JP2014207575A - 通信システム、親機 - Google Patents

Abstract

【課題】端末に関して設置計画の柔軟性および保守の容易性を満たし、しかも通信の信頼性を得やすくした通信システムを提供する。【解決手段】通信システムは、基地局３０と第１の端末２０Ａと第２の端末２０Ｂと親機１０とを備える。第１の端末２０Ａは、電波を伝送媒体とする無線通信路を通して基地局３０と通信する。第２の端末２０Ｂは、有線通信路を通して親機１０と通信する。親機１０は、無線通信路を通して基地局３０と通信し、電力線を通信路に用いて第２の端末２０Ｂと通信する。親機１０は、基地局３０との間で無線通信路を通して通信する第１の通信インターフェイス部１１と、第２の端末２０Ｂとの間で電力線を通信路に用いて通信する第２の通信インターフェイス部１２と、第１の通信インターフェイス部１１と第２の通信インターフェイス部１２との間でデータを受け渡す処理部１３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、端末が基地局を通して上位装置と通信する通信システム、およびこの通信システムに用いる親機に関する。

従来から、上位装置が複数台の端末と通信する通信システムが提案されており、たとえば、データを収集するサーバ（上位装置）と、データが収集される複数台の子機（端末）との間で通信を行う通信システムが知られている。この種の通信システムは、たとえば、需要家が使用した電力量をデータとして収集する遠隔検針システムに用いられている（特許文献１参照）。この種の通信システムでは、子機が他の装置と通信する通信路として、有線通信路を用いる構成と無線通信路を用いる構成とがある。

無線通信路を用いる通信システムは、子機の設置計画の柔軟性、通信不良時におけるメンテナンスの容易性という利点がある。一方、有線通信路として電力線を用いる電力線通信を採用した通信システムは、無線通信路を用いる通信システムに比べて通信信頼性が高いという利点を有している。ただし、有線通信路は、子機の台数が増加すると、通信経路の設計に手間がかかる上に、有線通信路を確保するための施設費用が比較的高くなるという問題を有している。

特開２０１０−１８７３２８号公報

上述したように、子機の設置計画の柔軟性、保守の容易性などの観点では、子機の通信路として、無線通信路を用いることが望ましい。しかし、子機の設置場所や設置環境によっては、子機がサーバとの間で通信不能な程度に通信品質が低下する可能性がある。このような場合、子機が設置されている現場に出向いて、データを直接取得しなければならない。

本発明は、端末に関して設置計画の柔軟性および保守の容易性を満たし、しかも通信の信頼性を得やすくした通信システムを提供することを目的とし、さらに通信システムに用いる親機を提供することを目的とする。

本発明に係る通信システムは、電波を伝送媒体とする無線通信路を通して基地局と通信する第１の端末と、前記基地局と通信する親機と、有線通信路を通して前記親機と通信する第２の端末とを備え、前記親機は、前記基地局または前記第１の端末との間で前記無線通信路を通して通信する第１の通信インターフェイス部と、前記第２の端末との間で前記有線通信路を通して通信する第２の通信インターフェイス部と、前記第１の通信インターフェイス部と前記第２の通信インターフェイス部との間でデータを受け渡す処理部とを備えることを特徴とする。

この通信システムにおいて、前記第２の通信インターフェイス部は、前記第２の端末との間で電力線を前記有線通信路として用いる電力線通信を行うことが好ましい。

この通信システムにおいて、前記第１の端末と前記第２の端末とは、前記基地局との間で電力に関する情報を授受することが好ましい。

この通信システムにおいて、前記第１の端末は、複数台設けられ、かつ前記基地局を根ノードとするマルチホップ通信システムを構築し、前記親機は、前記基地局と通信可能である場所に配置されることが好ましい。

この通信システムにおいて、前記親機は、前記基地局および前記第１の端末に、前記第２の端末の識別情報を持つ前記第１の端末とみなされるように、前記第１の端末のエミュレーションを行うことがさらに好ましい。

