CN112702716A - 终端单元、用以操作终端单元的方法、处理机器、调度单元、以及用以操作调度单元的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用以操作用于无线M2M通信的蜂窝无线网络(CRN)的调度单元(SU)的方法,包括:经由上行链路控制信道(UCCH)从终端单元(TU1;TU2)接收(204)第一QoS要求;取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留(230)多个第一无线电资源(A、B、C);以及响应于接收到的第一QoS要求,经由下行链路控制信道(DCCH)来向终端单元(TU1;TU2)传输(206)下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第一无线电资源(A、B、C)。
Description
现有技术
本发明涉及终端单元、用以操作终端单元的方法、处理机器、调度单元、以及用以操作调度单元的方法。
具有低时延和高可靠性通信(URLLC)能力的无线连接被视为互联工业或工业4.0的主要基石之一。当前,3GPP组织在5G通信标准内积极地将这种URLLC模式标准化。URLLC模式旨在支持低至1ms的循环(cycle)时间。制造机械(例如,机器人臂、铣床或焊接机器等)通常需要这种低时延通信。为了保证这种低时延,快速数据帧递送所需的网络资源(即介质访问时间、时隙、带宽等)必须容易获得。通常,这是通过在基站处的中央调度器处为特定应用或业务类型预留资源来完成的。特别地,对于控制应用的循环业务而言,必须提供有保证的周期性介质访问,以保证在截止期限内的数据递送。
发明内容
根据权利要求1的终端单元、根据另外的权利要求的用以操作终端单元的方法、根据另外的权利要求的处理机器、根据另外的权利要求的调度单元、以及根据另外的权利要求的用以操作调度单元的方法解决了现有技术的问题。
根据本描述的第一方面,提供了一种用于无线M2M通信的蜂窝无线电网络的终端单元,其中终端单元包括至少一个处理电路、至少一个通信电路和至少一个天线,所述处理电路与所述至少一个通信电路和所述至少一个天线一起被配置成使所述终端单元进行如下操作:确定或接收针对分布式机器控制应用的第一QoS要求,其中所述第一QoS要求取决于分布式机器控制应用的当前操作状态;经由上行链路控制信道来向调度单元传输所述第一QoS要求;响应于所传输的第一QoS要求,经由下行链路控制信道来接收源自于调度单元的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第一无线电资源;以及经由共享无线电信道的排他地预留的第一无线电资源中的至少一个来传输分布式机器控制应用的第一M2M数据。
换句话说,提供了一种针对工业自动化应用(诸如,机器人和机械控制)中的循环控制业务的无线电资源预留方法。在所提出的方法中,无线电资源被预留以用于这种关键控制应用,以提供所需的短循环时间和严格的递送截止期限保证。
因此,所提出的访问方案提供了严格的资源预留,这在时延方面提供了所需的QoS。由于所述第一QoS要求取决于分布式机器控制应用的操作状态,因此这使无线电资源的使用更加灵活。特别地,当分布式机器控制应用不需要高递送保证(诸如,低循环时间)时——这是例如当所连接的机器缓慢地运行或具有空闲阶段时的情况,所提出的访问方案防止了资源过度利用。
总而言之,所提出的访问方案增加了无线电资源的利用效率。这对于即将到来的5G网络而言特别重要,这是由于在本地5G许可证的情况下仅非常有限的带宽将变得可用于工厂自动化。因此,可以更有效地使用可用频谱。
根据有利的示例,所述终端单元进一步被配置成:确定或接收针对分布式机器控制应用的暂时降低的第二QoS要求;经由上行链路控制信道来向调度单元传输所述暂时降低的第二QoS要求;响应于所传输的第二QoS要求,经由下行链路控制信道来接收源自于调度单元的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第二无线电资源;以及经由共享无线电信道的排他地预留的第二无线电资源中的至少一个来传输分布式机器控制应用的第二M2M数据。
利用所述第二QoS要求,所述访问方案提供了用以在分布式机器控制应用不使用所预留的资源时释放所预留的资源的方法。这些资源可以被有效地重新分配给其他网络参与者。
根据有利的示例,所述终端单元进一步被配置成:确定所述暂时降低的第二QoS要求有效的时间段;经由上行链路控制信道来向调度单元传输所述时间段;在所述时间段已经过去之后,经由下行链路控制信道来接收源自于调度单元的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第四无线电资源;以及经由共享无线电信道的排他地预留的第四无线电资源中的至少一个来传输分布式机器控制应用的第四M2M数据。
利用所提供的时间段,所述访问方案提供了用以在分布式机器控制应用不使用所预留的资源时暂时释放所预留的资源的方法。在所述时间段经过之后,这些资源可以被有效地重新分配给其他网络参与者。
