JP2003124974A - パケット切換装置、切換ユニット、アービタユニットおよびパケット切換方法 - Google Patents
パケット切換装置、切換ユニット、アービタユニットおよびパケット切換方法Info
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Abstract
に計算された切り換えを可能にする。 【解決手段】 この発明は、複数の入力ポートと複数の
出力ポートと少なくとも1つの切換ユニットとを有し
て、結合マトリックスと、この結合マトリックスを制御
するアービタユニットと、を備えるパケット切換装置に
関する。前記アービタユニットは、そのラインがそれぞ
れ入力ポートに対応すると共にそのカラムがそれぞれ出
力ポートに対応する状態マトリックスを生成するために
設けられており、前記状態マトリックスは、前記パケッ
ト切換装置の入力ポートと出力ポートとの間の相互接続
のための重みをそれぞれが表す複数の要素を備え、さら
に、前記アービタユニットは、前記状態マトリックスの
カラムの幾つかのグループについて並列に動作するアル
ゴリズムに基づいて、幾つかの受け入れられた相互関係
を備える第1の決定マトリックスを形成するために設け
られている。
Description
ニットと複数の切換ユニットとを備えるパケット切換装
置に関する。さらに、このパケット切換装置用の切換ユ
ニット、アービタユニットおよびパケット切換方法に関
する。
ポスト(G. Post)およびG.サンダー(G. Sander)に
より、'99 年ブロードバンド・スイッチング・シンポ
ジウムでの公知文献「100%のスループットを有する
入力待ち行列化されたスイッチ用の優先権を備える重み
付けされたアービットレーション(仲裁)アルゴリズ
ム」は、パケット切換装置の種々の重み付けされた切換
アルゴリズムを比較している。この切換アルゴリズム
は、パケット切換装置の同一の出力ポートを対象とした
幾つかのパケットの衝突を防止すると共に、結果的にデ
ータの損失および遅延を低減させるよう試みている。し
かしながら、切換動作中の出力ポートの状態を考慮に入
れる方法は、この公知文献の中では説明されていない。
とを相互に接続するための相対的な重みに基づいて、仲
裁アルゴリズムに関するものである。従って、マトリッ
クスは、それぞれが切換装置の所定の出力ポートに対す
るデータパケットの所定の入力ポートの切り換えのため
の重み割り当てを示す要素より構成されている。マトリ
ックスの複数のカラム(行)と複数のライン(列)は、
データパケット用の切換装置の入力ポートと出力ポート
とに対応している。可能な限り高い重付けは、マトリッ
クスの各カラム毎に選択され、入力ポートと出力ポート
との間で受け入れられた相互接続として印を付けられ
る。連続する計算において、選択された入力ポートすな
わち入力ポートに対応するマトリックスのラインは、こ
れ以上は用いられなくなる。
ケット切換装置内のデータパケットの迅速に計算された
切り換えを可能にさせることにある。
ポートおよび複数の出力ポートを備えるパケット切換装
置と、結合マトリックスおよびこの結合マトリックスを
制御するアービタユニットとを備える少なくとも1つの
切換ユニットとを用いて達成され、 −前記アービタユニットは、各ライン(列)が入力ポー
トに対応すると共に、各カラム(行)が各出力ポートに
対応するような状態(ステート)マトリックスを生成す
るように構成され、 −前記状態マトリックスは、それぞれが前記パケット切
換装置の入力ポートと出力ポートとの間の相互接続用の
重みを示す複数の素子を備え、前記アービタユニット
は、前記状態マトリックスの行方向の幾つかのグループ
に並列に動作可能であるアルゴリズムに基づいて、幾つ
かの受け入れられる相互関係を構成する第1の決定マト
リックスを形成するように設計されている。
ットまたはラインカードおよび幾つかの切換ユニットま
たは切換カードより構成されている。ラインユニットの
重要な構成要素は、ポート制御である。各ポート制御
は、並列に動作する幾つかの切換ユニットに接続される
と共に、切り換えられるべきパケットを配列し、パケッ
ト切換装置に到達し、それらの優先性とパケット切換装
置における所望の出力ポートとに従って待機ライン
(列)または待ち行列のタスクを有している。
ユニットは、カップリングまたは交差点マトリックスお
よびアービタユニットまたはアービタより構成されてい
