CN114401321A - 宽频测量数据轻量化传输方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

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窦仁晖
张海东
叶洪波
樊陈
赵国庆
刘舒
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Abstract

本发明属于电力系统数据传输领域，公开了一种宽频测量数据轻量化传输方法、系统、设备及存储介质，该方法包括：获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。本发明实现宽频测量数据传输配置和数据报文的轻量化，压缩宽频数据传输流量、提升宽频测量应用数据定制访问的灵活性。

Description

宽频测量数据轻量化传输方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明属于数据传输领域，特别是涉及一种宽频测量数据轻量化传输方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
新型电力系统以新能源为主体，随着新型电力系统的发展，新能源及其配套的输变电力电子设备在系统中的渗透率不断提高，所带来的宽频带振荡、高频谐振、(间)谐波等影响对系统稳定运行、电能质量造成了重大影响，宽频测量技术为电网运行维护部门监测、分析和处理上述现象及问题提供了新的手段。宽频测量与传统PMU、RTU为主的测量体系相比，测量的频率范围由工频范围拓展到0～2500Hz及以上，提供遥测量、同步相量、(间)谐波相量和有效值数据、振荡功率等采集测量数据，且随着业务应用的升级和扩展，数据量将进一步增长。
目前，厂站内部、厂站与主站间的测量数据传输主要采用IEC101、IEC103、IEC104、IEC61850、IEEE C37.118、GB/T 26865.2等通信协议。在工程应用中，宽频测量数据主要基于GB/T 26865.2协议数据帧的同步相量、模拟量通道扩展，以及基于时标的数据帧时分复用方式实现应用之间、设备之间和站点之间的传输和交互。而且宽频测量数据量大，仅采用GB/T 26865.2协议传输存在流量大幅增加的问题。
发明内容
针对宽频测量数据量大，仅采用GB/T 26865.2协议传输流量大幅增加的问题，本发明提出一种宽频测量数据轻量化传输方法、系统、设备及存储介质，实现宽频测量数据传输配置和数据报文的轻量化，压缩宽频数据传输流量、提升宽频测量应用数据定制访问的灵活性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种宽频测量数据轻量化传输方法，包括：
获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；
对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；
根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
作为本发明的进一步改进，所述宽频测量数据的频率为0～2500Hz。
作为本发明的进一步改进，所述对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；具体包括：
按传输帧携带的数据划分为公共信息、应用信息和校验字节；
提取公共信息的关键字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；提取命令帧的应用信息的关键字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；确定配置帧的信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；提取信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；为检验码定义对应的结构数据序列化消息类型；
根据定义的结构数据序列化消息类型，编辑生成数据通道的接口文件和成命令通道接口文件；
分别对数据通道的接口文件和成命令通道接口文件进行预编译，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件。
作为本发明的进一步改进，所述提取公共信息的关键字段，包括“SYNC”、“FRAMESIZE”、“DC_IDCODE”、“SOC”、“FRACSEC”字段；
提取命令帧的应用信息的关键字段，包括“CMD”；
确定配置帧的信息体的关键数据字段，包括：“TIME_BASE”、“NUM_PMU”、“STN”、“PMU_IDCODE”、“FORMAT”、“PHNMR”、“ANNMR”、“DGNMR”、“CHNAM”、“PHUNIT”、“ANUNIT”、“DIGUNIT”、“FNOM”、“PERIOD”；
提取信息体的关键数据字段，包括：“STAT”、“PHASOR”、“FREQ”、“DFREQ”、“ANALOG”、“DIGITAL”字段。
作为本发明的进一步改进，所述结构数据序列化消息为Google的ProtocolBuffer或VMware的Redis。
作为本发明的进一步改进，所述将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型基于GB/T 26865.2协议。
一种宽频测量数据轻量化传输系统，包括：
获取模块，用于获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；
映射模块，用于对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；
传输模块，用于根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
所述映射模块包括：
划分单元，用于按传输帧携带的数据划分为公共信息、应用信息和校验字节；
