CN111865825A - 基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法及系统，其方法包括：应用层处理模块对待发送的报文内容进行帧传输处理；帧校验模块将处理后的报文内容进行优先级别验证，并将处理后的报文内容存储至报文缓冲区模块中对应的第一等级缓冲区；报文缓冲区模块将第一等级缓冲区的状态信号设置为高电位，将第二等级缓冲区的状态信号保持为低电位；待发送包读取模块基于优先级顺序识别第一等级缓冲区和第二等级缓冲区的状态信号，将第一等级缓冲区中的处理后的报文内容进行读取与转发；发送处理模块对处理后的报文内容进行编码处理，输出至相应的后级发送端口。本发明实施例为待发送报文内容设定优先级，便于后续存储与转发，保障实时性。

Description

基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法及系统
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法及系统。
背景技术
在变电站自动化水平提高的前提下，大力建设智能电网是目前以至于未来电力系统的主要发展方向。IEC62439标准提出的高可用性无缝冗余协议HSR(High AvailabilitySeamless Redundancy)技术也逐渐被应用到变电站系统的相关通信系统中，以提高系统通信的可靠性及通信的智能化。根据HSR环网的特性，各节点的发送端口需要完成对本节点应用侧报文的发送，同时完成将对侧端口所接收到的符合条件的报文进行转发。由于智能化高压开关通信网络中传输的应用业务报文较多，且各类报文的传输实时性要求不同，如果对侧端口仅按照先准备好先发送的原则，很容易造成重要报文无法及时发送出去，从而导致某些通信异常。在这种场景下，利用HSR技术仅提供了一些关于接收重复帧处理与转发等要求的标准，但目前并未对本地报文的发送策略提出明确的指导说明。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法及系统，利用优先级别的不同对待发送报文内容进行识别、存储与读取发送，使得期间的紧急报文内容可被及时处理，确保通信实时性，应用价值高。
为了解决上述问题，本发明提出了基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法，所述方法包括：
应用层处理模块对待发送的报文内容进行帧传输处理；
帧校验模块将处理后的报文内容进行优先级别验证，基于验证结果将所述处理后的报文内容存储至报文缓冲区模块中所对应的第一等级缓冲区；
所述报文缓冲区模块将所述第一等级缓冲区的状态信号设置为高电位，且将第二等级缓冲区的状态信号保持为低电位；
待发送包读取模块基于设定的优先级顺序对所述第一等级缓冲区和所述第二等级缓冲区的状态信号进行识别，将所述第一等级缓冲区中的所述处理后的报文内容进行读取与转发；
发送处理模块对所述处理后的报文内容进行编码处理后，输出至相应的后级发送端口。
可选的实施方式，所述应用层处理模块对待发送的报文内容进行帧传输处理包括：
以所述待发送的报文内容作为帧主体，对所述待发送的报文内容进行累加取反后生成帧尾，再将所述帧主体和所述帧尾进行合并处理。
可选的实施方式，所述待发送的报文内容包括实际待发送数据、发送端口配置信息和优先级标记信息。
可选的实施方式，所述发送处理模块对所述处理后的报文内容进行编码处理包括：
获取所述处理后的报文内容中的实际待发送数据，并基于标准HSR以太网报文格式对所述实际待发送数据进行编码。
另外，本发明还提出了基于优先级的智能化高压开关网络报文发送系统，所述系统包括CPU侧的应用层处理模块、FPGA侧的链路控制子系统和FPGA侧的双发送端口，所述应用层处理模块基于信号线与所述链路控制子系统相连接，所述链路控制子系统与所述双发送端口相连接；其中，
所述应用层处理模块用于对待发送的报文内容进行帧传输处理，并将处理后的报文内容传输至所述链路控制子系统；
所述链路控制子系统用于基于所述处理后的报文内容的优先级别，对所述处理后的报文内容进行区分存储与读取编码，并将编码后的报文内容输出至所述双发送端口中的一个端口等待转发；
所述双发送端口用于基于规定的发送模式将所述编码后的报文内容输出至后台管理中心进行响应。
可选的实施方式，所述链路控制子系统包括帧校验模块、报文缓冲区模块、待发送包读取模块和发送处理模块；其中，
所述帧校验模块用于将处理后的报文内容进行优先级别验证，基于验证结果将所述处理后的报文内容存储至所述报文缓冲区模块中所对应的第一等级缓冲区；
所述报文缓冲区模块用于将所述第一等级缓冲区的状态信号设置为高电位，且将第二等级缓冲区的状态信号保持为低电位；
