CN115700516A - 基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统及选频方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统及选频方法，涉及短波通信选频的技术领域，以短波监测知识节点作为短波通信领域的知识获取来源，从若干个短波监测知识节点开始进行扩展和深入，涉及短波通信的各领域，范围广、跨度大，实时监测融合多种知识图谱数据，可极大程度在短波通信探测选频融入更多专业领域的分析，以提高后续用于选频时的可靠性，为提高数据获取效率，短波监测知识节点之间可通过节点枢纽完成交汇，经过传输总线传输至数据处理融合层进行融合处理，形成短波选频的知识体系，在用户输入短波通信用频需求条件时，通过最新的短波通信选频知识图谱进行知识推理，输出短波通信频率。

Description

基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统及选频方法

技术领域

本发明涉及短波通信选频的技术领域，更具体地，涉及一种基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统及选频方法。

背景技术

短波通信系统作为最重要的国防通信保障手段之一，在军事和国民经济中发挥着举足轻重的作用。短波信号传输以天波传播为主，自发射天线发出的电磁波，在高空被电离层反射回来到达接收点，即靠电离层反射来实现，无需第三方通信交换设备，在通信安全及成本方面有明显的优势，但短波依靠电离层作为反射媒介通信，而电离层是太阳的辐射形成的，因此，其各层的电子密度、高度等参数就与季节、时间以及太阳黑子活动等因素密切相关。

与此同时，近年来，随着各类通信手段种类不断扩展，用频设备日益增多，电磁环境越趋复杂，传统短波通信系统受扰现象日益增多，在实际任务运行过程中，已造成设备通信选频质量下降等影响系统正常运行的风险。

从通信环境至大气电离层的环境监测涉及的数据种类繁多、数据量大、跨领域广，确保短波通信系统在复杂电磁环境下稳定运行，同时对短波通信选频环境进行监控，是一件极其重要的工作。短波电离层反射信道是一种时变的色散衰落信道，其通信频率的选择在很大程度上决定着短波通信尤其是短波数据通信的质量，现有对短波通信工作频率的选择主要依据各级通信管理部门的经验，从而制定各短波通信的工作频率。但是，通过通信管理部门经验制定的短波通信工作频率需要依靠大量从事相关工作的人员累积经验，不能应用于根据实际短波通信环境监测数据进行更科学的选频，这种方法具有很大的盲目性，在一定程度上影响了通信质量，甚至会导致通信中断，同时，没有全面的知识体系支撑难以开展后续更精准、快速的短波通信频率。此外，还有一种在短波选频探测设备支撑下，短波扫描频段从低端线性扫频到高端的方式，如图1所示，由探测发射站与探测接收站，每隔一段扫频时间进行一次频谱分析，每次进行频谱分析的时间正好与频率相对应，通过分析该扫频时间上的电波传播的时延分布情况，间接得到大气层至电离层环境对当前频率的通信影响，进而确定短波通信环境中较优的通信频率。现有技术中公开了一种基于Chirp选频探测的短波链路建立方法，该方法基于两个电台，分别为一个Chirp探测发射机和一个Chirp探测接收机，探测发射机的选频模块、依次在所有频点上向探测接收机的选频模块发送探测信号，通过对探测数据进行处理并进行各种频率预报，为通信链路实时提供最佳工作频率，由于采用了专用频段的探测选频扫描设备间接获取最佳通信频率，在一定程度解决了频率选择问题，但由于天波传播条件(电离层状况)与太阳活动、大气层状况、用频环境等直接相关，这种间接获取方法无法解决短波传播过程环境对频率的通信干扰问题。

发明内容

为解决现有的短波探测选频系统不能有效对短波探测过程中涉及的环境因素进行相关系统知识性的数据分析的问题，本发明提出一种基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统及选频方法，知识能力丰富、对地面及电离层关键环境数据自动监测及融合处理，保障短波通信系统的正常、有效工作。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，所述系统包括：短波通信知识节点层、传输总线及数据处理融合层，所述短波通信知识节点层内设有若干个短波监测知识节点及与任意一个短波监测知识节点直连的节点枢纽，每个短波监测知识节点分别获取各个短波通信领域的实体源知识数据；所述若干个短波监测知识节点内包括直接相连的短波监测知识节点和非直接相连的短波监测知识节点，非直接相连的短波监测知识节点通过节点枢纽进行数据透传，节点枢纽得到跨短波通信领域的实体源知识数据；

节点枢纽通过传输总线将跨短波通信领域的实体源知识数据汇集至数据处理融合层，数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行知识抽取和知识融合，形成短波通信选频知识图谱。

