户偏好和/或用户设置和/或网络策略有关的以下信息：
给出了用户同意建立个人局域网(PAN)。
网络策略授予最多两种可佩戴装置的连接。
使用者数据仅允许子类别“手表”和“首饰”的可佩戴装置连接到UE。
图8示出了用于相互能力交换的可佩戴装置与UE之间的示例性消息序列图。下面的表1和2中给出了图8的请求/响应对的可能消息结构。表1示出了能力请求消息的示例，而表2示出了能力响应消息的示例。
表1
表2
如果多于一个NAS实体(或USIM应用)可用并且适合于服务给定的可佩戴装置，则只需要选择一个NAS实体(或USIM应用)。为此，可佩戴装置和UE将必须通过短程空中接口协商实际使用哪个NAS实体和/或USIM应用。图9示出了用于该协商过程的可佩戴装置与UE之间的示例性消息序列图。可能需要多次迭代。也有可能的是反提议是协商响应消息的一部分。在此，协商过程是由可佩带装置发起的。替代性地，该过程可以由UE发起。为了简洁起见，跳过图9的用于协商提议/响应对的可能消息结构。
本发明的一个方面是可佩戴装置和向MNO的核心网络提供中继功能的UE首先能够相互交换它们的能力，然后为可佩戴装置接入MNO的核心网络建立、终止或挂起(逻辑)连接。在所公开的消息交换框架的范围内还可以考虑用户偏好、个别用户设置和一般网络策略。
通知可佩带装置关于UE的当前通信状态
一般地，UE与对应的蜂窝移动通信网络(例如，根据3GPP LTE或LTE-Advanced运行的蜂窝通信网络)之间的通信状态将影响可佩戴装置的(潜在)通信。
可以至少在信令的初始阶段期间将“状态指示”消息作为消息交换配置文件的一部分从UE交换到可佩戴装置。
由于UE的通信状态可能随时间变化，因此也可以在正在进行的短程连接期间实现这种信息的交换(如果需要)。因此，为了保持可佩戴装置的令人满意的连接，可能需要定期或基于事件的更新(状态变化)。
图10示出了由UE发起的UE与可佩戴装置之间的示例性消息序列图，以通知可佩戴装置关于UE的通信状态的最近变化。在此，“状态指示”消息的传输是在检测到事件时触发的。可能的事件可以包括蜂窝链路(例如LIE中的“无线电链路故障”)的丢失、通过蜂窝链路的数据速率的降低或增加、UE中的RRC状态转换或类似情况。替代性地或附加性地，UE还可以被配置用于定期发送“状态指示”消息。
具体而言，以下信息可能是相关的：
目前注册的PLMN。当可佩戴装置被绑定到某个预定时，这可能是重要的，因为如果UE由于任何原因未向正确的蜂窝通信网络注册，则它将不能代表可佩戴装置提交任何消息。
RRC CONNECTED(连接)与RRC SUSPENDED(挂起)与RRC IDLE(空闲)运行模式。
数据速率可以提供给
单个可佩戴装置；或
某一可佩戴装置子类别；或
一组可佩戴装置。
漫游指示器。
用于在UE中“移动数据”选项的(取消)激活的指示器。
覆盖范围外的指示器。
等等
在本发明的另一实施例中，可以通过短程接口通知可佩戴装置关于蜂窝链路上即将发生的(即马上要发生的)变化，以便允许可佩带装置以更高效的方式执行数据传输。例如，保持活动消息到互联网上的各种应用服务器的协调(即同步)传输将减少UE因小数据包而连续地重新连接到蜂窝网络(即，连续地执行状态转换)的需要。因此，可以将用于数据传输的计划安排作为消息交换配置文件的一部分发送，以提高将可佩戴装置连接到UE的效率。有不同的选择来实现这一目标：
当用于数据交换的良好机会到来时(例如，当RRC状态从IDLE(空闲状态)转换到CONNECTED(连接状态)时，或者在UE进入DRX开启时期的情况下)，UE向可佩戴装置指示这一点。
同样地，当交换数据的机会已经过去时(当RRC状态从CONNECTED转换到IDLE时，或者在UE进入DRX关闭时期的情况下)，UE向可佩戴装置指示这一点。由于任何给定的DRX模式通常被配置用于在特定时期内有效，因此向可佩戴装置发送UE的DRX配置模式和有效性信号可能是有意义的。
注意：DRX＝非连续接收，LTE中为省电而引入的休眠状态，在这种状态下，UE不需要监视每个子帧中的PDCCH，以便检查是否存在可用的下行链路数据。
