KR100528002B1 - 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법 - Google Patents

이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법에 관한 것이다.
본 발명은 SGSN이 다수 개의 GGSN으로부터 소정 시간 간격으로 부하분산정보를 수신하여 각 GGSN의 부하상태 및 자원사용상태 정보를 확인하는 단계와; 이동통신 가입자로부터 패킷 서비스 요청이 발생하는 경우에 상기 SGSN이 DNS로부터 GGSN의 IP주소를 수신하는 단계와; 상기 SGSN이 상기 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보에 따라 상기 DNS로부터 수신한 GGSN의 IP주소 중에서 해당 패킷 서비스를 제공할 GGSN을 선택하는 단계를 포함하는 방법을 구비하여 구성된다.
따라서, 본 발명은 시스템 동작 중 SGSN이 동일한 GPRS 백본망에서 연동하는 GGSN으로부터 소정 시간 간격으로 부하분산정보를 수신하여 각 GGSN의 부하상태 및 자원사용상태 정보를 확인하고, 이동통신 가입자로부터 패킷 서비스 요청이 발생할 시 그 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보에 따라 DNS로부터 전달받은 GGSN의 IP주소 중에서 해당 패킷 서비스를 제공할 GGSN을 선택함으로써, 특정 GGSN으로 부하가 증가되는 것을 방지하고 동일한 패킷 서비스를 제공할 수 있는 다른 GGSN으로 부하를 분산하는 방식으로 패킷 서비스를 제공하여, 시스템을 안정적으로 운용함은 물론, 이동통신 가입자에게는 양질의 패킷 서비스를 제공하는 효과가 있다.

Description

이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법{LOAD DISTRIBUTION METHOD IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 이동통신 가입자로부터 패킷 서비스 요청이 발생할 시, SGSN이 동일한 GPRS 백본망에서 연동하는 GGSN으로부터 소정 시간 간격으로 수신된 부하분산정보에 따라 DNS로부터 전달받은 GGSN의 IP주소 중에서 해당 패킷 서비스를 제공할 저부하 상태의 GGSN을 선택함으로써, 특정 GGSN으로 부하가 증가되는 것을 방지하고 동일한 패킷 서비스를 제공할 수 있는 다른 GGSN으로 부하를 분산하도록 하는 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법에 관한 것이다.
도1은 종래 차세대 GPRS(General Packet Radio Service) 망의 구조를 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 MS(Mobile Station)(11-1,11-2), 기지국(NodeB)(12-1,12-2), RNC(Radio Network Controller)(13-1,13-2), SGSN(Servicing GPRS Support Node)(14-2,14-2), HLR(Home Location Register)(15-1,15-2), DNS(Domain Name Server)(16), GGSN(Gateway GPRS Service Node)(17-1∼17-4), GPRS 백본(Backbone) 망(18), 인터넷 망(19), 인트라넷(Intranet) 망(20)으로 구성된다.
일반적으로, GPRS 망에서 이동통신 가입자는 종래 이동통신 단말기에 해당하는 MS(11-1,11-2)를 통해 패킷 서비스를 요청하고, 기지국(NodeB)(12-1,12-2) 및 RNC(13-1,13-2)는 해당 영역 내의 MS(11-1,11-2)에 대해 무선 자원을 관리하면서 그 무선자원을 할당한다.
그리고, SGSN(14-1,14-2), HLR(15-1,15-2), DNS(16) 및 GGSN(17-1∼17-4)은 GPRS 백본(Backbone) 망(18) 내에서 연동하는데, SGSN(14-1,14-2)은 GPRS 서비스 지원 시스템으로서, RNC(13-1,13-2) 및 GGSN(17-1∼17-4)과 연동하여 패킷 서비스를 요청하는 이동통신 가입자의 MS(11-1,11-2)에 대한 위치등록 기능, 인증 및 패킷 호 요청에 대한 처리를 담당한다.
HLR(15-1,15-2)은 이동통신 가입자의 가입자정보를 저장하고 착신 루팅을 위한 위치 정보(서킷/패킷)를 관리하는 데이터베이스로서, MS(11-1,11-2)의 페이징(Paging)을 위해 해당 MS(11-1,11-2)가 현재 위치하고 있는 SGSN(14-1,14-2) 영역을 GGSN(17-1∼17-4)으로 알려주는 역할을 한다.