提取单元，用于提取公共信息的关键字段，定义对应的的结构数据序列化消息类型；提取命令帧的应用信息的关键字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；确定配置帧的信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；提取信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；为检验码定义对应的结构数据序列化消息类型；
编辑单元，用于根据定义的结构数据序列化消息类型，编辑生成数据通道的接口文件和成命令通道接口文件；
生成单元，用于分别对数据通道的接口文件和成命令通道接口文件进行预编译，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述宽频测量数据轻量化传输方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述宽频测量数据轻量化传输方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将宽频测量数据传输报文字段全部为整型、字节、字符串、位串类型的变量，而结构数据序列化消息对象模型核心优势之一是采用“Varint”实现序列化，对上述类型数据的压缩效率可以达到70％以上。本发明提出的宽频测量数据传输方法通过提取其GB/T 26865.2协议报文中关键信息并映射到结构数据序列化消息对象模型实现序列化，可以大幅压缩报文传输对于通信带宽的需求，实现轻量化传输，且可以灵活适应不同类型应用数据访问和传输。
进一步，本发明数据传输基于GB/T 26865.2协议传输配置、数据报文映射到PB的具体方法，实现宽频测量数据传输配置和数据报文的轻量化，压缩宽频数据传输流量、提升宽频测量应用数据定制访问的灵活性。
附图说明
图1为宽频测量数据轻量化传输方法流程图；
图2为宽频测量数据报文字段分类、PB消息定义、接口文件生成流程图；
图3为宽频测量数据PB序列化交互示意图；
图4为本发明一种宽频测量数据轻量化传输系统框图；
图5为本发明映射模块框图；
图6为本发明一种电子设备示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明第一个目的是提供一种宽频测量数据轻量化传输方法，包括：
获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；
对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；
根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
本发明中所述宽频测量数据的频率为0～2500Hz及以上。
作为本发明的优选方案，所述对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；具体包括：
按传输帧携带的数据划分为公共信息、应用信息和校验字节；
提取公共信息的关键字段，定义对应的的结构数据序列化消息类型；提取命令帧的应用信息的关键字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；确定配置帧的信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；提取信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；为检验码定义对应的结构数据序列化消息类型；
根据定义的结构数据序列化消息类型，编辑生成数据通道的接口文件和成命令通道接口文件；
分别对数据通道的接口文件和成命令通道接口文件进行预编译，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件。
本发明在数据传输序列化方面，可以采用Google的Protocol Buffer(下称PB)、VMware的Redis等，该结构数据序列化消息对象模型都采用key-value的数据组织方式，具有数据结构简单、数据帧定制灵活的特点。由于结构数据序列化消息类型(如PB)采用了高压缩率的序列化算法，在使用前只需配置数据表生成数据访问接口，即可在交互双方之间建立数据映射关系，实现数据按需传输，且本身为开源项目，因此PB在软件平台及应用功能开发中被广泛采用。
本发明提出参照GB/T 26865.2协议的宽频测量数据传输报文，其数据、命令、配置基于PB实现轻量化传输的方案，以PB为例，进行说明。具体方案包括：
步骤1：按传输帧携带的数据划分为公共信息、应用信息和校验字节三个部分；
步骤2：提取公共信息的关键字段，包括“SYNC”、“FRAMESIZE”、“DC_IDCODE”、“SOC”、“FRACSEC”字段，定义对应的“protocol buffer”的Message类型。
步骤3：提取命令帧的应用信息的关键字段，成员为“CMD”，定义对应的PB的Message类型。
步骤4：确定配置帧的信息体的关键数据字段，包括：“TIME_BASE”、“NUM_PMU”、“STN”、“PMU_IDCODE”、“FORMAT”、“PHNMR”、“ANNMR”、“DGNMR”、“CHNAM”、“PHUNIT”、“ANUNIT”、“DIGUNIT”、“FNOM”、“PERIOD”，定义对应的PB的Message类型。
步骤5：提取信息体的关键数据字段，包括：“STAT”、“PHASOR”、“FREQ”、“DFREQ”、“ANALOG”、“DIGITAL”字段，定义对应的PB的Message类型。
步骤6：为检验码“CHK”定义对应的PB的Message类型。
步骤7：根据步骤2、5、6定义的Message类型，编辑生成数据通道的“.proto”文件。
步骤8：将步骤2、3、4、6的Message变量，编辑生成命令通道的“.proto”文件。
