JP4920489B2 - 光分岐挿入装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長多重技術を用いた光分岐挿入装置に係り、特に波長数情報を誤り無く転送する光分岐挿入装置に関する。

インターネット技術に代表されるデータ系通信の大容量化に伴い、光伝送システムにおいても急激な情報量の増大とそれに伴う伝送容量の大容量化が期待されており、このような要求に対して波長の異なる複数の信号光を一本の光ファイバに束ねて通信を行う波長多重技術が適用されている。近年では、距離の離れた２拠点に対して波長多重技術を用いて大容量伝送することのみならず、複数地点間で１波長毎に光信号を分岐・挿入することが可能な光分岐挿入装置による通信ネットワークが構築されつつある。

図１を参照して、光分岐挿入装置による通信ネットワークの一部を説明する。ここで、図１は通信システムのブロック図である。図１は、リングトポロジーの光ネットワークにおいて光分岐挿入装置１０１−１と光分岐挿入装置１０１−２の区間を取り出した構成である。ただし、光分岐挿入装置１０１−１は、Ｅａｓｔ側の装置構成のみを記載している。図１で実線は主信号の流れ、点線は監視制御光信号の流れを表す。また、一点鎖線は監視制御用の電気信号を表す。

まず、光分岐挿入装置１０１−１、１０１−２は、光増幅部（Ｗｅｓｔ）２０２−２、光増幅部（Ｅａｓｔ）２０２−１および光分岐挿入部（Ｗｅｓｔ）２０１−２、光分岐挿入部（Ｅａｓｔ）２０２−１から構成される。光増幅部２０２は、光ファイバ伝送路１０２からの入力光信号を増幅し光分岐挿入部２０１へ送信する受信光増幅器２０３と、光分岐挿入部２０１からの入力光信号を増幅し、光ファイバ伝送路１０２へ送信する送信光増幅器２０４とから構成される。光分岐挿入部２０１は、光カプラ２０６−１と光分波器２０７とによる光分岐部と、光分波器２０７と光合波器２０８と光スイッチ２０９と可変光減衰器２１０、可変光減衰器２１０後の光出力の一部を分岐する光カプラ２０６−２と光カプラ２０６−２の分岐光をモニタする光検出器２１４からなる光透過・挿入選択部から構成される。

以下、図１の光分岐挿入装置１０１−２におけるＷｅｓｔからＥａｓｔ方向への主信号の流れによって、光分岐挿入装置１０１全体の動作を説明する。光分岐挿入装置１０１−１からの受信光信号は、光分岐挿入装置１０１−２の光増幅部（Ｗｅｓｔ）２０２−２の受信光増幅器２０３で増幅され、光分器挿入部（Ｗｅｓｔ）２０１−２に送信される。

光分岐挿入部（Ｗｅｓｔ）２０１−２は、光カプラ２０６−１により光信号が二分割され、その一方は光分波器２０７により更に波長毎の光に分岐され、分岐光ポートから出力される。もう一方の光信号は、そのまま光分岐挿入部２０１間を接続する光ファイバ２１１を通じて、光分岐挿入部（Ｅａｓｔ）２０１−１に送信される。

光分岐挿入部（Ｅａｓｔ）２０１−１は、光分波器２０７により更に波長別の光信号に分岐され、光スイッチ２０９に入力される。光スイッチ２０９ではＷｅｓｔからの透過光信号または挿入光信号のいずれかを選択する。光スイッチ２０９の後段に配置されている可変光減衰器２１０は、各波長の光パワーレベルを全波長均一に揃えるために具備されており、光検出器２１４で光レベルをモニタし、各チャネルの光レベルが一定になるように制御される。可変光減衰器２１０により光パワーレベルを揃えた光は光合波器２０８で再度波長多重化され、光増幅部（Ｅａｓｔ）２０２−１に送信される。
光増幅部（Ｅａｓｔ）２０２−１では、送信光増幅器２０４で増幅された後、再度光ファイバ伝送路１０２に送信される。

