JP6808973B2 - 発信装置、発信方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、発信装置、発信方法、及びプログラムに関し、特に、太陽電池で動作する発信装置等に関する。

近年、無線データ発信機であるビーコンを利用して携帯用端末等へ位置情報やコンテンツ情報を配信するサービスが開発されている。現在使われているビーコンは、電源にバッテリーを使用しており、少なくとも年１回のバッテリー交換が必要となる。このため、バッテリー交換に伴うコストや保守の負担が大きい。

一方、従来から、自然エネルギーを利用して電池レスで動作するビーコンも存在する。例えば、特許文献１では太陽電池によって給電されるビーコンが開示されている。また特許文献２では、１次電源として太陽電池を、２次電源としてバッテリーを併用したビーコンが開示されている。

特開昭６０−１１０１４９号公報 特開昭６２−２００２７８号公報

ところで、太陽電池の発電効率は照度条件によって大きく左右されるため、照度条件に応じてビーコンの発信動作を適切に制御しなければ、ビーコンの効率的かつ安定した動作を保障することが難しい。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、太陽電池で動作する発信装置において、太陽電池の照度に応じて電波の発信間隔又は電波の発信強度を制御することで、効率的かつ安定した動作を実現することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、太陽電池で動作する発信装置であって、電波を発信する発信部と、照度を入力して電波の発信間隔を出力する第１の変換関数を記憶する記憶部と、前記太陽電池のパネル面の照度を検知する照度検知部と、検知された前記照度を前記第１の変換関数に入力し、前記第１の変換関数から出力された電波の発信間隔を設定する設定部と、前記設定部により設定された電波の発信間隔で前記発信部から電波を発信させるよう制御する制御部と、を備え、前記第１の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信間隔が長くなる反比例の関数であることを特徴とする発信装置である。

第２の発明は、太陽電池で動作する発信装置であって、電波を発信する発信部と、照度を入力して電波の発信強度を出力する第２の変換関数を記憶する記憶部と、前記太陽電池のパネル面の照度を検知する照度検知部と、検知された前記照度を前記第２の変換関数に入力し、前記第２の変換関数から出力された電波の発信強度を設定する設定部と、前記設定部により設定された電波の発信強度で前記発信部から電波を発信させるよう制御する制御部と、を備え、前記第２の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信強度が小さくなる比例の関数であることを特徴とする発信装置である。

第３の発明は、太陽電池で動作する発信装置であって、電波を発信する発信部と、照度を入力して電波の発信間隔を出力する第１の変換関数及び照度を入力して電波の発信強度を出力する第２の変換関数を記憶する記憶部と、前記太陽電池のパネル面の照度を検知する照度検知部と、検知された前記照度を前記第１の変換関数及び前記第２の変換関数に入力し、前記第１の変換関数から出力された電波の発信間隔を設定するとともに前記第２の変換関数から出力された電波の発信強度を設定する設定部と、前記設定部により設定された電波の発信間隔及び発信強度で前記発信部から電波を発信させるよう制御する制御部と、を備え、前記第１の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信間隔が長くなる反比例の関数であり、前記第２の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信強度が小さくなる比例の関数であることを特徴とする発信装置である。

また第１の発明において、前記太陽電池により発生した電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の蓄電量が所定の閾値を超えると、前記発信部へ電力を供給し、前記蓄電池の蓄電量が所定の閾値を下回ると、前記発信部への電力の供給を停止する電源管理部と、を更に備えることが望ましい。

