CN111385015A - 卫星通信的数据传输、接收方法及装置、网关、终端 - Google Patents

Abstract

一种卫星通信的数据传输、接收方法及装置、网关、终端，所述数据传输方法包括：接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。通过本发明提供的技术方案，可以极大地提高数据的传输可靠性和通信成功率。

Description

卫星通信的数据传输、接收方法及装置、网关、终端

技术领域

本发明涉及卫星通信技术，具体地涉及一种卫星通信的数据传输、接收方法及装置、网关、终端。

背景技术

基于北斗卫星收发短报文的应用是目前技术和市场都比较活跃的应用领域。北斗短报文功能是北斗导航定位系统区别与其它卫星导航系统的独特功能，在诸多方面都具有重大的作用。通过短报文功能，北斗终端可以实现全天候的对外通信。目前，北斗短报文功能已经应用于：紧急救援、森林防火、野外作业、海上作业、测绘行业、气象应用等方面。

相较于其它远距离通信终端(例如，3G终端设备)，北斗物联网终端具有传输距离无限制、使用地域范围广、通信内容高保密等一系列优点。但同时也存在一定的局限性。例如，北斗短报文通信容易受应用环境影响，特别是在有遮挡的应用环境中，会导致通信成功率急剧下降。为提高通信成功率，终端设备通过简单重复上报的方式提高数据回传率，却降低了通信有效性，又不能保证数据的可靠传输。

如何在有限的工作时间内完成数据的可靠传输，对于低功耗设备具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何利用卫星通信完成数据的可靠传输，以提高通信有效性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种卫星通信的数据传输方法，包括：接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。

可选的，在接收终端发送的数据包之前，所述方法还包括：获取卫星通信时间，以根据所述卫星通信时间完成时间同步，其中，所述预设通信时间是以同步后的时间为基准确定的。

可选的，所述卫星通信为北斗卫星通信。

可选的，所述卫星通信为基于短报文的卫星通信。

可选的，所述确认帧包括：所述终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。

可选的，所述终端的终端标识占用3个字节、所述未正确接收的数据包总数占用1个字节、所述正确接收的最新数据包标识占用2个字节、所述差值占用1个字节。

可选的，所述向所述终端下发所述确认帧包括：采用单播方式或广播方式向所述终端下发所述确认帧。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种卫星通信的数据接收方法，包括：向卫星网关发送数据包；接收确认帧，所述确认帧是所述卫星网关响应于正确接收的数据包确定的，且所述确认帧是所述卫星网关在预设通信时间到达时发出的。

可选的，在向卫星网关发送数据包之前，所述方法还包括：获取卫星通信时间，以完成时间同步，其中，所述预设通信时间是以同步后的时间为基准确定的。

可选的，所述卫星通信为北斗卫星通信。

可选的，所述卫星通信是基于短报文的卫星通信。

可选的，所述确认帧包括：终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。

可选的，所述终端的终端标识占用3个字节、所述未正确接收的数据包总数占用1个字节、所述正确接收的最新数据包标识占用2个字节、所述差值占用1个字节。

可选的，所述接收确认帧包括：接收所述卫星网关基于单播方式或广播方式发送的确认帧。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种卫星通信的数据传输装置，包括：接收模块，适于接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；发送模块，适于当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种卫星通信的数据接收装置，包括：发送模块，适于向卫星网关发送数据包；接收模块，适于接收确认帧，所述确认帧是所述卫星网关响应于正确接收的数据包确定的，且所述确认帧是所述卫星网关在预设通信时间到达时发出的。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种网关，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例提供一种卫星通信的数据传输方法，包括：接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。通过为终端发送的数据提供确认帧，终端可以根据确认帧确定正确接收的数据包，以及未正确接收的数据包，以使得终端可以重传未正确接收的数据包，极大地提高数据的传输可靠性和通信成功率。进一步，减少终端重传数据包的次数，也可以节约终端功耗。

进一步，在接收终端发送的数据包之前，还包括：获取卫星通信时间，以根据所述卫星通信时间完成时间同步，其中，所述预设通信时间是以同步后的时间为基准确定的。通过本发明实施例提供的技术方案，可以使终端设备预判数据接收时间，使得终端设备可以在数据接收时间以外的其他时间内进入休眠状态，以节约功耗。