根据有利的示例,所述终端单元进一步被配置成:确定或接收所述暂时降低的第二QoS要求停止有效的停止(cease)指示;经由上行链路控制信道来向调度单元传输所述停止指示;响应于所传输的停止指示,经由下行链路控制信道来接收源自于调度单元的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的排他地预留的第三无线电资源中的至少一个;以及经由共享无线电信道的排他地预留的第三无线电资源中的至少一个来传输分布式机器控制应用的第三M2M数据。
所述停止指示提供了一种无线电访问方法,其中终端单元将根据所述第一QoS要求来取回其调度的资源。有利地,这保证了分布式机器控制应用不受空中接口(airinterface)上的增加的拥塞水平所影响。
本描述的第二方面涉及一种包括根据第一方面的终端单元的处理机器,其中所述处理机器包括由控制器控制的致动器-传感器系统,其中所述控制器被配置成确定当前操作状态并且将其提供给终端单元。
本描述的第三方面涉及一种用以操作用于无线M2M通信的蜂窝无线电网络的终端单元的方法,所述方法包括:确定或接收针对分布式机器控制应用的第一QoS要求,其中所述第一QoS要求取决于分布式机器控制应用的当前操作状态;经由上行链路控制信道来向调度单元传输所述第一QoS要求;响应于所传输的第一QoS要求,经由下行链路控制信道来接收源自于调度单元的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第一无线电资源;以及经由共享无线电信道的排他地预留的第一无线电资源中的至少一个来传输分布式机器控制应用的第一M2M数据。
本描述的第四方面涉及一种用于无线M2M通信的蜂窝无线电网络的调度单元,其中所述调度单元包括至少一个处理电路、至少一个通信电路和至少一个天线,所述处理电路与所述至少一个通信电路和所述至少一个天线一起被配置成使所述调度单元进行如下操作:经由上行链路控制信道从终端单元接收第一QoS要求;取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留多个第一无线电资源;以及响应于接收到的第一QoS要求,经由下行链路控制信道来向终端单元传输下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第一无线电资源。
关于所述访问方案的优点,参考了先前提到的方面和进一步示例。
根据有利的示例,所述调度单元进一步被配置成:经由上行链路控制信道从终端单元接收暂时降低的第二QoS要求;取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留多个第二无线电资源;响应于接收到的第二QoS要求,经由下行链路控制信道来向终端单元传输下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第二无线电资源。
根据有利的示例,所述调度单元进一步被配置成:经由上行链路控制信道从终端单元接收时间段;确定接收到的时间段的结束(end);取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留多个第四无线电资源;以及在所述时间段已经过去之后,经由下行链路控制信道来向终端单元传输下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第四无线电资源。
根据有利的示例,所述调度单元进一步被配置成:经由上行链路控制信道从终端单元接收停止指示;取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留多个第三无线电资源;以及响应于所传输的停止指示,经由下行链路控制信道来向终端单元传输下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第三无线电资源。
本描述的进一步方面涉及一种用以操作用于无线M2M通信的蜂窝无线电网络的调度单元的方法,所述方法包括:经由上行链路控制信道从终端单元接收第一QoS要求;取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留多个第一无线电资源;以及响应于接收到的第一QoS要求,经由下行链路控制信道来向终端单元传输下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道的多个排他地预留的第一无线电资源。
图1示意性地描绘了无线电电信网络;以及
图2示意性地描绘了序列图。
图1示意性地描绘了示例性无线电电信网络RTN。无线电电信网络RTN由两个无线终端单元TU1和TU2以及一个调度单元SU组成。无线电电信网络RTN的两个无线终端单元TU1和TU2以及调度单元SU均包括至少一个处理电路pc1、pc2、pcS、至少一个通信电路cc1、cc2、ccS和至少一个天线a1、a2、aS。至少一个处理电路pc1、pc2、pcS被配置成与至少一个通信电路cc1、cc2、ccS和至少一个天线a1、a2、aS交互,使得终端单元TU1、TU2或调度单元SU执行本描述的方法步骤。两个无线终端单元TU1和TU2以及调度单元SU经由共享无线电信道彼此直接地交换数据。例如,无线电电信网络RTN是基于小区的网络,其具有采用调度单元SU的形式的向终端单元TU1和TU2提供同步信号的中央无线电管理实体。
