CN114679397B - 一种嵌入式设备的故障分析系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种嵌入式设备的故障分析系统和方法，包括：嵌入式设备和嵌入式故障分析系统，每台嵌入式设备中运行一个或多个业务模块，以及包括一个嵌入式日志采集模块，所述嵌入式日志采集模块将接收到的所述运行日志和所述业务模块异常日志上传到嵌入式故障分析系统。本发明在不影响工业互联网系统和嵌入式设备安全的情况，通过单向通信方式向故障分析系统发送运行日志，当业务模块工作异常时，将故障告警消息实时推送告警消息到运维和开发人员客户端。从而可以帮助运维人员在足不出户的情况下远程分析嵌入式设备的问题以及产生的原因，保证工业互联网中嵌入式设备的数据采集工作的正常进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种故障分析系统和方法，尤其涉及一种嵌入式设备的故障分析系统和方法，属于工业互联网嵌入式设备技术领域。
背景技术
日志输出是软件开发过程中和维护时主要的分析手段，在电脑或互联网后台软件，开发和运维人员往往通过查看日志来分析软件可能出现的异常，从而确定问题的产生原因和解决方法，在远程的设备或系统出现故障后，常常通过远程登录到系统后台或设备的控制台查看日志来进行故障分析。对电脑上的软件，用户在软件出现问题后，一般会直接重新启动软件或者电脑，不需要进行分析和恢复。对互联网后台软件，开发人员往往通过Kubernetes等运维平台，远程登录到系统，查看控制台输出和日志文件，分析问题产生的原因并寻找解决办法。
对于互联网后台软件，由于运行的实例少，如果采用微服务方式进行开发，并用Docker和Kubernetes进行发布和运维管理，运维人员要远程登录和查看都非常方便，每次只检查单独的服务使得问题分析解决不是太困难。但对工业互联网的嵌入式设备来说，设备数量往往非常多，并且处于安全角度考虑，为防止攻击，很多企业都要求工业互联网的网络为单向通信，即除了HTTP和HTTPS的端口访问业务的Web页面或APP外，只允许嵌入式设备或工业互联网平台以其他端口向外传输数据，而不能从外部登录进行访问，这就使得对嵌入式设备来说，远程登录查看日志的方法行不通，另外，很多嵌入式设备采用的是简单的嵌入式操作系统，不能提供控制台、文件存储和登录访问功能，因此无法采用一般互联网的远程登录方式进行问题分析。
数据采集和数据传输是工业互联网的最重要的功能之一，如果负责数据采集的传感器模块或者网关模块出现故障，将会导致工业互联网的数据中断，无法正常使用。工业互联网的数据采集传感器、网关等多为嵌入式设备，由软件和硬件组成的，这些嵌入式设备在离云平台很远的地方工作，受到环境影响，如温度异常、网络异常等情况，或是嵌入式设备中的软件出现异常后，无法通过远程定位分析产生问题的原因，需要运维人员到现场进行检查分析或是更换设备，成本非常高。而有些设备处于环境恶劣、无法到达的地方，所以运营维护便尤为困难，且成本高昂。如何通过工业互联网远程对嵌入式设备进行故障分析和恢复，便相当重要。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种适用于工业互联网嵌入式设备的故障分析的系统和方法，通过单向对外发送设备运行日志的方式，利用软件对日志进行自动分析和处理，并呈现设备的异常状态和相关运行日志，从而帮助开发和运维人员通过远程方式对设备的问题以及产生的原因进行进一步的分析。
本发明实现上述目的的技术解决方案是，
一种嵌入式设备的故障分析系统，包括：
嵌入式设备，用于运行一个或多个业务模块，每台嵌入式设备上还包括一个嵌入式日志采集模块，所述业务模块需向嵌入式日志采集模块进行注册，并通过API接口向所述嵌入式日志采集模块发送运行日志，当所述业务模块异常时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志，所述嵌入式日志采集模块将接收到的所述运行日志和所述业务模块异常日志上传到嵌入式故障分析系统；
