CN113114347B - 自动匹配调制解调器工作模式的方法和系统 - Google Patents

自动匹配调制解调器工作模式的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了自动匹配调制解调器工作模式的方法和系统，涉及卫星通信领域，旨在解决现有卫星通信技术中需要人工干预调制解调器的工作模式切换，导致设备运维成本增大的问题。其技术方案要点是向各个调制解调器进行工作模式查询，根据查询结果直接匹配双方调制解调器并通信，或者在切换工作模式后匹配并通信；当申请建链双方支持的工作模式无法匹配时，建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，实现间接建链。本发明提供了一种调制解调器工作模式自动匹配的流程，使得调制解调器无需人工干预全自动地切换工作模式，实现实时通信的同时，简化了运维过程。

Description

自动匹配调制解调器工作模式的方法和系统
技术领域
本发明涉及卫星通信的技术领域，尤其是涉及一种自动匹配调制解调器工作模式的方法和系统。
背景技术
我国属于自然灾害多发国家，加之国土面积大以及灾害发生不确定性，相关单位和人员参加抢险救灾行动在时间和空间上都具有很大的随机性，卫星通信由于不受地域限制、不受地面网运营商基站限制、通信质量不受地震等严重自然灾害影响等特性，成为重要的应急通信方式。
当面对重大灾情时，为应对高频次、随机性的通讯需求，指挥中心（中心站）的通信可靠性成为一场重大灾情救援指挥的短板。目前市面上基于卫星通信的网络，大多都需要中央站维护人员的日常运维检查，不同的调制解调器通常需要设置匹配的工作模式，才能互相通信。当工作模式不匹配时，需要人工设置互相匹配的工作模式，才能互相通信。对于调制解调器的操作依赖人工维护，并且容错率低，因此亟需提出一种调制解调器工作模式自动匹配和切换的方法，减小人工干预。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动匹配调制解调器工作模式的方法和系统，可以使得调制解调器设备无需人工干预全自动的切换工作模式互相通信，简化了调制解调器设备的运维。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种自动匹配调制解调器工作模式的方法，包括以下步骤：
实时向卫星网络内各个调制解调器进行工作模式查询；
根据查询到的申请建链双方调制解调器支持的工作模式，直接匹配双方调制解调器并建链通信，或者在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信；
当申请建链双方调制解调器支持的工作模式无法匹配时，建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，利用所述最优接入调制解调器实现申请建链双方调制解调器的间接建链和通信。
本发明进一步设置为：所述实时向卫星网络内各个调制解调器进行工作模式查询，包括以下步骤：
通过UDP协议以广播或组播的方式向卫星网络内各个调制解调器发送工作模式查询帧；
接收调制解调器响应于工作模式查询帧发出的应答并解析，获得调制解调器支持工作模式以及当前工作模式。
本发明进一步设置为：所述直接匹配双方调制解调器并建链通信，或者在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信，包括以下步骤：
判断通信主被叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
若主叫调制解调器和被叫调制解调器当前工作模式匹配，允许通信，否则继续下一步；
判断被叫调制解调器设备支持的工作模式与主叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
若被叫调制解调器支持的工作模式与主叫调制解调器当前工作模式匹配，切换被叫调制解调器的工作模式至双方匹配，允许通信，否则继续下一步；
判断主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
若主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器当前工作模式匹配，切换主叫调制解调器的工作模式至双方匹配，允许通信，否则继续下一步；
判断主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器支持的工作模式是否匹配；
主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器支持的工作模式匹配时，切换主被叫调制解调器的工作模式至双方匹配，此时允许通信；否则继续下一步；
当切换主被叫调制解调器的工作模式后，工作模式仍然不匹配，则拒绝通信。
本发明进一步设置为：所述在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信，包括以下步骤：
当切换主被叫调制解调器的工作模式后，工作模式仍然不匹配，并拒绝通信后，向被叫调制解调器发送工作模式切换帧；
查询申请建链双方调制解调器的当前工作模式；
当查询结果显示申请建链双方调制解调器的当前工作模式不匹配时，向被叫调制解调器发送自动重启命令；
重启结束后，再次查询被叫调制解调器当前工作模式；
当查询结果仍然显示申请建链双方调制解调器的当前工作模式不匹配时，发出异常警报。