第４の発明は、太陽電池で動作する発信装置の発信方法であって、電波を発信するステップと、照度を入力して電波の発信間隔を出力する第１の変換関数を記憶するステップと、前記太陽電池のパネル面の照度を検知するステップと、検知された前記照度を前記第１の変換関数に入力し、前記第１の変換関数から出力された電波の発信間隔を設定するステップと、前記設定された電波の発信間隔で前記電波を発信させるよう制御するステップと、を含み、前記第１の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信間隔が長くなる反比例の関数であることを特徴とする発信方法である。
第５の発明は、太陽電池で動作する発信装置の発信方法であって、電波を発信するステップと、照度を入力して電波の発信強度を出力する第２の変換関数を記憶するステップと、前記太陽電池のパネル面の照度を検知するステップと、検知された前記照度を前記第２の変換関数に入力し、前記第２の変換関数から出力された電波の発信強度を設定するステップと、前記設定された電波の発信強度で前記電波を発信させるよう制御するステップと、を含み、前記第２の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信強度が小さくなる比例の関数であることを特徴とする発信方法である。
第６の発明は、太陽電池で動作する発信装置の発信方法であって、電波を発信するステップと、照度を入力して電波の発信間隔を出力する第１の変換関数及び照度を入力して電波の発信強度を出力する第２の変換関数を記憶するステップと、前記太陽電池のパネル面の照度を検知するステップと、検知された前記照度を前記第１の変換関数及び前記第２の変換関数に入力し、前記第１の変換関数から出力された電波の発信間隔を設定するとともに前記第２の変換関数から出力された電波の発信強度を設定するステップと、前記設定された電波の発信間隔及び発信強度で前記電波を発信させるよう制御するステップと、を含み、前記第１の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信間隔が長くなる反比例の関数であり、前記第２の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信強度が小さくなる比例の関数であることを特徴とする発信方法である。

第７の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発信装置として機能させることを特徴とするプログラムである。

本発明によれば、太陽電池で動作する発信装置において、太陽電池の照度に応じて電波の発信間隔又は電波の発信強度を制御することで、効率的かつ安定した動作を実現する。

ビーコン１（発信装置）の外観構成の概略図 ビーコン１（発信装置）の内部構成を示す図 照度から電波発信間隔を算出する変換関数Ｆを示す図 照度から電波発信強度を算出する変換関数Ｇを示す図 ビーコン１（発信装置）の電波発信処理の流れを示すフローチャート （ａ）照度が低い場合の電波発信間隔を示す模式図、（ｂ）照度が高い場合の電波発信間隔を模式図 （ａ）照度が低い場合の電波発信強度を示す模式図、（ｂ）照度が高い場合の電波発信強度を示す模式図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係るビーコン１（発信装置）の外観構成の概略図である。図に示すように、ビーコン１は太陽電池１１を備え、太陽電池１１により発生する電力の供給を受けて動作する。筐体側部の起動スイッチ３を押下することで、太陽電池１１を介してビーコン１の各部に電力が供給され、ビーコン１が動作可能な状態となる。ビーコン１の外径サイズは、例えば約６０ｍ（縦）×約１２０ｍｍ（横）×約１２ｍｍ（厚さ）であり、重量は例えば約６５ｇである。

ビーコン１は、ビーコン１の通信エリア内に存在する１以上の情報端末（スマートフォン、タブレット端末、コンピュータ、その他各種の情報端末を含む）と、
例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）等の近距離無線通信規格による無線通信を行う。通信エリアの範囲は、例えば、数メートル程度の近距離〜数十メートル程度の中距離の範囲である。

本実施形態に係るビーコン１は、例えば、ショッピングモール、空港、美術館などの屋内施設の任意箇所に設置され、周囲の情報端末に位置情報やコンテンツ情報を配信するために利用される。

図２は、ビーコン１（発信装置）の内部構成を示す図である。図２に示すように、ビーコン１は、主に、太陽電池１１、蓄電池１２、制御部２１、発信部２２、及び記憶部２３を備える。

太陽電池１１は、例えばシリコン系、化合物系、又は有機系の太陽電池であり、ビーコン１を動作させるための電源として機能する。図１に示すように、太陽電池１１の受光面（太陽電池パネル）がビーコン１の筐体上面に設けられる。
太陽電池１１は、屋内の照明光を受光し、受光した光を光電変換して電力を発生させる。発生させた電力は、蓄電池１２に蓄電され、蓄電池１２を介してビーコン１の各部へ供給される。