附图说明

图1是现有技术的一种基于北斗卫星进行通信的通信网络示意图；

图2是本发明实施例的一种卫星通信的数据传输方法的流程示意图；

图3是本发明实施例的一种确认帧的帧格式示意图；

图4是本发明实施例的一种卫星通信的数据接收方法的流程示意图；

图5是本发明实施例的一种卫星通信的数据传输装置的结构示意图；

图6是本发明实施例的一种卫星通信的数据接收装置的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所言，现有技术采用简单重复发送数据包的方式提高卫星通信成功率，既降低了通信有效性，又不能保证数据的可靠传输。

图1是现有技术的一种基于北斗卫星进行通信的通信网络示意图。如图1所示，通信系统100是利用北斗短报文通信的分布式物联网系统，采用星型网络拓扑结构进行通信。各个分布式数据采集终端(例如，北斗物联网终端101)完成各种复杂环境下的信息采集，并通过北斗短报文(图未示)将数据经北斗卫星102、北斗卫星网关103发送至数据运营服务中心104。数据运营服务中心104能够完成各种传感器信息的可视化显示、大数据分析或者是远程操控等功能。进一步，北斗网关103和数据运营服务中心104可以通过因特网与监控指挥中心105进行通信。

北斗短报文通信有通信频率的限制和单次传输的数据容量限制。一般而言，北斗物联网终端可以支持的短报文发送频度为每60秒一次、且每次最大的发送数据量为78.5个字节。由于短报文通信带宽有限，终端设备通过简单重复上报的方式来提高数据回传率，既会降低通信有效性，又不能保证数据的可靠传输。

考虑到北斗设备之间的短报文通信过程为一种尽力传输的无回执过程，因而网关设备可以通过下发指令确认通信是否成功，以实现数据的可靠传输。

本发明实施例提供一种卫星通信的数据传输方法，包括：接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。通过为终端发送的数据提供确认帧，终端可以根据确认帧确定正确接收的数据包，以及未正确接收的数据包，以使得终端可以重传未正确接收的数据包，极大地提高数据的传输可靠性和通信成功率。进一步，减少终端重传数据包的次数，也可以节约终端功耗。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2是本发明实施例的一种卫星通信的数据传输方法的流程示意图。具体而言，所述数据传输方法可以包括以下步骤：

步骤S201，接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；

步骤S202，当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。

在具体实施中，为了缩短低功耗设备用于指令接收的时间，终端通常在指定时隙接收卫星发送的数据(例如，指令信息)，并且在整个系统中使用卫星通信时间进行通信同步。卫星网关和终端在开始工作前可以获取卫星通信时间。

例如，北斗终端可以通过卫星无线电测定业务(Radio Determination SatelliteService，简称RDSS)模块的“ZDA”指令获取卫星时间，并记录终端的终端本地时间和北斗时间的差值以完成后续通信的时间同步。在预设通信时间到达时，北斗终端可以开启RDSS模块的电源一段时间(如5秒钟)，以接收数据。相应地，北斗卫星网关(亦称北斗网关)可以在此预设通信时间下发通信指令。

本领域技术人员理解，所述预设通信时间是以同步后的时间为基准确定的。该预设通信时间可以是北斗网关和北斗终端事先协商确定的。

在完成时间同步之后，终端和卫星网关可以进行数据通信。例如，终端可以通过卫星向卫星网关(例如，北斗网关)发送数据包(亦称数据帧)。每个数据包中可以包含帧序号。所述数据包可以是短报文数据包。

作为一个非限制性的例子，所述数据包的发送频度可以为每60秒一次，且每次发送的数据包为78个字节。本领域技术人员理解，为节约终端功耗，终端可以与卫星网关事先约定通信时长，例如，约定终端周期接收卫星网关发送的数据(例如，指令)的起止时间以及允许终端上报数据的起止时间等。

在具体实施中，数据包可以较小，例如数据包为78个字节。如果所述数据包为78个字节，除帧版本号占用1个字节、帧序号占用2个字节、校验码占用1个字节以及帧类别占用1个字节外，那么用于传输数据的载荷可以为73个字节。