本技术方案是基于知识图谱实现的，以短波监测知识节点作为短波通信领域的知识获取来源，短波监测知识节点是短波通信选频中的知识抽取与数据融合的基础，从若干个短波监测知识节点开始进行扩展和深入，涉及短波通信的各领域，范围广、跨度大，实时监测融合多种知识图谱数据，可极大程度在短波通信探测选频融入更多专业领域的分析，以提高后续用于选频时的可靠性，为提高数据获取效率，短波监测知识节点之间可通过节点枢纽完成交汇，最后经过传输总线传输至数据处理融合层进行融合处理，形成短波选频的知识体系。

优选地，短波通信知识节层内的短波监测知识节点通过有线口LAN、无线口WilessLAN、连接的外部传感器、USB口及蜂窝网络获取各个短波通信领域实体源知识数据，提升了知识数据的获取效率。

优选地，所述的各个短波通信领域的实体源知识数据包括：大气分布状况、电离层状况、高空磁场场强、电磁态势、地域信息、短波探测、电波传播模型、无线电干扰；同时，短波监测知识节点获取的各个短波通信领域的实体源知识数据也能通过有线口LAN、无线口WilessLAN、连接的外部传感器、USB口及蜂窝网络传输至外部。

在此，考虑短波通信靠电离层反射来实现，电离层是由于太阳的辐射形成，其各层的电子密度、高度等参数与季节、时间以及太阳黑子活动等因素密切相关，同时，大气层状况、传播周围设备用频情况也影响着短波选频的质量，大气、电离、地表电磁环境，涉及气象、通信、数据分析等多学科交叉知识，因此，涉及范围广、要素众多、关系复杂，短波监测知识节点获取这些知识要素后，开始扩展和深入，以形成后续的短波通信选频的知识体系。

优选地，每一个短波监测知识节点内均设有数据存储单元，各个短波通信领域的实体源知识数据按照每个短波监测知识节点预设的格式被分别接收后，传输至数据存储单元存储，形成本短波监测知识节点的实体源知识数据库，可便于定期清理，也可为数据处理融合层提供相关的知识库数据。

优选地，直接相连的短波监测知识节点间进行实体源知识数据库的数据共享，非直接相连的短波监测知识节点间通过节点枢纽进行实体源知识数据库的数据透传。

优选地，数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行的知识抽取包括命名实体识别、术语抽取、关系抽取，其中，利用机器学习实现命名实体识别，基于模板的方式、基于机器学习的方式实现术语抽取与关系抽取。

优选地，所述数据处理融合层内设有数据融合处理模块，数据融合处理模块对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行的知识融合包括实体关联、模式匹配、关系关联及实体匹配，将融合的数据通过“实体-关系-实体”连接，形成短波通信选频知识图谱。

优选地，数据处理融合层的数据融合处理模块对接收的短波监测知识节点实时采集的短波通信选频知识数据进行知识抽取、知识融合、知识推理挖掘，通过传输总线与短波监测知识节点之间实时迭代交互，动态更新短波通信选频知识图谱。

在此，短波监测知识节点开启获取数据后，随着获取的外部数据的输入，数据处理融合层接收到来自各个不同领域的知识信息，为将短波监测知识节点的知识库数据进行提取形成，以形成快速准确研判短波通信可用频率的经验数据处理融合层的数据融合处理模块对接收的短波监测知识节点实时采集的短波通信选频知识数据进行知识抽取、知识融合、知识推理挖掘，避开传统依靠人经验的选频盲目性，通过传输总线与短波监测知识节点之间实时迭代交互，动态更新短波通信选频知识图谱，以服务用户提供更多符合条件的短波通信频率。

优选地，在用户输入短波通信用频需求条件时，通过最新的短波通信选频知识图谱进行知识推理，输出短波通信频率。

本申请还提出一种基于知识图谱的短波通信选频方法，所述方法包括以下步骤：

S1.基于短波通信知识节点层内的各个短波监测知识节点实时采集各个短波通信领域的实体源知识数据；

S2.各个短波监测知识节点间通过直接连接或非直接连接，借助节点枢纽，实现各个短波通信领域的实体源知识数据向跨短波通信领域的实体源知识数据汇合；

S3.节点枢纽将跨短波通信领域的实体源知识数据通过传输总线传输至数据处理融合层；

S4.数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行知识抽取和知识融合，形成初始的短波通信选频知识图谱；

S5.各个短波监测知识节点实时采集的各个短波通信领域的实体源知识数据，数据处理融合层通过传输总线与短波监测知识节点之间实时迭代交互，动态更新短波通信选频知识图谱；