蓄電池１２は、太陽電池１１により発生させた電力を蓄電する。蓄電池１２は、ビーコン１の筐体から着脱自在に取り付けられる。また図示は省略するが、蓄電池１２から太陽電池１１への逆流を防止する、整流回路が設けられる。

制御部２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）によって構成されており、電波（ビーコン信号）の発信動作等を制御する。
制御部２１は、図２に示すように、監視部２１ａ、電源管理部２１ｂ、照度検知部２１ｃ、及び設定部２１ｄから構成される。

監視部２１ａは、太陽電池１１の出力電圧、出力電流、発電量等の太陽電池１１の発電性能に関するデータを常時取得する。また、蓄電池１２の蓄電量を常時取得する。

電源管理部２１ｂは、ビーコン１の各部への電力の供給を管理制御する。電源管理部２１ｂは、蓄電池１２の蓄電量がビーコン１の各部を正常に動作せることが可能な所定の閾値を超えると、発信部２２を含むビーコン１の各部へ電力を供給する（すなわち、ビーコン１は電波を発信する）。一方、蓄電量が所定の閾値を下回ると、少なくとも発信部２２への電力の供給を停止する（すなわち、ビーコン１は電波の発信を停止する）。発信部２２への電力の供給を停止した後、再度、蓄電池１２の蓄電量が所定の閾値を超えると、発信部２２への電力の供給を再開する。以上のように、蓄電量に応じて発信部２２への電源供給を制御することによって、ビーコン１の正常な発信動作が保障される。
なお電源管理部２１ｂは、発信部２２へ電力を安定して供給するため、電圧変動を抑える平滑用コンデンサを介して発信部２２へ電力を供給してもよい。

照度検知部２１ｃは、監視部２１ａにより取得される太陽電池１１の出力電圧、出力電流、発電量等から太陽電池１１のパネル面の照度（ルクス（ｌｘ））を検知する。
なお本実施形態とは異なり、外界の照度を計測するフォトダイオード等の光センサをビーコン１に別途設けて、この光センサを用いて照度を検知してもよい。

設定部２１ｄは、発信部２２から発信する電波の発信間隔（電波発信間隔）又は電波の発信強度（電波発信強度）を設定する。電波発信間隔とは、発信部２２から発信する電波の周期である。電波発信強度とは、発信部２２から発信する電波の出力レベルである。特に設定部２１ｄは、次に説明する変換関数Ｆ（図３）又は変換関数Ｇ（図４）を用いて、電波発信間隔又は電波発信強度を、照度検知部２１ｃにより検知された照度に応じた値に設定する。

図３は照度から電波発信間隔を算出する変換関数Ｆを示す図である。変換関数Ｆは、照度を入力として、電波発信間隔を出力する関数（電波発信間隔＝Ｆ（照度））である。設定部２１ｄは、照度検知部２１ｃにより検知した照度を変換関数Ｆに代入して電波発信間隔を算出し、発信部２２から発信する電波の制御パラメータとして設定する。

ここで変換関数Ｆは、少なくとも、照度が低いほど電波発信間隔が長くなる特徴を有する関数である（図の例では、変換関数Ｆは照度と電波発信間隔を変数とした反比例の関数である）。すなわち、設定部２１ｄは、照度検知部２１ｃにより検知された照度が低いほど電波発信間隔を長く設定し、照度が高いほど電波発信間隔を短く設定する。

図４は照度から電波発信強度を算出する変換関数Ｇを示す図である。変換関数Ｇは、照度を入力として、電波発信強度を出力する関数（電波発信強度＝Ｇ（照度））である。設定部２１ｄは、照度検知部２１ｃにより検知した照度を変換関数Ｇに代入して電波発信間隔を算出し、発信部２２から発信する電波の制御パラメータとして設定する。