在步骤S201中，卫星网关可以从终端接收所述数据包。进一步，卫星网关可以记录哪些数据包被正确接收，哪些数据包为正确接收。具体而言，卫星网关可以通过帧序号来确认未收到的数据包或未正确接收的数据包，根据数据包接收情况可以确定响应于正确接收的数据包的确认帧。

在具体实施中，所述确认帧可以包括以下信息：终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。该确认帧可以通过短报文进行发送。此时，短报文的载荷可以包括终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。通过发送各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值，有利于提高确认帧信息数据的有效性。

作为一个非限制性的实施例，每个终端的终端标识可以占用3个字节、所述未正确接收的数据包总数可以占用1个字节、所述正确接收的最新数据包标识可以占用2个字节、所述差值可以占用1个字节。此时，单个终端的数据包的确认信息一共占用7个字节。本领域技术人员理解，在实际应用中，各个信息占用的字节数还可以依据具体场景进行调整，这里不再一一列举。

图3是本发明实施例的一种确认帧的帧格式示意图。参考图3，所述确认帧可以利用短报文承载。短报文可以为78个字节，除帧版本号占用1个字节、帧序号占用2个字节、校验码占用1个字节以及帧类别占用1个字节外，那么载荷可以占用73个字节，如果确认帧的信息为7个字节，那么单个短报文可以传输10个确认帧包含的确认信息。

在步骤S202中，卫星网关可以在预设通信时间到达时，向终端发送确认帧。

在具体实施中，当卫星网关发送确认帧时，终端可以通过接收到的帧序号确定与自己相关的指令，丢弃重复收到的或者已经处理过的指令。终端在收到卫星网关下发的确认帧之后，可以再次上报网关未正确接收到的数据。需要说明的是，卫星网关可以采用单播方式或多播方式发送确认帧。

以北斗卫星通信为例，北斗网关可以以北斗指挥卡为接收标识来接收北斗终端发送的上报信息。北斗网关下发数据(例如，指令)时既可以选择指定北斗终端的卡号实现一对一的单播通信，也可以采用通播号来实现对指挥卡下属终端设备的广播通信。

下面以北斗网关为例阐述卫星网关进行数据通信的主要步骤。首先，北斗网关进行初始化，利用“ZDA”指令获取北斗时间，以完成时间同步，并以所述北斗时间为基准确定数据收发的各个预设通信时间。之后，北斗网关确定是否收到数据，如果是，则记录各个数据的接收状态，记录正确接收的数据帧和未正确接收的数据帧；进一步，如果预设通信时间到达，则可以通过单播或广播方式发送确认帧；如果否，则可以继续等待以接收数据帧。

图4是本发明实施例的一种卫星通信的数据接收方法的流程示意图。具体而言，所述数据接收方法可以包括以下步骤：

步骤S401，向卫星网关发送数据包；

步骤S402，接收确认帧，所述确认帧是所述卫星网关响应于正确接收的数据包确定的，且所述确认帧是所述卫星网关在预设通信时间到达时发出的。

更具体而言，终端可以在获取卫星通信时间，完成卫星通信时间同步之后，向卫星网关发送数据包。所述数据包可以是短报文数据包。

在步骤S402中，终端可以从卫星网关接收确认帧，所述确认帧可以是所述卫星网关响应于正确接收的数据包确定的。卫星网关发送该确认帧可以是基于预设通信时间发送的。所述预设通信时间是以卫星网关完成时间同步后的时间为基准确定的。

在具体实施中，所述卫星通信可以为北斗卫星通信。所述卫星通信可以是基于短报文的卫星通信。所述确认帧可以是基于短报文发送的。所述确认帧可以是卫星网关通过单播方式或广播方式发送至终端的。

作为一个非限制性的例子，所述确认帧可以包括：终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。

在具体实施中，所述终端的终端标识可以占用3个字节、所述未正确接收的数据包总数可以占用1个字节、所述正确接收的最新数据包标识可以占用2个字节、所述差值可以占用1个字节。