그리고, DNS(16)는 이동통신 가입자에 의해 요청된 패킷 서비스를 제공할 GGSN(17-1∼17-4)의 IP주소를 SGSN(14-1,14-2)으로 알려주는 역할을 하고, GGSN(17-1∼17-4)은 패킷 서비스를 요청하는 이동통신 가입자의 MS(11-1,11-2)로 IP주소의 할당, 해제 등을 하며, 인터넷 망(19) 및 인트라넷 망(20)으로 정합하기 위한 게이트웨이(Gateway) 역할을 수행한다.
한편, 종래 GPRS 패킷 망에서의 패킷 서비스 설정 과정을 도2를 참조하여 설명하면, 이동통신 가입자가 MS(11)를 통해 패킷 서비스를 요청하고자 하는 경우 MS(11)에서 SGSN(14)으로 PDP 컨텍스트 활성화 요청메세지를 전송한다.
그러면, MS(11)와 RNC(13) 간, RNC(13)와 SGSN(14) 간에는 무선채널 접속이 시도되고 베어러(Bearer) 채널이 셋업되어, 패킷 서비스를 위한 무선채널이 형성된다.
그리고, 상기 패킷 서비스 요청을 받은 SGSN(14)은, 해당 MS(11)가 PDP 컨텍스트 활성화 요청메세지를 전송할 시 전송된 패킷 서비스 설정을 위한 APN(Access Point Name) 또는 서비스 가입시 해당 이동통신 가입자에 의해 등록된 패킷 서비스 설정을 위한 APN을 이용하여, DNS(16)로 이동통신 가입자가 요청한 패킷 서비스의 제공이 가능한 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소를 문의한다.
즉, 상기 SGSN(14)은 DNS(16)로 GGSN IP주소 요청메세지를 전송하여 APN에 따른 패킷 서비스를 제공할 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소를 문의하고, 그에 따라 상기 DNS(16)는 문의된 APN과 동일한 APN으로 등록된 모든 GGSN의 IP주소를 검색한 후, 모든 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소에 대한 정보를 포함하는 GGSN IP주소 응답메세지를 상기 SGSN(14)으로 전송한다.
여기서, 상기 GGSN IP주소 응답메세지는 해당 GGSN(17-1,17-2)에 대한 다수 개의 IP주소에 대한 정보를 포함하는데, 이를 수신한 SGSN(14)은 상기 다수 개의 IP주소에 대한 정보 중에서 임의의 GGSN1(17-1)을 선택하여, RNC(13)와 SGSN(14) 및 GGSN1(17-1) 사이에 트래픽 경로(Traffic Path) 설정을 위한 PDP 컨텍스트 생성 요청메세지를 상기 선택된 GGSN1(17-1)으로 전송한다.
이때, 상기 임의로 선택된 GGSN1(17-1)이 과부하 상태에 있다면, 상기 GGSN1(17-1)은 PDP 컨텍스트 생성 거절메세지를 SGSN(14)으로 전송하여 트래픽 경로를 설정할 수 없음을 통보하게 되고, 상기 SGSN(14)은 다시 이동통신 가입자의 MS(11)로 PDP 컨텍스트 활성화 거절메세지를 전송함으로써, 패킷 호 연결이 실패하게 된다.
즉, 동일한 APN을 갖는 다수 개의 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소가 존재하는 경우, 상기 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소에 대한 정보를 수신한 SGSN(14)이 GGSN(17-1,17-2)의 부하상태에 대한 정보가 없는 상태에서, 수신된 다수 개의 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소 중 임의의 GGSN1(17-1)을 선택하게 되므로, 상기 선택된 GGSN1(17-1)가 과부하 상태이고 다른 GGSN2(17-2)는 패킷 서비스 제공에 여유가 있는 경우에도 상기와 같이 패킷 호 연결이 실패하거나, 부하가 많은 상태에 있는 GGSN1(17-1)과의 패킷 서비스로 인한 낮은 품질의 서비스를 제공하게 된다.