替代性地，每当新数据包可用时，可佩带装置就会简单地通过短程接口发送数据。UE缓冲所有到来的数据包，直到有机会通过蜂窝接口中继该数据为止。此外，可佩戴装置可以用“时间性重要”标志或“延迟容限”标志来标记其数据。只要仅接收到“延迟容限”数据，UE就将其缓冲，以用于将来的上行链路传输。当从可佩戴装置接收到“时间性重要”数据时，UE可以选择偏离其原始模式并尝试立即通过蜂窝接口中继数据。后一种行为可能意味着RRC状态转换，例如，从IDLE转换到CONNECTED。
替代性地，UE向可佩带装置指示到数据交换的机会变得可用(例如，用于跟踪区域更新)的剩余时间。
在下面的表3和4中给出了根据图10的状态指示/确认消息对的可能消息结构。表3是状态指示消息的示例，而表4是确认消息的示例。
表3
表4
本发明的另一可选方面是向可佩带装置通知关于UE与网络的连接的当前和未来通信状态变化。
本发明的另一个可选方面是提供从可佩戴装置到UE的每个数据包优先级和/或延迟容限，以便高效地向网络传输数据。
请求UE为可佩戴装置设置网络连接(根据D)
可佩戴装置可以触发UE在蜂窝网络处执行可佩戴装置的注册。触发也可以是隐式的，例如，可佩戴装置在UE处的注册可以自动触发UE在核心网络处注册可佩戴装置。
可以向UE提供特定的注册请求消息，包含
要在注册中使用的可佩戴装置的ID。
此外，可佩戴装置还可以提供替代ID，例如提供临时标识(GUTI)和唯一标识(IMSI)，以便UE可以首先用临时ID注册并在NW请求时使用IMSI而无需再次请求该信息。
有关可佩戴装置的IP连接性的信息，例如可佩带装置需要连接的分组数据网络(PDN：Packet Data Network)，通常由接入点名称(APN：Access Point Name)标识。
如果UE在可佩戴装置具有SIM或USIM时代表可佩戴装置生成NAS消息，则可以交换与认证相关的信息。最简单(且破坏性最小)的方法是使用BT SIM接入配置文件(SAP：SIMAccess Profile)，但是与本文讨论的NAS信息交换一起进行交换也是可能的。可佩戴装置还可以向UE提供在UE处使用BT SIM接入配置文件访问可佩戴装置的SIM或USIM所需的信息。
UE和可佩带装置还可以协商从可佩戴装置到UE的UL数据传输是否必须等待建立连接或者可佩带装置是否可以立即传输数据。
后者将有利于利用LTE并且超出UL从UE到NW的传输速度，而可佩戴装置仅限于BT速度，另一方面，它需要在UE中缓冲几秒钟并且如果可佩戴装置被NW拒绝，则承担浪费电力的风险。
如果UE完全控制用于可佩戴装置的NAS实体，则它将经由蜂窝连接创建注册消息并将其传送到其当前使用的网络，同时考虑到从可佩戴装置接收的信息并填写与UE及其当前建立的网络连接相关的信息。
替代性地，可佩戴装置自己实施NAS实体，并生成注册消息，然后将该注册消息提供给包含上述信息的UE。UE可以填写消息中缺少的信息并经由蜂窝空中接口传送消息。
在本发明的一个实施例中，可佩带装置能够经由新颖消息交换配置文件向UE发送“注册请求”消息，从而触发UE设置与核心网络的蜂窝连接(例如，根据3GPP LTE或LTE-Advanced的无线连接)。图11示出了一个示例消息对。
在这方面，以下细节是相关的：
将用于移动网络运营商的核心网络中的“可佩戴装置ID”。
“PLMN”要注册(在开始可佩带装置的注册过程之前由UE验证)。
下面的表5和6给出了根据图11的注册请求/注册确认消息对的可能消息结构。表5是注册请求消息的示例，而表6是注册确认消息的示例。
表5
表6
本发明的另一可选方面是可佩戴装置可以触发UE设置可佩戴装置与网络的(逻辑)连接。
请求UE保持蜂窝连接
为了减轻RRC状态从连接状态转换到空闲状态并再次返回到连接状态的频繁转换，例如当可佩戴装置不断地生成小数据包时，可佩戴装置可以经由新颖消息交换配置文件向UE发送“保持请求”消息。一旦UE接收到该消息，就期望UE代表可佩戴装置再将与移动网络运营商的核心网络(例如，根据3GPP LTE或LTE-Advanced的无线连接)的当前蜂窝连接保持长一点时间。图12示出了一个示例消息对。
在通过短程接口的正在进行的连接期间，可能希望让可佩戴装置向UE指示
是否可以期望很快会有更多源自可佩戴装置的UL数据；或