以下、光分岐挿入装置の監視制御光信号について説明する。光分岐挿入装置の監視制御光信号は、光増幅部２０２が正常に動作するように主信号の使用波長数を光分岐挿入装置間で転送する役割を担っている。波長数を光分岐挿入装置間で転送する機能は、光増幅部が波長数情報を基に１波長あたりの光信号を一定に揃える光レベル一定制御を実施している場合には必要不可欠である。光レベル一定制御では、波長数情報から光増幅器の目標とすべき光出力レベルが決定するため、誤った波長数情報が転送されると、実際に必要とされる光出力レベルと誤った波長数情報から算出される目標光出力レベルに差分が生じ、主信号が誤ることにつながる。

図１において、受信光増幅器２０３は、光レベル一定制御で運用されている。波長数情報取得転送部２１３は、光分岐挿入装置内での波長数情報を検出して監視制御光信号送受信部２１２に通知するとともに、別ノードの光分岐挿入装置から転送されてきた波長数情報を監視制御光信号送受信部２１２から受信して、受信光増幅器２０３に通知する。監視制御光信号送受信部２１２は、波長数情報取得転送部２１３から送られてきた当該ノードの波長数情報を光信号に変換して、下流の光分岐挿入装置１０１に送信する。また、監視制御光信号受信部２１２は、上流の光分岐挿入装置１０１から伝送路１０２を通して送信されてきた監視制御光信号を受信して、そこから波長数情報を取り出して波長数情報取得転送部２１３に電気信号として送信する。なお、監視制御光信号は、受信光増幅器２０３の前段の監視制御光分波用光カプラ２０６−４で主信号から分離され、送信光増幅器２０４の後段の監視制御光合波用光カプラ２０６−３で主信号と多重される。

図２を参照して、波長数情報の転送を説明する。ここで、図２は波長数情報の転送を説明するブロック図である。図２（ａ）は、図１を用いて説明した通信システムから、光分岐挿入装置１０１−１のＥａｓｔ方向から光分岐挿入装置１０１−２のＷｅｓｔ方向へ波長数を転送する機能について抜粋した図である。また、図２（ｂ）は主信号の流れを説明する図である。

図２（ａ）において、アルファベットＡないしＥは、波長数転送制御における動作順番を表す。また、図２（ｂ）において、光分岐挿入装置１０１−１は、波長λ１、λ２の光信号が光分岐挿入部（Ｅａｓｔ）２０１−１で合波され、波長λ３の光信号が光分岐挿入装置１０１−１を透過する。この場合、まず位置Ａではλ１、λ２、λ３の光レベルモニタ２１４のみ光レベルが観測でき、他の波長の光レベルは観測できない。従って、位置Ａで光レベルモニタ２１４から波長数が３波長観測されることを、波長数情報取得転送部２１３は、認識する。この３波長という波長数情報は、位置Ｂで波長数情報取得転送部２１３から監視制御光送受信部２１２に転送される。監視制御光送受信部２１２は、位置Ｂで電気的に受信した３波長という波長数情報を光信号に変換して位置Ｃで送信する。Ｃで送信した光は光増幅部（Ｅａｓｔ）２０２−１の監視制御光合波用光カプラ２０６−３で主信号と合波され、光分岐挿入装置１０１−２に送信される。光分岐挿入装置１０１−２は、まず監視制御光分波用光カプラ２０６−４で監視制御光と主信号とを分波し、監視制御光は監視制御光送受信部２１２で受信する。受信した監視制御光は、位置Ｄで光信号から電気信号に変換され、ここで分岐挿入装置１０１−１で取得した３波長という波長数情報を受け取る。受信した波長数情報は、位置Ｅで波長数情報取得転送部２１３に送信される。波長数情報取得転送部２１３は、受信した波長数情報を位置Ｆで当該ノードの受信光増幅器２０３に送信する。この情報を受けて受信光増幅器２０３は３波長という波長数情報を基に出力光レベルの目標値を決定して、目標出力レベルに合うように主信号の光増幅を行う。

特許文献１には、アッド光の波長設定ミスを防止するために、波長多重器で波長多重した光の一部を反射鏡で反射し、アッド光を合波した波長合波器の逆方向検出器で検出する発明が記載されている。

特開２００５−２８６７２１

上述した背景技術では、波長分離した状態で波長数をカウントしている。このため、波長多重した際に、正常に波長多重された波長数と食い違うことがある。具体的には、光合波器の故障、挿入光信号の波長誤りがあると、波長数の誤りが生じる。

