JP6965845B2 - 通信システムおよび移動方法 - Google Patents
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Description
本発明は、通信システムおよび移動方法に関する。
近年、トラヒックフローに対し、決まった順番でパケット処理を施すサービスファンクションチェイニングが普及しつつある。パケット処理はソフトウェア実装した仮想ネットワーク機能(VNF(Virtual Network Function))インスタンスにより施される。トンネリング技術を用いてトラヒックフローをVNFインスタンス間で転送する。VNFインスタンスとVNFインスタンス間を結ぶ転送用トンネル経路のセットをサービスチェインと呼ぶ。
ネットワークリソースを最適化するため、VNFインスタンスの再配置を行う。このとき、VNFインスタンスを別のサーバに移動して稼働させるための技術にライブマイグレーションがある。ライブマイグレーションを行う際、ミリ秒単位の長さでVNFインスタンスを停止させる必要がある。その間、パケットフローの転送が停止し、フロー断が発生する。
サービスチェインを構成する複数のVNFインスタンスは、VNFインスタンス間のパケット転送を高速な共有メモリを介して行うため、同一サーバ内に配置される。これらのVNFインスタンスの移動タイミングがずれてしまった場合、先に移動したVNFインスタンスと移動中のVNFインスタンスが別のサーバで稼働するため、その間で転送されるパケットフローがネットワークを経由することになる。このフローのため、ネットワーク内のリンクリソースを過剰に消費することになる。このため、あとに行うVNFインスタンスの移動時間を短縮することが求められる。
同一サーバ内で稼働するVNFインスタンスは出力リンクの帯域をシェアすることと、VNFインスタンスが生じる更新データの量は多いため、同時並列にすべてのVNFインスタンスを移動することは難しい。このため、あるVNFインスタンスを送信したあと、次のVNFインスタンスを送信するという状況が生じる。
フロー断は、高い頻度で更新されるデータを送信するためにVNFインスタンスを停止する時間内と、移動先でパケット処理を行うための準備を行う時間内、そしてデータネットワーク内の転送経路情報をトラヒックフローが移動先のサーバに届くように更新する時間内に発生する。後者2つの時間内では先に移動するVNFインスタンスのデータ送信が完了しているので、次のVNFインスタンスを移動させるための帯域を利用することが可能であるため、移動を開始する。このため、次のVNFインスタンス移動を開始してから先のVNFインスタンスがパケットを処理し出すまでフロー断が発生する。
VNFインスタンスの移動によるフロー断発生中、移動中のVNFインスタンスの下流に位置するVNFインスタンスにはパケットが到着しない。VNFインスタンスは、移動中パケット処理を行う。VNFインスタンスは、パケット処理中ローカル変数などのデータを更新する。ライブマイグレーションは、VNFインスタンス内のデータを移動先と移動元のサーバの間で完全に同期し、同期完了後にVNFインスタンスの処理を移動先のサーバで再開する。このため、更新したデータを同期する。
フロー断により、到着パケットの量が減ることにより、発生する更新データの量も減少する。このため、下流側のVNFインスタンスを移動する場合、ライブマイグレーションが同期するデータの量も減るため、VNFインスタンスの移動時間は短くなる。
移動中のVNFインスタンスの上流側に位置するVNFインスタンスには引き続きパケットが到着する。パケット処理を行うため、データ更新を行う。このため、このようなVNFインスタンスを移動する場合、多くのデータを同期する必要がある。結果、VNFインスタンスの移動時間は長くなる。このようなVNFインスタンスを移動させる方法が存在する(例えば、非特許文献1参照)。
Jie Zheng and T.S.Eugene Ng and Kunwadee Sripanidkulchai and Zhaolei Liu, "COMMA: Coordinating the Migration of Multi-tier Applications", Proc. ACM SIGPLAN/SIGOP Int. Conf. on Virtual Execution Environments (VEE 2014), mar. 2014, pp.1-12