る。カップリングマトリックスの構成は、規則的な時間
の間隔でのアルゴリズムを用いてアービタユニットによ
り新たに決定されているので、新たな相互接続がパケッ
トを切り換えるためのパケット切換装置の入力ポートと
出力ポートとの間で確立されている。
入力ポートと出力ポートとの間の各相互接続の重みを示
す幾つかの素子を備えている。重みはポート制御により
生成されているので、このポート制御は、入力ポートに
存在するパケットが転送されるべきか否かおよびどのよ
うに転送されるかをアービタに対して通知することがで
きる。重みは、パケットの優先性およびクラス、または
待機ライン(列)または待ち行列の待ち時間または長さ
などについての表示部を含んでいても良い。
換装置の入力ポートに対応し、各カラムは出力ポートに
対応している。アービタユニットは、各時間毎のカラム
のグループについて同時にアルゴリズムを実行する。カ
ラムのグループは、複数のカラムを含んでいても良い
が、それらは必ずしも状態マトリックス内で互いに次々
と配置されている必要はない。しかしながら、2つまた
はそれ以上の隣接しているカラムがまた1つのグループ
を形成していても良い。アルゴリズムが実行されてしま
った後に、アービタユニットは、第1の暫定的な決定マ
トリックス内で受け入れられた各相互接続をマーク(ma
rk)するようにしている。
る連続的な増分マッチング(SIMP―Successive Inc
remental Matching over Multiple Ports ―)であって
も良く、これは、R.ショーネン(R. Schoenen)、
G.ポスト(G. Post)およびG.サンダー(G. Sande
r)により、'99 年ブロードバンド・スイッチング・
シンポジウムでの公知文献「100%のスループットを
有する入力待ち行列化されたスイッチ用の優先権を備え
る重み付けされたアービットレーション(仲裁)アルゴ
リズム」に説明されている。状態マトリックスに適用さ
れるアルゴリズムの同時の実行は、1つの入力ポートが
データパケット用の2つの出力ポートに同時に結合され
ている相互接続を引き起こすかもしれない。
満たされるべきである。1つの入力ポートは同時に幾つ
かの出力ポートと結合することはできず、および/また
は、1つの出力ポートは同時に幾つかの入力ポートを結
合することはできない。並列で処理されているアルゴリ
ズムの結果は、第1の決定マトリックス内に保持されて
いる。しかしながら、カラムグループにおける並列処理
は、1つの入力ポートに割り当てられている幾つかの出
力ポートへと通じていても良い。このような理由によ
り、最も高い重みを伴う相互接続は、第1の決定マトリ
ックスの各ライン毎に選択されて、第2の決定マトリッ
クス内に記録される。
て、結合マトリックスの構成のための最終の決定マトリ
ックスを決定している。1つの反復プロセスは、並列で
動作するアルゴリズムの実行と、選択された相互接続を
備える決定マトリックスの形成と、より構成されてい
る。ここで、アービタユニットは、相互接続がまだ決定
されていないこれらのカラムからグループを形成すると
共にそれらの入力ポートについて出力ポートに対して一
般に認められていない相互接続が実施されるためのそれ
らのラインとカラムへのアルゴリズムを提供する。最も
好ましい場合、反復ステップは全ての入力ポートおよび
出力ポートの相互接続へと通じている。
ッチングを導くことにより、入力ポートと出力ポートと
の間の好ましい相互接続を実行することは、最終の決定
マトリックスの反復決定により保護することができる。
リックスの1つのグループの各カラム毎に選択され、入
力ポートと出力ポートの間の受け入れられた相互接続と
してマークされる。カラムの各グループにおける選択さ
れた入力ポートすなわちこの入力ポートに対応するライ
ンは、アルゴリズムの更なる実行においては考慮され
ず、結果的にはマークされる。
決定するための重みを生成して、それらを規則的な時間
間隔でアービタユニットへと送っている。状態マトリッ
クスの好適な実施形態は、ポート制御により生成された
最新の重みと、1つの時間間隔よりも早く生成された重
みとの間の差異をそれぞれが意味している複数の要素を
備えている。
ポートとを備えるパケット切換装置のための切換ユニッ
トに関するものである。この切換ユニットは、結合マト
リックスと、この結合マトリックスを制御するためのア
ービタユニットを備えると共に、複数の要素を備える状