本发明进一步设置为：所述建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，包括以下步骤：
根据调制解调器响应于所述工作模式查询帧发出的应答，查询卫星网络内所有调制解调器支持的工作模式，将所有同时支持申请建链双方调制解调器工作模式的调制解调器建立模糊库集合；
定义模糊库集合中的模糊规则为：
Figure 346643DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 288054DEST_PATH_IMAGE002
表示模糊规则的计算评价输出值；
Figure 870345DEST_PATH_IMAGE003
表示模糊库集合内调制解调器的各个条件参数，包括有信号强度、带宽、时延、抖动、丢包率；
Figure 264418DEST_PATH_IMAGE004
为结论参数，通过当前设备中通信参数与理想设备对应参数的比值求得；
Figure 223146DEST_PATH_IMAGE005
为条件参数的个数；
Figure 737173DEST_PATH_IMAGE002
计算得到输出值最大的调制解调器即为最优接入调制解调器设备；
所述通信参数的模糊逻辑定义为高、中、低三个级别，所述通信参数采用隶属函数做映射，所述隶属函数公式表示为：
Figure 755945DEST_PATH_IMAGE006
其中，a、c分别为模糊库集合的上下限，即为模糊库集合对应参数的最大值和最小值；b为模糊库集合的隶属度函数峰值对应点，即为模糊库集合对应参数的平均最大值；
若所述模糊规则无法确定最优接入调制解调器设备，则运用重心法计算精确评价输出值，计算公式如下：
Figure 637313DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 134154DEST_PATH_IMAGE008
表示调制解调设备的计算评价输出值，
Figure 299425DEST_PATH_IMAGE009
表示调制解调器的各个条件参数，包括有信号强度、带宽、时延、抖动、丢包率，
Figure 957939DEST_PATH_IMAGE010
表示
Figure 326603DEST_PATH_IMAGE009
代入隶属函数公式对应的隶属度，M为条件参数的个数，
Figure 627135DEST_PATH_IMAGE008
计算得到输出值最大的调制解调器即为最优接入调制解调器。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种自动匹配调制解调器工作模式的系统，其特征在于：包括若干个调制解调器以及设立在FDMA卫星通信系统中的调制解调器工作模式应答服务器；
其中，所述调制解调器工作模式应答服务器包括有用于实时向卫星网络内各个调制解调器进行工作模式查询的查询模块，所述查询模块用于通过UDP协议以广播或组播的方式向卫星网络内各个调制解调器发送工作模式查询帧；
所述查询模块还用于接收调制解调器响应于工作模式查询帧发出的应答并解析，获得调制解调器支持工作模式以及当前工作模式。
本发明进一步设置为：所述调制解调器工作模式应答服务器还包括建链模块，所述建链模块根据查询模块所获申请建链双方调制解调器支持的工作模式，直接匹配双方调制解调器并建链通信，或者在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信。
本发明进一步设置为：所述调制解调器工作模式应答服务器还包括间接建链模块，所述间接建链模块用于当申请建链双方调制解调器支持的工作模式无法匹配时，建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，利用所述最优接入调制解调器实现申请建链双方调制解调器的间接建链和通信。
本发明进一步设置为：所述调制解调器工作模式应答服务器还包括报警模块，所述报警模块用于在建链模块工作异常时发出异常警报，并且触发间接建链模块工作。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
本发明公开了一种自动匹配调制解调器工作模式的方法和系统，FDMA卫星通信系统建链前，调制解调器工作模式应答服务器对调制解调器设备或服务器进行工作模式查询帧的发送与应答接收，并根据查询结果判断申请建链双方调制解调器支持的工作模式是否能匹配，匹配则建链通信，不匹配则选择最优接入调制解调器设备间接建链通信。本申请极大地提高了设备及服务器运行的可靠度，同时有效解决了系统长期运行数据通信效率低下问题。
附图说明
图1是本发明实施例一的整体流程图；
图2是本发明实施例一中工作模式查询与匹配流程图；
图3是本发明实施例一中工作模式匹配示意图；
图4是本发明实施例一中模糊逻辑转发策略的示意图；
图5是本发明实施例二的整体结构示意图。
具体实施方式
实施例一
参照图1，本发明公开了一种自动匹配调制解调器工作模式的方法，在FDMA卫星网络下，收到通信申请时，卫星网网管为通信的两个调制解调器分配频点资源。参照图3，针对通信分配的资源特征是：通信的两个调制解调器的工作模式应该是匹配的。每个类型的调制解调器支持的工作模式可能不一样，如调制解调器A支持FDMA-H、SM-570模式，调制解调器B只支持CDM-570模式，若调制解调器A想和调制解调器B通信，则需要将调制解调器A的工作模式切换成SM-570模式。基于以上FDMA卫星通信系统的特征，本发明通过设立一个专用的调制解调器工作模式应答服务器，对各个调制解调器的工作模式进行切换和匹配，保障可靠通信。具体步骤如下：