この通信システムにおいて、前記親機は、前記有線通信路に複数台接続されていることがさらに好ましい。

本発明に係る親機は、前記通信システムのいずれかに用いられることを特徴とする。

本発明の構成によれば、無線通信路を用いて基地局と通信する第１の端末とは別に、基地局と無線通信路を用いて通信する親機を設け、親機は有線通信路を通して第２の端末と通信する。そのため、第１の端末を優先的に設置すれば、端末に関して設置計画の柔軟性および保守の容易性を満たすことが可能になるという利点がある。また、第１の端末では通信品質を確保できない場合には、第２の端末と親機とを設置することにより、通信の信頼性が得やすくなるという利点がある。すなわち、本発明の構成によれば、設置計画の柔軟性および保守の容易性を満たしながら、通信品質の確保も可能になる。

実施形態を示すブロック図である。 実施形態１における端末の配置例を示す概略構成図である。 実施形態２における端末の配置例を示す概略構成図である。

（実施形態１）
以下に説明する実施形態は、遠隔検針を可能にする通信システムを例示する。遠隔検針は、供給事業者から供給される資源の使用量を計量するメータ（計量装置）の検針値を、データ通信により上位装置が集約して取得することを意味する。資源は電力、ガス、水（上水道）、熱などから選択される。供給事業者はメータの検針値に基づいて需要家での資源の使用量に対する対価を受け取る。以下に説明する通信システムを遠隔検針に用いることは、一使用例であって、たとえば、上位装置からの情報を端末に通知するなど、他の用途に本実施形態で説明する技術を用いることを妨げない。

以下では、資源を電力とし、供給事業者が電力会社あるいはサービス提供事業者である場合を想定して説明する。なお、サービス提供事業者は、電力会社に代わって電力の使用量に対する対価を徴収する事業者、需要家における電力の使用量を管理する事業者などのことである。

図１に示すように、メータ２は、需要家で使用された電力量を計量する計量部２１と、計量部２１が計量した電力量の検針値を通信により上位装置４０に通知する端末２０とを備える。すなわち、端末２０は需要家ごとに配置される。端末２０は、メータ２の筐体に一体に組み込まれる構成のほか、メータ２の筐体とは別の筐体を有する構成であってもよい。すなわち、端末２０は、メータ２の一部であるか、またはメータ２とは別に設けられる。

上位装置４０は、電力会社あるいはサービス提供会社が運営する管理装置（図示せず）を含んでおり、管理装置は個々の端末２０から検針値を受け取る。また、図示例では、上位装置４０は基地局３０に接続され、上位装置４０と基地局３０とは通信路Ｌｃを通して通信を行う。上位装置４０は、通常は複数台の基地局３０と通信する。

上位装置４０は基地局３０を通して端末２０と通信する。ただし、基地局３０は、端末２０と上位装置４０との間で伝送されるデータの内容には関与せず、中継装置としてのみ機能する。言い換えると、基地局３０は、上位装置４０にとって、ネットワーク層以下の下位層の処理を行う通信インターフェイス部として機能する。なお、基地局３０は、後述するコンセントレータとして機能してもよい。

上位装置４０は、通常は、基地局３０を通して複数台の端末２０と通信可能である。すなわち、上位装置４０は、１台の基地局３０の管理下に複数台の端末２０を対応付けている。基地局３０と端末２０との間の通信経路は、無線通信路と有線通信路とを用いることが可能である。ただし、設置計画の柔軟性、通信不良時におけるメンテナンスの容易性などを考慮して、原則として、電波を伝送媒体に用いる無線通信路が用いられる。端末２０は、基地局３０との間の通信では、他の端末２０を中継に用いることを許容している。すなわち、端末２０と基地局３０とによって、基地局３０を根ノードとするマルチホップ通信システムが構築される。

ところで、端末２０と基地局３０との間で無線通信路による通信を行う場合、端末２０同士の干渉や端末２０以外の雑音により、端末２０と基地局３０との通信品質が低下する場合がある。端末２０は、少なくとも１台の端末２０または基地局３０との間で通信可能であればよく、設置後に基地局３０との通信経路を確保できなくなる可能性がある。

本実施形態では、無線通信路を用いる端末２０が基地局３０との間の通信経路が確保できない場合に、当該端末２０と基地局３０との間に親機１０を介在させる構成が採用されている。親機１０は、当該端末２０と基地局３０との間の通信を中継し、当該端末２０と基地局３０との間の通信を可能にする。