特許文献１は、挿入光信号の波長誤りを検出できるが、光部品が多数必要である。また、光合波器の故障については記載が無い。

上述した課題は、波長多重された主光信号の多重波長数情報を監視制御光信号に乗せ、主光信号と監視制御光信号とを多重して送信し、主光信号の全パワーを監視する第１の光レベルモニタと、波長分離された個別光信号の有無を検出する複数の第２の光レベルモニタとを備え、第１の光レベルモニタが検出する第１の多重波長数と複数の第２の光レベルモニタから得る第２の多重波長数とを比較する光分岐挿入装置により、達成できる。

また、第１の波長多重光信号を波長分離して複数の第１の個別光信号を生成する光分波器と、複数の第１の個別光信号のそれぞれと複数の第２の個別光信号のそれぞれとを入力として、一方を選択する複数のスイッチと、複数のスイッチの出力の複数の第３の個別光信号を波長多重して第２の波長多重光信号を生成する光合波器とからなり、光合波器に温度モニタを設け、温度モニタが異常を検出したとき、第２の波長多重光信号の生成を停止する光分岐挿入装置により、達成できる。

本発明により、光分岐挿入装置において、光分岐挿入部の主信号品質に影響を与えるような故障モードに入った時や光分岐挿入部で光ファイバの接続ミス等により誤った主信号を挿入ポートに挿入した時でも、下流ノードに対して誤った波長数を転送することを防ぎ、下流ノード以降の主信号の伝送品質劣化を避けることが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

背景技術で説明した光分岐挿入装置における波長数転送機能において、誤った波長数を下流に転送してしまう場合がある。これを、以下に（１）、（２）として説明する。
（１）光分岐挿入装置の光分岐挿入部２０１の合分波器２０８の故障
光分岐挿入部の合分波器２０７、２０８としてＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）と呼ばれるガラス導波路光デバイスが用いられる。このような合分波機能デバイスでは主信号の透過特性に温度依存性があり、主信号を最小損失で透過させるために合分波器に対して温度一定制御を実施する。

光分岐挿入部の光分岐挿入部で光合波器２０８の温度一定制御部が故障して主信号を最小損失で透過できなくなったときの、透過特性を図３を参照して説明する。ここで、図３は光分岐挿入装置の各ポイントでの波長−光強度特性を説明する図である。図３（ａ）において、可変光減衰器２１０を通過した直後では、図３（ａ）に示すように主信号である波長λ１、λ２、λ３の光信号は正常である。したがって、光分岐挿入装置１０１−１の波長数情報取得転送部２１３は、波長数３と認識する。光合波器２０８が正常動作している場合には、図３（ｂ）に示すように光合波器２０８の主信号透過特性と主信号の中心波長が一致するため、主信号λ１、λ２、λ３は光合波器２０８を透過して光増幅部２０２−１に送信され、光分岐挿入装置１０１−２には正常レベルの主信号を受信できる。

一方、光合波器２０８の温度一定制御部が故障した場合、図３（ｃ）に示すように光合波器２０８の透過特性のピーク波長は温度一定制御目標値から外れれば外れるほど、主信号λ１、λ２、λ３の中心波長から外れていくことになる。したがって、主信号λ１、λ２、λ３は光合波器２０８を透過しないことになり、光増幅部２０２−１には微弱な光レベルの主信号しか到達しない。ところが、光減衰器２１０を通過した直後では、主信号λ１、λ２、λ３は正常動作しており、３波長という波長数情報が監視制御光信号を通して、光分岐挿入装置１０１−２に転送されることになる。従って、主信号λ１、λ２、λ３は非常に微弱な光レベルを送信しているにも関わらず、光増幅部２０２−２は３波長の目標光レベルに到達させようとして、非常に高い光増幅率で動作させる。この結果、主信号雑音レベルの増大にも繋がる。更にはこのような伝送品質の劣化した雑音レベルの高い主信号が更に光分岐挿入装置１０１−２以下の下流ノードにも送信されることになる。
（２）光分岐挿入装置の光分岐挿入部２０１挿入ポートに別の波長光の誤挿入
図４を参照して、光分岐挿入装置１０１−１の主信号λ１が挿入されるべきポートに誤って別の主信号であるλ４を挿入した場合の動作を説明する。ここで、図４は光分岐挿入装置の各ポイントでの波長−光強度特性を説明する図である。この場合、光減衰器２１０を通過した後のモニタポイントでは、波長が異なった信号λ４が挿入されてもカプラ２０６−２に光信号をフィルタする機能はないため、図４（ａ）に示すように光レベルモニタ２１４は、λ１の波長が存在するように見える。一方、光合波器２０８は、波長λ１の入力ポートに波長λ４の主信号を挿入しても透過しないため、光合波器２０８の出力の主信号はλ２、λ３の２信号しか存在しない。一方、波長数情報取得転送部２１３は、３台の光レベルモニタ２１４が主信号検出しているので、波長数３を光分岐挿入装置１０１−２に転送する。この、光分岐挿入装置１０１−２の受信光増幅器２０３は、３波長の目標レベルに合わせて、主信号を増幅しようとする。しかし、主信号はλ２、λ３の２波長分しか存在しないので、結果としてλ２、λ３の主信号は期待値より高い光レベルで出力される。