所述待发送包读取模块用于基于设定的优先级顺序对所述第一等级缓冲区和所述第二等级缓冲区的状态信号进行识别，将所述第一等级缓冲区中的所述处理后的报文内容进行读取与转发；
所述发送处理模块用于对所述处理后的报文内容进行编码处理后，输出至所述双发送端口中的一个端口。
可选的实施方式，所述应用层处理模块用于以所述待发送的报文内容作为帧主体，对所述待发送的报文内容进行累加取反后生成帧尾，再将所述帧主体和所述帧尾进行合并处理。
可选的实施方式，所述待发送的报文内容包括实际待发送数据、发送端口配置信息和优先级标记信息。
可选的实施方式，所述发送处理模块用于获取所述处理后的报文内容中的实际待发送数据，并基于标准HSR以太网报文格式对所述实际待发送数据进行编码。
本发明实施例为本地报文制定一个最优的发送策略，基于CPU侧的应用层处理模块限定当前报文内容的优先级别，使得当前报文内容具备传输实时性要求；通过在FPGA侧的报文缓冲区模块中划分出两个不同优先级别的缓冲区，为当前报文内容选定一个合适的发送队列加入，可保证当前报文内容得到及时有效地发送，也是对现有HSR环网技术附加在转发处理方面的标准，应用价值高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例公开的基于优先级的智能化高压开关网络报文发送系统的结构组成示意图；
图2是本发明实施例公开的链路控制子系统的结构组成示意图；
图3是本发明实施例公开的基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中的基于优先级的智能化高压开关网络报文发送系统的结构组成示意图，所述系统包括：CPU侧的应用层处理模块、FPGA侧的链路控制子系统和FPGA侧的双发送端口，所述应用层处理模块基于信号线与所述链路控制子系统相连接，所述链路控制子系统与所述双发送端口相连接。
基本的，所述应用层处理模块用于对待发送的报文内容进行帧传输处理，并将处理后的报文内容传输至所述链路控制子系统；所述链路控制子系统用于基于所述处理后的报文内容的优先级别，对所述处理后的报文内容进行区分存储与读取编码，并将编码后的报文内容输出至所述双发送端口中的一个端口等待转发；所述双发送端口用于基于规定的发送模式将所述编码后的报文内容输出至后台管理中心进行响应。更详细地说，所述应用层处理模块可对普通报文内容和紧急报文内容进行区分处理，配合所述链路控制子系统对紧急报文内容进行优先编码，并通过所述双发送端口中的其中一个端口输出至后台管理中心进行响应。其中，所述双发送端口包括工作在顺时针发送模式下的端口A以及工作在逆时针发送模式下的端口B，以满足报文内容发送的需求。
图2示出了本发明实施例中的链路控制子系统的结构组成示意图，所述链路控制子系统包括：帧校验模块、报文缓冲区模块、待发送包读取模块和发送处理模块，且所述报文缓冲区模块包括高优先级缓冲区和低优先级缓冲区；所述帧校验模块与所述高优先级缓冲区相连接，所述帧校验模块与所述低优先级缓冲区相连接，所述高优先级缓冲区与所述待发送包读取模块相连接，所述低优先级缓冲区与所述待发送包读取模块相连接，所述待发送包读取模块与所述发送处理模块相连接。
在本发明实施例中，由所述帧校验模块对当前报文内容的紧急程度进行判断，并利用所述报文缓冲区模块对当前报文内容进行区分存储并形成传输标记，便于所述待发送包读取模块识别该传输标记完成报文读取工作，这里的传输标记将限定所述待发送包读取模块对当前报文内容的读取顺序，以此保障紧急报文内容可被快速有效地发送出去。
基于本发明实施例的网络报文发送系统，其实现报文发送的方法包括：应用层处理模块对待发送的报文内容进行帧传输处理；帧校验模块将处理后的报文内容进行优先级别验证，基于验证结果将所述处理后的报文内容存储至报文缓冲区模块中所对应的第一等级缓冲区；所述报文缓冲区模块将所述第一等级缓冲区的状态信号设置为高电位，且将第二等级缓冲区的状态信号保持为低电位；待发送包读取模块基于设定的优先级顺序对所述第一等级缓冲区和所述第二等级缓冲区的状态信号进行识别，将所述第一等级缓冲区中的所述处理后的报文内容进行读取与转发；发送处理模块对所述处理后的报文内容进行编码处理后，输出至相应的后级发送端口。
具体的，图3示出了本发明实施例中的基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：
S101、应用层处理模块对待发送的报文内容进行帧传输处理；