親機１０は、基地局３０とは無線通信路を用いて通信し、端末２０とは有線通信路を用いて通信するように構成されている。そのため、基地局３０との間で無線通信路による通信経路を確保することができない端末２０に代えて、有線通信路を通して親機１０と通信する端末２０が設けられる。

以下では、無線通信路を用いて通信する端末２０を第１の端末２０Ａと呼び、有線通信路を用いて通信する端末２０を第２の端末２０Ｂと呼ぶ。図２（ａ）において、端末２０１〜２０７は第１の端末２０Ａである。いま、端末２０６、２０７は、基地局３０との間で無線通信路を確立できないと仮定する。なお、無線通信路は破線で示している。

端末２０６、２０７は、基地局３０との間で無線通信路を確立できないから、図２（ｂ）のように、これらの２台の端末２０６，２０７は、有線通信路を用いる２台の端末２０８，２０９に置換される。また、基地局３０は、端末２０８，２０９との間で有線通信路を通して通信する機能を備えていないから、端末２０８，２０９と基地局３０との間の通信を中継する親機１０が設けられる。遠隔検針を行う場合、親機１０は、端末２０から検針値を受け取り、受け取った検針値を基地局３０に送信することによって、上位装置４０に受け渡す。また、親機１０は複数台の端末２０と通信可能である。親機１０は、複数の端末２０から受け取った検針値を集約して基地局３０に通知する処理と、複数の端末２０から受け取った検針値を個々に基地局３０に通知する処理とのいずれかを行う。前者の処理を行う親機１０は、コンセントレータと呼ぶ場合がある。

親機１０と端末２０６，２０７とは、電力線Ｌｐを通信路に用いる電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）を行う。以下、電力線通信を「ＰＬＣ」と記載する。親機１０と基地局３０とは、上述したように無線通信路を用いて通信する。そのため、親機１０は基地局３０との間で、無線通信路による通信を確実に行える場所に配置することが要求される。図２（ｂ）示す構成例では、親機１０は、基地局３０と通信する端末２０２の近傍に設置される。

端末２０２は、メータ２に関連付けて設けられるから需要家ごとに配置されるが、その一方で、親機１０は需要家との関係では配置に制約がないから、親機１０は基地局３０と無線通信路を用いて通信可能であれば設置場所は自由である。もっとも、基地局３０と通信する端末２０２と周囲環境が同等であれば、基地局３０と通信できる可能性が高い。したがって、親機１０は、基地局３０に対して端末２０２とほぼ等しい環境となる場所に配置される。

親機１０は、図１に示すように、第１の通信インターフェイス部１１と第２の通信インターフェイス部１２と処理部１３とを備える。以下では、通信インターフェイス部を「通信Ｉ／Ｆ部」と記載する。第１の通信Ｉ／Ｆ部１１は、電波を伝送媒体とする無線通信路を基地局３０または第１の端末２０Ａとの間に形成する。また、第２の通信Ｉ／Ｆ部１２は、ＰＬＣによる有線通信路を第２の端末２０Ｂとの間に形成する。処理部１３は、第１の通信Ｉ／Ｆ部１１と第２の通信Ｉ／Ｆ部１２との間でデータを受け渡し、かつフレームフォーマットの変換などを行う。親機１０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えたデバイス（マイコンなど）と通信用のデバイスとを主なハードウェア要素に用いて実現される。

以下に、第２の端末２０Ｂを設置する作業手順の例を説明する。ここでは、原則としてメータ２が第１の端末２０Ａを備えている場合を想定する。また、図２（ａ）に示す端末２０６，２０７は基地局３０との間で通信不能であると仮定する。上位装置４０は、需要家ごとに設置された端末２０の情報を保持しており、個々の端末２０からの情報を収集する際に、通信不能の端末２０が存在することを認識する。

保守作業を行う作業者は、上位装置４０が通信不能と認識した端末２０が設置されている需要家に赴き、第１の端末２０Ａを第２の端末２０Ｂに交換する。図２（ｂ）は交換後の状態を示している。端末２０８，２０９は、上述のように、第２の端末２０Ｂである。第２の端末２０Ｂは、電力線Ｌｐに接続されＰＬＣによる通信が可能になる。