所述嵌入式故障分析系统，其中包括嵌入式日志及故障分析模块，用于接收所述运行日志和所述业务模块异常日志，进行编排处理，提取出信息单元，分析所述嵌入式设备是否发生故障，将经过编排和分析后的数据存入数据库，当发现所述嵌入式设备存在故障后，生成故障告警消息，将所述故障告警消息推送至嵌入式日志及故障查看模块进行展示。
优选地，所述嵌入式设备，包括：
一个或多个所述业务模块，用于执行工业互联网数据采集和处理相关的业务功能，所述业务模块通过API接口向所述嵌入式日志采集模块发送所述运行日志，当所述业务模块异常时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志；
所述嵌入式日志采集模块，用于收集所述嵌入式设备上的所有日志，包括所述运行日志和业务模块异常日志，再上传至所述嵌入式日志及故障分析系统。
优选地，所述嵌入式故障分析系统，包括：
所述嵌入式日志及故障分析模块，用于接收来自所述嵌入式设备的所有日志，包括所述运行日志和所述业务模块异常日志，进行编排分解处理，提取设备标识、软件模块、软件功能、日志类型、日志等级、时间信息，根据所述日志等级分析所述嵌入式设备是否发生故障，将经过编排和分析后的数据存入数据库，当所述嵌入式设备存在故障，生成所述故障告警消息，并推送至嵌入式日志及故障查看模块；
所述嵌入式日志及故障查看模块，用于接收所述故障告警消息，实时展示给开发和运维人员，进行查看和分析，同时，将所述运行日志和所述业务模块异常日志按照设备类型、故障类型、严重程度、业务模块、日期进行归类和排序，并用图形化的形式进行展示。
优选地，所述嵌入式设备向所述嵌入式故障分析系统进行数据传输的方式为HTTPPOST，且所述数据传输为所述嵌入式设备向所述嵌入式故障分析系统的单向请求接口。
一种嵌入式设备的故障分析方法，包括：
S1.业务模块连接与注册步骤，每个嵌入式设备上运行有一个或多个业务模块，所述业务模块与嵌入式日志采集模块连接，并且需向所述嵌入式日志模块进行注册；
S2.嵌入式日志采集和上传步骤，所述业务模块通过API接口向所述嵌入式日志采集模块发送运行日志，当所述业务模块异常时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志，所述嵌入式日志采集模块收集所述嵌入式设备上的所有日志，并上传至嵌入式日志及故障分析模块；
S3.嵌入式日志及故障分析步骤，所述嵌入式日志及故障分析模块接收来自所述嵌入式设备的所有日志，包括所述运行日志和所述业务模块异常日志，进行编排分解处理，提取设备标识、软件模块、软件功能、日志类型、日志等级、时间信息，根据所述日志等级分析所述嵌入式设备是否发生故障，将经过编排和分析后的数据存入数据库，当所述嵌入式设备存在故障，生成所述故障告警消息，推送至嵌入式日志及故障查看模块；
S4.嵌入式日志及故障查看步骤，所述嵌入式日志及故障查看模块接收所述故障告警消息，将所述运行日志和所述业务模块异常日志按照设备类型、故障类型、严重程度、业务模块、日期进行归类和排序，并用图形化的形式实时展示给开发和运维人员，开发和运维人员通过所述嵌入式日志及故障查看模块访问所述嵌入式故障分析系统，进行查看和分析；
优选地，所述S2具体包括如下步骤：
S21.当所述嵌入式日志采集模块与所述业务模块连接后，所述嵌入式日志采集模块启动一个活动监视定时器，在每收到一条所述运行日志或心跳信息后重启所述活动监视定时器；
S22.当所述业务模块向所述嵌入式日志采集模块注册后，所述业务模块启动一个活动心跳定时器，在每发送一条所述运行日志后重启所述活动心跳定时器；
S23.所述业务模块通过日志输出接口向所述嵌入式日志采集模块发送运行日志；
S24.所述嵌入式日志采集模块根据是否收到所述运行日志和所述心跳信息判断所述业务模块是否运行正常，当所述业务模块长时间没有所述运行日志发送时，所述业务模块在所述活动心跳定时器的驱使下，向所述嵌入式日志采集模块发送所述心跳信息，表明所述业务模块的正常运行；
