JP2011107894A - Ｒｆｉｄシステム及びアンチコリジョン処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＲＦＩＤタグが重なった状態でもデータの衝突を完全に防止し、各ＲＦＩＤタグのデータを瞬時に且つ正確に読み取ることができるＲＦＩＤシステムを提供する。
【解決手段】ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤに特定の周波数＋nからなる変調信号を連結してＵＩＤ付変調信号を設定する。該ＵＩＤ付変調信号を記録した複数のＲＦＩＤタグ１を設ける。各ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号を記憶した記憶装置４を設ける。ループアンテナ３内で作動するＲＦＩＤタグ１を確認するためにポーリングしてＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号の中からＵＩＤを読み込む制御装置５を設ける。作動が確認されたＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号の中から変調信号の周波数を確認する変調モジュール６を設定する。確認した周波数の信号を送信する発信機７を設ける。該発信機７で送信された信号に電磁誘導された各ＲＦＩＤタグ１の情報をリーダ・ライタ２で読み取る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤタグ固有の識別情報を非接触で読取るＲＦＩＤシステム及びアンチコリジョン方法に係り、各ＲＦＩＤタグの識別情報を個々に読み取る際に、データの衝突を防止するＲＦＩＤシステム及びアンチコリジョン処理方法に関する。

ＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)とは、カード状またはタグ状の媒体に、電波を用いてデータを記録または読出しを行い、アンテナを介して通信を行う認識方法を総称する。このＲＦＩＤを利用したＲＦＩＤシステムは、固有の識別番号やデータ等を記録したＲＦＩＤタグの情報を、ＲＦＩＤリーダで読取る装置である。

ＲＦＩＤタグは、メモリが搭載された半導体チップとアンテナから構成されている。この半導体チップのメモリに、固有の識別番号やデータなどの情報を記録する。このＲＦＩＤタグには、電池を内蔵するアクティブタグと、ＲＦＩＤリーダからの電磁誘導やマイクロ波を用いてＲＦＩＤタグに電源を供給するパッシブタイプがある。

ＲＦＩＤリーダは、通信処理を行う半導体チップ、アンテナ、コンピュータなどの機器と接続するためのポートなどから構成されている。そして、コンピュータの指令でＲＦＩＤリーダからＲＦＩＤタグにコマンドを送信することで、ＲＦＩＤタグ内のメモリから情報を読み取ったり、ＲＦＩＤタグ内のメモリに情報を書き込んだりする装置である。

また、ＲＦＩＤシステムは、無線周波数帯によってＲＦＩＤタグの電力の供給方法が異なる。ＲＦＩＤで利用される周波数帯として、１２５ｋ〜１３５ｋＨｚ帯、１３．５６ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯、８６０Ｍ〜９６０ＭＨｚ帯(ＵＨＦ帯)などがある。この中でも特に１３．５６ＭＨｚ帯は、電磁誘導を利用するパッシブタイプのＲＦＩＤタグが使用可能であり、多数のＲＦＩＤタグを利用する管理システムなど現在最も多く利用されている。

パッシブタイプのＲＦＩＤタグにおいて、ＲＦＩＤタグから情報を読み取る際に、複数のＲＦＩＤタグが同時に応答を行うと、所謂データの衝突が発生し、個別情報が正しくＲＦＩＤリーダに認識されないことがある。これを回避するための仕組みがアンチコリジョン（衝突防止）と称されている。たとえば、１３．５６ＭＨｚ帯のＲＦＩＤシステムなどで一般的に利用されているＡＬＯＨＡ方式のアンチコリジョンの処理方法は次のとおりである。