需要家に第２の端末２０Ｂを設置した場合、基地局３０と通信するために親機１０が必要になる。親機１０は、電力線Ｌｐを通して端末２０８，２０９（２０Ｂ）と通信し、しかも基地局３０と無線伝送路を通して通信しなければならない。

すなわち、親機１０は、端末２０８，２０９が接続された電力線Ｌｐを通して通信可能となる範囲に接続されていなければならない。通常、柱上トランスのような降圧トランスを共通にする２次側の電力線Ｌｐに親機１０と端末２０８，２０９の間ではＰＬＣによる通信が可能である。また降圧トランスが異なる場合でも、異なる降圧トランスの２次側の電力線Ｌｐの間に、通信に用いる信号を通過させるカプラが設けられていれば、降圧トランスを共通にする２次側の電力線Ｌｐと等価に扱うことが可能である。もっとも、親機１０と端末２０８，２０９との間の線路長が増加すると通信に用いる信号が減衰するから、ＰＬＣによる通信の信号が到達可能な範囲を考慮して親機１０の設置場所の候補が抽出される。

加えて、親機１０は、基地局３０と無線通信路を用いて通信可能であることが要求されるから、上述したように、基地局３０と通信可能である第１の端末２０Ａに近い場所に設置される。すなわち、親機１０は基地局３０と直接通信する。

上述した２つの条件を満たす親機１０の設置場所を作業者が抽出することは困難であるから、親機１０の設置場所の候補を上位装置４０が抽出し、抽出した設置場所を作業者に知らせる。設置場所の候補は、すでに通信が可能になっている端末２０（たとえば、端末２０２）が設置されている場所であり、親機１０はその近傍に配置される。

作業者は、設置場所の候補から親機１０の設置場所を選択し、現場での調整作業を行って最終的に親機１０の設置場所を決定する。ここに、設置場所の候補には、優先順位を設定しておくことが望ましい。設置場所に優先順位が設定されていれば、作業者は優先順位の高いほうから親機１０の設置を試みることができ、作業者にとって設置場所の選択が容易になる。

作業者に設置場所の候補を知らせるには、作業者が携行する端末装置５０（図２（ａ）参照）に上位装置４０から通知すればよい。端末装置５０は、検針員がメータ２の検針値を読み取るために用いるハンディターミナル、あるいは保守作業者がメータ２の点検に用いるハンディターミナルと兼用可能である。また、スマートフォン、タブレット端末のような携帯可能な汎用の端末装置で所要のプログラムを動作させることにより、汎用の端末装置を端末装置５０として機能させてもよい。

ここに、作業者は、現場に出動する前に、上位装置４０を用いて、通信不能である第１の端末２０Ａの場所、および親機１０の設置場所の候補の概要を把握しておくのはもちろんのことである。現場では、通信不能である第１の端末２０Ａを撤去し、新たに第２の端末２０Ｂを設置する。その後、上述のように親機１０の設置場所の候補から設置場所を選択し、親機１０を設置するのである。

なお、親機１０が端末２０に比べて無線通信路における送信出力や受信感度が高くなるように設計してあれば、親機１０は、必ずしも第１の端末２０Ａに近い場所にしなくてもよい。ここでは、端末２０が選択可能な範囲の無線チャネルを用いて親機１０が基地局３０と通信することを想定しているが、親機１０は、端末２０が選択できない専用の無線チャネルを用いて基地局３０と通信してもよい。

親機１０は、上位装置４０から第２の端末２０Ｂに対する要求があるときに、親機１０に接続された第２の端末２０Ｂのすべてに通知することが必要な要求であれば、すべての端末２０Ｂに宛てて一斉に送信する。また、上位装置４０からの要求が、特定の第２の端末２０Ｂに宛てた要求であれば、その要求を送信先である第２の端末２０Ｂにのみ送信することも可能である。上位装置４０は、親機１０のこれらの機能を用いることにより、検針値を取得できなかった需要家について個別に検針値の送信を要求すること、特定の需要家に対して電力の供給と停止とを指示することなどが可能になる。

要するに、基地局３０との間で無線通信路による通信を行う第１の端末２０Ａでは通信品質が満たされない場合に、第２の端末２０Ｂおよび親機１０を設置することにより、第２の端末２０Ｂと基地局３０との間の通信品質を満足させることが可能になる。