態マトリックスが前記アービタユニット内に設けられて
おり、複数の要素のそれぞれはパケット切換装置の入力
ポートと出力ポートととの間の相互接続の重みを表して
おり、そのラインのそれぞれは入力ポートに対応すると
共にそのカラムのそれぞれは出力ポートに対応してい
る。アービタユニットは、状態マトリックスのカラムの
幾つかのグループと並列に動作するアルゴリズムを用い
て、第1の決定マトリックスを形成している。この第1
の決定マトリックスは、パケット切換装置の入力ポート
と出力ポートとの間の幾つかの受け入れられた相互接続
より構成されている。
出力ポートとを備えるパケット切換装置用の切換ユニッ
トの結合マトリックスを制御するためのアービタユニッ
トに関するものである。ここで、複数の要素を備える状
態マトリックスは、その要素のそれぞれがパケット切換
装置の入力ポートと出力ポートとの間の相互接続を表し
ているアービタユニット内に設けられており、そのライ
ンはそれぞれ入力ポートに対応すると共にそのカラムは
それぞれ出力ポートに対応している。このアービタユニ
ットは、状態マトリックスの幾つかのカラムグループと
並列に動作するアルゴリズムを用いて第1の決定マトリ
ックスを形成している。この第1の決定マトリックス
は、パケット切換装置の入力ポートと出力ポートとの間
の幾つかの受け入れられた相互接続により構成されてい
る。
出力ポートと少なくとも1つの切換ユニットまたは切換
カードとを備えるパケット切換装置のための切換方法に
関するものである。この切換ユニットは、結合マトリッ
クスと、この結合マトリックスを制御するためのアービ
タユニットと、を備えている。ここで、状態マトリック
スは、それぞれがパケット切換装置の入力ポートと出力
ポートとの間の相互接続の重みを表す複数の要素を備え
るアービタユニット内に設けられており、そのラインの
それぞれは、入力ポートに対応し、カラムのそれぞれは
出力ポートに対応している。アービタユニットは、状態
マトリックスのカラムの幾つかのグループと並列に動作
するアルゴリズムを用いて、第1の決定マトリックスを
形成しており、この決定マトリックスは幾つかの受け入
れられた相互接続より構成されている。
の実施形態を詳細に説明する。図1に示されたパケット
切換装置は、2つのラインユニット1および2と、複数
の切換ユニット3ないし5と、より構成されている。複
数のラインユニット1および2は、しばしば2個よりも
遙かに大きな例えば64個であろうが、図面の明瞭さを
維持するためにこの実施形態においては2個に限定して
説明する。ラインユニット1および2はそれぞれ、個別
の構成要素により構成されており、これらは実施形態の
説明には不適切であり、したがって図示されていない
が、光送信ユニット、フレーム生成器、ネットワークプ
ロセッサ等や、実施形態の具体例にとっては本質的なも
のであるポート制御6および7である。例えばスイッチ
カード等の切換ユニット3ないし5のそれぞれは、結合
マトリックス8と、アービタユニット9とより構成され
ている。それぞれの並列動作切換ユニット3ないし5に
おけるアービタユニット9および結合マトリックス8の
両者は、ポート制御6および7のそれぞれに接続されて
いる。
知られている。この一定の長さのセルは、パケットのサ
イズを変化させることよりも切り換える方法の方がより
容易に取り扱えるので、入来するパケットは、ラインユ
ニット1および2の中で一定の長さの複数のセルに再分
割され、待ち行列の形式で中間記憶装置の中で保持され
る。成功した切り換え動作、すなわち、それぞれのたび
毎に1つの入力ポートから1つの出力ポートへと受け入
れられた割り当ての後に、複数のセルは待ち行列から取
り出される。
ート内の複数のセルが順送りにされるべきであるか否
か、および如何に緊急に送られるべきであるかを、アー
ビタユニットに対して通知することができる。重付け
は、パケットの優先性およびクラス、または入力ポート
内の待ち行列の待機時間または長さについての表示部を
有していても良い。
て、アービタユニット9に対して結合マトリックス8の
構成を決定するために必要な情報を送っている。
構成を決定してしまってポート制御吐血号マトリックス
の両方へとこの構成を送ってしまった後に、それぞれの
切換ユニットの結合マトリックス8は、その結果として
構成される。ポート制御6および7は、いわゆるセル周
期としての規則的な時間間隔で切り換えるために、結合