상기에서와 같이 종래의 기술에 있어서, 이동통신 가입자의 패킷 서비스 요청에 따라 SGSN으로부터 해당 패킷 서비스를 제공할 GGSN의 IP주소를 문의받은 DNS가 상기 SGSN으로부터 문의된 APN으로 등록된 다수 개의 GGSN의 IP주소를 상기 SGSN으로 전달한 경우, SGSN은 상기 전달된 GGSN의 부하상태에 대한 정보가 없는 상태에서 임의의 GGSN의 IP주소를 선택하여 해당 GGSN으로 패킷 서비스를 요청함으로써, 부하에 여유가 있는 다른 GGSN이 존재함에도 임의적으로 선택된 과부하 상태의 GGSN에 의해 해당 패킷 서비스 요청이 거절되거나, 낮은 품질의 서비스를 제공하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 이동통신 가입자로부터 패킷 서비스 요청이 발생할 시, SGSN이 동일한 GPRS 백본망에서 연동하는 GGSN으로부터 소정 시간 간격으로 수신된 부하분산정보에 따라 DNS로부터 전달받은 GGSN의 IP주소 중에서 해당 패킷 서비스를 제공할 저부하 상태의 GGSN을 선택함으로써, 특정 GGSN으로 부하가 증가되는 것을 방지하고 동일한 패킷 서비스를 제공할 수 있는 다른 GGSN으로 부하를 분산하도록 하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, SGSN에 GPRS 백본망을 통해 다수개의 GGSN을 접속시켜 연동하여 패킷 서비스를 제공하도록 구성된 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법에 있어서, 상기 SGSN이 다수 개의 GGSN으로부터 소정 시간 간격으로 부하분산정보를 수신하여 각 GGSN의 부하상태 및 자원사용상태 정보를 확인하는 단계와; 이동통신 가입자로부터 패킷 서비스 요청이 발생하는 경우에 상기 SGSN이 DNS로부터 GGSN의 IP주소를 수신하는 단계와; 상기 SGSN이 상기 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보에 따라 상기 DNS로부터 수신한 GGSN의 IP주소 중에서 해당 패킷 서비스를 제공할 GGSN을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도3은 본 발명 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법에서, 각 신호의 흐름을 보인 흐름도로서, 이를 구현한 구성은 도1의 종래 구성과 동일하다.
즉, 본 발명은 MS(Mobile Station)(11-1,11-2), 기지국(NodeB)(12-1,12-2), RNC(Radio Network Controller)(13-1,13-2), SGSN(Servicing GPRS Support Node)(14-2,14-2), HLR(Home Location Register)(15-1,15-2), DNS(Domain Name Server)(16), GGSN(Gateway GPRS Service Node)(17-1∼17-4), GPRS 백본(Backbone) 망(18), 인터넷 망(19), 인트라넷(Intranet) 망(20)으로 구성하며, 그 기능도 종래와 동일하다.
일반적으로, 시스템이 정상 동작 중일 때 SGSN(14-1,14-2)과 GGSN(17-1∼17-4) 간에는 에코 요구메세지(GTP-C Echo Request Message) 및 에코 응답메세지(GTP-C Echo Response Message)와 같은 상태확인메세지를 소정 시간 간격으로 송수신하면서, 동일한 GPRS 백본망(18)에서 연동하는 SGSN(14-1,14-2), GGSN(17-1∼17-4) 등의 노드가 정상 동작 중인지 여부를 확인한다.
그런데, 본 발명에서, GGSN(17-1∼17-4)은 시스템의 동작 중에 상기 에코 응답메세지에 현재 부하상태, 가용 IP주소 등에 대한 부하분산정보를 상기 에코 응답메세지 내의 운용자정의영역(Private Extension Field)에 포함시켜 상기 SGSN(14-1,14-2)으로 전송하여, 동일한 GPRS 백본망(18)에 연동하는 SGSN(14-1,14-2) 및 GGSN(17-1∼17-4)의 현재 부하상태 및 자원사용상태를 다른 SGSN(14-1,14-2) 및 GGSN(17-1∼17-4)에서 알 수 있도록 한다.
또한, SGSN(14-1,14-2)은 상기 부하분산정보를 수신하여 각 GGSN(17-1∼17-4)의 부하상태 및 자원사용상태 정보를 확인한 후, 이동통신 가입자의 패킷 서비스 요청 발생시 그 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보에 따라 저부하의 GGSN(17-1∼17-4)을 선택하여 RNC(13), SGSN(14) 및 선택된 GGSN(17-1∼17-4) 사이에 트래픽 경로(Traffic Path) 설정을 위한 PDP 컨텍스트 생성 절차를 수행한다.
여기서, 부하상태 정보는 상기 각 GGSN(17-1,17-2)가 어떠한 부하 상태에 있는지에 대한 정보를 말하는 것으로서, 부하량을 소정의 레벨로 구별하여 현재의 부하가 해당되는 레벨에 대한 정보, 또는 현재 부하율에 대한 정보 등이 될 수 있다.
그리고, 자원사용상태 정보는 상기 각 GGSN(17-1,17-2)에서 관리하는 모든 APN에 대한 가용 IP주소에 대한 리스트 형태의 정보, 또는 그 가용 IP주소의 개수 정보 등을 말한다.