ここで変換関数Ｇは、少なくとも、照度が低いほど電波発信強度が小さくなる特徴を有する関数である（図の例では、変換関数Ｇは照度と電波発信強度を変数とした比例関数である）。すなわち、設定部２１ｄは、照度検知部２１ｃにより検知された照度が低いほど電波発信強度を小さく設定し、照度が高いほど電波発信強度を大きく設定する。

なお、変換関数Ｆ、Ｇに代えて、各照度と各電波発信間隔又は各電波発信強度とを予め対応付けて保持するデータテーブルを用意してもよい。この場合、設定部２１ｄは、このデータテーブルから、照度検知部２１ｃにより検知した照度に対応する電波発信間隔又は電波発信強度を取得し、発信部２２から発信する電波の制御パラメータとして設定する。

発信部２２は、記憶部２３から読み出したビーコンＩＤ等を含むビーコン信号を、設定部２１ｄにより設定された制御パラメータ（電波発信間隔又は電波発信強度）に基づいて周期的に電波発信する。

記憶部２３は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶媒体によって構成される。記憶部２３には、ビーコン１を動作させるためのプログラムや、ビーコン１を識別するためのビーコンＩＤ等が記憶される。また、監視部２１ａにより取得される太陽電池１１の出力電圧、出力電流、発電量等の発電性能に関するデータ、照度検知部２１ｃにより検知される太陽電池１１のパネル面の照度データ、照度データから電波発信の制御パラメータ（電波発信間隔又は電波発信強度）を算出する変換関数Ｆ、Ｇ（図３、４）等が記憶される。

バス２９は、太陽電池１１、蓄電池１２、制御部２１、発信部２２、及び記憶部２３等が互いにデータの授受を行うための経路である。

図５は、ビーコン１の電波発信処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、電源管理部２１ｂにより発信部２２へ電力が供給されているときに実行される。

ビーコン１は、太陽電池１１の出力電圧、出力電流、発電量等から太陽電池１１のパネル面の照度を検知する（ステップＳ１１）。
続いて、ビーコン１は、ステップＳ１１において検知された照度を変換関数Ｆ（図３）又は変換関数Ｇに代入して電波発信間隔又は電波発信強度を算出し、発信部２２から発信する電波の制御パラメータとして設定する（ステップＳ１２）。

そして、ビーコン１は、ステップＳ１２において設定された制御パラメータに基づいて、電波を発信制御する（ステップＳ１３）。
以上のステップＳ１１〜Ｓ１３の処理は繰り返し実行され、逐次検知される照度に応じて電波発信間隔又は電波発信強度がリアルタイムに制御される。

図６は、ステップＳ１３において電波発信間隔を制御した場合の電波発信の様子を示す模式図である。図６（ａ）は、照度が低い場合の模式図であり、図６（ｂ）は、照度が高い場合の模式図である。図に示すように、照度が低いほど電波発信間隔（図のｔ１）が長くなり、照度が高いほど電波発信間隔（図のｔ２）が短くなるように制御される。

図７は、ステップＳ１３において電波発信強度を制御した場合の電波発信の様子を示す模式図である。図７（ａ）は、照度が低い場合の模式図であり、図７（ｂ）は、照度が高い場合の模式図である。図に示すように、照度が低いほど電波発信強度（図のｐ１）が小さくなり、照度が高いほど電波発信強度（図のｐ２）が大きくなるように制御される。

以上、本実施形態によれば、太陽電池１１で動作するビーコン１（発信装置）において、太陽電池１１の照度に応じて電波発信間隔又は電波発信強度を制御する。特に、照度が低いほど電波発信間隔が長くなるように或いは電波発信強度が小さくなるように制御し、照度が高いほど電波発信間隔が短くなるように或いは電波発信強度が大きくなるように制御する。