在本发明实施例中，为确保所述待发送的报文内容在CPU侧与FPGA侧之间传输的可靠性，需要在CPU侧的所述应用层处理模块中对所述待发送的报文内容额外增加一些简单的校验措施，即：以所述待发送的报文内容作为帧主体，对所述待发送的报文内容进行累加取反后生成帧尾，再将所述帧主体和所述帧尾进行合并处理，此时处理后的报文内容是由携带同步信息、地址信息等必要控制信息的帧头、所述帧主体以及提供校验作用的所述帧尾所组成的。
需要说明的是，所述待发送的报文内容包括实际待发送数据、发送端口配置信息和优先级标记信息。在实施过程中，所述应用层处理模块首先根据所述实际待发送数据的类型与发送实时性，将所述实际待发送数据归类为高优先级报文或者低优先级报文，并基于归类结果对其增加优先级标记，以供FPGA侧进行区别存储。
S102、帧校验模块将处理后的报文内容进行优先级别验证，基于验证结果将所述处理后的报文内容存储至报文缓冲区模块中所对应的第一等级缓冲区；
在本发明实施例中，由于FPGA侧的所述报文缓冲区模块中开辟有两块大小相等的缓冲区，其中的一个高优先级缓冲区用于存储优先级高的数据帧，另一个低优先级缓冲区用于存储优先级低的数据帧，在FPGA侧的所述帧校验模块基于信号线接收到由CPU侧的所述应用层处理模块所输出的所述处理后的报文内容后，首先需要对所述处理后的报文内容进行可靠性验证，通过提取所述处理后的报文内容中所包含的所述帧主体和所述帧尾，对所述帧尾进行取反还原后与所述帧主体进行对比，并基于内容一致性继续识别所述处理后的报文内容中所包含的优先级标记信息，再将其对应存储至所述报文缓冲区模块中的一个缓冲区内部。此处假设所述处理后的报文内容为优先级低的数据帧，即说明所述第一等级缓冲区为低优先级缓冲区，继续执行步骤S103。
S103、所述报文缓冲区模块将所述第一等级缓冲区的状态信号设置为高电位，且将第二等级缓冲区的状态信号保持为低电位；
在本发明实施例中，根据步骤S102可得到对应的所述第二等级缓冲区为高优先级缓冲区，当所述处理后的报文内容被完整地存储至所述第一等级缓冲区时，将触发所述报文缓冲区模块对所述第一等级缓冲区(即低优先级缓冲区)的状态信号frame_ready_flag2设置为高电位1，且对所述第二等级缓冲区(即高优先级缓冲区)的状态信号frame_ready_flag1保持为低电位0，即说明此时的高优先级缓冲区未有任何数据帧存在，而低优先级缓冲区有待发送的完整数据帧存在。
S104、待发送包读取模块基于设定的优先级顺序对所述第一等级缓冲区和所述第二等级缓冲区的状态信号进行识别，将所述第一等级缓冲区中的所述处理后的报文内容进行读取与转发；
具体的，所述待发送包读取模块内部的数据处理过程如下：
(1)识别判断高优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag1是否为高电位；若是，则将高优先级缓冲区中所存储的一帧报文数据读取出来；若否，则继续执行步骤(2)；
(2)识别判断低优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag2是否为高电位；若是，则将低优先级缓冲区中所存储的一帧报文数据读取出来；若否，则返回执行步骤(1)，通过循环识别直至等待所述应用层处理模块发送新的报文内容至所述报文缓冲区模块进行更新存储。
需要说明的是，在将高优先级缓冲区或者低优先级缓冲区中所存储的一帧报文数据完整地读取出来之后，将返回步骤(1)执行新一轮的轮询检测，一方面确保在读取当前报文数据的过程中不受状态信号变更影响，可保证发送当前报文数据的完整性，也可间接提高网络的发送效率，另一方面将保障高优先级的新报文内容可被优先读取与及时响应处理。
在本发明实施例中，根据上述步骤S102至步骤S103可知，此时的所述第一等级缓冲区为低优先级缓冲区，所述第二等级缓冲区为高优先级缓冲区，所述待发送包读取模块首先对所述第二等级缓冲区的状态信号进行读取，基于frame_ready_flag1为低电位对所述第一等级缓冲区的状态信号进行读取，基于frame_ready_flag2为高电位对所述第一等级缓冲区中的所述处理后的报文内容进行读取，并转发至FPGA侧的发送处理模块中。
此外，基于所述待发送包读取模块处于读取所述处理后的报文内容的过程中，若在规定时间内低优先级缓冲区中未有新的报文内容存在时，将触发所述报文缓冲区模块对低优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag2重置为低电位0；若在规定时间内高优先级缓冲区中有新的报文内容存在时，将触发所述报文缓冲区模块对高优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag1设置为高电位1；以此完成各个缓冲区的准备状态更新。
S105、发送处理模块对所述处理后的报文内容进行编码处理后，输出至相应的后级发送端口。