S25.当所述嵌入式日志采集模块长时间没有收到所述运行日志和所述心跳信息时，表明所述业务模块运行异常，此时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志，上传到嵌入式日志及故障分析模块。
优选地，在所述的嵌入式日志及故障查看步骤中，如果所述故障告警消息为严重的故障消息，则所述嵌入式日志及故障查看模块以醒目方式展示所述故障告警消息。
优选地，所述嵌入式日志采集模块通过单向接口向所述嵌入式日志及故障分析模块上传所述运行日志和所述业务模块异常日志。
本发明具有以下方面的优点：
本发明可以在不影响互联网系统和嵌入式设备安全的情况，通过单向通信方式向故障分析系统发送运行日志，并对日志信息进行编排、存储和图形化展示，当有严重的问题或业务模块工作异常时，将故障告警消息实时推送告警消息到运维和开发人员客户端。从而可以帮助开发和运维人员在足不出户的情况下远程分析嵌入式设备的问题以及产生的原因，便于运维和开发人员快速定位和分析嵌入式设备的问题，及时做出反应，保证工业互联网中嵌入式设备的数据采集工作的正常进行。
附图说明
图1是本发明的系统的示意图。
图2是本发明的方法的流程示意图。
具体实施方式
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
本发明揭示了一种嵌入式设备的故障分析系统，总体来说，包括嵌入式设备和嵌入式故障分析系统。
其中，嵌入式设备包括一个或多个业务模块，所述业务模块用于执行工业互联网数据采集和处理相关的业务功能。另外，每台嵌入式设备上还包括一个嵌入式日志采集模块。
所述业务模块通过API接口向所述嵌入式日志采集模块发送所述运行日志。另外，当所述业务模块长时间无所述运行日志发送时，将产生心跳信息，并发送至所述嵌入式日志采集模块。所述嵌入式日志采集模块根据是否收到所述运行日志和所述心跳信息判断所述业务模块是否正常运行。当所述业务模块异常时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志。
所述嵌入式日志采集模块，收集所述嵌入式设备上的所有日志，包括所述运行日志和业务模块异常日志，然后上传至所述嵌入式故障分析系统。
所述嵌入式故障分析系统，具体包括嵌入式日志及故障分析模块和嵌入式日志及故障查看模块。
其中，所述嵌入式日志及故障分析模块，用于接收来自所述嵌入式设备的所有日志，包括所述运行日志和所述业务模块异常日志，进行编排分解处理，提取设备标识、软件模块、软件功能、日志类型、日志等级、时间信息，并根据所述日志等级分析所述嵌入式设备是否发生故障，将经过编排和分析后的数据存入数据库。当所述嵌入式设备存在故障，生成故障告警消息，并推送至嵌入式日志及故障查看模块。
所述嵌入式日志及故障查看模块，用于接收所述故障告警消息，实时展示给开发和运维人员，进行查看和分析，同时，将所述运行日志和所述业务模块异常日志按照设备类型、故障类型、严重程度、业务模块、日期进行归类和排序，并用图形化的形式进行展示。对于其中严重的问题，例如所述业务模块无所述心跳信息，严重异常等将以醒目的方式展示。
所述嵌入式设备向所述嵌入式故障分析系统进行数据传输的方式包括HTTPPOST，且所述数据传输为所述嵌入式设备向所述嵌入式故障分析系统的单向请求接口。
另一方面，本发明还揭示了一种嵌入式设备的故障分析方法，具体包括如下步骤：
S1.业务模块的连接与注册步骤，每个嵌入式设备上运行有一个或多个业务模块，所述业务模块用于执行工业互联网数据采集和处理相关的业务功能，所述业务模块与嵌入式日志采集模块连接，并且所有的业务模块都需向所述嵌入式日志模块进行注册。
S2.嵌入式日志采集和上传步骤，所述业务模块通过API接口向所述嵌入式日志采集模块发送运行日志，当所述业务模块异常时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志，所述嵌入式日志采集模块收集所述嵌入式设备上的所有日志，并上传至嵌入式日志及故障分析模块。
进一步地，所述嵌入式日志采集和上传步骤S2中还包括了以下具体步骤：