步骤9：分别对步骤7、8“.proto”文件进行预编译，生成数据通道和命令通道PB的访问函数及数据配置接口文件。
结合图3宽频测量数据PB序列化交互示意图，可以根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
因此，本发明基于GB/T 26865.2协议的宽频测量数据传输报文字段全部为整型、字节、字符串、位串类型的变量，而PB核心优势之一是采用“Varint”实现序列化，对上述类型数据的压缩效率可以达到70％以上。本发明提出的宽频测量数据传输方法通过提取其GB/T 26865.2协议报文中关键信息并映射到PB实现序列化，可以大幅压缩报文传输对于通信带宽的需求，实现轻量化传输，且可以灵活适应不同类型应用数据访问和传输。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图1对本发明实施案例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
(1)如图2所示，按发明内容的步骤，定义公共信息的PB消息结构如下：
message Common{
required uint32 SYNC＝1；
required uint32 FRAMESIZE＝2；
required uint32 DC_IDCODE＝3；
required uint32 SOC＝4；
required uint32 FRACSEC＝5；
}
(2)定义命令帧应用信息的PB消息结构如下：
message Command{
required uint32 CMD＝1；
}
(3)定义配置帧应用信息的PB消息结构如下：
message Command{
required uint32 TIME_BASE＝1；
required uint32 NUM_PMU＝2；
required string STN＝3；
required string PMU_IDCODE＝4；
required uint32 FORMAT＝5；
required uint32 PHNMR＝6；
required uint32 ANNMR＝7；
required uint32 DGNMR＝8；
repeated string CHNAM＝9；
required uint32 PHUNIT＝10；
required uint32 ANUNIT＝11；
required uint32 DIGUNIT＝12；
required uint32 FNOM＝13；
required uint32 PERIOD＝14；
}
(4)定义数据帧应用信息的PB消息结构如下：
message Data{
required uint32 STAT＝1；
repeated uint32 PHASOR＝2；
optional uint32 FREQ＝3；
optional uint32 DFREQ＝4；
repeated uint32 ANALOG＝5；
repeated uint32 DIGITAL＝6；
}
(5)定义检验信息的PB消息结构如下：
message Chk{
required uint32 CHK＝1；
}
(6)基于上述message(消息)定义生成.proto文件
1)data_channel.proto文件
syntax＝"proto2"(或syntax＝"proto3")；
package data；
message interface_data
{
required Common com＝1；
required Data data＝2；
required Chk chk＝3；
}
2)command_channel.proto文件
syntax＝"proto2"(或syntax＝"proto3")；
package command；
message interface_commamd
{
required Common com＝1；
required Command comma＝2；
required Chk chk＝3；
}
message interface_config
{
required Common com＝1；
required Config conf＝2；
required Chk chk＝3；
}
(7)编译data_channel.proto、command_channel.proto文件，生成PB接口函数：“interface_data”、“interface_commamd”、“interface_config”。
如图4所示，本发明还提供一种宽频测量数据轻量化传输系统，包括：
获取模块，用于获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；
映射模块，用于对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；
传输模块，用于根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
作为进一步改进，如图5所示，所述映射模块包括：
划分单元，用于按传输帧携带的数据划分为公共信息、应用信息和校验字节；
提取单元，用于提取公共信息的关键字段，定义对应的的结构数据序列化消息类型；提取命令帧的应用信息的关键字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；确定配置帧的信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；提取信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；为检验码定义对应的结构数据序列化消息类型；
编辑单元，用于根据定义的结构数据序列化消息类型，编辑生成数据通道的接口文件和成命令通道接口文件；
生成单元，用于分别对数据通道的接口文件和成命令通道接口文件进行预编译，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件。