まず、ＲＦＩＤリーダは、ＲＦＩＤタグのメモリ内の特定のビット(1〜4bit程度)をタイムスロットとして指定する。するとＲＦＩＤタグは、タイムスロットのデータに応じて、応答のタイミングをずらす。たとえば2bitのタイムスロットを利用する場合、「00, 01, 10, 11」の四種類のデータ毎に、異なるタイミングでリーダに応答する。タイミングごとに同時に応答したＲＦＩＤタグが一つのみの場合、そのＲＦＩＤタグのデータは正常に受信することができる。ＲＦＩＤリーダは、そのＲＦＩＤタグに対して，一定時間応答しないスリープ状態にするコマンド(Sleep/Mute)を送信する。一方、タイミングごとに、同時に複数のタグが応答した場合、衝突（コリジョン）が検知される。この場合、メモリ内の別の2ビットをタイムスロットとして、「00, 01, 10, 11」の四種類のデータ毎に、異なるタイミングでリーダに応答する処理を繰り返す。衝突を起こさずに全てのＲＦＩＤタグが読み取り完了となった後、最後にＲＦＩＤリーダはＲＦＩＤタグをスリープ状態から復帰させるコマンド（Wake Up)を送信し、一連の処理を終了する。

このように、従来のアンチコリジョン処理方法では，同時に読み取れるタグが一つになるまで、何度もタイムスロットを変更して再検索を繰り返すので、複数のＲＦＩＤタグを読み取る場合、全てのタグを読み取るまでに時間がかかるといった不都合や、一度に読み込むＲＦＩＤタグの数が増えると、読取にかかる時間は更に増加するといった不都合が生じている。

そこで、このようなアンチコリジョンの処理効率を向上させるための処理方法や装置について種々提案されている（特許文献１乃至３）。

特許文献１におけるアンチコリジョン処理方法は、各無線タグ装置が保持するＵＩＤ情報の一部の領域をＳｕｂ‐ＩＤ領域として割り当てておくもので、読取り装置（ＲＦＩＤリーダ）は、無線タグ装置（ＲＦＩＤタグ）に読取り要求情報をブロードキャスト送信しこれを受信した各無線タグ装置は自らのＳｕｂ‐ＩＤ情報を返信する。読取り装置は、各無線タグ装置から送信されたＳｕｂ‐ＩＤ情報を用いてアンチコリジョンを行い、取得するＵＩＤ情報に係るＳｕｂ‐ＩＤ情報を“×××”と特定する。そして、読取り装置は、Ｓｕｂ‐ＩＤ情報が“×××”である残ＵＩＤ情報（ＵＩＤ情報のうち当該Ｓｕｂ‐ＩＤ情報以外の部分）を無線タグ装置から取得し、ＵＩＤ情報を再構築する、というものである。

また、特許文献２では、ＲＦＩＤタグにアンチコリジョン対応機能を搭載すると共に、共振容量のオンオフを切り替えるためのスイッチング回路を設けたものである。これにより、一定程度のＲＦＩＤタグ側の電源電圧／動作電圧が得られたならば、個々のＲＦＩＤタグの識別は、アンチコリジョン対応機能で行うことができるため、共振周波数の変化は比較的ラフに設定しても安定な動作が確保できるというものである。

更に、特許文献３は、割当スロット数の決定に要する演算負荷を軽減することができる無線通信装置を提供しようとするものである。すなわち、従来のアンチコリジョンにおいて、各ＲＦＩＤタグにタイムスロットを割り当てる都度、所定の確率計算を行って新たな割当スロット数を決定していたので、複雑な確率計算を何度も高速で繰り返すことに対応できる高い演算処理能力が要求されていた。そこで、特許文献３では、割当可能なスロット数の種類毎に、当該スロット数とこのスロット数の次に大きいスロット数とで、１つのスロットに前記識別情報を含ませて伝送する未読応答装置が１つである確率が等しくなるときの未読応答装置数を記憶する対応データ記憶部と、前記信号を送信する前の時点の前記未読応答装置の実数と前記対応データ記憶部に記憶されている未読応答装置数とを比較し、前記実数より大きい最小の未読応答装置数を選択して当該未読応答装置数に対応したスロット数を読み出す検索手段と、この検索手段により前記記憶部から読み出した数のスロットを割り当てる信号を前記アンテナから送信させる制御手段と、を具えることで、割当スロット数の決定に要する演算負荷を軽減することができる無線通信装置を提供しようとしたものである。