한편, GPRS망에서의 패킷 서비스 설정 과정을 도3 내지 도5를 참조하여 설명하면, 차세대 GPRS망에서 SGSN(14)과 GGSN(17-1,17-2)은 시스템 동작 중에 상기 에코 요구메세지 및 에코 응답메세지를 통해 상대측 노드가 정상 동작 중인지에 대한 확인을 소정 시간 간격으로 수행하고 있으며, 상기 GGSN(17-1,17-2)에서 전송한 에코 응답메세지에는 부하분산정보를 포함하고 있으므로, SGSN(14)이 다수 개의 GGSN(17-1,17-2)으로부터 상기 부하분산정보를 수신하여 각 GGSN(17-1,17-2)의 부하상태 및 자원사용상태 정보를 확인할 수 있게 된다(S40,S41).
그 후, 이동통신 가입자의 MS(11)를 통해 패킷 서비스 요청이 발생하면, MS(11)에서 SGSN(14)으로 PDP 컨텍스트 활성화 요청메세지를 전송한다.
그러면, MS(11)와 RNC(13) 간, RNC(13)와 SGSN(14) 간에는 무선채널 접속이 시도되고 베어러(Bearer) 채널이 셋업되어, 패킷 서비스를 위한 무선채널이 형성된다.
그리고, 상기 패킷 서비스 요청을 받은 SGSN(14)은, 해당 MS(11)가 PDP 컨텍스트 활성화 요청메세지를 전송할 시 전송된 패킷 서비스 설정을 위한 APN(Access Point Name) 또는 서비스 가입시 해당 이동통신 가입자에 의해 등록된 패킷 서비스 설정을 위한 APN을 이용하여, DNS(16)로 이동통신 가입자가 요청한 패킷 서비스 제공이 가능한 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소를 문의한다.
즉, 상기 SGSN(14)은 DNS(16)로 GGSN IP주소 요청메세지를 전송하여 APN에 따른 패킷 서비스를 제공할 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소를 문의하고, 그에 따라 상기 DNS(16)는 문의된 APN이 등록되어 해당 패킷 서비스 제공이 가능한 GGSN의 IP주소를 모두 검색하고, SGSN(14)은 그 검색된 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소에 대한 정보를 포함하는 GGSN IP주소 응답메세지를 상기 DNS(16)로부터 수신한다(S42).
여기서, 상기 GGSN IP주소 응답메세지에는 해당 패킷 서비스 제공이 가능한 GGSN(17-1,17-2)의 IP주소에 대한 정보가 다수 개 포함되는데, 이를 수신한 SGSN(14)이 상기 단계(S41)에서 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보에 따라 특정 GGSN(17-1,17-2)를 선택하여(S43), RNC(13)와 SGSN(14) 및 GGSN1(17-1) 사이에 트래픽 경로(Traffic Path) 설정을 위한 PDP 컨텍스트 생성 요청메세지를 상기 선택된 특정 GGSN(17-1,17-2)로 전송함으로써, 패킷 호가 연결된다.
본 발명에서는 사용자의 패킷 서비스 요청에 따른 APN으로 등록된 GGSN의 IP주소가 GGSN(17-1,17-2)인 것으로 가정하고, 그 중 GGSN1(17-1)은 고부하 상태에, GGSN2(17-2)는 저부하 상태에 있는 것으로 가정한다.
따라서, 상기에서, SGSN(14)은 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보에 따라 GGSN2(17-2)를 선택하여 PDP 컨텍스트 생성 요청 메세지를 전송하게 된다.
여기서, 상기 SGSN(14)이 GGSN2(17-2)를 선택하는 과정을 살펴보면, 먼저 상기 SGSN(14)은 시스템 동작 중 소정 시간 간격으로 각 GGSN(17-1,17-2)으로부터 수신된 부하분산정보로부터 각 GGSN(17-1,17-2)의 부하상태 및 자원사용상태 정보를 확인하게 된다.
그후, 이동통신 가입자의 패킷 서비스 요청이 발생하면, SGSN(14)은 상기 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보가 각 GGSN(17-1,17-2)의 부하상태 정보인지 여부를 판단하여(S50), 부하상태 정보인 경우에는 수신된 부하상태 정보 중 가장 최근에 수신된 부하상태 정보를 선택한다(S51).
여기서, 상기 부하상태 정보는 상기 각 GGSN(17-1,17-2)에서 처리하고 있는 부하량을 소정의 레벨로 구별하여 현재의 부하에 해당되는 레벨에 대한 정보, 또는 현재 부하율에 대한 정보 등이 포함되므로, SGSN(14)은 상기 선택된 최근 부하상태정보로부터 해당 패킷 서비스를 제공할 가장 저부하 상태인 GGSN2(17-2)를 선택할 수 있게 된다(S52).