しかしながら、従来の技術では、VNFインスタンスの移動時間が長くなって、ネットワーク内にトラヒックが流入する時間が長くなり、ネットワークリソースの消費量が多くなる場合があるという課題があった。例えば、上記したVNFインスタンスを移動させる方法では、VNFインスタンスの移動順序をとくに規定していない。このため、あるVNFインスタンスを移動したあと、上流側のVNFインスタンスを移動する場合が存在する。このとき、上流側がパケット処理を行うことにより、移動時間が長くなることで、ネットワーク内にトラヒックが流入する時間が長くなり、ネットワークリソースの消費量が多くなる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の通信システムは、所定のサーバで稼働するソフトウェアであって、トラヒックフローが通過するソフトウェアと、該トラヒックフローが通過するソフトウェアの順序とに応じて、移動するソフトウェアの順序を決定する決定部と、前記決定部によって決定された移動するソフトウェアの順序にしたがって、前記ソフトウェアを別のサーバへ移動するように制御する移動制御部とを有することを特徴とする。
また、本発明の移動方法は、通信システムによって実行される移動方法であって、所定のサーバで稼働するソフトウェアであって、トラヒックフローが通過するソフトウェアと、該トラヒックフローが通過するソフトウェアの順序とに応じて、移動するソフトウェアの順序を決定する決定工程と、前記決定工程によって決定された移動するソフトウェアの順序にしたがって、前記ソフトウェアを別のサーバへ移動するように制御する移動制御工程とを含んだことを特徴とする。
本発明によれば、ネットワーク内にトラヒックが流入する時間を短くすることで、ネットワークリソースの消費量を抑制することができるという効果を奏する。
以下に、本願に係る通信システムおよび移動方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本願に係る通信システムおよび移動方法が限定されるものではない。
[第一の実施の形態]
以下の実施の形態では、第一の実施の形態に係る通信システムの構成、通信システムにおける処理の流れを順に説明し、最後に第一の実施の形態による効果を説明する。
以下の実施の形態では、第一の実施の形態に係る通信システムの構成、通信システムにおける処理の流れを順に説明し、最後に第一の実施の形態による効果を説明する。
[通信システムの構成]
まず、図1を用いて、第一の実施の形態に係る通信システムについて説明する。図1は、第一の実施の形態に係る通信システムの構成の一例を示す図である。第一の実施の形態に係る通信システムは、インスタンス稼働装置10およびインスタンス管理装置20を有する。なお、図1に示す構成は一例にすぎず、具体的な構成や各装置の数は特に限定されない。また、インスタンス稼働装置10およびインスタンス管理装置20が有する機能は、あくまで一例であり、例えば、インスタンス稼働装置10が有する機能の一部または全てをインスタンス管理装置20が有してもよい。
まず、図1を用いて、第一の実施の形態に係る通信システムについて説明する。図1は、第一の実施の形態に係る通信システムの構成の一例を示す図である。第一の実施の形態に係る通信システムは、インスタンス稼働装置10およびインスタンス管理装置20を有する。なお、図1に示す構成は一例にすぎず、具体的な構成や各装置の数は特に限定されない。また、インスタンス稼働装置10およびインスタンス管理装置20が有する機能は、あくまで一例であり、例えば、インスタンス稼働装置10が有する機能の一部または全てをインスタンス管理装置20が有してもよい。
インスタンス稼働装置10は、VNFインスタンス(ソフトウェア)を稼働する装置である。インスタンス稼働装置10は、入出力インタフェース11、サーバリソース12、フローテーブル13、決定部14および移動制御部15を有する。入出力インタフェース11は、各種情報に関する通信を制御し、例えば、インスタンス管理装置20との間でデータの送受信を行う。サーバリソース12は、例えば、CPUやメモリ等の物理リソースであって、VNFインスタンスを稼働するためのリソースである。
フローテーブル13は、トラヒックフローが通過するVNFインスタンスを記憶するテーブルである。具体的には、フローテーブル13は、インスタンス管理装置20から受信した移動対象のVNFインスタンスと、移動対象のVNFインスタンスを通過するトラヒックフローとを記憶する。
例えば、フローテーブル13は、図2に例示するように、トラヒックフローを一意に識別するための識別子を示す「フロー」と、トラヒックフローが通過するVNFインスタンスを示す「インスタンス」と、トラヒックフローの優先度を示す「優先度」とを対応付けて記憶する。
