KR100379374B1 - 광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법 - Google Patents

광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법 Download PDF

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Abstract

광대역 무선 가입자망(B-WLL : Broadband-Wirless Local Loop)에 있어서, 특히 광대역 멀티미디어 서비스를 제공하는 광대역 무선 가입자망(B-WLL)에서 전용회선을 통한 전용선 서비스를 효과적으로 제공할 수 있도록 한 광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법에 관한 것으로, 망측과 가입자측간의 전용회선을 통한 양방향 통신을 위해, 무선 매체 제어를 수행하는 MAC 프로토콜에 의한 초기화 과정을 수행하고, 상기 초기화 과정의 수행에 따라 할당된 무선 자원을 이용토록 하여, 광대역 무선 가입자망(B-WLL) 시스템을 통해 효율적인 전용선 서비스를 제공할 수 있는 광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법에 관한 것이다.

Description

광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법
본 발명은 광대역 무선 가입자망(B-WLL)에 관한 것으로, 특히 광대역 멀티미디어 서비스를 제공하는 광대역 무선 가입자망(B-WLL)에서 전용선 서비스를 효과적으로 제공할 수 있도록 한 광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 통신 기술의 발달과 밀리미터파 대역의 개발 등으로 인하여 유선에 비해서 망구축의 용이성, 확장성, 경제성 등의 관점에서 유리한 광대역 무선 가입자망(B-WLL)이 각광을 받고 있다.
광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 실현을 위해 우리 나라에서는 20㎓ 대에서 주파수를 공고하였으며, 이와 유사한 시스템으로 캐나다의 지역 다지점 통신 시스템(LMCS : Local Multipoint Communication System), 미국의 지역 다지점 분산 서비스(LMDS), 일본의 에이티엠 무선 액세스(AWA : ATM Wireless Access) 등이 연구되고 있다.
광대역 무선 가입자망(B-WLL)에 관련한 표준화는 디지털 음성·영상 회의(Digital Audio Visual Council ; 이하, DAVIC 이라 약칭함)의 활동이 가장 두드러진다.
DAVIC에서는 1.0 규격을 시작으로 1.3 규격까지 발표하고 있으며, 광대역 무선 가입자망(B-WLL)에 대해서 유일하게 구체적인 표준을 제시하고 있다. DAVIC에서는 하향 시분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing), 상향 시분할 다중 접속(TDMA : Time Division Multiple Access)의 다중 접속 방식 및 하향, 상향 프레임 구조, 미디어 액세스 제어 프로토콜(Media Access Control Protocol) 등에 대해서 언급하고 있다.
우리 나라에서는 정보통신부 공고 제1997-49호에서 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 가입자 회선용 주파수를 지정했는데, 20㎓ 대역에서 양방향 광대역 서비스용으로 하향 25.5㎓ ∼27.5㎓의 2㎓를 할당했으며, 상향으로는 24.25㎓∼24.75㎓의 500㎒를 할당하였다. 이 중 26.7㎓∼27.5㎓의 800㎒ 대역은 케이블 텔레비젼(CATV) 전송용으로 임시로 지정하였다.
이와 같이 약 2∼5㎞ 반경 내에서 가입자를 대상으로 밀리미터파 대역(하향 25.5㎓ ∼27.5㎓의 2㎓, 상향 24.25㎓∼24.75㎓의 500㎒)의 가입자 회선용 주파수를 이용하여 초고속 광대역 멀티미디어 서비스를 제공하는 LMDS 시스템은, 케이블 텔레비젼 시장에서 유선에 대한 경쟁으로서 다채널의 TV 프로그램을 가입자에게 전달하기 위해 개발된 시스템이다.
초기에는 주로 케이블 TV의 분배에 사용되었으나 점차 양방향 디지털 시스템으로 발전하였으며, 양방향 고속 무선 통신 개념의 시스템이 제공할 수 있는 서비스로는 음성 전화 서비스, 데이터 통신 서비스, 대화형 영상 서비스, 음성/데이터/영상을 복합한 멀티미디어 서비스, 전용 회선 서비스가 있으며, 일반 공중망 가입자, 사설망 가입자 및 공중망 전송 중계자 등의 가입자 형태를 갖는다.