これにより照度が低い場合（発電量が少ない場合）には消費電力を抑えながら省電力で必要最小限のパフォーマンスで電波を発信させ、照度が高い場合（発電量が多い場合）には消費電力を上げて高パフォーマンスで電波を発信させる。すなわち、周囲の照明条件によって適切に電波の発信が制御されるので、ビーコン１の効率的かつ安定した動作が実現される。

従来の多くの電波制御方法では、高パフォーマンスな電波発信（例えば１００［ｍｓｅｃ］周期の電波発信）が実行できる十分な発電量（蓄電量）が得られるまで、電波の発信を停止させていた。しかしながら、このような制御方法では、十分な発電量が得られない低照度の場合に、電波が全く発信されない状態となる。電波が発信されないと、当然ながらユーザが情報サービスの提供を受ける機会がなくなり、サービス提供者側にとっては大きな機会損失を被ることになる。本発明では、照度に応じて電波発信間隔又は電波発信強度を制御することで、低照度であっても照度に応じたパフォーマンスで電波の発信を継続させるため、照度条件に大きく影響されない情報サービスの提供を実現することが可能となる。

尚、本実施形態では、電波の発信間隔又は電波の発信強度を事前に設定し、設定した電波の発信間隔又は電波の発信強度に基づいて、電波の発信を制御するように構成したが、電波の発信間隔又は電波の発信強度を事前に設定しなくてもよい。例えば、単純に蓄電池１２に蓄電された電力量に基づいて、発信部２２により発信する電波を制御するようにしてもよい。蓄電された電力量に基づいて電波発信を制御することは、結果的に照度に応じて電波の発信間隔又は電波の発信強度を制御していることと同等である。

すなわち、本発明において「発信部により発信する電波の発信間隔又は電波の発信強度を照度に応じて制御する」とは、
（１）電波の発信間隔又は電波の発信強度を事前に設定し、設定した電波の発信間隔又は電波の発信強度に基づいて、発信部２２により発信する電波を制御すること（本実施形態の例）、および
（２）電波の発信間隔又は電波の発信強度を事前に設定することなく、蓄電池１２に蓄電された電力量に基づいて、発信部２２により発信する電波を制御すること、
を含む。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、一定の照明条件下にビーコン１が設置されている場合には、ビーコン１のメンテナンス時期を外部の情報端末を用いて判断できる。例えば、ビーコン１と無線接続した情報端末により、ビーコン１の電波を受信し、電波の受信間隔を変換関数Ｆの逆関数に代入することで、ビーコン１（太陽電池１１）の照度を取得する。そして、取得した照度が、ビーコン１の設置時期に取得した照度と比較して、所定以上低くなっている場合には、メンテナンスの時期（太陽電池パネル表面に堆積している埃を掃除する時期、太陽電池を交換する時期、など）と判断できる。このようにビーコン１のメンテナンス時期を、ビーコン１自体を点検しなくても外部の情報端末を用いて容易に把握することができる。

また本実施形態では、太陽電池１１の照度に応じて、電波の発信間隔と電波の発信強度のいずれかを制御するようにしたが、電波の発信間隔と電波の発信強度の双方を同時に制御してもよい。

１………………………ビーコン（発信装置）
１１……………………太陽電池
１２……………………蓄電池
２１……………………制御部
２１ａ…………………監視部
２１ｂ…………………電源管理部
２１ｃ…………………照度検知部
２１ｄ…………………設定部
２２……………………発信部
２３……………………記憶部
Ｆ、Ｇ…………………変換関数

Claims (8)