図５を参照して、光分岐挿入装置の構成を説明する。ここで、図５は光分岐挿入装置のブロック図である。なお、ここでは光分岐挿入装置５００ＡのＥａｓｔ側のみを記載し、図１との相違点を以下説明する。まず、光部品に関しては、光分岐挿入部２０１−１の光合波器２０８の後に光合波器を透過する主信号光レベルをモニタするための光カプラ６０１と光レベルモニタ６０２が追加されている。電子回路制御部は、まず光合波器２０８の温度をモニタし光合波器の温度異常を検出する温度モニタ・温度異常検出部６１１が追加されている。また、個別チャネルの光レベルモニタ２１４に加えて、光レベルが短時間に変化したことを検出する光レベル変化点検出部６０３が追加される。光レベル変化点検出部６０３は、周期的に監視する光レベルモニタにおいて、１回前に読み出した光レベルモニタ値と今回読み出した光レベルモニタ値の差分から、読み出し周期の間に光レベルの大幅な変化が発生したか否かを検出する。また、波長数情報抽出部６０４Ａは、総和演算部６０５、主信号光レベル比較部６０６、光レベルモニタ変化チャネル判定部６０７、光シャットダウン制御部６０８、波長数情報確定部６１０から構成される。

まず、光レベルモニタ総和演算部６０５は、個別チャネルからの光レベルモニタ２１４の光レベルを全て足し算し、総和結果を求める。この計算結果は光合波器２０８透過後の光レベルの期待値に等しい。

次に、主信号光レベル比較部６０６は、光レベルモニタの総和演算部６０５で求めた計算結果と光合波器２０８透過後の光レベルモニタ６０２での光レベルモニタ結果との比較を行う。比較結果が一致しているということは、計算による主信号期待値と実際に光合波器２０８を透過した主信号光レベルが一致しており、主信号の波長数情報は一致することになる。比較結果が一致しないということは、実際に下流ノードに送信される主信号の波長数と光分岐挿入部で検出した波長数情報が不一致であることを意味する。

光レベルモニタ変化チャネル判定部６０７は、主信号光レベル比較部６０６での比較結果、温度異常検出部６１１の検出結果から、光レベルモニタ変化チャネル判定が必要か不要かを判定する。まず、温度異常検出部６１１で温度異常が検出される場合には、光レベル変化が全チャネルで発生していると判定する。温度異常検出部６１１で温度異常が発生しておらず、なおかつ主信号光レベル比較部６０６での主信号光レベル比較結果が一致している場合は、全チャネルで光レベル変化が発生していないと判定する。温度異常検出部６１１で温度異常が発生しておらず、かつ主信号光レベル比較部６０６での主信号光レベル比較結果が一致していない場合のみ、主信号光レベル変化点検出部６０３の検出信号を用いて、読み出し周期期間に大幅な光レベル変化が発生したチャネルを特定する。

