CN113037642B - 物联网数据传输方法及传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物联网数据传输技术领域，公开了一种物联网数据传输方法及传输系统，物联网数据传输方法包括：基于第一时间间隔接收第一数据，对第一数据执行相似性判断，第一数据为特征相同的一组数据；若第一数据相似性大于或等于第一阈值，则接收第二数据，第二数据用于表征当前网络状态；将第二数据与第二阈值范围进行比较，若第二数据落在第二阈值范围内，则发送所述第一数据。本发明至少具有以下有益效果：提高了物联网小包数据在UDP模式下传输的可靠性，通过加入数据相似性判断和网络状态判断进一步节约了消耗的网络流量。

Description

物联网数据传输方法及传输系统

技术领域

本发明涉及物联网数据传输技术领域，特别涉及一种物联网数据传输方法及传输系统。

背景技术

在如今万物互联的背景下，物联网的数据传输是实现万物互联的关键部分，其中，不仅要保证数据传输的稳定性、可靠性、安全性，同时还要考虑网络带宽的延迟与负载均衡，保证整个物联网网络的稳定性。

物联网设备目前广泛采用CoAP协议进行通信，CoAP协议通过类似HTTP协议的报文段进行确认并根据报文内容确定是否重传，但是其确认机制依然采用传统的等待确认机制，设备在等待过程中处于无工作状态，无形中，降低了网络的传输效率，增大了网络的负载，且在网络状态差的情况下，会重复发送大量数据，消耗大量网络流量。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种物联网数据传输方法，能够提高物联网小包数据在UDP模式下传输的可靠性以及降低网络流量的消耗。

本发明还提出一种具有上述物联网数据传输方法的物联网数据传输系统。

根据本发明的第一方面实施例的物联网数据传输方法，包括以下步骤：基于第一时间间隔接收第一数据，对所述第一数据执行相似性判断，所述第一数据为特征相同的一组数据；若所述第一数据相似度大于或等于第一阈值，则接收第二数据，所述第二数据用于表征当前网络状态；将所述第二数据与第二阈值范围进行比较，若所述第二数据落在所述第二阈值范围内，则发送所述第一数据。

根据本发明的一些实施例，所述基于第一时间间隔接收第一数据，对所述第一数据执行相似性判断包括：接收数据A1，等待所述第一时间间隔后，接收数据A2；将所述数据A2与所述数据A1差值的绝对值与所述第一阈值进行比较；若所述差值的绝对值小于所述第一阈值，则丢弃所述数据A2。

根据本发明的一些实施例，所述若所述第一数据相似性大于第一阈值，则接收第二数据包括：若所述差值的绝对值大于或等于所述第一阈值，则保存所述数据A2；接收所述第二数据，所述第二数据用于表征网络信号的强度。

根据本发明的一些实施例，所述若所述第二数据落在所述第二阈值范围内，则发送所述第一数据包括：基于所述第一数据绑定唯一标识，所述唯一标识为严格递增序列；基于所述唯一标识，更新数据包发送状态表中对应的所述第一数据的发送状态；发送所述第一数据。

根据本发明的一些实施例，所述基于所述唯一标识，更新数据包发送状态表中对应的所述第一数据的发送状态包括：设置所述数据包发送状态表表长为N，设置映射规则为X＝ID mod N，ID为所述唯一标识，mod为取余运算，x为所述唯一标识对应的数据在所述数据包发送状态表中的位置索引；基于所述唯一标识计算对应的所述第一数据在所述数据包发送状态表中的位置索引；基于所述位置索引，更新所述数据包发送状态表中对应所述第一数据的数据包的发送状态。

根据本发明的一些实施例，所述第一数据通过哈希函数映射至所述数据包发送状态表。

根据本发明的一些实施例，还包括：接收所述第二数据，将所述第二数据与所述第二阈值范围进行比较，若所述第二数据落在所述第二阈值范围内，则通过查询数据包发送状态表，发送满足第一规则的数据，所述第一规则为发送数据未收到确认信息和/或数据的发送次数小于或等于预设值；基于数据的发送状态更新所述数据包发送状态表。