特開２００６−１４８５２２号公報 特許第３６１４１５７号公報 特許第４２５６８８９号公報

ところが、これら特許文献１乃至３に記載されているアンチコリジョン処理方法や装置は、いずれも複数のＲＦＩＤタグのデータが衝突しなくなるまでアンチコリジョン処理を実行している。すなわち、データ衝突とは、ＲＦＩＤリーダから特定周波数の無線信号を発信すると各ＲＦＩＤタグは共振するので、個々に干渉して団体結合現象（例えば二つのＲＦＩＤタグが重なり合った状態で１個のＲＦＩＤタグとして識別してしまう現象）が生じ、正確なデータとして判定できなくなる状態である。特許文献１乃至３に記載されている処理方法や装置は、いずれもデータが衝突して判定できなくなったＲＦＩＤタグがなくなるまで繰り返しアンチコリジョン処理を行う方法である。

この結果、従来のアンチコリジョン処理方法では、全てのＲＦＩＤタグから情報を読み込むまでにアンチコリジョン処理を繰り返す時間がかかるため、例えば、複数のＲＦＩＤタグが物理的に重なった状態になると、全てのＲＦＩＤタグの情報を瞬時に読み取ることはできなかった。しかも、アンチコリジョン処理を繰り返して全てのＲＦＩＤタグの情報を読み取ることができたとしてもエラー情報が含まれてしまうなど、現実的な運用に多くの課題が残されていた。例えば、複数のＲＦＩＤタグが重なった状態になっていると、ＲＦＩＤタグの情報が結合して一方の情報が消去されるといった、所謂、固体結合と称する現象が生じ、正確な情報を読み取ることは極めて困難であった。そのため、複数のＲＦＩＤタグが重なった状態でもデータが衝突せずＲＦＩＤタグの情報を瞬時に且つ正確に読み取ることができるＲＦＩＤシステムやアンチコリジョン処理方法の提供が望まれている。

そこで本発明は、上述の課題を解消し、複数のＲＦＩＤタグが重なった状態でもデータの衝突を完全に防止すると共に、各ＲＦＩＤタグのデータを瞬時に且つ正確に読み取ることができるＲＦＩＤシステム及びアンチコリジョン処理方法の提供を目的とするものである。

上述の目的を達成すべく本発明における第１の手段は、ループアンテナ３内に配置されたＲＦＩＤタグ１の情報をリーダ・ライタ２が発信する無線信号にて非接触で認識するＲＦＩＤシステムにおいて、ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤに特定の周波数＋ｎからなる変調信号を連結してＵＩＤ付変調信号を形成し、該ＵＩＤ付変調信号を記録した複数のＲＦＩＤタグ１と、各ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号を記憶した記憶装置４と、ループアンテナ３内で作動するＲＦＩＤタグ１を確認するためにポーリングしてＲＦＩＤタグ１のＵＩＤを読み込む制御装置５と、作動が確認されたＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号の中から変調信号の周波数を選択する変調モジュール６と、該変調モジュール６にて選択した周波数の信号を送信する発信機７と、を備え、該発信機７で送信された信号に電磁誘導された各ＲＦＩＤタグ１の情報をリーダ・ライタ２で読み取るＲＦＩＤシステムにある。

第２の手段は、前記リーダ・ライタが発信する無線信号を１３．５６ＭＨｚ帯域とし、前記ＲＦＩＤタグに記録する変調信号は各ＲＦＩＤタグのＵＩＤの末尾に１３．５６＋ｎ（ｎ＝０．００１〜０．００７ＭＨｚ）からなる変調信号を連結して設定されたものである。

第３の手段は、ループアンテナ３内に配置されたＲＦＩＤタグ１の情報をリーダ・ライタ２が発信する無線信号にて非接触で認識するＲＦＩＤシステムのアンチコリジョン処理方法において、ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤに特定の周波数＋ｎからなる変調信号を連結してＵＩＤ付変調信号を設定し該ＵＩＤ付変調信号をＲＦＩＤタグ１に記録する手段と、該ＵＩＤ付変調信号を記録した複数のＲＦＩＤタグ１の中からループアンテナ３内で作動するＲＦＩＤタグ１を確認するためにポーリングして各ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号からＵＩＤを読み込む手段と、作動が確認されたＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号から変調信号の周波数を選択して選択された周波数の信号を送信する手段と、を備え、該ＵＩＤ付変調信号で各ＲＦＩＤタグ１の情報をリーダ・ライタ２で読み取るアンチコリジョン処理方法にある。