図2の具体例を挙げて説明すると、例えば、トラヒックフロー「F1」は、片方向のフローであり、VNFインスタンス「V1」→「V2」→「V3」の順で通過し、優先度は「高」と設定されている。また、トラヒックフロー「F2」は、両方向のフローであり、VNFインスタンス「V4」→「V5」→「V6」の順と、VNFインスタンス「V6」→「V5」→「V4」の順とで通過し、優先度は「中」と設定されている。
決定部14は、インスタンス稼働装置10で稼働するVNFインスタンスであって、トラヒックフローが通過するVNFインスタンスと、該トラヒックフローが通過するVNFインスタンスの順序とに応じて、移動するVNFインスタンスの順序を決定する。
例えば、決定部14は、トラヒックフローが片方向フローである場合には、上流側から順にVNFインスタンスを移動するという順序の移動スケジュールを決定する。ここで、図3を用いて、片方向フローの場合におけるVNFインスタンスの移動順序を決定する処理を説明する。図3は、片方向フローの場合におけるVNFインスタンスの移動順序を決定する処理を説明する図である。図3に例示するように、フローF1が、片方向のフローであり、VNFインスタンス「V1」→「V2」→「V3」の順で通過する場合には、上流のVNFインスタンス「V1」を1番目に移動し、次に、VNFインスタンス「V2」を2番目に移動し、最後に、VNFインスタンス「V3」を3番目に移動するように順序を決定する。
このように、決定部14が、上流のVNFインスタンスから移動するように決定することで、下流側のVNFインスタンスにトラヒックフローが到着しないため、パケット処理に伴い発生する同期対象データの量が減少し、VNFインスタンスの移動時間を短縮することが可能になる。なお、図3の例では、下流側のVNFインスタンスにトラヒックフローが到着しないため、パケット処理がストップして上書きデータの発生レートが低下したことを図示している。この移動時間短縮に伴い、VNFインスタンス間で転送されるトラヒックフローがネットワーク内を経由して転送される状況の発生時間を短縮することができ、トラヒックフローがネットワークリソースを消費する状況を改善することができる。
ここで、図4の例を用いて、仮に中間のVNFインスタンスから移動した場合における上流および下流のVNFインスタンスの上書きデータ量について説明する。図4は、中間のVNFインスタンスの移動が完了した場合における上流および下流のVNFインスタンスの上書きデータ量について説明する図である。
図4に例示するように、仮に上流のVNFインスタンスから移動するのではなく、中間のVNFインスタンスから移動した場合には、上流側のVNFインスタンスにトラヒックフローが到着してパケット処理が継続することとなり、パケット処理に伴い発生する同期対象データの量(上書きデータ量)が多くなり、VNFインスタンスの移動時間を短縮できない。図4の例では、下流側のVNFインスタンスにトラヒックフローが到着しないため、パケット処理がストップして上書きデータの発生レートが低下しているのに対して、上流側のVNFインスタンスにトラヒックフローが到着する、パケット処理が継続して上書きデータの発生レートが変わらないことを図示している。
また、例えば、決定部14は、トラヒックフローが両方向フローである場合には、最初にどちらか一端のVNFインスタンスを移動し、次に反対方向の一端のVNFインスタンスを移動するという順序に決定する。ここで、図5を用いて、両方向フローの場合におけるVNFインスタンスの移動順序を決定する処理を説明する。図5は、両方向フローの場合におけるVNFインスタンスの移動順序を決定する処理を説明する図である。
図5に例示するように、トラヒックフロー「F2」が、両方向のフローであり、VNFインスタンス「V4」→「V5」→「V6」の順でも通過し、VNFインスタンス「V6」→「V5」→「V4」の順でも通過する。なお、図5の例では、VNFインスタンス「V4」側を上流、VNFインスタンス「V6」側を下流としている。このような場合には、最上流のVNFインスタンス「V4」を1番目に移動し、次に、最下流のVNFインスタンス「V6」を2番目に移動し、最後に、中間のVNFインスタンス「V5」を3番目に移動するように順序を決定する。
このように、決定部14が、VNFインスタンスが双方向フローを処理する場合、互いの方向のフローの両端のVNFインスタンス「V4」、「V6」を移動させたあと、両方向のフローともパケットがVNFインスタンス「V4」、「V6」で廃棄される。このため、間に挟まれたVNFインスタンス「V5」にパケットにパケットが到着しなくなり、このVNFインスタンスのパケット処理量も低下する。結果、同期が必要なデータが発生しなくなり、間に挟まれたVNFインスタンスの移動時間が短くなる。