1. 太陽電池で動作する発信装置であって、
   電波を発信する発信部と、
   照度を入力して電波の発信間隔を出力する第１の変換関数を記憶する記憶部と、
   前記太陽電池のパネル面の照度を検知する照度検知部と、
   検知された前記照度を前記第１の変換関数に入力し、前記第１の変換関数から出力された電波の発信間隔を設定する設定部と、
   前記設定部により設定された電波の発信間隔で前記発信部から電波を発信させるよう制御する制御部と、を備え、
   前記第１の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信間隔が長くなる反比例の関数である
   ことを特徴とする発信装置。
2. 太陽電池で動作する発信装置であって、
   電波を発信する発信部と、
   照度を入力して電波の発信強度を出力する第２の変換関数を記憶する記憶部と、
   前記太陽電池のパネル面の照度を検知する照度検知部と、
   検知された前記照度を前記第２の変換関数に入力し、前記第２の変換関数から出力された電波の発信強度を設定する設定部と、
   前記設定部により設定された電波の発信強度で前記発信部から電波を発信させるよう制御する制御部と、を備え、
   前記第２の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信強度が小さくなる比例の関数である
   ことを特徴とする発信装置。
3. 太陽電池で動作する発信装置であって、
   電波を発信する発信部と、
   照度を入力して電波の発信間隔を出力する第１の変換関数及び照度を入力して電波の発信強度を出力する第２の変換関数を記憶する記憶部と、
   前記太陽電池のパネル面の照度を検知する照度検知部と、
   検知された前記照度を前記第１の変換関数及び前記第２の変換関数に入力し、前記第１の変換関数から出力された電波の発信間隔を設定するとともに前記第２の変換関数から出力された電波の発信強度を設定する設定部と、
   前記設定部により設定された電波の発信間隔及び発信強度で前記発信部から電波を発信させるよう制御する制御部と、を備え、
   前記第１の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信間隔が長くなる反比例の関数であり、
   前記第２の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信強度が小さくなる比例の関数である
   ことを特徴とする発信装置。
4. 前記太陽電池により発生した電力を蓄電する蓄電池と、
   前記蓄電池の蓄電量が所定の閾値を超えると、前記発信部への電力を供給し、前記蓄電池の蓄電量が所定の閾値を下回ると、前記発信部への電力の供給を停止する電源管理部と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の発信装置。
5. 太陽電池で動作する発信装置の発信方法であって、
   電波を発信するステップと、
   照度を入力して電波の発信間隔を出力する第１の変換関数を記憶するステップと、
   前記太陽電池のパネル面の照度を検知するステップと、
   検知された前記照度を前記第１の変換関数に入力し、前記第１の変換関数から出力された電波の発信間隔を設定するステップと、
   前記設定された電波の発信間隔で前記電波を発信させるよう制御するステップと、を含み、
   前記第１の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信間隔が長くなる反比例の関数である
   ことを特徴とする発信方法。
6. 太陽電池で動作する発信装置の発信方法であって、
   電波を発信するステップと、
   照度を入力して電波の発信強度を出力する第２の変換関数を記憶するステップと、
   前記太陽電池のパネル面の照度を検知するステップと、
   検知された前記照度を前記第２の変換関数に入力し、前記第２の変換関数から出力された電波の発信強度を設定するステップと、
   前記設定された電波の発信強度で前記電波を発信させるよう制御するステップと、を含み、
   前記第２の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信強度が小さくなる比例の関数である
   ことを特徴とする発信方法。
7. 太陽電池で動作する発信装置の発信方法であって、
   電波を発信するステップと、
   照度を入力して電波の発信間隔を出力する第１の変換関数及び照度を入力して電波の発信強度を出力する第２の変換関数を記憶するステップと、
   前記太陽電池のパネル面の照度を検知するステップと、
   検知された前記照度を前記第１の変換関数及び前記第２の変換関数に入力し、前記第１の変換関数から出力された電波の発信間隔を設定するとともに前記第２の変換関数から出力された電波の発信強度を設定するステップと、
   前記設定された電波の発信間隔及び発信強度で前記電波を発信させるよう制御するステップと、を含み、
   前記第１の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信間隔が長くなる反比例の関数であり、
   前記第２の変換関数は、入力する照度が低いほど出力する電波の発信強度が小さくなる比例の関数である
   ことを特徴とする発信方法。
8. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の発信装置として機能させることを特徴とするプログラム。

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