光シャットダウン制御部６０８は、光レベルモニタ変化チャネル判定部６０７で判定した光レベル変化発生チャネルに対して光減衰器２１０をシャットダウンするように光減衰器制御部６０９に通知する。温度異常検出部６１１で温度異常を検出した場合には、光シャットダウン制御部６０８は、全チャネルの光減衰器制御部６０９に対しシャットダウン制御指示を出す。温度異常を検出しておらず主信号比較結果が不一致と判定されている場合には、光シャットダウン制御部６０８は、光レベルモニタ変化チャネル判定部６０７で判定した光レベル変化が発生しているチャネルのみ光減衰器２１０をシャットダウンするようにシャットダウン制御指示を出す。それ以外の場合には、光シャットダウン制御部６０８は、シャットダウン制御指示は出さず、何も動作しない。

シャットダウン制御指示を出した後、波長数情報確定部６１０は、波長数情報取得転送部２１３に通知する最終的な波長数情報を確定する。具体的には個別チャネル光レベルモニタ２１４から検出される波長数に対して、波長数情報確定部６１０でシャットダウン制御指示をかけたチャネル数だけ差し引いたものを最終的な波長数情報として波長数情報転送制御部２１３に送信する。

実際には以上光レベルモニタの総和演算部６０５→主信号光レベル比較部６０６→光レベルモニタ変化チャネル判定部６０７→光シャットダウン制御部６０８→波長数情報確定部６１０の部の動作を１ループとして、これら一連の部動作を周期的に動作させることで、誤った波長数情報を通知することなく、波長数情報を下流ノードに正確に転送することが可能となる。

上述した事象の発生時の動作を説明すると以下のようになる。まず、光合波器２０８の温度異常検出時には、まず温度異常検出部６１１で温度異常動作を検出して、光レベルモニタ変化チャネル判定部６０７に通知する。光レベルモニタ変化チャネル判定部６０７では温度異常検出ということで、全チャネルで光レベル変化が発生していると判定する。そこで、光シャットダウン制御部６０８から全チャネルの光減衰器制御部６０９に対してシャットダウン指示が通知され、波長数情報確定部６１０で波長数情報が０波であると通知されることになる。

次に、光分岐挿入部２０１−１の挿入ポートに誤って別の波長の光を挿入した場合、まず主信号光レベル比較部６０６で主信号の計算結果による期待値と光合波器２０８透過後の光レベルモニタ比較結果に１波長分の光信号の不一致が生じる。そこで、光レベルモニタ変化チャネル判定部６０７において光ファイバが挿入されて光レベル変化が発生したチャネルを特定する。光シャットダウン制御部６０８は、光レベル変化が発生したチャネルの光減衰器制御部６０９に対してシャットダウン制御を指示する。波長数情報確定部６１０ではシャットダウン制御指示を出した１波長分を差し引いた波長数（この場合は２波長）を波長数情報取得転送部２１３に通知する。

図６を参照して、光分岐挿入装置の制御フローを説明する。ここで、図６は光分岐挿入装置の制御フローチャートである。図６において、光分岐挿入装置５００Ａは、電源を投入されると、複数の個別波長の光レベルモニタ２１４は、該当する波長の光パワー情報を取得する（Ｓ５０１）。また、光パワーモニタ６０２は、全主信号光パワー情報を取得する（Ｓ５１１）。さらに、光合波器温度モニタ・温度異常検出部６１１は、光合波器２０８の温度情報を取得する（Ｓ５２１）。

ステップ５０１に引き続いて、光レベル変化点検出部６０３は、各個別波長の光パワーの変化発生有無を検出する（Ｓ５０２）。また、総和演算部６０５は、各個別波長「有」の総和を演算する（Ｓ５０３）。比較部６０６は、ステップ５１１から得られる波長数と、ステップ５０３で得た波長数を比較し、波長数情報に矛盾がないか判定する（Ｓ５１２）。

光レベルモニタ変化発生チャネル判定部６０７は、ステップ５０２とステップ５１２とステップ５２１との結果に基づいて、どのチャネル（波長）で異常が発生したか／していないか判定する（Ｓ５１３）。さらに、シャットダウン制御部６０８は、異常が発生したチャネルに対し、シャットダウンを指示する（Ｓ５１４）。波長数情報確定部５１０は、波長数情報を確定し（Ｓ５１５）、ステップ５０１、Ｓ５１１およびＳ５２１に戻る。

本実施例に拠れば、光分岐挿入部で誤った波長数情報を検出した場合であっても、下流ノードに対して誤った波長数を転送することを防止し、下流ノード以降の主信号の伝送品質劣化を避けることができる。