S21.当所述嵌入式日志采集模块与所述业务模块连接后，所述嵌入式日志采集模块启动一个活动监视定时器，在每收到一条所述运行日志或心跳信息后重启所述活动监视定时器；
S22.当所述业务模块向所述嵌入式日志采集模块注册后，所述业务模块启动一个活动心跳定时器，在每发送一条所述运行日志后重启所述活动心跳定时器；
S23. 所述业务模块通过日志输出接口向所述嵌入式日志采集模块发送运行日志；
S24. 所述嵌入式日志采集模块根据是否收到所述运行日志和所述心跳信息判断所述业务模块是否运行正常，当所述业务模块长时间没有所述运行日志发送时，所述业务模块在所述活动心跳定时器的驱使下，向所述嵌入式日志采集模块发送所述心跳信息，表明所述业务模块的正常运行；
S25. 当所述嵌入式日志采集模块长时间没有收到所述运行日志和所述心跳信息时，表明所述业务模块运行异常，此时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志，上传到嵌入式日志及故障分析模块。
接下来，进入嵌入式日志及故障分析步骤：
S3.嵌入式日志及故障分析步骤，所述嵌入式日志及故障分析模块接收来自所述嵌入式设备的所有日志，包括所述运行日志和所述业务模块异常日志。然后进行编排分解处理，从中提取设备标识、软件模块、软件功能、日志类型、日志等级、时间等信息，根据所述日志等级分析所述嵌入式设备是否发生故障，将经过编排和分析后的数据存入数据库。
当所述嵌入式设备存在故障，生成所述故障告警消息，推送至嵌入式日志及故障查看模块。
S4.嵌入式日志及故障查看步骤，所述嵌入式日志及故障查看模块接收所述故障告警消息，将所述运行日志和所述业务模块异常日志按照设备类型、故障类型、严重程度、业务模块、日期进行归类和排序，并用图形化的形式实时展示给开发和运维人员。开发和运维人员可通过所述嵌入式日志及故障查看模块登陆访问所述嵌入式故障分析系统，进一步对故障信息进行查看和分析；
如果所述故障告警消息为严重的故障消息，例如所述业务模块无所述心跳信息，所述嵌入式设备严重异常等，此时为了引起开发和运维人员的注意，所述嵌入式日志及故障查看模块将以醒目的方式展示所述故障告警消息。
需要注意的是，所述嵌入式日志采集模块通过单向接口向所述嵌入式日志及故障分析模块上传所述运行日志和所述业务模块异常日志。在具体实施例中，嵌入式设备上运行的所述日志采集模块，通过HTTP POST 方式上传所有日志到所述嵌入式故障分析系统。
下面结合一则具体实施例来进一步说明本发明的技术方案，现有一个工业互联网无线采集终端，通过Zigbee接口采集无线振动传感器的振动数据，终端上运行有zigbee_collect模块和其他业务模块，以及负责日志采集的log_collect模块，工作主要步骤如下：
1.在互联网环境运行嵌入式日志及故障分析模块log_service和嵌入式日志及故障查看模块log_web；
2.在工业互联网无线采集终端上运行嵌入式日志采集模块log_collect，log_collect通过互联网连接到log_web；
3.在log_collect连接到嵌入式日志及故障分析模块后，可以单向地向log_service发送日志，不接受反向的消息；
4.在工业互联网无线采集终端上运行无线振动数据采集业务模块zigbee_collect，zigbee_collect启动后向log_collect进行注册；
5.Zigbee_collect在处理无线振动传感器的连接、电池电量低等异常、或者发现有无线数据丢包等事件时，向log_collect发送日志消息；
6.Log_collect在收到日志消息后，直接转发到log_service；
7.Log_service将收到的日志按设备标识、业务模块表示、日志类型、日志等级、日志时间等对日志进行拆解和编排；
8.Log_service将日志进行分析，判断嵌入式设备是否有故障，如果有故障，且日志等级为高，log_service生成一条故障告警消息，推送到log_web模块；
9.Log_service将编排和分析后的数据存储到数据库；
10.运维和开发人员通过log_web访问嵌入式日志及故障分析系统；