可佩带装置是否期望下行链路数据(例如，网页的内容、对保持活动消息的回复等)对先前发送的上行链路消息(例如，HTTP GET请求、保持活动消息等)作出响应。
下面的表7和8给出了根据图12的保持请求/保持响应消息对的可能消息结构。表7是保持请求消息的示例，而表8是保持响应消息的示例。
表7
表8
本发明的另一可选方面是可佩戴装置可以要求UE再将可佩戴装置与网络的(逻辑)连接再保持长一点时间，这是因为在可佩戴装置上行链路缓冲器中可能有更多可用数据经由中继UE发送，或者因为可佩带装置正在期望来自对等实体的应答(以下行链路数据到达的形式)。
UE释放用于可佩带装置的网络连接
图13、14和15示出了UE与可佩带装置之间的一些示例消息流，用于释放用于可佩带装置的网络连接。
图13示出了一些可以用于实现早期释放指示过程的可选消息。首先，UE通知可佩戴装置关于连接的计划(或即将发送的)释放(消息类型：“早期释放指示”)。如果可佩戴装置对UE提出的内容不满意，则可佩戴装置可以生成不同的释放提议，所述提议被发送回(消息类型：“早期释放响应”)并且由UE和/或核心网络进行评估。
可能需要网络连接的计划释放的早期指示(如上所述)，因为它允许可佩戴装置寻找要注册的替代性中继装置，以便稍后可以容易地恢复连接。由于这更像是连接挂起而不是连接释放操作(从网络的角度来看)，因此将可佩戴装置的上下文(context)保存在核心网络中以便在稍后的时间点快速重新激活(逻辑)连接可能是有益的。对于该变体，为了简洁起见，未示出详细的消息结构。
在图14中，可以(在一个实施例中)托管可佩戴装置的NAS实体的UE通知可佩戴装置关于可佩戴装置的网络连接的成功释放(消息类型：“释放指示”)。可佩带装置简单地确认此消息(消息类型：“Ack”)。对于该变体，也未示出详细的消息结构。
图14的消息流可以紧跟在图13的消息流之后；并且图13的“提议评估”可能导致(或合并)图14的“释放执行”。
当在图13的“早期释放响应”消息中由可佩戴装置请求了延迟并且在随后的“提议评估”中由UE和/或核心网络授予延迟时，图14中所示的消息可以替代性地在稍后的时间点进行交换。
在一个实施例中，图15可以用作图13的替代方案。在图15中，可以(在另一个实施例中)托管其自己的NAS实体的可佩戴装置被UE请求释放其网络连接(消息类型：“释放请求”)。然后，可佩带装置可以释放其网络连接并确认成功的连接释放(消息类型：“释放确认”)。
在另一个实施例中，图15可以用作图14的替代方案。在这种情况下，图15中所示的消息可以紧跟在图13的消息流之后。因此，图15中的“释放请求”消息可能包含在图13的“提议评估”期间计算或确定的参数。
在表9和10中给出了用于图15的示例消息流的一些示例性详细消息结构。表9是释放请求消息的示例，而表10是释放响应消息的示例。
表9
表10
在本发明的另一实施例中，早期指示可以是从UE到可佩戴装置的上述“通信状态指示”和/或“计划安排交换”的一部分。
本发明的另一方面是UE发起可佩戴装置与网络的(逻辑)连接的释放过程。可以预先通知可佩戴装置关于可佩戴装置与网络的(逻辑)连接的计划释放，并且可以或者自行执行释放操作(例如，如果相关NAS实体驻留在可佩戴装置内)，或者通过释放挂起提议(例如，如果相关NAS实体驻留在UE内)对UE作出响应。在UE成功终止了可佩戴装置与网络的(逻辑)连接之后，UE可以通知可佩带装置。此外，如果适用的话，UE可以通知可佩带装置关于连接挂起时间(＝核心网络中的上下文存储时间)的细节。
替代性地，如果可佩带装置的(逻辑)网络连接的释放是由驻留在可佩带装置中的NAS实体发起的，而先前没有接收到来自UE的触发器，则消息流将类似于图17中给出的消息流。在此，可佩带装置通知UE关于接入MNO的核心网络的终止连接(即关于NAS层处的已经执行的逻辑连接的释放以及其在MME处的网络注册的释放)。对于该变体，为了简洁起见，未示出详细的消息结构。
请求UE终止用于可佩戴装置的网络连接
如上所述，可佩戴装置也可以主动终止正在进行的连接。图16示出了可佩戴装置与UE之间的关于请求UE终止用于可佩戴装置的网络连接的示例消息流。