또한, 약 30∼50㎞ 반경 내에서 가입자를 대상으로 밀리미터파 대역(2.535㎓ ∼2.655㎓)의 가입자 회선용 주파수를 이용하여 무선 케이블 텔레비젼 서비스나 고속 인터넷 서비스를 제공하는 광대역 무선 가입자망인 MMDS에 대한 표준안도 DAVIC 1.3 규격안에 제시되어 있다.
도 1 은 일반적인 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 시스템 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 1을 참조하면, 광대역 무선 가입자망(B-WLL) 시스템은 크게 서비스 제공자(Service Provider)(100)와 가입자장치(CPE : Customer Premises Equipment Unit)(200)로 분류할 수 있다.
먼저 서비스 제공자(100)는 센트럴 오피스 장치(COU : Central Office Unit)(110)와, 헤드엔드장치(Head-end Unit)(120)와, 허브 아웃도어 장치(HOU : Hub Outdoor Unit)(130)로 분류할 수 있으며, 가입자장치(CPE)(200)는 가정용 가입자장치(210)와 사무실 가입자장치(220)로 분류된다.
센트럴 오피스 장치(COU)(110)는 각 프로그램 공급업자(Program Provider)로부터 공급받은 프로그램 및 서비스 내용, 즉 디지털 데이터스트림(digital datastream)을 망 접속장치(111)를 통해 적절히 다중화하여 헤드엔드장치(Head-end Unit)(120)로 전송해 준다.
망 접속장치(111)는 ATM 교환기(113), 전화 교환기(112) 및 디지털 회선 접속 교환기(DACS)(114)로부터 전송된 데이터스트림을 라우팅(Routing) 및 다중화/역다중화하는 기능을 수행한다.
ATM 교환기(113)는 가입자장치(CPE)(200)에 ATM-LAN 서비스를 제공하고자 할 때 인터넷(Internet)과 전송제어 프로토콜/인터넷 프로토콜(TCP/IP)로 연결되며, ATM 셀 구조의 데이터를 분석하고, 이 데이터를 2.048Mbps의 디지털 신호레벨(DS-1E)이나 44.736Mbps의 디지털 신호레벨(DS-3), 또는 155.52Mbps의 동기전송모드(STM-1)를 수용할 수 있는 프레임 형태로 구성하여 망 접속장치(111)와 교환하는 기능을 수행한다.
전화 교환기(112)는 PSTN과 접속하고자 할 때 상호의 통신 경로를 설정하는 기능을 수행하며, V 5.2 프로토콜을 수용하여 망 접속장치(111)와 접속된다.
디지털 회선 접속 교환기(DACS)(114)는 전용회선으로부터 전달된 데이터를 2.048Mbps의 디지털 신호레벨(DS-1E)이나 44.736Mbps의 디지털 신호레벨(DS-3), 또는 155.52Mbps의 동기전송모드(STM-1)를 수용할 수 있는 프레임 형태로 구성하여 망 접속장치(111)에 전달하는 기능을 수행한다.
또한 센트럴 오피스 장치(COU)(110)는 시스템 전체의 네트워크 관리를 책임지는 망 관리장치(117) 및 통합 망 관리 제어국(116), 가입자의 과금을 담당하는 과금처리장치(115)를 구비하고 있다.
망 관리장치(117) 및 통합 망 관리 제어국(116)은 망 접속장치(111)와의 정보교환을 통해 가입자 장치(CPE)(200)의 모든 동작 및 상태 관리, 정보 관리를 담당하게 된다. 또한 망 접속장치(111)와 기지국장치(130)간의 망 접속 및 상태관리를 담당한다.