具体的，所述发送处理模块通过获取所述处理后的报文内容中的实际待发送数据，基于标准HSR以太网报文格式对所述实际待发送数据进行编码。由于FPGA侧所提供的双发送端口的区别在于数据发送模式的不同，即顺时针发送模式与逆时针发送模式，本发明实施例将根据所述处理后的报文内容中的发送端口配置信息获取相应的发送模式，并将编码形成的报文内容输出至所述双发送端口中所对应的一个端口完成后续转发。
基于步骤S101至步骤S105所提供的报文发送方法，以所述报文缓冲区模块中的两个缓冲区未有任何数据帧存在为前提条件，本发明实施例针对两个报文内容的发送处理过程分为四种情况进行扩展说明，分别如下：
(1)当所述应用层处理模块先后将经帧校验处理后的高优先级的报文内容A和高优先级的报文内容B发送至所述帧校验模块；
具体的，所述帧校验模块将所述报文内容A和所述报文内容B分别存储至所述报文缓冲区模块中的高优先级缓冲区；所述报文缓冲区模块对高优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag1设置为高电位，对低优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag2设置为低电位；所述待发送包读取模块识别到frame_ready_flag1为高电位时，采用帧先进先出的原则获取所述报文内容A的存储地址，将所述报文内容A完整地读取出来；由于高优先级缓冲区中还存在所述报文内容B，即frame_ready_flag1仍保持为高电位，此时所述待发送包读取模块获取所述报文内容B的存储地址，将所述报文内容B完整地读取出来。
(2)当所述应用层处理模块先后将经帧校验处理后的高优先级的报文内容A和低优先级的报文内容B发送至所述帧校验模块；
具体的，基于所述报文内容A和所述报文内容B存在发送时间延迟，所述帧校验模块将所述报文内容A存储至所述报文缓冲区模块中的高优先级缓冲区后，再将所述报文内容B存储至所述报文缓冲区模块中的低优先级缓冲区；所述报文缓冲区模块在存储完整的所述报文内容A后对高优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag1设置为高电位，随后在存储完整的所述报文内容B后对低优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag2设置为高电位；所述待发送包读取模块首先识别到frame_ready_flag1为高电位，将所述报文内容A完整地读取出来；在此读取过程中由于此时高优先级缓冲区中未存在新的报文内容，即所述报文缓冲区模块将frame_ready_flag1重置为低电位，所述待发送包读取模块在读取完所述报文内容A后，再基于frame_ready_flag1为低电位且frame_ready_flag2为高电位，将所述报文内容B完整地读取出来。
(3)当所述应用层处理模块先后将经帧检验处理后的低优先级的报文内容A和高优先级的报文内容B发送至所述帧校验模块；
具体的，基于所述报文内容A和所述报文内容B存在发送时间延迟，所述帧校验模块将所述报文内容A存储至所述报文缓冲区模块中的低优先级缓冲区后，再将所述报文内容B存储至所述报文缓冲区模块中的高优先级缓冲区；所述报文缓冲区模块在存储完整的所述报文内容A后对低优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag2设置为高电位，此时所述待发送包读取模块仅识别到frame_ready_flag2为高电位，将所述报文内容A完整地读取出来；在此读取过程中由于高优先级缓冲区已随后存储完整的所述报文内容B，即所述报文缓冲区模块将高优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag1设置为高电位，所述待发送包读取模块在读取完所述报文内容A后，再基于frame_ready_flag1为高电位将所述报文内容B完整地读取出来。
(4)当所述应用层处理模块先后将经帧校验处理后的低优先级的报文内容A和低优先级的报文内容B发送至所述帧校验模块。
具体的，所述帧校验模块将所述报文内容A和所述报文内容B分别存储至所述报文缓冲区模块中的低优先级缓冲区；所述报文缓冲区模块对低优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag2设置为高电位，对高优先级缓冲区的状态信号frame_ready_flag1保持为低电位；所述待发送包读取模块识别到frame_ready_flag1为低电位且frame_ready_flag2为高电位时，采用帧先进先出的原则获取所述报文内容A的存储地址，将所述报文内容A完整地读取出来；在此读取过程中由于高优先级缓冲区中未存在新的报文内容且低优先级缓冲区中还存在所述报文内容B，即frame_ready_flag1仍保持为低电位且frame_ready_flag2仍保持为高电位，此时所述待发送包读取模块获取所述报文内容B的存储地址，将所述报文内容B完整地读取出来。