如果用于可佩带装置的NAS实体驻留在UE中，则可佩带装置仅通过短程接口从UE请求在MME处释放其网络注册(消息类型“释放查询”)，以便UE然后可以生成并代表可佩戴装置向“MME”传送注册释放请求(“释放执行”)。UE可以借助于“释放响应”消息通知可佩带装置关于该努力的结果。表11和12中给出了图16的示例消息流的一些详细消息结构。表11是释放查询消息的示例，而表12是释放响应消息的示例。
表11
表12
本发明的另一可选方面是可佩带装置要求UE释放可佩戴装置与网络的(逻辑)连接。并且可以向可佩带装置通知关于所请求的释放操作的结果(包括关于连接挂起时间的详细信息(＝核心网络中的上下文存储时间)，如果适用的话)。
在将可佩带装置的上下文存储在网络侧以便将来重新激活挂起的逻辑连接(例如，在NAS层)的情况下，经由第一中继UE给可佩戴装置提供上下文ID是有利的(例如根据表9的“释放请求”消息和根据表12的“释放响应”消息的范围内所描述的)。该上下文ID可以在以后重新激活挂起的连接时由可佩带装置使用。当可佩带装置正在改变(或代替)具有中继能力的UE时，这样做允许更快地重新激活挂起的连接。
关于本发明的优选实施例的上述描述，应注意以下内容。
可以在UE与可佩戴装置之间划分NAS功能。因此，“可佩戴装置中的NAS”设置可能意味着可佩戴装置执行会话管理、注册和安全性，而UE总是执行移动性(以及其它一些事情)。因此，在本发明的过程中为各种NAS功能实现更精细的细分可能是有意义的，例如，当谈到能力交换时(“NAS驻留在哪里？”＝＞“NAS功能的实例驻留在哪里？”)和能力协商(“要使用哪个NAS实体？”＝＞“要使用特定的NAS子功能的哪个实例？-UE中的那个，还是可佩带装置中的那个？”)。
消息、事件和信息元素的名称应理解为仅用作示例。还有许多其它选项可以通过短程空中接口获取信息。本发明决不限于我们在此公开的编码示例和消息流。
此外，结合各种消息描述的各种信息元素可以以其它方式分组。例如，它们可以以新的或已经存在的分层结构进行整理，或者与其它信息元素组合在一起，例如以列表或容器的形式。
关于根据图2和3的可能的实施选项，理论上，还存在第三实施选项，其中USIM1(或者可移除或者不可分离地安装)位于可佩戴装置中，而NAS1实体驻留在UE中。为了简洁起见，这种罕见的设置被故意排除在外。可以以与本发明中详细公开的内容类似的方式完成用于覆盖该第三实施选项的消息、消息流、事件和信息元素的定义。
这里用于不同RRC状态(连接与挂起与空闲)的LTE术语不应被理解为将本发明限制于LTE环境。对于其它无线电接入技术，可以定义其它UE状态。例如，对于在5G范围内定义的LTE后继无线电接入技术，UE实现可以定义和支持相同、相似或其它RRC状态。
尽管BT可以代表本发明的一个优选实施例，但是由可佩戴装置和蜂窝通信装置支持的用于如本文所述的消息交换的无线短程技术(参见根据图2和3的短程空中接口)并不一定在所有情况下都是(基于)BT的。其它无线短程技术，例如WiFi，也可以适合于支持本文档中描述的方法的精神，并且明确地包括在本发明的范围内。
在一个实施例中，可佩戴装置本身可以实施(至少一个)蜂窝调制解调器，因此它可以采用蜂窝通信装置的形式。由可佩戴装置的蜂窝调制解调器和蜂窝通信装置的蜂窝调制解调器支持的无线电接入技术可以相同或不同。因此，术语“可佩戴装置”不应被理解为一般限制。在一些实施例中，在本发明的范围内定义的可佩戴装置也可以是蜂窝通信终端(形式)，通常称为移动通信装置，例如移动电话。

Claims (16)

1.一种用于使移动通信装置通过短程无线电接口连接与用户装置通信的方法，所述移动通信装置充当用于使用户装置能与核心网络连接的中继节点，所述方法包括使用消息交换配置文件通过短程无线电接口连接传送消息，所述消息包括以下中的至少一个：
相互非接入层、NAS、能力交换，其中，用户装置与用于将用户装置连接到核心网络的移动通信装置的NAS能力被交换；
是否已经同意建立个人局域网的指示；
关于移动通信装置能够连接的最大数量的用户装置的指示；
关于移动通信装置能够与哪种类型的用户装置建立连接的指示；
使移动通信装置保持与核心网络的连接的请求；