이를 위해 망 접속장치(111)와 망 관리장치(117)간에는 간이 망 관리 프로토콜(SNMP : Simple Network Management Protocol)/공통 관리 정보 프로토콜(CMIP : Common Management Information Protocol)을 사용하며, 이를 통해 망 접속장치(111)로부터 망 상태 데이터를 수신하여 망 관리를 수행한다. 망 관리장치(117)와 통합 망 관리 제어국(116)간에도 이와 동일한 프로토콜을 사용한다.
과금처리장치(115)는 집중 과금 관리 방식(CAMA : Centralized Automatic Message Accounting)을 사용하여 가입자의 과금에 관한 업무를 수행한다.
헤드엔드장치(Head-end Unit)(120)는 망 접속장치(111)에서 전달된 ATM 셀 구조의 하향스트림(Downstream) 데이터를 변조하여 기지국장치(130)에 전달하며, 기지국장치(130)에서 전달된 상향스트림(Upstream) 데이터를 복조하여 망 접속장치(111)에 전달하게 된다.
기지국장치(130)는 헤드엔드장치(Head-end Unit)(120)에서 전달된 하향스트림 데이터를 증폭 및 주파수 변환한 후 고지향성 안테나를 통해 가입자측으로 송신하며, 무선 구간을 통해 수신한 상향스트림 데이터를 증폭 및 주파수 변환하여 헤드엔드장치(Head-end Unit)(120)에 전달한다.
이상에서 설명한 서비스 제공자(Service Provider)(100)와 무선 구간을 통해 밀리미터파 대역(하향 25.5㎓ ∼27.5㎓의 2㎓, 상향 24.25㎓∼24.75㎓의 500㎒)의 하향 및 상향스트림 데이터를 주고받는 가입자장치(CPE)(200)는 가정용으로 사용하는 가정 가입자장치(210)와 사무실용으로 사용하는 사무실 가입자장치(220)로 분류할 수 있다.
가정 가입자장치(210)는 TV, 전화기, 개인용 컴퓨터와 같은 주변장치를 가지며, 이와는 약간 다르게 사무실 가입자장치(220)는 음성서비스를 지원하기 위해 소용량 사설 교환기(PABX : Private Automatic Branch Exchange)를 가지고 있으며, 데이터서비스를 위한 라우터(Router)를 가지고 있게 된다.
가정 가입자장치(210)는 서비스 제공자(100)와의 통신을 위해 옥외에 설치되는 옥외장치(ODU : Outdoor Unit)(211)와, 옥내에 설치되며 망 인터페이스 장치(NIU) 및 세트-탑 장치(STU : Set-top Unit)를 포함하는 옥내장치(IDU : Indoor Unit)(212)로 구성되고, 사무실 가입자장치(220)도 또한 옥외장치(ODU)(221)와 옥내장치(IDU)(222)로 구성된다.
이들 가정 가입자장치(210)와 사무실 가입자장치(220)에 포함되는 망 인터페이스 장치(NIU)와 세트-탑 장치(STU)간에 형성되는 인터페이스는 ATM의 프로토콜 처리용 대규모 집적 마이크로프로세서(LSI)의 전기적인 인터페이스인 유토피아(UTOPIA : Universal Test & Operations PHY Interface for ATM) 인터페이스를 따른다.
또한 이들 가정 가입자장치(210)와 사무실 가입자장치(220)의 각 옥외장치(ODU)(211,221)는 고지향성 안테나를 통해 입력되는 하향스트림 데이터를 주파수 변환 및 증폭하여 망 인터페이스 장치(NIU)에 전달하며, 또는 망 인터페이스 장치(NIU)에서 전달된 상향스트림 데이터를 주파수 변환 및 증폭하여 고지향성 안테나를 통해 무선 구간으로 송신한다.
각 가입자장치(210,220)의 옥내장치(IDU)에 구비된 망 인터페이스 장치(NIU)는 옥외장치(ODU)(211,221)와 다수의 데이터 단말인 주변장치들을 상호 인터페이스해 주며, 각 세트-탑 장치(STU)는 비디오 서버와 같은 통신기능, 영상신호의 수신 및 교환기능과 데이터 통신 서비스 지원기능을 주변장치들에게 제공해 준다.