需要说明的是，采用短报文发送所述确认帧时，除上述信息外，该短报文还包含帧版本号、帧序号、帧类别、校验码。其中，所述帧版本号可以占用1个字节、帧序号可以占用2个字节、帧类别可以占用1个字节、校验码可以占用1个字节。

在具体实施中，终端尤其是低功耗的终端(例如，采用电池进行供电的终端设备)可以在数据发送完成后可能会进入休眠状态节约功耗。例如，以北斗卫星通信为例，北斗网关可以通过指挥卡的下属卡来进行北斗短报文通信。为了降低功耗，北斗终端可以在通信时开启设备的RDSS模块电源，发送结束后或者接收等待时隙结束后，关闭RDSS模块电源。此时，为保证数据的生存周期，终端可以将所有上传的数据保存在外部存储器中。

下面以北斗终端为例阐述终端进行数据通信的主要步骤。首先，北斗终端进行初始化，利用“ZDA”指令获取北斗时间，以完成时间同步，并以所述北斗时间为基准确定数据收发的各个预设通信时间。之后，北斗终端确定是否上报数据，如果是，则开启短报文通信以传输数据。如果否，则判断是否到达预设通信时间，如果是，则从北斗网关接收数据(例如，确认帧)，进一步，如果需要重传数据，则标记相关数据帧为上传状态以备后续上传；如果否，则可以在适当时间上传新的数据帧。

本领域技术人员理解，所述步骤S401至步骤S402可以视为与上述图2所示实施例所述步骤S201至步骤S202相呼应的执行步骤，两者在具体的实现原理和逻辑上是相辅相成的。因而，本实施例中涉及名词的解释可以参考图2所示实施例的相关描述，这里不再赘述。

由上，通过本发明实施例提供的技术方案，可以为卫星通信，尤其是短报文卫星通信(例如，北斗短报文卫星通信)提供可靠数据传输，极大地提高了通信成功概率，提高通信有效性，减少重传次数，节约通信成本。进一步，减少终端重传次数也可以节约终端功耗。

图5是本发明实施例的一种卫星通信的数据传输装置的结构示意图。所述卫星通信的数据传输装置5(以下简称为数据传输装置5)可以用于实施上述图2和图3所示方法技术方案。具体而言，所述数据传输装置5可以包括：接收模块51、发送模块52。

更具体而言，所述接收模块51适于接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；所述发送模块52适于当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。

在具体实施中，所述数据传输装置5可以包括获取模块53，适于在接收终端发送的数据包之前，获取卫星通信时间，以根据所述卫星通信时间完成时间同步，其中，所述预设通信时间是以同步后的时间为基准确定的。

其中，所述卫星通信为北斗卫星通信。

在具体实施中，所述卫星通信可以为基于短报文的卫星通信。

在具体实施中，所述确认帧可以包括：所述终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。所述确认帧可以基于短报文传输。

作为一个非限制性的实施例，所述终端的终端标识可以占用3个字节、所述未正确接收的数据包总数可以占用1个字节、所述正确接收的最新数据包标识可以占用2个字节、所述差值可以占用1个字节。

在具体实施中，所述发送模块52还可以包括：发送子模块521，适于采用单播方式或广播方式向所述终端下发所述确认帧。

关于所述数据传输装置5的工作原理、工作方式的更多内容，可以一并参照上述图2和图3的相关描述，这里不再赘述。

图6是本发明实施例的一种卫星通信的数据接收装置的结构示意图。所述卫星通信的数据接收装置6(以下简称为数据接收装置6)可以用于实施上述图3和图4所示方法技术方案。

具体而言，所述数据接收装置6可以包括：发送模块61，适于向卫星网关发送数据包；接收模块62，适于接收确认帧，所述确认帧是所述卫星网关响应于正确接收的数据包确定的，且所述确认帧是所述卫星网关在预设通信时间到达时发出的。

在具体实施中，所述数据接收装置6还可以包括获取模块63，适于在向卫星网关发送数据包之前，获取卫星通信时间，以完成时间同步，其中，所述预设通信时间是以同步后的时间为基准确定的。