第４の手段において、前記リーダ・ライタ２が発信する無線信号を１３．５６ＭＨｚ帯域とし、前記変調信号は各ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤの末尾に１３．５６＋ｎ(ｎ＝０．００１〜０．００７ＭＨｚ)からなる変調信号を連結して設定したことを課題解消のための手段とする。

本発明のＲＦＩＤシステム及びアンチコリジョン処理方法により、各ＲＦＩＤタグ１の情報は、個々の変調信号によって読み取ることができる。この結果、従来のデータ衝突は皆無となり、各ＲＦＩＤタグのデータを正確に読み取ることができるものである。

しかも、従来のＲＦＩＤシステムやアンチコリジョン処理方法のように、データが衝突してから判定できなくなったＲＦＩＤタグがなくなるまでアンチコリジョン処理を繰り返す手法と異なり、はじめからデータ衝突が生じないので、各ＲＦＩＤタグのデータを瞬時に且つ正確に読み取ることができる。したがって、例えばスーパーマーケット等において商品に装着されたＲＦＩＤタグの情報をレジで読み取る際に、多数の商品を買い物かごの中に入れた状態で一括して読み取ることが可能になるなどといった極めて実効性の高い使用が可能になった。

更に、リーダ・ライタ２が発信する無線信号を１３．５６ＭＨｚ帯域とし、前記変調信号はＲＦＩＤタグ１のＵＩＤの末尾に１３．５６＋ｎ（ｎ＝０．００１〜０．００７）からなる変調信号を連結して設定したことで、最も一般的に使用されている各システムに利用することが可能になり、極めて汎用性に富むといった利点もある。

本発明のシステムの一実施例を示す該略図である。 本発明のアンチコリジョン処理方法を示すフロー図である。 本発明のＵＩＤ付変調信号の設定状態を示す概念図である。 本発明の変調信号の設定状況を示す概念図である。

本発明によると、複数のＲＦＩＤタグが重なった状態でもデータの衝突を完全に防止すると共に、各ＲＦＩＤタグのデータを瞬時に且つ正確に読み取ることができるなどといった当初の目的を達成した。

本発明は、発信機７で送信された信号に電磁誘導された各ＲＦＩＤタグ１の情報をリーダ・ライタ２で読み取るＲＦＩＤシステムであり、ＲＦＩＤタグ１、リーダ・ライタ２、ループアンテナ３、記憶装置４、制御装置５を主要構成とする（図１参照）。

ＲＦＩＤタグ１は、リーダ・ライタ２からの電磁誘導を用いてＲＦＩＤタグ１に電源を供給するパッシブタイプを使用する。また、ＲＦＩＤタグ１には電磁誘導のためのアンテナコイルが備えられると共に、数１０バイト〜数１０Ｋバイトのメモリが搭載されて何度でも書き込みができるリード・ライトタグを使用する。本発明システムで利用する無線周波数帯は、現在最も幅広く利用されて１３．５６ＭＨｚ帯を利用する。

リーダ・ライタ２は、ＲＦＩＤタグ１内のメモリからＩＤなどを、読み取り又は書き込みを行うための装置である。このリーダ・ライタ２は、通信処理を行う半導体チップと、電波を通して通信するためのアンテナ２Ａと、ＰＣなどの上位のシステムと接続するためのポート（シリアル，ＵＳＢ，無線ＬＡＮなど）とから構成される。このリーダ・ライタ２から、アンテナ３Ａを介してＲＦＩＤタグ１に無線でコマンドを送信すると、ＲＦＩＤタグ１内のメモリに対してデータ（ＵＩＤなど）を読み取り又は書き込みすることができる。

ループアンテナ３は、リーダ・ライタ２の無線信号によりに電磁誘導が発生する無線フィールドとなり、このループアンテナ３内にＲＦＩＤタグ１が入ってくると、ＲＦＩＤタグ１に電力が自動的に供給されるものである。