또한 사무실 가입자장치(220)는 근거리 통신망 서비스(LAN)를 원하는 다수의 의뢰인(Client)들을 위한 근거리 통신망 서버(LAN Server)를 구비할 수 있는데, 이 근거리 통신망 서버(LAN Server)를 통해 이더넷(Ethernet)을 사용할 수 있게 된다.
그러나, 상기한 바와 같이 구성되어 광대역 멀티미디어 서비스를 제공하는 광대역 무선 가입자망(B-WLL)에 대한 프로토콜 표준 및 선진국의 기술보호 장벽이 아직까지 확정되어 있지 않고 있다.
따라서, 망 접속장치와 가입자장치(CPE)간의 ATM 신호처리에 대한 방안과, 광대역 무선 가입자망(B-WLL)에서의 인터넷 서비스, PSTN 서비스 및 전용선 서비스 등 각 서비스를 구현하기 위한 프로토콜 스택 및 서비스 시나리오가 아직까지 정의되지 않았다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 광대역 무선 가입자망(B-WLL) 시스템에서 전용선 서비스를 제공하기 위한 초기화 과정 및 그와 관련된 프로토콜 스택을 정의하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법의 특징은, 망측과 가입자측간의 전용회선을 통한 양방향 통신을 위해, 무선 매체 제어를 수행하는 MAC 프로토콜에 의한 초기화 과정을 수행하고, 상기 초기화 과정의 수행에 따라 할당된 무선 자원을 이용토록 하는데 있다.
바람직하게는, 상기 초기화 과정이, 폴링 타임슬롯을 할당한 후 이를 이용하여 가입자측의 상태를 확인하는 단계와, 상기 가입자측의 상태가 확인됨에 따라, 망측과 가입자측간의 MAC 세션 접속을 수행하는 단계와, 상기 MAC 세션 접속이 완료됨에 따라, 상기 가입자측에 상기 무선 자원을 할당하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 무선 자원을 할당하는 단계가 상기 가입자측이 또다른 가입자측과 전용회선을 통해 데이터를 교환할 수 있도록 예약 타임슬롯을 할당하게 된다.
도 1 은 일반적인 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 시스템 구성을 나타낸 블록구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 전용선 서비스를 지원하기 위한 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 프로토콜 스택 구성을 나타낸 도면.
도 3 은 본 발명에 따른 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 전용선 서비스를 위한 전용회선의 초기화 과정을 나타난 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
400 : ATM 교환기 410 : 헤드엔드장치(Head-end Unit)
420 : 가입자 모뎀
이하, 본 발명에 따른 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 전용선 서비스 지원 방법에 대한 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에서는 광대역 무선 가입자망(B-WLL) 시스템에서 인터넷 서비스, PSTN 서비스, 전용선 서비스 중 특히 전용선 서비스를 제공하기 위한 프로토콜 스택 및 서비스 시나리오를 중심으로 설명한다.
이는 현재 진행중인 광대역 무선 가입자망(B-WLL) 표준화 과정에서 프로토콜의 표준화를 이루기 위한 발명이다.
도 2 는 본 발명에 따른 전용선 서비스를 지원하기 위한 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 프로토콜 스택 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전용선 서비스를 지원하기 위한 프로토콜 스택은 아래와 같은 계층들로 구성되며, 물리계층 및 무선 구간에 대한 규정은 DAVIC 권고안과 ITU-T에 상세히 언급되어 있으므로 도 2 에 대한 설명에서는 신호처리 프로토콜의 선정 및 구현에 초점을 맞추었다.
"PSTN-PHY"는 PSTN 전송 매체에 대하여 규정하고 있는 PSTN 서비스를 위한 물리계층으로, 신호를 전송하는 물리층 전송매체를 규정한다.