マトリックス8へとセルを送ることになる。
ると共に、結合マトリックス8の構成のためにカラムの
グループに適用されるアルゴリズムを示している。この
アルゴリズムは、R.ショーネン(R. Schoenen)、
G.ポスト(G. Post)およびG.サンダー(G. Sande
r)により、'99 年ブロードバンド・スイッチング・
シンポジウムでの公知文献「100%のスループットを
有する入力待ち行列化されたスイッチ用の優先権を備え
る重み付けされたアービットレーション(仲裁)アルゴ
リズム」の文献の中で提案されているものの1つであ
る。図2は、状態マトリックス11と,カラムのグルー
プ12と,決定マトリックス13とより構成されてい
る。
トI0ないしI3と4つの出力ポートO0ないしO3と
を備えるパケット切換装置に対応している。この状態マ
トリックス11は、16個の要素を備えており、これら
は入力ポートI0ないしI3および出力ポートO0ない
しO3の間の全ての相互接続における個別の重みを表し
ている。
よびラインすなわち入力ポートおよび出力ポートは、4
つに制限されているので、説明を簡単にすることができ
る。多数のグループは、状態マトリックス11の全ての
カラムを備える1つのグループへと低減されている。
ステップ: −カラムの最も高い重みが状態マトリックス11の第1
のカラムで決定され; −次のカラムで、既に選択されたラインまたは入力ポー
トが計数されるという但し書きを付けて、カラムの中で
最も高い重みが再び決定され; −次のカラムにおける最も高い重みの決定において、既
に選択されたラインまたは入力ポートの重み付けが考慮
されないで; −それぞれのカラムにおける最も高い重みの決定がこの
ように継続されて、状態マトリックスの最終のカラムを
含むことになる;を備えている。
カラムのグループ12に適用して、第1のカラムまたは
出力ポートO0における最も高い重みである入力ポート
I2の重みを決定している。選択された重みは、入力ポ
ートI2および出力ポートO0の間の受け入れられた相
互接続としてマークされる。次のカラムにおける最も高
い重みを決定する際に、入力ポートI2の重みは考慮さ
れず、入力I3および出力O1の間の相互接続がマーク
される。
よびI1の重みは、最も大きな重みを選択するときに考
慮され、入力ポートI0が受け入れられた相互接続とし
て決定される。この結果は、入力ポートI3のみが出力
ポートO3との間の受け入れられた接続として選択可能
となる。
クス13内にマークされる。図3は、並列に適用される
と共に図2を参照しながら説明したように反復的に切り
換えるアルゴリズムを明瞭化するための役目を果たして
いる。状態マトリックス11,決定マトリックス13,
カラムのグループ12は、第2のグループ14および暫
定的な決定マトリックス15により補われている。
カラムのそれぞれのグループ12と14とに再分割され
ていた。図2のアルゴリズムは、それぞれのグループ1
2および14について並列なアービタユニット9により
実行される。
リックス15内に保持されている。第1のグループ12
のカラムは、入力ポートI2およびI3に接続され、第
2のグループ14のカラムは、入力ポートI0およびI
2に接続されている。2つのグループの並列処理のおか
げにより、入力ポートI2は、出力ポートO0および出
力ポートO3の両方に対して割り当てられた。
定マトリックス15の各ラインにおける一般的に認定さ
れる相互接続のために決定される。暫定的な決定マトリ
ックス15の第1のラインのマークされた相互接続は、
決定マトリックス13における受け入れられた相互接続
として取り入れられる。相互接続は、暫定的な決定マト
リックス15内の入力ポートI1のためには取り入れら
れることはなく、それは、出力ポートと入力ポートI1
との間の相互接続がまた決定マトリックス13内になぜ
存在しないかということである。2つの相互接続は入力
ポートI2のために選択されていたので、これはこの相
互接続が一般的に認められる重みに基づいて決定されて
いる。
リックス13内に受け入れられるので、入力ポートI2
は、出力ポートO3との間で受け入れられた相互接続と
してマークされる。入力ポートI3のためには、暫定的
な決定マトリックス15からのマークされた相互接続
が、受け入れられた相互接続として採用される。
を通して改善されており、この反復においては、アービ
タユニット9が、出力ポートとの間で接続が達成されて