根据本发明的一些实施例，还包括：服务器接收所述第一数据，通过所述第一数据绑定的唯一标识确定所述第一数据的接收状态，所述接收状态包括初次接收和重复接收；若所述接收状态为初次接收，则确定所述第一数据满足数据接收标准并发送确认信息至设备端；以及，更新数据包接收状态表，所述数据包接收状态表与数据包发送状态表通过相同规则生成；若所述接收状态为重复接收则丢弃所述第一数据。

根据本发明的一些实施例，还包括：设备端接收所述确认信息；若所述确认信息表示所述数据成功接收，则更新所述数据包发送状态表中对应所述数据的发送状态为已确认。

根据本发明的第二方面实施例的物联网数据传输系统，使用上述中任一项所述的物联网数据传输方法，包括：感知设备，用于采集数据，所述感知设备包括智能传感器、二维码、及射频识别卡；通信模组，用于通过有线或无线方式传输所述数据；服务器，用于对所述数据进行分析、检测及控制。

根据本发明实施例的物联网数据传输方法，至少具有如下有益效果：提高了物联网小包数据在UDP模式下传输的可靠性，通过加入数据相似性判断和网络状态判断进一步节约了消耗的网络流量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的方法中的数据相似性判断流程示意图；

图3为本发明实施例的方法中发送第一数据的流程示意图；

图4为本发明实施例的更新数据包发送状态表的流程示意图；

图5为本发明实施例的采集数据和发送数据的流程示意图；

图6为本发明实施例的接收确认消息的流程示意图；

图7为本发明实施例的重发数据的流程示意图；

图8为本发明实施例的服务器接收数据的流程示意图；

图9为本发明实施例的系统的模块示意框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

术语解释：

CoAP:CoAP是受限制的应用协议(Constrained Application Protocol)的代名词。CoAP是一种应用层协议，应用于物联网，基于REST架构。它运行于UDP协议之上而不是像HTTP那样运行于TCP之上。CoAP协议非常小巧，最小的数据包仅为4字节。

无线通信模组：对无线通信模组比较普遍的定义为，模组是将基带芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，并提供标准接口的功能模块，各类终端借助无线模组可以实现通信功能。移远模组是移动公司旗下一类无线通信模组。

RSSI:Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。接收机测量电路所得到的接收机输入的平均信号强度指示。

SINR:信号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio)是指接收到的有用信号的强度与接收到的干扰信号(噪声和干扰)的强度的比值；可以简单的理解为“信噪比”。

RSRP:(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)是LTE网络中可以代表无线信号强度的关键参数以及物理层测量需求之一，是在某个符号内承载参考信号的所有RE(资源粒子)上接收到的信号功率的平均值。

参照图1，图1为本发明实施例的方法的流程示意图包括：

基于第一时间间隔接收第一数据，对第一数据执行相似性判断，第一数据为特征相同的一组数据；

若第一数据相似度大于或等于第一阈值，则接收第二数据，第二数据用于表征当前网络状态；

将第二数据与第二阈值范围进行比较，若第二数据落在第二阈值范围内，则发送第一数据。

需要说明的是，通过对接收的第一数据进行相似性判断，若第一数据相似度大于或等于第一阈值，再对当前的网络状态进行检测，当网络状态良好时，发送第一数据，能够在一定程度上解决目前采用CoAP协议进行通信的物联网数据传输中的网络的传输效率低，网络负载不均衡，且在网络状态差的情况下，会重复发送大量数据，消耗大量网络流量的技术问题。

具体的，第一时间间隔可以根据实际的物联网传输系统的网络状况，传输数据的实时行要求具体设置，第一数据具有相同的特征，其中一个具体的实施例为，第一数据为一组关于温度的采集数据，可以理解的是，还可以是湿度采集数据、位置采集数据以及电流电压采集数据等。