"ATM"은 "PSTN-PHY"를 통하는 모든 정보를 53 바이트의 고정 길이 셀 단위로 처리하는 ATM 계층이다.
"AAL"은 음성, 영상 및 데이터 등 ATM 계층상에서 통신 특성이 다른 서비스를 그 특성에 맞게 상위 어플리케이션에 제공할 수 있도록 하는 ATM 적응계층이다. 이 ATM 적응계층은 ATM 셀에서 통일적으로 다루는 48바이트의 사용자 정보를 여러 가지 상위 어플리케이션의 데이터 단위에 정합되도록 조정하는 계층이다.
"SAAL"는 디지털 교환 방식의 신호처리용 ATM 적응계층이다.
"ATM-PHY"는 ATM 셀을 전송하기 위한 물리계층으로, 이를 위한 물리층 전송매체를 ITU-T 규격의 I시리즈인 I.432에서 규정하고 있다.
"UNI"는 사용자측과 망측간의 인터페이스를 규정하는 사용자-망 인터페이스(User-Network Interface) 프로토콜 계층이다. 이 계층은 디지털 신호교환방식 및 공통선 신호방식에 관한 권고 시리즈 ITU-T Q시리즈의 규정에 따르며, ITU-T Q.2931과 ATM 포럼에서 권고한 UNI 4.0등이 있다.
"NNI"는 여러 망간의 연동을 위한 인터페이스를 규정하는 망간 인터페이스(Network-Network Interface) 프로토콜 계층이다. 이 계층도 "UNI"와 같이 디지털 신호교환방식 및 공통선 신호방식에 관한 권고 시리즈 ITU-T Q시리즈의 규정에 따르며, ITU-T Q.2761∼Q.2764등이 있다.
"LMDS PHY"는 무선 전송 매체에 대해 규정하고 있는 LMDS 물리계층으로, DAVIC 규격을 따르며 현재 버전 4.0까지 나와있다.
"LMDS MAC"은 무선 매체 제어 기능을 가진 LMDS-MAC 프로토콜 계층으로, DAVIC 규격을 따르며 현재 버전 4.0까지 나와있다.
"PDH-PHY"는 유사 동기식 디지털 계위를 가지는 물리계층으로, ITU-T의 G시리즈 중 G.702 규정에 따른다.
"SDH-PHY"는 동기식 디지털 계위를 가지는 물리계층이다.
지금까지 나열된 프로토콜 계층에서, 각각의 인접 계층간의 통신을 위해서는 상하 양방향의 정보 전달이 사전에 규정되어야 하며, 이는 각 계층마다 규정되어 있다.
이와 같은 계층들로 구성된 전용선 서비스를 위한 프로토콜 스택에서는, 사용자 데이터(User data)를 전송하기 위한 사용자 평면-D(User plane-D)와, 광대역 무선 가입자망(B-WLL) MAC 메시지를 전송하기 위한 사용자 평면-S(User plane-S)로 구성된다.
전용선 서비스를 위한 프로토콜 스택에서는 신호처리를 위한 제어평면을 정의하고 있지 않는다. 이는 다음의 도 3에서 보여주는 MAC 프로토콜에 의한 초기화 과정이 이루어진 후에는 전용선 서비스의 특성상 항상 연결되어 있으므로, 기지국 장치(330)나 가입자 모뎀(340)이 모두 호 접속을 위한 신호처리가 필요치 않기 때문이다. 따라서 전용선 서비스에서는 별도의 서비스 시나리오를 필요로 하지 않는다.
단지 전용선 서비스를 위한 자원의 할당만 이루어지면 전용선 서비스의 지원이 가능해진다.
도 3 은 본 발명에 따른 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 전용선 서비스를 위한 전용회선의 초기화 과정을 나타난 도면이다.
도 3을 참조하면, 헤드엔드장치(410)가 ATM 교환기(400)로부터 폴링 타임슬롯(Polling time slot)을 요구하는 "Poll request" 신호를 수신하면(S1), 헤드엔드장치(410)는 폴링 타임슬롯을 할당하기 위한 "Poll_slot_allocation" 메시지 및 타임슬롯 요구를 알리기 위한 "Sign_on_request" 메시지를 가입자 모뎀(420)으로 전송한다(S2).