S6.将用户的短波通信用频需求条件输入实时最新的短波通信选频知识图谱，输出短波通信频率。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提出一种基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统及选频方法，以短波监测知识节点作为短波通信领域的知识获取来源，短波监测知识节点是短波通信选频中的知识抽取与数据融合的基础，从若干个短波监测知识节点开始进行扩展和深入，涉及短波通信的各领域，范围广、跨度大，实时监测融合多种知识图谱数据，可极大程度在短波通信探测选频融入更多专业领域的分析，以提高后续用于选频时的可靠性，为提高数据获取效率，短波监测知识节点之间可通过节点枢纽完成交汇，最后经过传输总线传输至数据处理融合层进行融合处理，形成短波选频的知识体系，在用户输入短波通信用频需求条件时，通过最新的短波通信选频知识图谱进行知识推理，输出短波通信频率。

附图说明

图1表示本发明背景技术中提出的短波扫描频段从低端线性扫频到高端的示意图；

图2表示本发明实施例1中提出的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统的结构组成示意图；

图3表示本发明实施例1中提出的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统结构设计图；

图4表示本发明实施例2中提出的短波通信选频数据融合形成知识图谱的原理示意图；

图5表示本发明实施例3中提出的基于知识图谱的短波通信选频方法的流程示意图；

图6表示本发明实施例3中提出的短波通信选频的实施过程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。

附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例

如图2所示，本实施例提出了一种基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，参见图2，该系统包括：短波通信知识节点层、传输总线及数据处理融合层，短波通信知识节点层内设有若干个短波监测知识节点及与任意一个短波监测知识节点直连的节点枢纽，每个短波监测知识节点分别获取各个短波通信领域的实体源知识数据；在本实施例中，短波监测知识节点共八个，八个短波监测知识节点内包括直接相连的短波监测知识节点和非直接相连的短波监测知识节点，如图2所示，短波监测知识节点1与短波监测知识节点2直接相连，短波监测知识节点2与短波监测知识节点3直接相连，短波监测知识节点2、短波监测知识节点1均与短波监测知识节点8直接相连，短波监测知识节点2、短波监测知识节点3均与短波监测知识节点4直接相连，短波监测知识节点5与短波监测知识节点6直接相连，短波监测知识节点6与短波监测知识节点7直接相连，短波监测知识节点4、短波监测知识节点5均与短波监测知识节点6直接相连，短波监测知识节点7、短波监测知识节点8均与短波监测知识节点6直接相连，图2中八个短波监测知识节点本身除与以上直接相连的短波监测知识节点外，其余的均属于非直接相连，但非直接相连的短波监测知识节点通过节点枢纽进行数据透传，节点枢纽得到跨短波通信领域的实体源知识数据；

节点枢纽通过传输总线将跨短波通信领域的实体源知识数据汇集至数据处理融合层，数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行知识抽取和知识融合，形成短波通信选频知识图谱，对于以上系统结构，设计为结构盒的示意可参见图3，图3中，“1”表示短波通信知识节点层，“2”表示传输总线，“3”表示数据处理融合层，“11”表示“短波监测知识节点”，“12”表示“节点枢纽”，“31”表示数据融合处理模块，数据融合处理模块用于对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行的知识抽取和知识融合。

整体上，本方案针对现有的短波探测选频系统不能有效的对短波探测过程中涉及的环境因素进行相关系统知识性的数据分析，在探测过程中涉及的传播条件包括电离层状况、大气状况，用频信息等，其中专业领域涉及范围广、跨度大的问题，本方案基于知识图谱实现，以短波监测知识节点作为短波通信领域的知识获取来源，短波监测知识节点是短波通信选频中的知识抽取与数据融合的基础，从若干个短波监测知识节点开始进行扩展和深入，涉及短波通信的各领域，范围广、跨度大，实时监测融合多种知识图谱数据，将每个知识领域数据定义为一个实体类，每个实体类也对应一个短波监测知识节点，可极大程度在短波通信探测选频融入更多专业领域的分析，以提高后续用于选频时的可靠性，为提高数据获取效率，短波监测知识节点之间可通过节点枢纽完成交汇，最后经过传输总线传输至数据处理融合层进行融合处理，形成短波选频的知识体系，针对在短波工作频率范围内(1.5MHz～30MHz)，不仅充分利用现有短波通信环境信道检测数据，还降低以往短波通信选频工作人员依靠经验选频的盲目性；由多节点数据采集组成知识图谱系统，具备对多个方向的短波环境数据同步实时监测、储存能力。