第二数据用于表征当前网络状态，能够表征当前网络状态的量化指标有很多，只要基于网络状态的衡量指标均适用于本发明中衡量网络状态，其中，本发明中一个具体实施例为，通过查询RSSI、SINR、RSRP的值判断网络状态，此处的网络并不局限于为有线网络或无线网络。具体的，对于RSSI指标来说，当RSSI的取值范围为大于-90dBm并小于-25dBm时，认为当前网络状态能够用于传输数据，对于SINR指标来说，当SINR的取值范围为大于17dB并小于30dB时，认为当前网络状态能够用于传输数据，对于RSRP指标来说，当RSRP的取值范围为大于-95dBm并小于-44dBm时，认为当前网络状态能够用于传输数据。

图2为本发明实施例的方法中的数据相似性判断流程示意图，包括：

接收数据A1，等待第一时间间隔后，接收数据A2；

将数据A2与数据A1差值的绝对值与第一阈值进行比较；

若差值的绝对值小于第一阈值，则丢弃数据A2。

若差值的绝对值大于或等于第一阈值，则保存数据A2；

接收第二数据，第二数据用于表征网络信号的强度。

其中，本发明一个具体的实施例为：通过GPS定位传感器采集经纬度位置数据，设置相似性判断准则，如新旧经纬度差值的绝对值大于数值K，若差值的绝对值不大于K，则新数据为重复数据并丢弃，并等待采集间隔T1后再继续循环采集数据；否则进行网络状态判断，通过驱动移远模组查询RSSI、SINR、RSRP的值，判断网络状态，若网络状态不好，则等待查询间隔T2后再次查询网络状态，再判断是否发送数据。

图3为本发明实施例的方法中发送第一数据的流程示意图，包括：

基于第一数据绑定唯一标识，唯一标识为严格递增序列；

基于唯一标识，更新数据包发送状态表中对应的第一数据的发送状态；

发送第一数据。

其中，本发明一个具体的实施例为：通过GPS定位传感器采集经纬度位置数据，设置相似性判断准则，如新旧经纬度差值的绝对值大于数值K，若差值的绝对值不大于K，则新数据为重复数据并丢弃，并等待采集间隔T1后再继续循环采集数据；否则进行网络状态判断，通过驱动移远模组查询RSSI、SINR、RSRP的值，判断网络状态，若网络状态不好，则等待查询间隔T2后再次查询网络状态，再判断是否发送数据，若网络状态良好，则为每个数据包绑定指定ID号(此ID号为严格递增序列)，后发送数据，并基于该ID号更新数据包发送状态表中对应数据包的发送状态，等待采集间隔T1后再继续循环采集数据。

本发明一个具体的实施例为，第一数据通过哈希函数映射至数据包发送状态表。

图4为本发明实施例的更新数据包发送状态表的流程示意图，包括：

设置数据包发送状态表表长为N，设置映射规则为X＝ID mod N，ID为唯一标识，mod为取余运算，x为唯一标识对应的数据在数据包发送状态表中的位置索引；

基于唯一标识计算对应的第一数据在数据包发送状态表中的位置索引，

基于位置索引，更新数据包发送状态表中对应第一数据的数据包的发送状态。具体的，设置数据包发送状态表的固定表长为N，数据包发送状态表能容纳N个数据包的状态信息记录，使用哈希函数:X＝ID mod N(mod为取余运算)进行映射存储，若发生映射冲突则覆盖之前的记录，一个具体的实施例是：设置ID＝12，N＝6，X＝0＝12mod 6,则ID＝12的数据包的状态存储在表中位置索引为0的位置，此时若有ID＝18的数据包状态需要更新，则覆盖ID＝12的数据包状态，以理解的是，在网络状态良好时，表长为N，采集间隔T1的情况下，设备将在经过N*T1时间后，舍弃N*T1时间之前采集的数据，不再发送，因此，N和T1的选取，取决于实际的网络状态稳定性以及数据的时效性。