記憶装置４は各ＲＦＩＤタグ１に記録したＵＩＤ付変調信号を記憶する（図３参照）。このＵＩＤ付変調信号とは、タグ１のＵＩＤに特定の周波数＋ｎからなる変調信号を連結して設定したものである。記憶装置４は、これらのＵＩＤ付変調信号や、ＲＦＩＤタグ１内のメモリに記録しているデータなどを記憶している。

ＵＩＤ付変調信号は、本発明システムが利用する１３．５６ＭＨｚ帯域を更に細分化した変調信号とＲＦＩＤタグ１に予め設定されているＵＩＤとを組み合わせたものである。この変調信号は、１３．５６＋ｎ（ｎ＝０．００１〜０．００７ＭＨｚ）で細分化する。すなわち、ベースバンド信号を１３．５６ＭＨｚとすると、０．００１ＭＨｚ単位の搬送波を設定してベースバンド信号と組み合わせることで、変調信号（１３．５６１ＭＨｚ、１３．５６２ＭＨｚ、１３．５６３ＭＨｚ、１３．５６４ＭＨｚ、１３．５６５ＭＨｚ、１３．５６７ＭＨｚ）となる（図４参照）。そして、ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤの末尾にこれらの細分化された変調信号を連結して設定している（図３参照）。このとき、ｎ＝０．００１〜０．００７ＭＨｚと設定したのは、実験により、安定した動作が確認できた範囲に基づくものである。

制御装置５は、リーダ・ライタ２が受け取ったＲＦＩＤタグ１のＵＩＤデータを、記憶装置４と照合し、特定の操作を実行する。こうした手順を繰り返すことで、リーダ・ライタ２とＲＦＩＤタグ１との間でデータ通信が行われる。更に、本発明では、ループアンテナ３内で作動するＲＦＩＤタグ１を確認するためにポーリングしてＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号の中からＵＩＤを読み込むといった、重要な機能を有している。

すなわち、このポーリングにより、ループアンテナ３内で電力が自動的に供給されたＲＦＩＤタグ１を確認する。そして、制御装置５が作動状態のＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号からＵＩＤを読み取り、このＵＩＤに接続された変調信号を確認する。

変調モジュール６は、作動が確認されたＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号の中から変調信号の周波数を確認すると共に、１３．５６ＭＨｚの信号を細分化した信号に変調し、後述する発信機７から変調信号を発信させる機能を有する。

本発明システムで、リーダ・ライタ２がＲＦＩＤタグ１のＵＩＤを読み取るには、まず制御装置５からループアンテナ３内のＲＦＩＤタグ１にポーリングを行い、作動するＲＦＩＤタグ１のＵＩＤを確認する。変調モジュール６は、確認されたＲＦＩＤタグ１に記録してあるＵＩＤ付変調信号から変調信号を選択し、発信機７を解して各ＲＦＩＤタグ１の変調信号を発信する。この変調信号にのせてＲＦＩＤタグ１にコマンドが送信されると、タグがコマンドを解釈し、自分の持っているＵＩＤデータを無線信号でリーダ・ライタ２に送信する。リーダ・ライタ２はＵＩＤデータを受け取り、制御装置５に送信する。制御装置５では、そのＵＩＤデータを記憶装置４と照合し、特定の操作を実行する。こうした手順を繰り返すことで、リーダ・ライタ２とＲＦＩＤタグ１との間でデータ通信が行われるものである。

本発明システムでは、次のようなアンチコリジョン処理方法が採用されている（図２参照）。

ステップ１は、制御装置５とリーダ・ライタ２とによって、ＵＩＤ付変調信号をＲＦＩＤタグ１に記録する手段である。この手段では、ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤに特定の周波数＋ｎからなる変調信号を連結してＵＩＤ付変調信号を設定し、該ＵＩＤ付変調信号をＲＦＩＤタグ１に記録すると共に、記憶装置４にもＵＩＤ付変調信号を記憶する。