また、例えば、決定部14は、トラヒックフローが複数ある場合には、予め設定された優先度が高いトラヒックフローが通過するVNFインスタンスを優先度が低いトラヒックフローが通過するVNFインスタンスよりも先に移動するという順序に決定する。ここで、図6を用いて、複数のトラヒックフローがある場合におけるVNFインスタンスの移動順序を決定する処理を説明する。図6は、複数のトラヒックフローがある場合におけるVNFインスタンスの移動順序を決定する処理を説明する図である。
図6に示すように、VNFインスタンス「V1」→「V2」→「V3」の順で通過するトラヒックフロー「F1」と、VNFインスタンス「V7」→「V8」→「V3」の順で通過するトラヒックフロー「F3」とが存在し、両トラヒックフローともにVNFインスタンス「V3」を通過する。また、トラヒックフロー「F1」は優先度が高く設定されている高優先度フローであり、トラヒックフロー「F3」は優先度が低く設定されている低優先度フローであるものとする。
このような場合には、決定部14は、優先度の高いトラヒックフロー「F1」が通過するVNFインスタンスのうち、上流側から、VNFインスタンス「V1」を1番目に移動し、次に、VNFインスタンス「V2」を2番目に移動し、最後に、VNFインスタンス「V3」を3番目に移動するように順序を決定する。そして、決定部14は、優先度の低いトラヒックフロー「F2」が通過する残りのVNFインスタンスのうち、VNFインスタンス「V7」を4番目に移動し、最後に、VNFインスタンス「V8」を5番目に移動するように順序を決定する。
図1の説明に戻って、移動制御部15は、決定部14によって決定された移動するVNFインスタンスの順序にしたがって、VNFインスタンスを別のインスタンス稼働装置(図示せず)へ移動するように制御する。
インスタンス管理装置20は、ネットワークリソースの最適化を行うためにVNFインスタンスの移動を管理する。例えば、インスタンス管理装置20は、インスタンス稼働装置10が稼働させるVNFインスタンスとそれを通過するトラヒックフローを管理し、トラヒックフローとインスタンスの関係を考慮しながら、移動対象のVNFインスタンスと当該VNFインスタンスを通過するトラヒックフローを特定する。
インスタンス管理装置20は、入出力インタフェース21、サーバリソース22、計算部23および通知部24を有する。計算部23は、VNFインスタンスの移動が必要なときに所定の方法で移動するVNFインスタンスとVNFインスタンスを通過するトラヒックフローを計算する。
通知部24は、計算部23によって計算された結果をインスタンス稼働装置10に通知する。例えば、通知部24は、移動対象のVNFインスタンスと、移動対象のVNFインスタンスを通過するトラヒックフローを通知する。
[通信システムの処理の流れ]
次に、図7を用いて、第一の実施の形態に係るインスタンス稼働装置10の処理の流れを説明する。図7は、第一の実施の形態に係るインスタンス稼働装置による処理の一例を説明するフローチャートである。
次に、図7を用いて、第一の実施の形態に係るインスタンス稼働装置10の処理の流れを説明する。図7は、第一の実施の形態に係るインスタンス稼働装置による処理の一例を説明するフローチャートである。
図7に例示するように、インスタンス稼働装置10の決定部14は、移動対象のVNFインスタンスと、移動対象のVNFインスタンスを通過するトラヒックフローをインスタンス管理装置20から受信すると(ステップS101肯定)、VNFインスタンスの移動スケジュールを決定する(ステップS102)。
例えば、決定部14は、トラヒックフローが片方向フローである場合には、上流側から順にVNFインスタンスを移動するという順序の移動スケジュールを決定する。また、例えば、決定部14は、トラヒックフローが両方向フローである場合には、最初にどちらか一端のVNFインスタンスを移動し、次に反対方向の一端のVNFインスタンスを移動するという順序に決定する。
そして、移動制御部15は、決定部14によって決定された移動スケジュールにしたがって、VNFインスタンスを別のインスタンス稼働装置へ移動するように制御する(ステップS103)。
[第一の実施の形態の効果]