S1、实时向卫星网络内各个调制解调器进行工作模式查询；
S2、根据查询到的申请建链双方调制解调器支持的工作模式直接匹配双方调制解调器并建链通信，或者在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信；
S3、当申请建链双方调制解调器支持的工作模式无法匹配时，建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，利用最优接入调制解调器实现申请建链双方调制解调器的间接建链和通信。参照图4，间接建链和通信即通过将申请建链双方调制解调器分别与最优接入调制解调器建链，由最优接入调制解调器转发数据包，实现申请建链双方调制解调器的通信。
其中，步骤S1具体包括以下步骤：
S11、通过UDP协议以广播或组播的方式向卫星网络内各个调制解调器发送工作模式查询帧；
S12、接收调制解调器响应于工作模式查询帧发出的应答并解析，获得调制解调器支持工作模式以及当前工作模式。
参照图2，步骤S2具体包括以下步骤：
S21、判断通信主被叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
S22、若主叫调制解调 器和被叫调制解调器当前工作模式匹配，允许通信，否则继续下一步；判断被叫调制解调器设备支持的工作模式与主叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
S23、若被叫调制解调器支持的工作模式与主叫调制解调器当前工作模式匹配，切换被叫调制解调器的工作模式至双方匹配，允许通信，否则继续下一步；
S24、判断主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
S25、若主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器当前工作模式匹配，切换主叫调制解调器的工作模式至双方匹配，允许通信，否则继续下一步；
S26、判断主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器支持的工作模式是否匹配；
S27、主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器支持的工作模式匹配，切换主被叫调制解调器的工作模式至双方匹配，允许通信；否则继续下一步；
S28、工作模式不匹配，拒绝通信。
在以上步骤中，通过向主被叫调制解调器发送工作模式切换帧实现切换调制解调器工作模式的目的。
当步骤进行到S28时，已经判断双方支持的工作模式无法匹配，下面就需要对此检查是否为设备故障的问题，具体进行以下步骤：
S281、直接向被叫调制解调器发送工作模式切换帧，切换被叫调制解调器的工作模式；
S282、查询申请建链双方调制解调器的当前工作模式，即主被叫调制解调器的当前工作模式；
S283、当查询结果显示申请建链双方调制解调器的当前工作模式不匹配时，向被叫调制解调器发送自动重启命令；
S284、重启结束后，再次查询被叫的调制解调器当前工作模式；
S285、当查询结果仍然显示申请建链双方调制解调器的当前工作模式不匹配时，发出异常警报，并且执行步骤S3。
步骤S3中模糊逻辑转发策略的通信模型建立具体操作如下：
根据调制解调器响应于工作模式查询帧发出的应答，查询卫星网络内所有调制解调器支持的工作模式，将所有同时支持申请建链双方调制解调器工作模式的调制解调器建立模糊库集合。例如，调制解调器A和调制解调器B申请建链，其中调制解调器A支持CDM-570模式，调制解调器B支持FDMA-H模式，调制解调器C同时支持SM-570和FDMA-H模式，则调制解调器C为模糊库集合中的一个元素。模糊库集合内所有元素从原则上来讲都能够充当申请建链双方调制解调器的一个中间转发站，实现双方的间接建链通信。因此，需要对各个元素进行综合评价，选择出最优接入调制解调器设备，保障通信质量。
定义模糊库中的模糊规则为：
Figure 397645DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 476328DEST_PATH_IMAGE002
表示模糊规则的计算评价输出值；
Figure 597868DEST_PATH_IMAGE003
表示模糊库集合内调制解调器的各个条件参数，包括有信号强度(Receive-Signal-Strength, RSS)、带宽、时延、抖动、丢包率等；
Figure 436511DEST_PATH_IMAGE004
为结论参数，通过当前设备中通信参数与理想设备对应参数的比值求得，
Figure 795948DEST_PATH_IMAGE012
并未对应于参数，通常取值为0；
Figure 327423DEST_PATH_IMAGE005
为条件参数的个数。
Figure 657298DEST_PATH_IMAGE002
计算得到输出值最大的调制解调器即为最优接入调制解调器设备。
其中，理想设备参数为设备初始时的各个参数值，为已知值。通信参数的模糊逻辑定义为高、中、低三个级别，通信参数采用隶属函数做映射，隶属函数公式表示为：
Figure 299632DEST_PATH_IMAGE006
其中，a、c分别为模糊库集合的上下限，即为模糊库集合对应参数的最大值和最小值；b为模糊库集合的隶属度函数峰值对应点，即为模糊库集合对应参数的平均最大值。