たとえば、遠隔検針を行う場合、第１の端末２０Ａのみであると、無線通信路の通信品質が低い需要家に対しては、検針員が現場に出動して計量値を読み取る必要があった。これに対して、本実施形態の技術では、通信品質の低い需要家には第２の端末２０Ｂを設置することによって、通信品質が確保されるから、検針員による作業が不要になり、結果的に検針員の出動に要するコストが低減される。

なお、上述した構成例において、親機１０が基地局３０との間で無線通信路を用いて通信を行う構成を採用しているが、親機１０と基地局３０との間で光ファイバのような有線通信路を用いる通信を行ってもよい。

（実施形態２）
実施形態１では、親機１０は、第２の端末２０Ｂに対するコンセントレータの機能を有している。すなわち、基地局３０から見て親機１０は端末２０とは異なる装置として扱われ、親機１０と基地局３０との間の通信は、端末２０（第１の端末２０Ａ）と基地局３０との間の通信とはフレームフォーマットが異なっている。そのため、基地局３０は、親機１０を通して上位装置４０と通信する第２の端末２０Ｂと、親機１０を通らない経路で上位装置４０と通信する第１の端末２０Ａとを区別して扱っている。

たとえば、親機１０を通して上位装置４０と通信する第２の端末２０Ｂに基地局３０からデータを送信する場合、基地局３０は、親機１０と通信を行うことが必須であり、親機１０に対して第２の端末２０Ｂとの通信を依頼することになる。これに対して、基地局３０が第１の端末２０Ａと通信する場合は、第１の端末２０Ａが対等に扱われるから、データの送信先である第１の端末２０Ａへの最適な通信経路が利用される。要するに、第２の端末２０Ｂと基地局３０とが通信する場合には、親機１０が介在することにより通信経路が固定化されるのに対して、第１の端末２０Ａと基地局３０とが通信する場合には、通信経路が可変になる。

上述したように、基地局３０が親機１０と第１の端末２０Ａとを区別して扱う場合、端末２０の種類に応じて基地局３０は２種類の処理を行われなければならず、基地局３０の処理負荷が増加する可能性がある。そのため、本実施形態では、基地局３０が親機１０を第１の端末２０Ａと等価に扱えるように、第１の端末２０Ａのエミュレーションを行う機能が親機１０に付与されている。すなわち、親機１０は、ＰＬＣによる通信が可能な第２の端末２０Ｂの識別情報（アドレス）を取得し、この識別情報を持つ第１の端末２０Ａを模擬するように動作する。

親機１０がＰＬＣによる通信を行う第２の端末２０Ｂの識別情報は、親機１０における処理部１３があらかじめ取得して記憶する。したがって、親機１０に記憶された第２の端末２０Ｂの識別情報が指定されると、親機１０は指定された識別情報を持つ第１の端末２０Ａであるかのように動作する。なお、親機１０と第２の端末２０Ｂとは、実際には通信を行っているが、この通信に要する時間はここでは十分に短いと仮定する。したがって、基地局３０は、実際には親機１０と通信しているにもかかわらず、第１の端末２０と通信している場合と同様に動作する。

以上のように、親機１０が第１の端末２０Ａのエミュレーションを行う機能を有しているから、基地局３０は、すべての端末２０を第１の端末２０Ａとみなして通信することになる。つまり、親機１０に接続された第２の端末２０Ｂについても、マルチホップ通信ネットワークを構成する第１の端末２０Ａとして扱う。

そのため、親機１０は、第１の端末２０Ａのいずれかとの間で無線通信路による通信が可能であればよいことになる。本実施形態の構成を採用することにより、第２の端末２０Ｂは、親機１０との間でＰＬＣによる通信を行いながらも、基地局３０および上位装置４０からは、第１の端末２０Ａと等価に扱うことが可能になる。つまり、基地局３０および上位装置４０は、第２の端末２０Ｂを特別に扱う必要がない。その結果、システム内にＰＬＣによる通信を行う第２の端末２０Ｂを付加しながらも、基地局３０および上位装置４０は、新たな構成や機能を付加することなく、従前通りの構成で対応することが可能である。