在具体实施中，所述卫星通信可以为北斗卫星通信。

在具体实施中，所述卫星通信可以是基于短报文的卫星通信。

在具体实施中，所述确认帧可以包括：终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。

作为一个非限制性的例子，所述终端的终端标识可以占用3个字节、所述未正确接收的数据包总数可以占用1个字节、所述正确接收的最新数据包标识可以占用2个字节、所述差值可以占用1个字节。

在具体实施中，所述接收模块62可以包括：接收子模块621，适于接收所述卫星网关基于单播方式或广播方式发送的确认帧。

关于所述数据接收装置6的工作原理、工作方式的更多内容，可以一并参照上述图3和图4的相关描述，这里不再赘述。

进一步地，本发明实施例还公开一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述图2至图4所示实施例中所述方法技术方案。优选地，所述存储介质可以包括诸如非挥发性(non-volatile)存储器或者非瞬态(non-transitory)存储器等计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质可以包括ROM、RAM、磁盘或光盘等。

进一步地，本发明实施例还公开一种网关，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述图2和图3所示实施例中所述方法技术方案。优选地，所述网关可以为北斗网关。

进一步地，本发明实施例还公开一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述图3和图4所示实施例中所述方法技术方案。优选地，所述终端可以为北斗终端。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (19)

1.一种卫星通信的数据传输方法，其特征在于，包括：

接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；

当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。

2.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，在接收终端发送的数据包之前，还包括：

获取卫星通信时间，以根据所述卫星通信时间完成时间同步，其中，所述预设通信时间是以同步后的时间为基准确定的。

3.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述卫星通信为北斗卫星通信。

4.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述卫星通信为基于短报文的卫星通信。

5.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述确认帧包括：所述终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。

6.根据权利要求5所述的数据传输方法，其特征在于，所述终端的终端标识占用3个字节、所述未正确接收的数据包总数占用1个字节、所述正确接收的最新数据包标识占用2个字节、所述差值占用1个字节。

7.根据权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述向所述终端下发所述确认帧包括：

采用单播方式或广播方式向所述终端下发所述确认帧。

8.一种卫星通信的数据接收方法，其特征在于，包括：

向卫星网关发送数据包；

接收确认帧，所述确认帧是所述卫星网关响应于正确接收的数据包确定的，且所述确认帧是所述卫星网关在预设通信时间到达时发出的。

9.根据权利要求8所述的数据接收方法，其特征在于，在向卫星网关发送数据包之前，还包括：

获取卫星通信时间，以完成时间同步，其中，所述预设通信时间是以同步后的时间为基准确定的。

10.根据权利要求8所述的数据接收方法，其特征在于，所述卫星通信为北斗卫星通信。

11.根据权利要求8所述的数据接收方法，其特征在于，所述卫星通信是基于短报文的卫星通信。

12.根据权利要求8所述的数据接收方法，其特征在于，所述确认帧包括：终端的终端标识、未正确接收的数据包总数、正确接收的最新数据包标识、各个未正确接收的数据包标识与所述最新数据包标识各自的差值。

13.根据权利要求12所述的数据接收方法，其特征在于，所述终端的终端标识占用3个字节、所述未正确接收的数据包总数占用1个字节、所述正确接收的最新数据包标识占用2个字节、所述差值占用1个字节。

14.根据权利要求8所述的数据接收方法，其特征在于，所述接收确认帧包括：接收所述卫星网关基于单播方式或广播方式发送的确认帧。

15.一种卫星通信的数据传输装置，其特征在于，包括：

接收模块，适于接收终端发送的数据包，并记录正确接收的数据包，以确定响应于所述正确接收的数据包的确认帧；

发送模块，适于当预设通信时间到达时，向所述终端下发所述确认帧。

16.一种卫星通信的数据接收装置，其特征在于，包括：

发送模块，适于向卫星网关发送数据包；

接收模块，适于接收确认帧，所述确认帧是所述卫星网关响应于正确接收的数据包确定的，且所述确认帧是所述卫星网关在预设通信时间到达时发出的。

17.一种存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1至7任一项或权利要求8至14任一项所述方法的步骤。

18.一种网关，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

19.一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求8至14任一项所述方法的步骤。

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