이 때 가입자 모뎀(420)은 요구에 대한 상태 응답을 위해 "status_response" 메시지를 헤드엔드장치(410)에 전송하고(S3), 이에 대해 헤드엔드장치(410)는 다시 가입자 모뎀(420)에 "tx_calibration" 메시지를 전송한다(S4).
헤드엔드장치(410)가 다음 "Poll request" 신호를 ATM 교환기(400)로부터 수신하면(S5), 가입자 모뎀(420)의 상태를 요구하는 "status_request" 메시지를 전송한다(S6).
이에 대해 가입자 모뎀(420)은 요구에 대한 상태 응답을 위해 "status_response" 메시지를 헤드엔드장치(410)에 전송하고(S7), 이에 대해 헤드엔드장치(410)는 다시 가입자 모뎀(420)에 다시 "tx_calibration" 메시지를 전송한다(S8).
상기한 과정(S5∼S8)은 헤드엔드장치(Head-end Unit)(410)가 ATM 교환기(400)로부터 "mac_session_request" 메시지를 수신할 때까지 계속 반복한다(S8∼S12).
이후 ATM 교환기(400)가 경쟁 타임슬롯(contention time slot)을 통해 무선 구간의 채널 설정을 위한 "mac_session_request" 메시지를 헤드엔드장치(T-Head end Unit)(410)에 전송하면(S13), 헤드엔드장치(T-Head end Unit)(410)는 MAC 세션 접속을 위한 "mac_session_connection" 메시지를 가입자 모뎀(420)으로 전송한다(S14).
가입자 모뎀(420)은 "mac_session_request" 에 대한 응답으로 "mac_session_msg_ack" 메시지를 헤드엔드장치(410)에 전송하며(S15), 이 메시지는 필요한 시간 내에 요구한 MAC 세션이 제공되도록 하기 위해 사용된다. 이 때 MAC 세션을 제공하는데 필요한 시간은 세션의 종류에 의해 결정된다.
이후 헤드엔드장치(410)는 ATM 교환기(400)로 "mac_session_ind" 메시지를 전송하고(S16), 동시에 가입자 모뎀(420)에게 전용선 서비스용 데이터를 전송하기 위한 자원인 예약 타임슬롯(reserved time slot)을 할당하기 위한 "reserved_slot_allocation" 메시지를 계속 전송한다(S17,S18)
이로써, 전용선 서비스를 위한 전용회선 설정이 완료된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 광대역 무선 가입자망(B-WLL)의 전용선 서비스 지원 방법에 따르면, 전용선 서비스를 제공하기 위한 프로토콜 스택 및 서비스 시나리오가 정의됨에 따라 광대역 무선 가입자망(B-WLL) 시스템을 통해 효율적인 전용선 서비스를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 망측과 가입자측간의 전용회선을 통한 양방향 통신을 위해, 무선 매체 제어를 수행하는 MAC 프로토콜에 의한 초기화 과정을 수행하고, 상기 초기화 과정의 수행에 따라 할당된 무선 자원을 이용토록 하는 것을 특징으로 하는 광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초기화 과정은,
    폴링 타임슬롯을 할당한 후 이를 이용하여 가입자측의 상태를 확인하는 단계와,
    상기 가입자측의 상태가 확인됨에 따라, 망측과 가입자측간의 MAC 세션 접속을 수행하는 단계와,
    상기 MAC 세션 접속이 완료됨에 따라, 상기 가입자측에 상기 무선 자원을 할당하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 무선 자원을 할당하는 단계에서, 상기 가입자측이 또다른 가입자측과 전용회선을 통해 데이터를 교환할 수 있도록 예약 타임슬롯을 할당하는 것을 특징으로 하는 광대역 무선 가입자망의 전용선 서비스 지원 방법.
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