在本实施例中，短波通信知识节层内的短波监测知识节点通过有线口LAN、无线口WilessLAN、连接的外部传感器、USB口及蜂窝网络获取各个短波通信领域实体源知识数据，提升了知识数据的获取效率。

所述的各个短波通信领域的实体源知识数据包括：大气分布状况、电离层状况、高空磁场场强、电磁态势、地域信息、短波探测、电波传播模型、无线电干扰；同时，短波监测知识节点获取的各个短波通信领域的实体源知识数据也能通过有线口LAN、无线口WilessLAN、连接的外部传感器、USB口及蜂窝网络传输至外部。

在此，考虑短波通信靠电离层反射来实现，电离层是由于太阳的辐射形成，其各层的电子密度、高度等参数与季节、时间以及太阳黑子活动等因素密切相关，同时，大气层状况、传播周围设备用频情况也影响着短波选频的质量，大气、电离、地表电磁环境，涉及气象、通信、数据分析等多学科交叉知识，因此，涉及范围广、要素众多、关系复杂，短波监测知识节点获取这些知识要素后，开始扩展和深入，以形成后续的短波通信选频的知识体系。

针对短波通信选频的各个短波通信领域的实体源知识数据举以下例子作为引导：

短波监测知识节点1(大气分布状况)：大气密度、大气温度、大气成分；

短波监测知识节点2(高空磁场场强)：磁偏角、磁倾角、水平强度；

短波监测知识节点3(电离层状况)：区域范围、电子密度峰值高度、电子密度峰度、中性分子密度、大气成分、电离原因、电离特点；

短波监测知识节点4(电磁态势)：经度、纬度、场强、高程；

短波监测知识节点5(地域信息)：经度、纬度、海拔、地域范围；

短波监测知识节点6(短波探测)：发射站位置、接收机位置、探测范围、探测功率；

短波监测知识节点7(电波传播模型)：多普勒功率谱、Watterson信道模型、ITU-R短波信道模型；

短波监测知识节点8(无线电干扰)：干扰余量、同频干扰、邻频干扰、互调干扰、干扰模型；

每一个短波监测知识节点内均设有数据存储单元，各个短波通信领域的实体源知识数据按照每个短波监测知识节点预设的格式被分别接收后，传输至数据存储单元存储，形成本短波监测知识节点的实体源知识数据库，可便于定期清理，也可为数据处理融合层提供相关的知识库数据。这样，直接相连的短波监测知识节点间进行实体源知识数据库的数据共享，非直接相连的短波监测知识节点间通过节点枢纽进行实体源知识数据库的数据透传。

实施例2

短波监测知识节点开启获取数据后，随着外部传感数据的输入，数据处理与融合层收到来自各个不同领域的知识信息。为将不同节点的知识库数据进行提取形成，以形成快速准确研判短波通信可用频率的经验，需要融合和分析各类数据，短波通信选频数据融合形成知识图谱的原理示意图如图4所示，数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行的知识抽取包括命名实体识别、术语抽取、关系抽取，其中，利用机器学习实现命名实体识别，基于模板的方式、基于机器学习的方式实现术语抽取与关系抽取，所述数据处理融合层内设有数据融合处理模块，数据融合处理模块对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行的知识融合包括实体关联、模式匹配、关系关联及实体匹配，将融合的数据通过“实体-关系-实体”连接，形成短波通信选频知识图谱。数据处理融合层的数据融合处理模块对接收的短波监测知识节点实时采集的短波通信选频知识数据进行知识抽取、知识融合、知识推理挖掘，通过传输总线与短波监测知识节点之间实时迭代交互，动态更新短波通信选频知识图谱。

参见图4，数据处理融合层的数据融合处理模块对接收的短波监测知识节点实时采集的短波通信选频知识数据进行知识抽取、知识融合、知识推理挖掘，避开传统依靠人经验的选频盲目性，通过传输总线与短波监测知识节点之间实时迭代交互，动态更新短波通信选频知识图谱，以服务用户提供更多符合条件的短波通信频率。在用户输入短波通信用频需求条件时，通过最新的短波通信选频知识图谱进行知识推理，输出短波通信频率。

实施例3

参见图5，本申请还提出一种基于知识图谱的短波通信选频方法，所述方法包括以下步骤：

S1.基于短波通信知识节点层内的各个短波监测知识节点实时采集各个短波通信领域的实体源知识数据；

S2.各个短波监测知识节点间通过直接连接或非直接连接，借助节点枢纽，实现各个短波通信领域的实体源知识数据向跨短波通信领域的实体源知识数据汇合；

S3.节点枢纽将跨短波通信领域的实体源知识数据通过传输总线传输至数据处理融合层；

S4.数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行知识抽取和知识融合，形成初始的短波通信选频知识图谱；