例如,处理机器PM1、PM2包括终端单元TU1、TU2。处理机器PM1、PM2包括由控制器C1、C2控制的致动器-传感器系统ASS1、ASS2。控制器C1、C2被配置成确定致动器-传感器系统ASS1、ASS2的当前操作状态并且将其提供给终端单元TU1、TU2。
分布式机器控制应用CA包括控制器C1、C2,控制器C1、C2经由终端单元TU1和TU2以及采用共享无线电信道形式的空中接口来彼此通信。例如,取决于系统ASS1的传感器的传感器值来控制系统ASS2的致动器。分布式机器控制应用CA通过空中接口来生成循环业务,并且因此具有所需要的无线电资源(其意味着时隙、带宽、优先级等),该无线电资源被分配以保证其功能的正确操作。在分布式机器控制应用CA的操作期间,当前操作要求可能低于所分配的无线电资源。例如在以下情形中就是这种情况:该应用的缓慢操作或不太精确的操作、该应用的空闲/等待时间、该应用的一部分在对循环时间具有较低要求的特定非关键区域中的定位。因此,分配给分布式机器控制应用的终端单元不使用所分配的一个或若干个无线电资源。
所提出的无线电访问方案以工厂自动化应用为目标,诸如在生产和物流中对机械、移动机器人或自动化导引车辆的控制。然而,所提出的无线电访问方案也可以在其他领域中找到应用,如建筑物自动化中的无线控制环,或者互联驾驶(Car2Car(汽车到汽车)或Car2X(汽车到任何事物)通信)、特别是当对汽车运动的控制至少部分位于汽车外部时的互联驾驶。
图2示意性地描绘了序列图。终端单元TU1确定202或接收针对分布式机器控制应用CA的第一QoS要求,其中第一QoS要求取决于分布式机器控制应用CA的当前操作状态。终端单元TU1经由上行链路控制信道UCCH来向调度单元SU传输204第一QoS要求。
调度单元SU取决于接收到的第一QoS要求来排他地预留230多个第一无线电资源A、B、C。响应于接收到的第一QoS要求,调度单元SU经由下行链路控制信道DCCH来向终端单元TU1传输206下行链路调度控制消息,该下行链路调度控制消息指示共享无线电信道SRCH的多个排他地预留的第一无线电资源A、B、C。
响应于所传输的第一QoS要求,终端单元TU1经由下行链路控制信道DCCH来接收206源自于调度单元SU的下行链路调度控制消息。终端单元TU1经由共享无线电信道SRCH的排他地预留的第一无线电资源A、B、C中的至少一个来传输208分布式机器控制应用CA的第一M2M数据。
终端单元TU1从所分配的控制器确定210或接收针对分布式机器控制应用CA的暂时降低的第二QoS要求。该第二QoS要求指示分布式机器控制应用的减少的活动,例如由于分配给该分布式机器控制应用的致动器-传感器系统之一的空闲状态。终端单元TU1经由上行链路控制信道UCCH来向调度单元SU传输212暂时降低的第二QoS要求。调度单元SU经由上行链路控制信道UCCH从终端单元TU1接收212暂时降低的第二QoS要求。
调度单元SU取决于接收到的第二QoS要求来排他地预留232多个第二无线电资源B、C。与第一资源A、B、C的数量相比,第二资源B、C的数量减少了。因此,可以将资源A分配给另外的终端单元TU3。终端单元TU3确定250资源请求,并且将该请求传输252到调度单元SU。该调度单元为终端单元TU3预留232资源A,并且经由下行链路控制信道DCCH来向终端单元TU3传输254下行链路调度控制消息。终端单元TU3经由所分配的无线电资源A来传输256数据。因此,所释放的未利用的无线电资源A变得可用于其他网络参与者,并且可用于其他网络资源池中。重要的是,调度单元SU知道关于这种无线电资源的时间可用性和使用优先级。
响应于接收到的第二QoS要求,调度单元SU经由下行链路控制信道DCCH来向终端单元TU1传输214下行链路调度控制消息,该下行链路调度控制消息指示共享无线电信道SRCH的多个排他地预留的第二无线电资源B、C。终端单元TU1经由共享无线电信道SRCH的排他地预留的第二无线电资源B、C中的至少一个来传输216分布式机器控制应用CA的第二M2M数据。
在降低了针对分布式机器控制应用的QoS要求之后,第一终端单元TU1接收或确定对无线电资源的增加的需求。这种增加的需求由分布式机器控制应用的操作状态所触发。终端单元TU1确定222或接收暂时降低的第二QoS要求停止有效的停止指示。终端单元TU1经由上行链路控制信道UCCH来向调度单元SU传输224该停止指示。
调度单元SU取决于接收到的第一QoS要求来排他地预留242多个第三无线电资源A、B、C。另一个无线电资源D被分配以供终端单元TU3使用。响应于接收到的停止指示,调度单元SU经由下行链路控制信道DCCH来向终端单元TU1传输226下行链路调度控制消息,该下行链路调度控制消息指示共享无线电信道SRCH的多个排他地预留的第三无线电资源A、B、C。响应于所传输的停止指示,终端单元TU1经由下行链路控制信道DCCH来接收226源自于调度单元SU的下行链路调度控制消息。终端单元TU1经由共享无线电信道SRCH的排他地预留的第三无线电资源A、B、C中的至少一个来传输228分布式机器控制应用CA的第三M2M数据。