한편, 상기 단계(S50)에서, 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보가 가용 IP주소에 대한 정보인 경우(S53), 상기 자원사용상태 정보는 상기 각 GGSN(17-1,17-2)에서 관리하는 모든 APN에 대한 가용 IP주소의 리스트 형태의 정보, 또는 그 가용 IP주소의 개수 정보 등이 포함된다.
따라서, SGSN(14)은 수신된 GGSN(17-1,17-2)의 모든 ANP에 대한 가용 IP주소의 리스트 또는 그 가용 IP주소의 개수를 통해, 이동통신 가입자가 패킷 서비스 요청한 APN에 대한 IP주소 중에서 해당 패킷 서비스의 APN에 대한 가용 IP주소의 개수가 가장 많은 GGSN2(17-2)를 선택하게 된다(S54).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 시스템 동작 중 SGSN이 동일한 GPRS 백본망에서 연동하는 GGSN으로부터 소정 시간 간격으로 부하분산정보를 수신하여 각 GGSN의 부하상태 및 자원사용상태 정보를 확인하고, 이동통신 가입자로부터 패킷 서비스 요청이 발생할 시 그 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보에 따라 DNS로부터 전달받은 GGSN의 IP주소 중에서 해당 패킷 서비스를 제공할 GGSN을 선택함으로써, 특정 GGSN으로 부하가 증가되는 것을 방지하고 동일한 패킷 서비스를 제공할 수 있는 다른 GGSN으로 부하를 분산하는 방식으로 패킷 서비스를 제공하여, 시스템을 안정적으로 운용함은 물론, 이동통신 가입자에게는 양질의 패킷 서비스를 제공하는 효과가 있다.
도1은 종래 차세대 GPRS 망의 구조를 보인 블록도.
도2는 종래 GPRS 패킷 망에서, 패킷 서비스 설정 과정의 각 신호의 흐름을 보인 흐름도.
도3은 본 발명 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법에서, 각 신호의 흐름을 보인 흐름도.
도4는 본 발명 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법의 동작 과정을 보인 순서도.
도5는 본 발명 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법에서, SGSN이 GGSN을 선택하는 과정을 보인 순서도.
***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
11-1,11-2 : MS 12-1,12-2 : 기지국
13-1,13-2 : RNC 14-1,14-2 : SGSN
15-1,15-2 : HLR 16 : DNS
17-1∼17-4 : GGSN 18 : GPRS 백본망
19 : 인터넷망 20 : 인트라넷망

Claims (5)

  1. SGSN(Servicing GPRS Support Node)에 GPRS(General Packet Radio Service) 백본망을 통해 다수개의 GGSN(Gateway GPRS Service Node)을 접속시켜 연동하여 패킷 서비스를 제공하도록 구성된 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법에 있어서,
    상기 SGSN이 다수 개의 GGSN으로부터 소정 시간 간격으로 부하분산정보를 수신하여 각 GGSN의 부하상태 및 자원사용상태 정보를 확인하는 단계와; 이동통신 가입자로부터 패킷 서비스 요청이 발생하는 경우에 상기 SGSN이 DNS(Domain Name Server)로부터 GGSN의 IP주소를 수신하는 단계와; 상기 SGSN이 상기 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보에 따라 상기 DNS로부터 수신한 GGSN의 IP주소 중에서 해당 패킷 서비스를 제공할 GGSN을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부하분산정보는, 상기 GGSN에서 상기 SGSN으로 보고하는 상태확인메세지에 포함되어 전송되는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부하분산정보는, 각 GGSN의 부하상태정보와, 패킷 서비스의 APN(Access Point Name)에 대한 가용 IP주소 정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 GGSN을 선택하는 단계는, 상기 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보가 각 GGSN의 부하상태정보인지 여부를 판단하여, 가장 최근에 수신된 부하상태정보를 선택하는 단계와; 상기 선택된 최근 부하상태정보로부터 패킷 서비스를 제공할 가장 저부하 상태인 GGSN을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 GGSN을 선택하는 단계는, 상기 기확인된 부하상태 및 자원사용상태 정보가 가용 IP주소에 대한 정보인 경우, 상기 DNS로부터 수신한 GGSN의 IP주소 중에서 패킷 서비스의 APN(Access Point Name)에 대한 가용 IP주소의 개수가 가장 많은 GGSN을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서의 부하 분산 방법.
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