本发明一个具体的实施例为，接收第二数据，将第二数据与第二阈值范围进行比较，若第二数据落在第二阈值范围内，则通过查询数据包发送状态表，发送满足第一规则的数据，第一规则为发送数据未收到确认信息和/或数据的发送次数小于或等于预设值；基于数据的发送状态更新数据包发送状态表。

具体的，接收用于网络状态判断的数据，其中，用于网络状态判断的数据是通过驱动移远模组查询的RSSI、SINR、RSRP的值，若网络状态不好，则等待查询间隔T2后再次查询网络状态，再判断是否发送数据，若网络状态良好，则查询数据包发送状态表，将所有未确认的以及重复发送次数不超过M次的数据包都重新发送一次，同时维护更新数据包发送状态表，使相应数据包的重复发送次数加一(初始重复发送次数为0)，此后等待重发间隔T3后再进行数据重发。

本发明一个具体的实施例为，服务器接收第一数据，通过第一数据绑定的唯一标识确定第一数据的接收状态，接收状态包括初次接收和重复接收；若接收状态为初次接收，则确定第一数据满足数据接收标准并发送确认信息至设备端；更新数据包接收状态表，数据包接收状态表与数据包发送状态表通过相同规则生成；若接收状态为重复接收则丢弃第一数据。

本发明一个具体的实施例为，设备端接收确认信息；若确认信息表示数据成功接收，则更新数据包发送状态表中对应数据的发送状态为已确认。

图5为本发明实施例的采集数据和发送数据的流程示意图，具体的，基于图5的一个本发明的具体实施例为：设备开启一个线程执行数据发送，所示通过GPS定位传感器采集经纬度位置数据，设置相似性判断准则，如新旧经纬度差值的绝对值大于数值K，若差值的绝对值不大于K，则认为新数据为重复数据并丢弃，并等待采集间隔T1后再继续循环采集数据；否则进行网络状态判断，通过驱动移远模组查询RSSI、SINR、RSRP的值，用于判断网络状态，若网络状态不好，则等待查询间隔T2后再次查询网络状态，再判断是否发送数据，若网络状态良好则为每个数据包绑定指定ID号(此ID号为严格递增序列)后发送数据，并更新数据包发送状态表中对应数据包的发送状态，然后等待采集间隔T1后再继续循环采集数据。

其中，上述数据包发送状态表的固定表长为N，能容纳N个数据包的状态信息记录，使用哈希函数:X＝ID mod N(mod为取余运算)进行映射存储，若发生映射冲突则覆盖之前的记录，具体表现为ID＝12，N＝6，X＝0＝12mod 6,则ID＝12的数据包的状态存储在表中索引为0的位置，此时若有ID＝18的数据包状态需要更新，则覆盖ID＝12的数据包状态，由此引出一个结论，在网络状态良好(即忽略查询间隔)，表长为N，采集间隔T1的情况下，设备将在经过N*T1时间后，舍弃N*T1时间之前采集的数据，不再发送，所以N和T1的选取，取决于实际的网络状态稳定性以及数据的时效性。

图6为本发明实施例的接收确认消息的流程示意图，具体的，基于图6的一个本发明的具体实施例为：传感设备端开启线程执行数据确认，如图6所示接收来自服务器的确认数据包，并更新数据包发送状态表，若为确认无误，则在表上更新指定数据包的发送状态为已确认。

图7为本发明实施例的重发数据的流程示意图，具体的，基于图7的一个本发明的具体实施例为：传感设备开启线程执行数据重发，如图7所示，首先驱动移远模组进行网络状态的判定，若为良好，则查询数据包发送状态表，将所有未确认的以及重复发送次数不超过M次的数据包都重新发送一次，同时维护更新数据包发送状态表，使相应数据包的重复发送次数加1，此后等待重发间隔T3后再进行数据重发；若网络状态不好，则等待查询间隔T2后再进行网络状态的查询。