终端单元TU1确定220暂时降低的第二QoS要求有效的时间段T。终端单元TU1经由上行链路控制信道UCCH将时间段T与该第一QoS要求一起或者分离地传输212到调度单元SU。调度单元SU经由上行链路控制信道UCCH从终端单元TU1接收212时间段T。调度单元SU确定238接收到的时间段T的结束。调度单元SU取决于接收到的第一QoS要求来排他地预留240多个第四无线电资源A、B、C。在时间段T已经过去之后,终端单元TU1经由下行链路控制信道DCCH来接收234源自于调度单元SU的下行链路调度控制消息。终端单元TU1经由共享无线电信道SRCH的排他地预留的第四无线电资源A、B、C中的至少一个来传输236分布式机器控制应用CA的第四M2M数据。
在另一个示例中,调度单元SU在接收到第二QoS要求之后确定另外的时间段。在该另外的时间段过去之后,调度单元SU根据第一QoS要求来返回到针对分布式机器控制应用的排他地预留的无线电资源。
本描述中的QoS要求指代用以操作分布式机器控制应用所必需的服务质量。QoS要求的示例包括传输容量、延迟时间、抖动、丢包率。
针对分布式机器控制应用或第一终端单元的无线电资源的排他性预留包括半永久的调度。这意味着,采用下行链路调度控制消息形式的对应调度许可指示了指向半永久地预留的无线电资源的循环时间或无线电资源模式。
无线电资源A、B、C至少在以下各项中的一项上是不同的:时间、代码和频率。无线电资源A、B、C在附图和描述中具有相同的参考字母,以便更好地理解该访问方案。当然,不同步骤中的特定无线电资源是不同的。
Claims (11)
1.一种用于无线M2M通信的蜂窝无线电网络(CRN)的终端单元(TU1;TU2),其中所述终端单元(TU1)包括至少一个处理电路(pc1;pc2)、至少一个通信电路(cc1;cc2)和至少一个天线(a1;a2),所述处理电路(pc1;pc2)与所述至少一个通信电路(cc1;cc2)和所述至少一个天线(a1;a2)一起被配置成使所述终端单元(TU1;TU2)进行如下操作:
确定(202)或接收针对分布式机器控制应用(CA)的第一QoS要求,其中所述第一QoS要求取决于分布式机器控制应用(CA)的当前操作状态;
经由上行链路控制信道(UCCH)来向调度单元(SU)传输(204)所述第一QoS要求;
响应于所传输的第一QoS要求,经由下行链路控制信道(DCCH)来接收(206)源自于调度单元(SU)的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第一无线电资源(A、B、C);以及
经由共享无线电信道(SRCH)的排他地预留的第一无线电资源(A、B、C)中的至少一个来传输(208)分布式机器控制应用(CA)的第一M2M数据。
2.根据权利要求1所述的终端单元(TU1;TU2),其中所述终端单元(TU1;TU2)进一步被配置成:
确定(210)或接收针对分布式机器控制应用(CA)的暂时降低的第二QoS要求;
经由上行链路控制信道(UCCH)来向调度单元(SU)传输(212)所述暂时降低的第二QoS要求;
响应于所传输的第二QoS要求,经由下行链路控制信道(DCCH)来接收(214)源自于调度单元(SU)的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第二无线电资源(B、C);
经由共享无线电信道(SRCH)的排他地预留的第二无线电资源(B、C)中的至少一个来传输(216)分布式机器控制应用(CA)的第二M2M数据。
3.根据权利要求2所述的终端单元(TU1;TU2),其中所述终端单元(TU1;TU2)进一步被配置成:
确定(220)所述暂时降低的第二QoS要求有效的时间段(T);
经由上行链路控制信道(UCCH)来向调度单元(SU)传输(212)所述时间段(T);
在所述时间段(T)已经过去之后,经由下行链路控制信道(DCCH)来接收(234)源自于调度单元(SU)的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第四无线电资源(A、B、C);以及
经由共享无线电信道(SRCH)的排他地预留的第四无线电资源(A、B、C)中的至少一个来传输(236)分布式机器控制应用(CA)的第四M2M数据。
4.根据前述权利要求中任一项所述的终端单元(TU1;TU2),其中所述终端单元(TU1;TU2)进一步被配置成:
确定(222)或接收所述暂时降低的第二QoS要求停止有效的停止指示;
经由上行链路控制信道(UCCH)来向调度单元(SU)传输(224)所述停止指示;
响应于所传输的停止指示,经由下行链路控制信道(DCCH)来接收(226)源自于调度单元(SU)的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的排他地预留的第三无线电资源(A、B、C)中的至少一个;以及