11.如果有严重的故障消息，log_web以醒目的方式展示嵌入式设备的故障告警消息；
12.如果没有严重的故障消息，运维和开发人员可以按照自己的需要，以图形化的形式查看嵌入式设备的日志和故障告警消息；
13.Log_collect在zigbee_collect连接后启动一个活动监视定时器，并在每收到一条日志消息或心跳信息后重启该定时器；
14.zigbee_collect在连接到log_collect后启动一个活动心跳定时器，并在每发送一条日志消息后重启该定时器；
15.zigbee_collect定时器触发后，向log_collect发送一条心跳信息，标明自己运行正常，同时重启定时器；
16.log_collect在活动监视定时器触发后，即可认为zigbee_collect模块运行不正常，自动生成一条zigbee_collect运行异常的日志消息，并发送到log_service；
17.嵌入式设备日志及故障分析系统重复第7步～第12步的步骤处理运行异常日志。
综上所述，本发明提出了一种应用于工业互联网的嵌入式设备的故障分析系统和方法，本发明的技术方案具备实质性特点和显著的进步，本发明可以在不影响工业互联网系统和嵌入式设备安全的情况，通过单向通信方式向故障分析系统发送运行日志，并对日志信息进行编排、存储和图形化展示，当有严重的问题或业务模块工作异常时，将故障告警消息实时推送告警消息到运维和开发人员客户端。从而可以帮助开发和运维人员在足不出户的情况下远程分析嵌入式设备的问题以及产生的原因，便于运维和开发人员快速定位和分析嵌入式设备的问题，及时做出反应，保证工业互联网中嵌入式设备的数据采集工作的正常进行。
本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于同领域内其他与嵌入式设备的故障分析方法相关的技术方案中，具有十分广阔的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种嵌入式设备的故障分析方法，其特征在于，包括：
S1.业务模块连接与注册步骤，每个嵌入式设备上运行有一个或多个业务模块，所述业务模块与嵌入式日志采集模块连接，并且需向所述嵌入式日志模块进行注册；
S2.嵌入式日志采集和上传步骤，所述业务模块通过API接口向所述嵌入式日志采集模块发送运行日志，当所述业务模块异常时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志，所述嵌入式日志采集模块收集所述嵌入式设备上的所有日志，并上传至嵌入式日志及故障分析模块；
S3.嵌入式日志及故障分析步骤，所述嵌入式日志及故障分析模块接收来自所述嵌入式设备的所有日志，包括所述运行日志和所述业务模块异常日志，进行编排分解处理，提取设备标识、软件模块、软件功能、日志类型、日志等级、时间信息，根据所述日志等级分析所述嵌入式设备是否发生故障，将经过编排和分析后的数据存入数据库，当所述嵌入式设备存在故障，生成所述故障告警消息，推送至嵌入式日志及故障查看模块；
S4.嵌入式日志及故障查看步骤，所述嵌入式日志及故障查看模块接收所述故障告警消息，将所述运行日志和所述业务模块异常日志按照设备类型、故障类型、严重程度、业务模块、日期进行归类和排序，并用图形化的形式实时展示给开发和运维人员，开发和运维人员通过所述嵌入式日志及故障查看模块访问所述嵌入式故障分析系统，进行查看和分析；
所述S2具体包括如下步骤：
S21.当所述嵌入式日志采集模块与所述业务模块连接后，所述嵌入式日志采集模块启动一个活动监视定时器，在每收到一条所述运行日志或心跳信息后重启所述活动监视定时器；
S22.当所述业务模块向所述嵌入式日志采集模块注册后，所述业务模块启动一个活动心跳定时器，在每发送一条所述运行日志后重启所述活动心跳定时器；
S23.所述业务模块通过日志输出接口向所述嵌入式日志采集模块发送运行日志；