本実施形態のように、第２の端末２０Ｂと通信する親機１０が、第１の端末２０Ａのエミュレートを行う機能を有していると、親機１０は基地局３０との間で通信可能なだけではなく、第１の端末２０Ａとの間でも通信可能になる。したがって、親機１０は、基地局３０と直接通信可能な場所に設ける必要がなく、基地局３０との通信経路が確立している第１の端末２０Ａと通信可能な場所に設置してもよいことになる。すなわち、親機１０の設置場所に関する制約が低減される。

ところで、図３に示すように、第２の端末２０Ｂと通信が可能である範囲内に複数台（図示例は２台）の親機１０が接続されている場合、基地局３０は、目的とする第２の端末２０Ｂとの通信に際して、どの親機１０を経由するかを決めなければならない。いま、図３に示す親機１０のうち、左側を親機１０Ａとし、右側を親機１０Ｂとする。親機１０Ａは基地局３０との間で通信を直接行い、親機１０Ｂは第１の端末２０Ａを中継に用いて基地局３０と通信することを想定している。

基地局３０は、第２の端末２０Ｂとの通信を行う際に、親機１０Ａと親機１０Ｂとのどちらを経由する通信経路（無線および有線区間）の通信品質が良好かを評価する。たとえば、基地局３０が端末２０８と通信する際に、親機１０Ａを通る通信経路のほうが通信品質が高いと判断した場合は、基地局３０は親機１０Ａを通る通信経路を選択し、この通信経路を通して端末２０８と通信する。一方、親機１０Ｂを通る通信経路のほうが親機１０Ａを通る通信経路よりも通信品質が高いと判断した場合は、基地局３０は親機１０Ｂを通る通信経路を用いて端末２０８と通信する。

すなわち、図３に示す構成例では、２台の親機１０Ａ，１０Ｂが第２の端末２０Ｂと通信可能であるから、基地局３０は、第２の端末２０Ｂとの通信に、異なる親機１０Ａ，１０Ｂを通る通信経路から１つの通信経路を選択できる。言い換えると、複数の親機１０Ａ，１０Ｂが設けられることにより、基地局３０と第２の端末２０Ｂとの通信経路が多重化される。

このことから、基地局３０は、第１の端末２０Ａと同様に、第２の端末２０Ｂに対しても、複数の通信経路から通信品質のよい通信経路を選択することが可能になる。つまり、基地局３０と第２の端末２０Ｂとの通信経路の多重化により、第２の端末２０Ｂとの通信の失敗の頻度が低減される。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

２ メータ
１０ 親機
１１ 第１の通信インターフェイス部
１２ 第２の通信インターフェイス部
１３ 処理部
２０ 端末
２０Ａ 第１の端末
２０Ｂ 第２の端末
２１ 計量部
３０ 基地局
４０ 上位装置
２０１〜２０７ （第１の）端末
２０８，２０９ （第２の）端末
Ｌｃ 通信路
Ｌｐ 電力線

Claims (7)

1. 電波を伝送媒体とする無線通信路を通して基地局と通信する第１の端末と、
   前記基地局と通信する親機と、
   有線通信路を通して前記親機と通信する第２の端末とを備え、
   前記親機は、
   前記基地局または前記第１の端末との間で前記無線通信路を通して通信する第１の通信インターフェイス部と、
   前記第２の端末との間で前記有線通信路を通して通信する第２の通信インターフェイス部と、
   前記第１の通信インターフェイス部と前記第２の通信インターフェイス部との間でデータを受け渡す処理部とを備える
   通信システム。
2. 前記第２の通信インターフェイス部は、前記第２の端末との間で電力線を前記有線通信路として用いる電力線通信を行う
   請求項１記載の通信システム。
3. 前記第１の端末と前記第２の端末とは、前記基地局との間で電力に関する情報を授受する
   請求項１又は２記載の通信システム。
4. 前記第１の端末は、複数台設けられ、かつ前記基地局を根ノードとするマルチホップ通信システムを構築し、
   前記親機は、前記基地局と通信可能である場所に配置される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記親機は、前記基地局および前記第１の端末に、前記第２の端末の識別情報を持つ前記第１の端末とみなされるように、前記第１の端末のエミュレーションを行う
   請求項４記載の通信システム。
6. 前記親機は、前記有線通信路に複数台接続されている
   特徴とする請求項５記載の通信システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の通信システムに用いられる親機。

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