S5.各个短波监测知识节点实时采集的各个短波通信领域的实体源知识数据，数据处理融合层通过传输总线与短波监测知识节点之间实时迭代交互，动态更新短波通信选频知识图谱；

S6.将用户的短波通信用频需求条件输入实时最新的短波通信选频知识图谱，输出短波通信频率。

在用户输入短波通信用频需求条件时，通过以上过程进行推理挖掘更多隐含信息，避开传统依靠人经验的选频盲目性，经过不断数据采集、推理、挖掘、迭代更新，形成更加完善知识图谱，以服务用户提供更多符合条件的短波通信频率，整体的实施流程可参见图6。

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，所述系统包括：短波通信知识节点层、传输总线及数据处理融合层，所述短波通信知识节点层内设有若干个短波监测知识节点及与任意一个短波监测知识节点直连的节点枢纽，每个短波监测知识节点分别获取各个短波通信领域的实体源知识数据；所述若干个短波监测知识节点内包括直接相连的短波监测知识节点和非直接相连的短波监测知识节点，非直接相连的短波监测知识节点通过节点枢纽进行数据透传，节点枢纽得到跨短波通信领域的实体源知识数据；

节点枢纽通过传输总线将跨短波通信领域的实体源知识数据汇集至数据处理融合层，数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行知识抽取和知识融合，形成短波通信选频知识图谱。

2.根据权利要求1所述的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，短波通信知识节层内的短波监测知识节点通过有线口LAN、无线口WilessLAN、连接的外部传感器、USB口及蜂窝网络获取各个短波通信领域实体源知识数据。

3.根据权利要求2所述的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，所述的各个短波通信领域的实体源知识数据包括：大气分布状况、电离层状况、高空磁场场强、电磁态势、地域信息、短波探测、电波传播模型、无线电干扰；同时，短波监测知识节点获取的各个短波通信领域的实体源知识数据也能通过有线口LAN、无线口WilessLAN、连接的外部传感器、USB口及蜂窝网络传输至外部。

4.根据权利要求1所述的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，每一个短波监测知识节点内均设有数据存储单元，各个短波通信领域的实体源知识数据按照每个短波监测知识节点预设的格式被分别接收后，传输至数据存储单元存储，形成本短波监测知识节点的实体源知识数据库。

5.根据权利要求4所述的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，直接相连的短波监测知识节点间进行实体源知识数据库的数据共享，非直接相连的短波监测知识节点间通过节点枢纽进行实体源知识数据库的数据透传。

6.根据权利要求1所述的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行的知识抽取包括命名实体识别、术语抽取、关系抽取，其中，利用机器学习实现命名实体识别，基于模板的方式、基于机器学习的方式实现术语抽取与关系抽取。

7.根据权利要求6所述的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，所述数据处理融合层内设有数据融合处理模块，数据融合处理模块对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行的知识融合包括实体关联、模式匹配、关系关联及实体匹配，将融合的数据通过“实体-关系-实体”连接，形成短波通信选频知识图谱。

8.根据权利要求7所述的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，数据处理融合层的数据融合处理模块对接收的短波监测知识节点实时采集的短波通信选频知识数据进行知识抽取、知识融合、知识推理挖掘，通过传输总线与短波监测知识节点之间实时迭代交互，动态更新短波通信选频知识图谱。

9.根据权利要求8所述的基于知识图谱的短波通信选频数据融合系统，其特征在于，在用户输入短波通信用频需求条件时，通过最新的短波通信选频知识图谱进行知识推理，输出短波通信频率。

10.一种基于知识图谱的短波通信选频方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1.基于短波通信知识节点层内的各个短波监测知识节点实时采集各个短波通信领域的实体源知识数据；

S2.各个短波监测知识节点间通过直接连接或非直接连接，借助节点枢纽，实现各个短波通信领域的实体源知识数据向跨短波通信领域的实体源知识数据汇合；

S3.节点枢纽将跨短波通信领域的实体源知识数据通过传输总线传输至数据处理融合层；

S4.数据处理融合层对接收的跨短波通信领域的实体源知识数据进行知识抽取和知识融合，形成初始的短波通信选频知识图谱；

S5.各个短波监测知识节点实时采集的各个短波通信领域的实体源知识数据，数据处理融合层通过传输总线与短波监测知识节点之间实时迭代交互，动态更新短波通信选频知识图谱；

S6.将用户的短波通信用频需求条件输入实时最新的短波通信选频知识图谱，输出短波通信频率。

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