在本申请中，当模糊规则的计算评价输出值无法选择出接入调制解调器设备时，例如输出值最大的调制解调器有多个且相等，此时需要通过重心法精确计算评价输出值，计算公式如下：
Figure 44734DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 481532DEST_PATH_IMAGE008
表示调制解调设备的计算评价输出值，
Figure 312084DEST_PATH_IMAGE009
表示模糊库集合内调制解调器的各个条件参数，包括有信号强度、带宽、时延、抖动、丢包率等，
Figure 741798DEST_PATH_IMAGE010
表示
Figure 75827DEST_PATH_IMAGE009
代入隶属函数公式对应的隶属度，M为条件参数的个数。
Figure 683526DEST_PATH_IMAGE008
计算得到输出值最大的调制解调器即为最优接入调制解调器，最优接入调制解调器有且仅有一个。
参照图5，本发明公开了一种自动匹配调制解调器工作模式的系统，包括若干个调制解调器以及设立在FDMA卫星通信系统中的调制解调器工作模式应答服务器。其中，调制解调器工作模式应答服务器包括有查询模块、建链模块、间接建链模块以及报警模块。
查询模块用于实时向卫星网络内各个调制解调器进行工作模式查询的查询模块，查询模块用于通过UDP协议以广播或组播的方式向卫星网络内各个调制解调器发送工作模式查询帧。查询模块还用于接收调制解调器响应于工作模式查询帧发出的应答并解析，获得调制解调器支持工作模式以及当前工作模式。
建链模块根据查询模块所获申请建链双方调制解调器支持的工作模式，直接匹配双方调制解调器并建链通信，或者在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信。
间接建链模块用于当申请建链双方调制解调器支持的工作模式无法匹配时，建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，利用最优接入调制解调器实现申请建链双方调制解调器的间接建链和通信。
报警模块用于在建链模块工作异常时发出异常警报，并且触发间接建链模块工作。
本实施例中所提到的建链模块切换、匹配、建链通信的具体步骤、基于模糊逻辑转发策略的通信模型、建链模块工作异常判定标准均与实施例一相同，在此不再赘述。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动匹配调制解调器工作模式的方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时向卫星网络内各个调制解调器进行工作模式查询；
根据查询到的申请建链双方调制解调器支持的工作模式，直接匹配双方调制解调器并建链通信，或者在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信；
当申请建链双方调制解调器支持的工作模式无法匹配时，建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，利用所述最优接入调制解调器实现申请建链双方调制解调器的间接建链和通信；
其中，所述建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，包括以下步骤：
根据调制解调器响应于工作模式查询帧发出的应答，查询卫星网络内所有调制解调器支持的工作模式，将所有同时支持申请建链双方调制解调器工作模式的调制解调器建立模糊库集合；
定义模糊库集合中的模糊规则为：
Figure 807539DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 46891DEST_PATH_IMAGE002
表示模糊规则的计算评价输出值；
Figure 938624DEST_PATH_IMAGE003
表示模糊库集合内调制解调器的各个条件参数，包括有信号强度、带宽、时延、抖动、丢包率；
Figure 217420DEST_PATH_IMAGE004
为结论参数，通过当前设备中通信参数与理想设备对应参数的比值求得；
Figure 118380DEST_PATH_IMAGE005
为条件参数的个数；
Figure 212238DEST_PATH_IMAGE002
计算得到输出值最大的调制解调器即为最优接入调制解调器。
2.根据权利要求1所述的自动匹配调制解调器工作模式的方法，其特征在于，所述实时向卫星网络内各个调制解调器进行工作模式查询，包括以下步骤：
通过UDP协议以广播或组播的方式向卫星网络内各个调制解调器发送工作模式查询帧；
接收调制解调器响应于工作模式查询帧发出的应答并解析，获得调制解调器支持工作模式以及当前工作模式。
3.根据权利要求1所述的自动匹配调制解调器工作模式的方法，其特征在于，所述直接匹配双方调制解调器并建链通信，或者在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信，包括以下步骤：
判断通信主被叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
若主叫调制解调器和被叫调制解调器当前工作模式匹配，允许通信，否则继续下一步；
判断被叫调制解调器设备支持的工作模式与主叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