如图6所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述宽频测量数据轻量化传输方法的步骤。
所述宽频测量数据轻量化传输方法包括以下步骤：
获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；
对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；
根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述宽频测量数据轻量化传输方法的步骤。
所述宽频测量数据轻量化传输方法包括以下步骤：
获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；
对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；
根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽频测量数据轻量化传输方法，其特征在于，包括：
获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；
对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；
根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
2.根据权利要求1所述的一种宽频测量数据轻量化传输方法，其特征在于，所述宽频测量数据的频率为0～2500Hz。
3.根据权利要求1所述的一种宽频测量数据轻量化传输方法，其特征在于，所述对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；具体包括：
按传输帧携带的数据划分为公共信息、应用信息和校验字节；
提取公共信息的关键字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；提取命令帧的应用信息的关键字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；确定配置帧的信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；提取信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；为检验码定义对应的结构数据序列化消息类型；
根据定义的结构数据序列化消息类型，编辑生成数据通道的接口文件和成命令通道接口文件；
分别对数据通道的接口文件和成命令通道接口文件进行预编译，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件。
4.根据权利要求3所述的一种宽频测量数据轻量化传输方法，其特征在于，
所述提取公共信息的关键字段，包括“SYNC”、“FRAMESIZE”、“DC_IDCODE”、“SOC”、“FRACSEC”字段；
提取命令帧的应用信息的关键字段，包括“CMD”；
确定配置帧的信息体的关键数据字段，包括：“TIME_BASE”、“NUM_PMU”、“STN”、“PMU_IDCODE”、“FORMAT”、“PHNMR”、“ANNMR”、“DGNMR”、“CHNAM”、“PHUNIT”、“ANUNIT”、“DIGUNIT”、“FNOM”、“PERIOD”；
提取信息体的关键数据字段，包括：“STAT”、“PHASOR”、“FREQ”、“DFREQ”、“ANALOG”、“DIGITAL”字段。
5.根据权利要求1所述的一种宽频测量数据轻量化传输方法，其特征在于，所述结构数据序列化消息为Google的Protocol Buffer或VMware的Redis。
6.根据权利要求1所述的一种宽频测量数据轻量化传输方法，其特征在于，所述将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型基于GB/T 26865.2协议。
7.一种宽频测量数据轻量化传输系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取电力系统厂站内部、厂站与主站间的宽频测量数据；
映射模块，用于对所述宽频测量数据的传输帧进行提取关键字段，并定义关键字段对应的结构数据序列化消息，将提取关键字段后的传输帧映射到结构数据序列化消息对象模型，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件；
传输模块，用于根据所述访问函数及数据配置接口文件进行消息传输。
8.根据权利要求7所述的一种宽频测量数据轻量化传输系统，其特征在于，所述映射模块包括：
划分单元，用于按传输帧携带的数据划分为公共信息、应用信息和校验字节；
提取单元，用于提取公共信息的关键字段，定义对应的的结构数据序列化消息类型；提取命令帧的应用信息的关键字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；确定配置帧的信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；提取信息体的关键数据字段，定义对应的结构数据序列化消息类型；为检验码定义对应的结构数据序列化消息类型；
编辑单元，用于根据定义的结构数据序列化消息类型，编辑生成数据通道的接口文件和成命令通道接口文件；
生成单元，用于分别对数据通道的接口文件和成命令通道接口文件进行预编译，生成数据通道和命令通道的访问函数及数据配置接口文件。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6任一项所述宽频测量数据轻量化传输方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述宽频测量数据轻量化传输方法的步骤。
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