このように、第一の実施の形態に係る通信システムのインスタンス稼働装置10は、トラヒックフローが通過するVNFインスタンスと、該VNFインスタンスが通過するVNFインスタンスの順序とに応じて、移動するVNFインスタンスの順序を決定し、決定された移動するVNFインスタンスの順序にしたがって、VNFインスタンスを別のインスタンス稼働装置10へ移動するように制御する。このため、第一の実施の形態に係るインスタンス稼働装置10によれば、VNFインスタンスの移動時間を短くして、ネットワーク内にトラヒックが流入する時間を短くすることで、ネットワークリソースの消費量を抑制することが可能である。
このように、第一の実施の形態に係る通信システムのインスタンス稼働装置10は、トラヒックフローが通過するVNFインスタンスと、該VNFインスタンスが通過するVNFインスタンスの順序とに応じて、移動するVNFインスタンスの順序を決定し、決定された移動するVNFインスタンスの順序にしたがって、VNFインスタンスを別のインスタンス稼働装置10へ移動するように制御する。このため、第一の実施の形態に係るインスタンス稼働装置10によれば、VNFインスタンスの移動時間を短くして、ネットワーク内にトラヒックが流入する時間を短くすることで、ネットワークリソースの消費量を抑制することが可能である。
例えば、インスタンス稼働装置10は、上流のVNFインスタンスから移動するように決定することで、下流側のVNFインスタンスにトラヒックフローが到着しないため、パケット処理に伴い発生する同期対象データの量が減少し、VNFインスタンスの移動時間を短縮することが可能になる。
[システム構成等]
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行われる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPUおよび当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行われる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPUおよび当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、本実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
[プログラム]
また、上記実施形態において説明した各装置が実行する処理について、コンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。例えば、実施形態に係る通信システムにおける各装置が実行する処理について、コンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。この場合、コンピュータがプログラムを実行することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。以下に、プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。
また、上記実施形態において説明した各装置が実行する処理について、コンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。例えば、実施形態に係る通信システムにおける各装置が実行する処理について、コンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。この場合、コンピュータがプログラムを実行することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。以下に、プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。
図8は、プログラムを実行するコンピュータを示す図である。コンピュータ1000は、例えば、メモリ1010、CPU1020を有する。また、コンピュータ1000は、ハードディスクドライブインタフェース1030、ディスクドライブインタフェース1040、シリアルポートインタフェース1050、ビデオアダプタ1060、ネットワークインタフェース1070を有する。これらの各部は、バス1080によって接続される。
メモリ1010は、ROM(Read Only Memory)1011及びRAM1012を含む。ROM1011は、例えば、BIOS(Basic Input Output System)等のブートプログラムを記憶する。ハードディスクドライブインタフェース1030は、ハードディスクドライブ1090に接続される。ディスクドライブインタフェース1040は、ディスクドライブ1100に接続される。例えば磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能な記憶媒体が、ディスクドライブ1100に挿入される。シリアルポートインタフェース1050は、例えばマウス1051、キーボード1052に接続される。ビデオアダプタ1060は、例えばディスプレイ1061に接続される。