若被叫调制解调器支持的工作模式与主叫调制解调器当前工作模式匹配，切换被叫调制解调器的工作模式至双方匹配，允许通信，否则继续下一步；
判断主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器当前工作模式是否匹配；
若主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器当前工作模式匹配，切换主叫调制解调器的工作模式至双方匹配，允许通信，否则继续下一步；
判断主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器支持的工作模式是否匹配；
主叫调制解调器支持的工作模式与被叫调制解调器支持的工作模式匹配时，切换主被叫调制解调器的工作模式至双方匹配，此时允许通信；否则继续下一步；
当切换主被叫调制解调器的工作模式后，工作模式仍然不匹配，则拒绝通信。
4.根据权利要求3所述的自动匹配调制解调器工作模式的方法，其特征在于，所述在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信，包括以下步骤：
当切换主被叫调制解调器的工作模式后，工作模式仍然不匹配，并拒绝通信后，向被叫调制解调器发送工作模式切换帧；
查询申请建链双方调制解调器的当前工作模式；
当查询结果显示申请建链双方调制解调器的当前工作模式不匹配时，向被叫调制解调器发送自动重启命令；
重启结束后，再次查询被叫调制解调器当前工作模式；
当查询结果仍然显示申请建链双方调制解调器的当前工作模式不匹配时，发出异常警报。
5.根据权利要求1所述的自动匹配调制解调器工作模式的方法，其特征在于：所述建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，包括以下步骤：
所述通信参数的模糊逻辑定义为高、中、低三个级别，所述通信参数采用隶属函数做映射，隶属函数公式表示为：
Figure 665085DEST_PATH_IMAGE006
其中，a、c分别为模糊库集合的上下限，即为模糊库集合对应参数的最大值和最小值；b为模糊库集合的隶属度函数峰值对应点，即为模糊库集合对应参数的平均最大值；
若所述模糊规则无法确定最优接入调制解调器设备，则运用重心法计算精确评价输出值，计算公式如下：
Figure 539500DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 916255DEST_PATH_IMAGE008
表示调制解调设备的计算评价输出值，
Figure 84193DEST_PATH_IMAGE009
表示调制解调器的各个条件参数，包括有信号强度、带宽、时延、抖动、丢包率，
Figure 317729DEST_PATH_IMAGE010
表示
Figure 617123DEST_PATH_IMAGE009
代入隶属函数公式对应的隶属度，M为条件参数的个数，
Figure 984519DEST_PATH_IMAGE008
计算得到输出值最大的调制解调器即为最优接入调制解调器。
6.一种自动匹配调制解调器工作模式的系统，其特征在于：包括若干个调制解调器以及设立在FDMA卫星通信系统中的调制解调器工作模式应答服务器；
其中，所述调制解调器工作模式应答服务器包括有用于实时向卫星网络内各个调制解调器进行工作模式查询的查询模块，所述查询模块用于通过UDP协议以广播或组播的方式向卫星网络内各个调制解调器发送工作模式查询帧；
所述查询模块还用于接收调制解调器响应于工作模式查询帧发出的应答并解析，获得调制解调器支持工作模式以及当前工作模式；所述调制解调器工作模式应答服务器还包括建链模块，所述建链模块根据查询模块所获申请建链双方调制解调器支持的工作模式，直接匹配双方调制解调器并建链通信，或者在切换双方调制解调器工作模式后匹配并建链通信；
所述调制解调器工作模式应答服务器还包括间接建链模块，所述间接建链模块用于当申请建链双方调制解调器支持的工作模式无法匹配时，建立基于模糊逻辑转发策略的通信模型，选择最优接入调制解调器，利用所述最优接入调制解调器实现申请建链双方调制解调器的间接建链和通信；
其中，模糊库集合为所有同时支持申请建链双方调制解调器工作模式的调制解调器集合；
定义模糊库集合中的模糊规则为：
Figure 380866DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 660668DEST_PATH_IMAGE002
表示模糊规则的计算评价输出值；
Figure 775255DEST_PATH_IMAGE003
表示模糊库集合内调制解调器的各个条件参数，包括有信号强度、带宽、时延、抖动、丢包率；
Figure 978965DEST_PATH_IMAGE004
为结论参数，通过当前设备中通信参数与理想设备对应参数的比值求得；
Figure 105184DEST_PATH_IMAGE005
为条件参数的个数；
Figure 946101DEST_PATH_IMAGE002
计算得到输出值最大的调制解调器即为最优接入调制解调器。
7.根据权利要求6所述的自动匹配调制解调器工作模式的系统，其特征在于：所述调制解调器工作模式应答服务器还包括报警模块，所述报警模块用于在建链模块工作异常时发出异常警报，并且触发间接建链模块工作。
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