いなかった入力ポートのために、状態マトリックス11
のそれらのラインに対して並列動作アルゴリズムを供給
している。ここでは、未だに相互接続されていなかった
これらの出力ポートのみが、考慮される。
のためには決定されていなかったので、このアルゴリズ
ムは状態マトリックス11へと反復的に供給される。出
力ポートO1ないしO2と同様に既に相互接続されてい
る入力ポートI0,I2およびI3は、最早これ以上は
考慮されない。
並列処理は、グループ12および14の相互接続により
改善されている。
それぞれ2つのカラムグループ12および14に再分割
されていた。図2を参照して説明したアルゴリズムは、
アービタユニット9により、それぞれのグループ12お
よび14へと供給される。このアルゴリズムは、グルー
プ12および14の相互接続により補われている。
ズムは、全てのグループのために、アービタユニットに
より並列に実行され、以下の4つ: −カラムの最も高い重みがそれぞれのグループの第1の
カラムで決定され; −次のカラムにおいて、再び、最も高い重みは、既に選
択されたラインまたは入力ポートの重みは全てのグルー
プで考慮されないという但し書きを伴って、決定され; −既に選択されたラインまたは入力ポートの重みは、次
のカラムにおける最も大きな重みの決定の際に考慮され
ず; −それぞれのカラムにおける最も大きな重みの決定は、
このようにして継続されて、状態マトリックスの最終の
カラムを含んでいる、ステップより構成されている。
リックス15内に保持されている。第1のグループ12
の複数のカラムは、入力ポートI2およびI3に接続さ
れ、第2のグループ14の複数のカラムは、入力ポート
I0およびI1にそれぞれ接続されている。複数のグル
ープの相互接続のおかげで、入力ポートI2は出力ポー
トO0および出力ポートO3に同時に割り当てられるこ
とはない。
トリックス15のそれぞれのラインにおける受け入れら
れた相互接続であるものとして決定される。暫定的な決
定マトリックス15における第1のラインのマークされ
た相互接続は、決定マトリックス13内に受け入れられ
た相互接続であるものとして取り入れられる。出力ポー
トO3は、入力ポートI1のために暫定的な決定マトリ
ックス15内でマークされているので、これにより、決
定マトリックス13はまた、出力ポートO3および入力
ポートI1の間で相互接続を保持することができる。出
力ポートO0との相互接続は、入力ポートI2のために
マークされる。最も高い重みを伴う相互接続は、もしも
幾つかの相互接続が1つの入力ポートのために暫定的な
決定マトリックス15内にマークされたならば、決定マ
トリックス13内に受け入れられる。
決定マトリックス13内で相互接続されていないなら
ば、この決定マトリックス13は、アービタユニット9
が状態マトリックス11のこれらのラインに対して、出
力ポートへの相互接続が達成されていない入力ポートの
ために、並列動作アルゴリズムを供給する繰り返しステ
ップを通して改善することができる。未だに相互接続さ
れていないこれらの出力ポートのみが、ここでは考慮さ
れる。
れば、パケット切換装置内のデータパケットの切り換え
を、迅速に計算された手段により行なうことができる。
示すブロック図である。
適用されるアルゴリズムを示す説明図である。
幾つかのカラムグループと並列に適用されるアルゴリズ
ムを示す説明図である。
相互接続を示す説明図である。
Claims (8)
- 【請求項1】複数の入力ポートと、複数の出力ポート
と、結合マトリックスと、この結合マトリックスを制御
するアービタユニットと、を備える少なくとも1つの切
換ユニットを有するパケット切換装置において、 前記アービタユニットは、そのラインがそれぞれ入力ポ
ートに対応すると共にそのカラムがそれぞれ出力ポート
に対応する状態マトリックスを生成するために設けられ
ており、 前記状態マトリックスは、前記パケット切換装置の入力
ポートと出力ポートとの間の相互接続のための重みをそ
れぞれが表す複数の要素を備え、さらに、 前記アービタユニットは、前記状態マトリックスのカラ
ムの幾つかのグループについて並列に動作するアルゴリ
ズムに基づいて、幾つかの受け入れられた相互関係を備
える第1の決定マトリックスを形成するために設けられ
ている、 ことを特徴とするパケット切換装置。 - 【請求項2】前記アービタユニットは、 −もしも幾つかの相互接続が前記第1の決定マトリック