图8为本发明实施例的服务器接收数据的流程示意图，具体的，基于图8的一个本发明的具体实施例为：服务器执行数据接收，如图8所示，接收来自传感设备的数据后，首先要判断是否是已接收过的重复数据，这主要根据数据包接收状态表，若在表中查询已接收到的数据ID号与当前接收的数据ID号相同，则为重复数据，丢弃即可；否则判定为新数据，再判断数据是否完整无误，若出现缺值、乱码等现象则再次等待设备数据的重新发送,否则发送确认信息给设备，告诉设备该数据已收到，并更新数据包接收状态表中对应位置数据包的ID号。此处的数据包接收状态表和数据包发送状态表类似，固定表长为N(与数据包发送状态表长相同)，能容纳N个数据包的状态信息记录，使用哈希函数:X＝ID mod N(mod为取余运算)进行映射存储，若发生映射冲突则覆盖之前的记录，具体表现为ID＝12，N＝6，X＝0＝12mod 6,则在表中索引为0的位置存储ID号12，若又有ID＝12的数据包发来，则查询ID＝12以存在，判定重复，若ID＝18的数据包发来，则查询当前表中ID＝12，判定为新数据，更新为ID＝18，其他位置的数据覆盖规则与此相同。

图9为本发明实施例的系统的模块示意框图，在本发明具体的实施例之中，包括一种物联网数据传输系统，系统中使用上述的任一项的物联网数据传输方法，包括：

感知设备，用于采集数据，感知设备包括智能传感器、二维码、及射频识别卡；

通信模组，用于通过有线或无线方式传输数据；

服务器，用于对数据进行分析、检测、控制。

一个具体的实施例为：使用GPS定位传感器采集位置数据；使用移远模组为无线通信模组，进行数据传输，服务器选用连接互联网的任意一台计算机；通过执行上述的物联网数据传输方法进行物联网的数据传输，需要说明的是，本发明的实施例并不局限于定位传感器，任意传感器都属于本发明的范围内，包括温度传感器，电流传感器，电压传感器，湿度传感器，压力传感器，声音传感器，信号强度传感器等，本发明不局限数据的传输方式，包括有线传输和无线传输，服务器可以选用一台联网的计算机，也可以选择现有技术中任意的服务器形式，例如云服务器，可以理解的是，服务器的选取根据实际具体处理的数据量的大小选取合适的服务器。

通过本发明的技术方案，提高了物联网小包数据在UDP模式下传输的可靠性，通过加入数据相似性判断和网络状态判断进一步节约了消耗的网络流量

尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种例示性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文所述的例示性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。

上文参考根据示例性实施方案所述的系统、方法、系统和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本公开的某些方面。应当理解，框图和流程图中的一个或多个块以及框图和流程图中的块的组合可分别通过执行计算机可执行程序指令来实现。同样，根据一些实施方案，框图和流程图中的一些块可能无需按示出的顺序执行，或者可以无需全部执行。另外，超出框图和流程图中的块所示的那些部件和/或操作以外的附加部件和/或操作可存在于某些实施方案中。

因此，框图和流程图中的块支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的元件或步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应当理解，框图和流程图中的每个块以及框图和流程图中的块的组合可以由执行特定功能、元件或步骤的专用硬件计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

本文所述的程序模块、应用程序等可包括一个或多个软件组件，包括例如软件对象、方法、数据结构等。每个此类软件组件可包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于执行而使本文所述的功能的至少一部分(例如，本文所述的例示性方法的一种或多种操作)被执行。