実施例２について図７を参照して説明する。ここで、図７は光分岐挿入装置のブロック図である。なお、ここでは光分岐挿入装置５００ＢのＥａｓｔ側のみを記載し、図５との相違点を以下説明する。光分岐挿入部２０１−１において、個別チャネルのシャットダウン制御に光減衰器２１０の損失最大制御ではなく、個別チャネルの光スイッチ２０９を切り替えて、シャットダウン制御を行う。ここでスイッチ切替制御により、光減衰器２１０への出力をシャットダウンすることが必要となるため、光スイッチ２０９は入力２方路、出力２方路の光スイッチである。なお、光スイッチ２０９の第１の出力方路に光減衰器２１０を接続したとき、第２の出力方路には図示しない光終端器を接続する。

図５の波長数情報抽出部６０４Ａの光減衰器のシャットダウン制御部６０８の代わりに、波長数情報抽出部６０４Ｂの光スイッチのシャットダウン制御部７０１が実装されている。シャットダウン制御部７０１は、波長数不一致状態が検出されたとき、該当光スイッチ切替制御部７０２に第２の出力方路を選択するよう動作させる。なお、光スイッチ切替制御部７０２は、図５では図示を省いていたものである。

通信システムのブロック図である。 波長数情報の転送を説明するブロック図である。 光分岐挿入装置の各ポイントでの波長−光強度特性を説明する図である。 光分岐挿入装置の各ポイントでの波長−光強度特性を説明する図である。 光分岐挿入装置のブロック図である。 光分岐挿入装置の制御フローチャートである。 他の光分岐挿入装置のブロック図である。

符号の説明

１０１…光分岐挿入装置、１０２…光ファイバ伝送路、１０３…波長の異なる光分岐挿入装置間の主信号、２０１…光分岐挿入部、２０２−１…光増幅部、２０３…受信光増幅器、２０４…送信光増幅器、２０５…光安全レベル制御回路、２０６…光カプラ、２０７…光分波器、２０８…光合波器、２０９…光スイッチ、２１０…可変光減衰器、２１１…光ファイバ、２１２…監視制御光送受信部、２１３…波長数情報取得転送部、２１４…光レベルモニタ、５００…光分岐挿入装置、６０１…光カプラ、６０２…光レベルモニタ、６０３…光レベル変化点検出部、６０４…波長数情報抽出部、６０５…総和演算部、６０６…比較部、６０７…光レベルモニタ変化発生チャネル判定部、６０８…シャットダウン制御部、６０９…光減衰器制御部、６１０…波長数情報確定部、６１１…光合波器温度モニタ・温度異常検出部、７０１…シャットダウン制御部、７０２…光スイッチ切替制御部。

Claims (3)

1. 波長多重された主光信号の多重波長数情報を監視制御光信号に乗せ、前記主光信号と前記監視制御光信号とを多重して送信する光分岐挿入装置において、
   前記主光信号の全パワーを監視する第１の光レベルモニタと、前記主光信号から波長分離された複数の個別光信号の有無を検出する複数の第２の光レベルモニタと、複数の前記第２の光レベルモニタに接続され、光レベルが読み出しサイクル間で変化したことを検出する複数の変化検出部とを備え、
   前記第１の光レベルモニタで検出した光レベルと複数の前記第２のレベルモニタで検出した複数の光レベルの総和とを比較することによって、前記第１の光レベルモニタでの第１の波長数と複数の前記第２の光レベルモニタでの第２の波長数との相違を検出し、
   前記比較の結果、前記第１の波長数と前記第２の波長数とに相違を検出したとき、前記複数の変化検出部のうち、変化を検出した波長の変化検出部に対応する個別光信号の送出を停止することを特徴とする光分岐挿入装置。
2. 請求項１に記載の光分岐挿入装置であって、
   前記個別光信号の送出は、光スイッチによる方路切替により、停止することを特徴とする光分岐挿入装置。
3. 請求項１に記載の光分岐挿入装置であって、
   さらに、前記個別光信号のレベルを調整する複数の可変光減衰器を備え、
   前記個別光信号の送出は、前記可変光減衰器の与える減衰により、停止することを特徴とする光分岐挿入装置。

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