ハードディスクドライブ1090は、例えば、OS1091、アプリケーションプログラム1092、プログラムモジュール1093、プログラムデータ1094を記憶する。すなわち各装置の各処理を規定するプログラムは、コンピュータにより実行可能なコードが記述されたプログラムモジュール1093として実装される。プログラムモジュール1093は、例えばハードディスクドライブ1090に記憶される。例えば、装置における機能構成と同様の処理を実行するためのプログラムモジュール1093が、ハードディスクドライブ1090に記憶される。なお、ハードディスクドライブ1090は、SSD(Solid State Drive)により代替されてもよい。
また、上述した実施の形態の処理で用いられるデータは、プログラムデータ1094として、例えばメモリ1010やハードディスクドライブ1090に記憶される。そして、CPU1020が、メモリ1010やハードディスクドライブ1090に記憶されたプログラムモジュール1093やプログラムデータ1094を必要に応じてRAM1012に読み出して実行する。
なお、プログラムモジュール1093やプログラムデータ1094は、ハードディスクドライブ1090に記憶される場合に限らず、例えば着脱可能な記憶媒体に記憶され、ディスクドライブ1100等を介してCPU1020によって読み出されてもよい。あるいは、プログラムモジュール1093及びプログラムデータ1094は、ネットワーク、WANを介して接続された他のコンピュータに記憶されてもよい。そして、プログラムモジュール1093及びプログラムデータ1094は、他のコンピュータから、ネットワークインタフェース1070を介してCPU1020によって読み出されてもよい。
10 インスタンス稼働装置
11、21 入出力インタフェース
12、22 サーバリソース
13 フローテーブル
14 決定部
15 移動制御部
20 インスタンス管理装置
23 計算部
24 通知部
11、21 入出力インタフェース
12、22 サーバリソース
13 フローテーブル
14 決定部
15 移動制御部
20 インスタンス管理装置
23 計算部
24 通知部
Claims (5)
- 所定のサーバで稼働するソフトウェアであって、トラヒックフローが通過するソフトウェアと、該トラヒックフローが通過するソフトウェアの順序とに応じて、移動するソフトウェアの順序を決定する決定部と、
前記決定部によって決定された移動するソフトウェアの順序にしたがって、前記ソフトウェアを別のサーバへ移動するように制御する移動制御部と
を有することを特徴とする通信システム。 - 前記決定部は、前記トラヒックフローが片方向フローである場合には、上流側から順にソフトウェアを移動するという順序に決定することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
- 前記決定部は、前記トラヒックフローが両方向フローである場合には、最初にどちらか一端のソフトウェアを移動し、次に反対方向の一端のソフトウェアを移動するという順序に決定することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
- 前記決定部は、前記トラヒックフローが複数ある場合には、予め設定された優先度が高いトラヒックフローが通過するソフトウェアを前記優先度が低いトラヒックフローが通過するソフトウェアよりも先に移動するという順序に決定することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
- 通信システムによって実行される移動方法であって、
所定のサーバで稼働するソフトウェアであって、トラヒックフローが通過するソフトウェアと、該トラヒックフローが通過するソフトウェアの順序とに応じて、移動するソフトウェアの順序を決定する決定工程と、
前記決定工程によって決定された移動するソフトウェアの順序にしたがって、前記ソフトウェアを別のサーバへ移動するように制御する移動制御工程と
を含んだことを特徴とする移動方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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