ステップ２は、ＲＦＩＤタグ１のポーリング手段である。このポーリングは、該ＵＩＤ付変調信号を記録した複数のＲＦＩＤタグ１の中からループアンテナ３内で作動するＲＦＩＤタグ１を確認するために行われる。このポーリングによって作動が確認された各ＲＦＩＤタグ１のＵＩＤを読み込む。

ステップ３は、発信機７から作動が確認されたＲＦＩＤタグ１のＵＩＤ付変調信号から変調信号の周波数を選択し、該周波数の信号を送信し、ＲＦＩＤタグ１の情報をリーダ・ライタ２で読み取る手段である。

これらのステップを介し、ＵＩＤ付変調信号で各ＲＦＩＤタグ１の情報をリーダ・ライタ２で読み取ると、複数のＲＦＩＤタグが重なった状態で配置されていてもデータが衝突せず、ＲＦＩＤタグの情報を瞬時に且つ正確に読み取ることができる。

本発明のシステムは、他の無線周波数帯域での使用も可能であり、また、ＲＦＩＤタグ１として、電池を内蔵しているアクティブタグの利用も可能である。更に、本発明の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で自由な設計変更が可能である。

１ ＲＦＩＤタグ
２ リーダ・ライタ
２Ａ アンテナ
３ ループアンテナ
４ 記憶装置
５ 制御装置
６ 変調モジュール
７ 発信機

Claims (4)

1. ループアンテナ内に配置されたＲＦＩＤタグの情報をリーダ・ライタが発信する無線信号にて非接触で認識するＲＦＩＤシステムにおいて、ＲＦＩＤタグのＵＩＤに特定の周波数＋ｎからなる変調信号を連結してＵＩＤ付変調信号を形成し、該ＵＩＤ付変調信号を記録した複数のＲＦＩＤタグと、各ＲＦＩＤタグのＵＩＤ付変調信号を記憶した記憶装置と、ループアンテナ内で作動するＲＦＩＤタグを確認するためにポーリングしてＲＦＩＤタグのＵＩＤを読み込む制御装置と、作動が確認されたＲＦＩＤタグのＵＩＤ付変調信号の中から変調信号の周波数を確認する変調モジュールと、該変調モジュールにて確認した周波数の信号を送信する発信機と、を備え、該発信機で送信された信号に電磁誘導された各ＲＦＩＤタグの情報をリーダ・ライタで読み取ることを特徴とするＲＦＩＤシステム。
2. 前記リーダ・ライタが発信する無線信号を１３．５６ＭＨｚ帯域とし、前記ＲＦＩＤタグに記録する変調信号は各ＲＦＩＤタグのＵＩＤの末尾に１３．５６＋ｎ（ｎ＝０．００１〜０．００７ＭＨｚ）からなる変調信号を連結して設定された請求項１記載のＲＦＩＤシステム。
3. ループアンテナ内に配置されたＲＦＩＤタグの情報をリーダ・ライタが発信する無線信号にて非接触で認識するＲＦＩＤシステムのアンチコリジョン処理方法において、ＲＦＩＤタグのＵＩＤに特定の周波数＋ｎからなる変調信号を連結してＵＩＤ付変調信号を設定し該ＵＩＤ付変調信号をＲＦＩＤタグに記録する手段と、該ＵＩＤ付変調信号を記録した複数のＲＦＩＤタグの中からループアンテナ内で作動するＲＦＩＤタグを確認するためにポーリングして各ＲＦＩＤタグのＵＩＤ付変調信号からＵＩＤを読み込む手段と、作動が確認されたＲＦＩＤタグのＵＩＤ付変調信号から変調信号の周波数を確認し該周波数の信号を送信する手段と、を備え、該ＵＩＤ付変調信号で各ＲＦＩＤタグの情報をリーダ・ライタで読み取ることを特徴とするＲＦＩＤシステムのアンチコリジョン処理方法。
4. 前記リーダ・ライタが発信する無線信号を１３．５６ＭＨｚ帯域とし、前記変調信号は各ＲＦＩＤタグのＵＩＤの末尾に１３．５６＋ｎ（ｎ＝０．００１〜０．００７ＭＨｚ）からなる変調信号を連結して設定された請求項３記載のアンチコリジョン処理方法。

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