S24.所述嵌入式日志采集模块根据是否收到所述运行日志和所述心跳信息判断所述业务模块是否运行正常，当所述业务模块长时间没有所述运行日志发送时，所述业务模块在所述活动心跳定时器的驱使下，向所述嵌入式日志采集模块发送所述心跳信息，表明所述业务模块的正常运行；
S25.当所述嵌入式日志采集模块长时间没有收到所述运行日志和所述心跳信息时，表明所述业务模块运行异常，此时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志，上传到嵌入式日志及故障分析模块。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式设备的故障分析方法，其特征在于，在所述的嵌入式日志及故障查看步骤中，如果所述故障告警消息为严重的故障消息，则所述嵌入式日志及故障查看模块以醒目方式展示所述故障告警消息。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式设备的故障分析方法，其特征在于，所述嵌入式日志采集模块通过单向接口向所述嵌入式日志及故障分析模块上传所述运行日志和所述业务模块异常日志。
4.一种嵌入式设备的故障分析系统，其特征在于，包括：
嵌入式设备，用于运行一个或多个业务模块，每台嵌入式设备上还包括一个嵌入式日志采集模块，所述业务模块需向嵌入式日志采集模块进行注册，并通过API接口向所述嵌入式日志采集模块发送运行日志，当所述业务模块异常时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志，所述嵌入式日志采集模块将接收到的所述运行日志和所述业务模块异常日志上传到嵌入式故障分析系统；
所述嵌入式故障分析系统，其中包括嵌入式日志及故障分析模块，用于接收所述运行日志和所述业务模块异常日志，进行编排处理，提取出信息单元，分析所述嵌入式设备是否发生故障，将经过编排和分析后的数据存入数据库，当发现所述嵌入式设备存在故障后，生成故障告警消息，将所述故障告警消息推送至嵌入式日志及故障查看模块进行展示；
所述嵌入式设备，包括：
一个或多个所述业务模块，用于执行工业互联网数据采集和处理相关的业务功能，所述业务模块通过API接口向所述嵌入式日志采集模块发送所述运行日志，当所述业务模块异常时，所述嵌入式日志采集模块自动生成业务模块异常日志；
所述嵌入式日志采集模块，用于收集所述嵌入式设备上的所有日志，包括所述运行日志和业务模块异常日志，再上传至所述嵌入式日志及故障分析系统。
5.根据权利要求4所述的一种嵌入式设备的故障分析系统，其特征在于，所述嵌入式故障分析系统，包括：
所述嵌入式日志及故障分析模块，用于接收来自所述嵌入式设备的所有日志，包括所述运行日志和所述业务模块异常日志，进行编排分解处理，提取设备标识、软件模块、软件功能、日志类型、日志等级、时间信息，根据所述日志等级分析所述嵌入式设备是否发生故障，将经过编排和分析后的数据存入数据库，当所述嵌入式设备存在故障，生成所述故障告警消息，并推送至嵌入式日志及故障查看模块；
所述嵌入式日志及故障查看模块，用于接收所述故障告警消息，实时展示给开发和运维人员，进行查看和分析，同时，将所述运行日志和所述业务模块异常日志按照设备类型、故障类型、严重程度、业务模块、日期进行归类和排序，并用图形化的形式进行展示。
6.根据权利要求4所述的一种嵌入式设备的故障分析系统，其特征在于，所述嵌入式设备向所述嵌入式故障分析系统进行数据传输的方式为HTTP POST，且所述数据传输为所述嵌入式设备向所述嵌入式故障分析系统的单向请求接口。
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- 2022-05-06 CN CN202210484740.1A patent/CN114679397B/zh active Active
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| CN114679397A (zh) | 2022-06-28 |
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