ス内の1つの入力ポートのために受け入れられたとした
ならば、最も高い重みを伴う前記相互接続を選択し、 −前記選択された相互接続を含む決定マトリックスを形
成する、 ために設けられることを特徴とする請求項1に記載のパ
ケット切換装置。 - 【請求項3】前記アービタユニットは、反復プロセスに
おける前記入力ポートを前記出力ポートに接続するため
に設けられることを特徴とする請求項2に記載のパケッ
ト切換装置。 - 【請求項4】前記アービタユニットは、グループについ
てのアルゴリズムを実行するために設けられ、前記グル
ープのそれぞれのカラムでは、最も高い重みを伴う相互
接続が受け入れられると共に、相互接続された入力ポー
トが全てのグループの次のカラム内で考慮されないこと
を特徴とする請求項2に記載のパケット切換装置。 - 【請求項5】前記状態マトリックスは、前記パケット切
換装置の入力ポートと出力ポートとの間の相互接続の最
新の重みと、前記ポート制御により既に生成された重み
との間の差をそれぞれが表している複数の要素を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のパケット切換装置。 - 【請求項6】幾つかの入力および出力ポートを備えるパ
ケット切換装置用の切換ユニットであって、結合マトリ
ックスと、この結合マトリックスを制御するためのアー
ビタユニットとを備える切換ユニットにおいて、 −前記アービタユニットは、それぞれが入力ポートに対
応している複数のラインと、それぞれが出力ポートに対
応している複数のカラムと、を備える状態マトリックス
を生成するために設けられ、 −前記状態マトリックスは、それぞれの要素が前記パケ
ット切換装置の入力ポートと出力ポートとの間相互接続
のための重みを表す複数の要素を備え、 −前記アービタユニットは、前記状態マトリックスのカ
ラムの幾つかのグループについて並列に動作可能である
アルゴリズムに基づいて、幾つかの受け入れられた相互
関係を含んでいる第1の決定マトリックスを形成するた
めに設けられることを特徴とする切換ユニット。 - 【請求項7】幾つかの入力ポートと出力ポートとを備え
るパケット切換装置の切換ユニット内の結合マトリック
スを制御するためのアービタユニットにおいて、 −前記アービタユニットは、それぞれが入力ポートに対
応している複数のラインと、それぞれが出力ポートに対
応している複数のカラムと、を備える状態マトリックス
を生成するために設けられ、 −前記状態マトリックスは、それぞれの要素が前記パケ
ット切換装置の入力ポートと出力ポートとの間相互接続
のための重みを表す複数の要素を備え、 −前記アービタユニットは、前記状態マトリックスのカ
ラムの幾つかのグループについて並列に動作可能である
アルゴリズムに基づいて、幾つかの受け入れられた相互
関係を含んでいる第1の決定マトリックスを形成するた
めに設けられることを特徴とするアービタユニット。 - 【請求項8】幾つかの入力ポートおよび出力ポートと、
結合ユニットとこの結合ユニットを制御するアービタユ
ニットとを備える少なくとも1つの切換ユニットと、を
備えるパケット切換装置のためのパケット切換方法にお
いて、 状態マトリックスが前記アービタユニット内に生成さ
れ、前記マトリックスのラインのそれぞれは入力ポート
に対応し、前記マトリックスのカラムのそれぞれは出力
ポートに対応し、 前記状態マトリックスは、前記パケット切換装置の入力
ポートと出力ポートとの間の相互接続の重みをそれぞれ
の要素が表す複数の要素を備え、 幾つかの受け入れられた相互接続より構成される、第1
の決定マトリックスが前記状態マトリックスのカラムの
幾つかのグループに並列に供給されるアルゴリズムに基
づいて形成されている、 ことを特徴とするパケット切換方法。
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DE10139233A DE10139233A1 (de) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | Parallel und itrative arbeitende Berechnungsvorschrift zur Vermittlung von Datenpaketen |
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