经由共享无线电信道(SRCH)的排他地预留的第三无线电资源(A、B、C)中的至少一个来传输(228)分布式机器控制应用(CA)的第三M2M数据。
5.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的终端单元(TU1;TU2)的处理机器(PM1;PM2),其中所述处理机器(PM1;PM2)包括由控制器(C1;C2)控制的致动器-传感器系统(ASS1;ASS2),其中所述控制器(C1;C2)被配置成确定当前操作状态并且将其提供给终端单元(TU1;TU2)。
6.一种用以操作用于无线M2M通信的蜂窝无线电网络(CRN)的终端单元(TU1;TU2)的方法,所述方法包括:
确定(202)或接收针对分布式机器控制应用(CA)的第一QoS要求,其中所述第一QoS要求取决于分布式机器控制应用(CA)的当前操作状态;
经由上行链路控制信道(UCCH)来向调度单元(SU)传输(204)所述第一QoS要求;
响应于所传输的第一QoS要求,经由下行链路控制信道(DCCH)来接收(206)源自于调度单元(SU)的下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第一无线电资源(A、B、C);以及
经由共享无线电信道(SRCH)的排他地预留的第一无线电资源(A、B、C)中的至少一个来传输(208)分布式机器控制应用(CA)的第一M2M数据。
7.一种用于无线M2M通信的蜂窝无线电网络(CRN)的调度单元(SU),其中所述调度单元(SU)包括至少一个处理电路(pcS)、至少一个通信电路(ccS)和至少一个天线(aS),所述处理电路(pcS)与所述至少一个通信电路(ccS)和所述至少一个天线(aS)一起被配置成使所述调度单元(SU)进行如下操作:
经由上行链路控制信道(UCCH)从终端单元(TU1;TU2)接收(204)第一QoS要求;
取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留(230)多个第一无线电资源(A、B、C);以及
响应于接收到的第一QoS要求,经由下行链路控制信道(DCCH)来向终端单元(TU1;TU2)传输下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第一无线电资源(A、B、C)。
8.根据权利要求7所述的调度单元(SU),其中所述调度单元(SU)进一步被配置成:
经由上行链路控制信道(UCCH)从终端单元(TU1)接收(212)暂时降低的第二QoS要求;
取决于接收到的第二QoS要求,排他地预留(232)多个第二无线电资源(B、C);
响应于接收到的第二QoS要求,经由下行链路控制信道(DCCH)来向终端单元(TU1)传输(214)下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第二无线电资源(B、C)。
9.根据权利要求8所述的调度单元(SU),其中所述调度单元(SU)进一步被配置成:
经由上行链路控制信道(UCCH)从终端单元(TU1)接收(212)时间段(T);
确定(238)接收到的时间段(T)的结束;
取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留(240)多个第四无线电资源(A、B、C);以及
在所述时间段(T)已经过去之后,经由下行链路控制信道(DCCH)来向终端单元(TU1;TU2)传输(234)下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第四无线电资源(A、B、C)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的调度单元(SU),其中所述调度单元(SU)进一步被配置成:
经由上行链路控制信道(UCCH)从终端单元(TU1;TU2)接收(224)停止指示;
取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留(242)多个第三无线电资源(A、B、C);以及
响应于所传输的停止指示,经由下行链路控制信道(DCCH)来向终端单元(TU1;TU2)传输(226)下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第三无线电资源(A、B、C)。
11.一种用以操作用于无线M2M通信的蜂窝无线电网络(CRN)的调度单元(SU)的方法,所述方法包括:
经由上行链路控制信道(UCCH)从终端单元(TU1;TU2)接收(204)第一QoS要求;
取决于接收到的第一QoS要求,排他地预留(230)多个第一无线电资源(A、B、C);以及
响应于接收到的第一QoS要求,经由下行链路控制信道(DCCH)来向终端单元(TU1;TU2)传输(206)下行链路调度控制消息,所述下行链路调度控制消息指示共享无线电信道(SRCH)的多个排他地预留的第一无线电资源(A、B、C)。
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