软件组件可以用各种编程语言中的任一种来编码。一种例示性编程语言可以为低级编程语言，诸如与特定硬件体系结构和/或操作系统平台相关联的汇编语言。包括汇编语言指令的软件组件可能需要在由硬件架构和/或平台执行之前由汇编程序转换为可执行的机器代码。另一种示例性编程语言可以为更高级的编程语言，其可以跨多种架构移植。包括更高级编程语言的软件组件在执行之前可能需要由解释器或编译器转换为中间表示。编程语言的其它示例包括但不限于宏语言、外壳或命令语言、作业控制语言、脚本语言、数据库查询或搜索语言、或报告编写语言。在一个或多个示例性实施方案中，包含上述编程语言示例中的一者的指令的软件组件可直接由操作系统或其它软件组件执行，而无需首先转换成另一种形式。

软件组件可存储为文件或其它数据存储构造。具有相似类型或相关功能的软件组件可一起存储在诸如特定的目录、文件夹或库中。软件组件可为静态的(例如，预设的或固定的)或动态的(例如，在执行时创建或修改的)。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种物联网数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于第一时间间隔接收第一数据，对所述第一数据执行相似性判断，所述第一数据为特征相同的一组数据；具体包括：接收数据A1，等待第一时间间隔后，接收数据A2；将所述数据A2与所述数据A1的差值的绝对值与第一阈值进行比较；若所述差值的绝对值小于所述第一阈值，则丢弃所述数据A2；

若所述差值的绝对值大于或等于所述第一阈值，则保存所述数据A2，并接收第二数据，所述第二数据用于表征网络信号的强度；

将所述第二数据与第二阈值范围进行比较，若所述第二数据落在所述第二阈值范围内，则发送所述第一数据，具体包括：

接收所述第二数据，将所述第二数据与所述第二阈值范围进行比较，若所述第二数据落在所述第二阈值范围内，则通过查询数据包发送状态表，发送满足第一规则的数据，所述第一规则为发送数据未收到确认信息和/或数据的发送次数小于或等于预设值；基于数据的发送状态更新所述数据包发送状态表，其中，数据包发送状态表的更新具体包括：

基于所述第一数据绑定唯一标识，所述唯一标识为严格递增序列；

基于所述唯一标识，更新数据包发送状态表中对应的所述第一数据的发送状态，包括：设置所述数据包发送状态表表长为N，设置映射规则为X＝ID mod N，ID为所述唯一标识，mod为取余运算，X为所述唯一标识对应的数据在所述数据包发送状态表中的位置索引，基于所述唯一标识计算对应的所述第一数据在所述数据包发送状态表中的位置索引，基于所述位置索引，更新所述数据包发送状态表中对应所述第一数据的数据包的发送状态，其中，若发生映射冲突则覆盖之前的记录。

2.根据权利要求1所述的物联网数据传输方法，其特征在于，所述第一数据通过哈希函数映射至所述数据包发送状态表。

3.根据权利要求1所述的物联网数据传输方法，其特征在于，还包括：

服务器接收所述第一数据，通过所述第一数据绑定的唯一标识确定所述第一数据的接收状态，所述接收状态包括初次接收和重复接收；

若所述接收状态为初次接收，则确定所述第一数据满足数据接收标准并发送确认信息至设备端；以及，更新数据包接收状态表，所述数据包接收状态表与数据包发送状态表通过相同规则生成；

若所述接收状态为重复接收则丢弃所述第一数据。

4.根据权利要求3所述的物联网数据传输方法，其特征在于，还包括：

设备端接收所述确认信息；

若所述确认信息表示所述第一数据成功接收，则更新所述数据包发送状态表中对应所述第一数据的发送状态为已确认。

5.一种物联网数据传输系统，使用权利要求1至4中任一项所述的物联网数据传输方法，其特征在于，包括：

感知设备，用于采集数据，所述感知设备包括智能传感器、二维码、及射频识别卡；

通信模组，用于通过有线或无线方式传输所述数据；

服务器，用于对所述数据进行分析、检测及控制。

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