本发明实施例为本地报文制定一个最优的发送策略，基于CPU侧的应用层处理模块限定当前报文内容的优先级别，使得当前报文内容具备传输实时性要求；通过在FPGA侧的报文缓冲区模块中划分出两个不同优先级别的缓冲区，为当前报文内容选定一个合适的发送队列加入，可保证当前报文内容得到及时有效地发送，也是对现有HSR环网技术附加在转发处理方面的标准，应用价值高。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法及系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于优先级的智能化高压开关网络报文发送方法，其特征在于，所述方法包括：
应用层处理模块对待发送的报文内容进行帧传输处理；
帧校验模块将处理后的报文内容进行优先级别验证，基于验证结果将所述处理后的报文内容存储至报文缓冲区模块中所对应的第一等级缓冲区；
所述报文缓冲区模块将所述第一等级缓冲区的状态信号设置为高电位，且将第二等级缓冲区的状态信号保持为低电位；
待发送包读取模块基于设定的优先级顺序对所述第一等级缓冲区和所述第二等级缓冲区的状态信号进行识别，将所述第一等级缓冲区中的所述处理后的报文内容进行读取与转发；
发送处理模块对所述处理后的报文内容进行编码处理后，输出至相应的后级发送端口。
2.根据权利要求1所述的智能化高压开关网络报文发送方法，其特征在于，所述应用层处理模块对待发送的报文内容进行帧传输处理包括：
以所述待发送的报文内容作为帧主体，对所述待发送的报文内容进行累加取反后生成帧尾，再将所述帧主体和所述帧尾进行合并处理。
3.根据权利要求2所述的智能化高压开关网络报文发送方法，其特征在于，所述待发送的报文内容包括实际待发送数据、发送端口配置信息和优先级标记信息。
4.根据权利要求1所述的智能化高压开关网络报文发送方法，其特征在于，所述发送处理模块对所述处理后的报文内容进行编码处理包括：
获取所述处理后的报文内容中的实际待发送数据，并基于标准HSR以太网报文格式对所述实际待发送数据进行编码。
5.一种基于优先级的智能化高压开关网络报文发送系统，其特征在于，所述系统包括CPU侧的应用层处理模块、FPGA侧的链路控制子系统和FPGA侧的双发送端口，所述应用层处理模块基于信号线与所述链路控制子系统相连接，所述链路控制子系统与所述双发送端口相连接；其中，
所述应用层处理模块用于对待发送的报文内容进行帧传输处理，并将处理后的报文内容传输至所述链路控制子系统；
所述链路控制子系统用于基于所述处理后的报文内容的优先级别，对所述处理后的报文内容进行区分存储与读取编码，并将编码后的报文内容输出至所述双发送端口中的一个端口等待转发；
所述双发送端口用于基于规定的发送模式将所述编码后的报文内容输出至后台管理中心进行响应。
6.根据权利要求5所述的智能化高压开关网络报文发送系统，其特征在于，所述链路控制子系统包括帧校验模块、报文缓冲区模块、待发送包读取模块和发送处理模块；其中，
所述帧校验模块用于将处理后的报文内容进行优先级别验证，基于验证结果将所述处理后的报文内容存储至所述报文缓冲区模块中所对应的第一等级缓冲区；
所述报文缓冲区模块用于将所述第一等级缓冲区的状态信号设置为高电位，且将第二等级缓冲区的状态信号保持为低电位；
所述待发送包读取模块用于基于设定的优先级顺序对所述第一等级缓冲区和所述第二等级缓冲区的状态信号进行识别，将所述第一等级缓冲区中的所述处理后的报文内容进行读取与转发；
所述发送处理模块用于对所述处理后的报文内容进行编码处理后，输出至所述双发送端口中的一个端口。
7.根据权利要求5所述的智能化高压开关网络报文发送系统，其特征在于，所述应用层处理模块用于以所述待发送的报文内容作为帧主体，对所述待发送的报文内容进行累加取反后生成帧尾，再将所述帧主体和所述帧尾进行合并处理。
8.根据权利要求7所述的智能化高压开关网络报文发送系统，其特征在于，所述待发送的报文内容包括实际待发送数据、发送端口配置信息和优先级标记信息。
9.根据权利要求6所述的智能化高压开关网络报文发送系统，其特征在于，所述发送处理模块用于获取所述处理后的报文内容中的实际待发送数据，并基于标准HSR以太网报文格式对所述实际待发送数据进行编码。
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