对于用户装置通过所述移动通信装置释放与核心网络的连接的消息；以及
使移动通信装置终止核心网络与用户装置连接的请求。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述消息以任何组合方式包括以下中的多于一个：
相互NAS能力交换，其中，用户装置与用于将用户装置连接到核心网络的移动通信装置的NAS能力被交换；
是否已经同意建立个人局域网的指示；
关于移动通信装置能够连接的最大数量的用户装置的指示；
关于移动通信装置能够与哪种类型的用户装置建立连接的指示；
使移动通信装置保持与核心网络的连接的请求；
对于用户装置通过所述移动通信装置释放与核心网络的连接的消息；以及
使移动通信装置终止核心网络与用户装置连接的请求。
3.一种用于使移动通信装置通过短程无线电接口连接与用户装置通信的方法，所述移动通信装置充当用于使所述用户装置能与核心网络连接的中继节点，所述方法包括协商非接入层、NAS能力，以将所述用户装置连接到所述移动通信装置以及使用所述移动通信装置作为中继节点来操作所述用户装置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述用户装置和所述移动通信装置相互交换它们的NAS能力，然后建立所述用户装置与所述核心网络的连接。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在NAS能力的相互交换中传送用户偏好、各个用户设置和总体网络策略中的至少一个。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述移动通信装置向所述用户装置通知关于所述移动通信装置与所述核心网络的连接的当前和未来通信状态变化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述用户装置向所述移动通信装置提供包优先级信息和延迟容限信息中的至少一个。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述用户装置触发所述移动通信装置设置所述用户装置与所述核心网络的连接。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述用户装置向所述移动通信装置传送消息，请求所述移动通信装置维持所述用户装置与所述核心网络的连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述用户装置具有存储在缓冲器中等待发送的数据或者等待下行链路数据时，传送请求所述移动通信装置维持所述用户装置与所述核心网络的连接的消息。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述移动通信装置发起所述用户装置与所述核心网络的连接的释放。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述用户装置被预先通知所述用户装置与所述核心网络的连接的计划释放。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述用户装置向所述移动通信装置传送释放与所述核心网络的连接的请求。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在释放所述用户装置与所述核心网络之间的连接的过程期间，所述移动通信装置触发所述核心网络保持至少一个用户装置上下文处于活动状态。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述移动通信装置向所述用户装置提供上下文标识符，所述上下文标识符能够存储在所述用户装置中以供之后使用。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，当所述用户装置试图经由另一个移动通信装置重新激活与核心网络的连接时，所述用户装置使用所存储的上下文标识符。
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