KR100640416B1 - Ｐｆ 스케줄링 시스템 및 방법 - Google Patents

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박승영
윤상보
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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 기지국과 이동국 간의 효율적인 정보 교환을 위한 PF 스케줄링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 자신과 연결된 다수의 이동국으로부터 피드백 전송되는 CQI를 수신하여 데이터 전송에 대한 PF 스케줄링을 하는 기지국을 포함하는 PF 스케줄링 시스템에 있어서, 자신이 수신하기를 요구하는, 상기 CQI를 피드백 전송할 제 1 이동국의 수를 정하고, 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI를 이용하여 실제로 CQI를 피드백 전송한 제 2 이동국의 수를 계산하고, 상기 제 2 이동국의 수를 이용하여 상기 다수의 이동국이 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하기 위한 정보 제 1 스케줄링 메트릭 값을 제어하여 상기 다수의 이동국에게 전송하는 기지국과; 상기 기지국으로부터 수신한 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값과 자신의 제 2 스케줄링 메트릭 값을 비교하여 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하는 다수의 이동국을 포함하는 것을 특징으로 한다.
PF 스케줄링, CQI 피드백

Description

ＰＦ 스케줄링 시스템 및 방법{System and method for proportional fairness scheduling}
도 1은 본 발명에 따른 PF 스케줄링 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따라 기지국이 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth를 제어하는 과정의 흐름도.
도 3은 본 발명에 따라 이동국이 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하는 과정의 흐름도.
도 4는 본 발명의 시뮬레이션 결과 사용자의 성능을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 시뮬레이션 결과 사용자가 CQI를 피드백 전송하지 않을 확률을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 시뮬레이션 결과 사용자 수에 따른, 사용자가 CQI를 피드백 전송할 확률을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 시뮬레이션 결과 사용자 수에 따른 섹터의 성능을 나타내는 도면.
본 발명은 PF 스케줄링(Proportional Fairness Scheduling) 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 기지국과 이동국 간의 효율적인 정보 교환을 위한 스케줄링에 관한 것이다.
PF 스케줄링 방식은 각 사용자의 현재 가능한 전송률과, 사용자별 최근 일정 구간 동안의 평균 전송률 등의 정보를 바탕으로 운용되는 스케줄링 방식이다. 수학식 1은 PF 스케줄러에 사용되는 스케줄링 메트릭(Scheduling Metric : SM)이다.
Figure 112005034237457-pat00018
i는 사용자 인덱스이며, ri는 현재 가능한 전송률, Ri는 최근 일정 구간 동안의 평균 전송률이다. j는 스케줄러에 의해 선택된 사용자 인덱스이다. 즉, PF 스케줄러는 매 스케줄링 시점에서 현재 가능 전송률을 일정 구간 동안의 평균 전송률로 나눈 값이 가장 큰 사용자를 직후 스케줄링을 위해 선택한다. ri는 사용자로부터의 피드백 채널(CQI(Channel Quality Information) 채널)을 통해 전송된다.
이러한 종래의 스케줄링 방식은 매 스케줄링 시점에서 모든 사용자의 피드백 채널 정보를 이용하여 가장 높은 우선 순위의 사용자를 선택한다. 따라서 사용자가 많을 때에는 피드백 정보로 인한 전력 손실 및 오버헤드가 크고 간섭량이 증가하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 피드백 정보를 전송할 사용자들의 수를 동적으로 조절하여 데이터를 스케줄링 하는 PF 스케줄링 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여 본 발명은, 자신과 연결된 다수의 이동국으로부터 피드백 전송되는 CQI(Channel Quality Information)를 수신하여 데이터 전송에 대한 PF 스케줄링을 하는 기지국을 포함하는 PF 스케줄링 시스템에 있어서, 자신이 수신하기를 요구하는, 상기 CQI를 피드백 전송할 제 1 이동국의 수를 정하고, 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI를 이용하여 실제로 CQI를 피드백 전송한 제 2 이동국의 수를 계산하고, 상기 제 1 이동국의 수와 상기 제 2 이동국의 수를 비교하여 상기 다수의 이동국이 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하기 위한 정보 제 1 스케줄링 메트릭(Scheduling Metric) 값을 제어하고, 상기 제어된 제 1 스케줄링 메트릭 값을 상기 다수의 이동국에게 전송하는 기지국과; 상기 기지국으로부터 수신한 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값과 자신의 제 2 스케줄링 메트릭 값을 비교하여 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하는 다수의 이동국을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기지국은, 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI의 심볼들의 SIR을 측정하여 일정 문턱값이 넘는 것만 카운트하여 상기 제 2 이동국의 수를 계산하며, 상기 제 1 이동국의 수가 상기 제 2 이동국의 수보다 크면 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 감소시키고, 상기 제 1 이동국의 수가 상기 제 2 이동국의 수보다 작으면 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 증가시킴으로써 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동국은, 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값이 상기 제 2 스케줄링 메트릭 값보다 크면 상기 CQI를 피드백 전송하지 않고, 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값이 상기 제 2 스케줄링 메트릭 값보다 작으면 상기 CQI를 상기 기지국에게 피드백 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은, 자신과 연결된 다수의 이동국으로부터 피드백 전송되는 CQI를 수신하여 데이터 전송에 대한 PF 스케줄링을 하는 기지국을 포함하는 시스템에서 PF 스케줄링을 하는 방법에 있어서, 상기 기지국이 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI를 이용하여 실제로 CQI를 피드백 전송한 제 1 이동국의 수를 계산하는 과정; 상기 기지국이 상기 제 1 이동국의 수와 자신이 수신하기를 요구하는, 상기 CQI를 피드백 전송할 제 2 이동국의 수를 비교하여, 상기 다수의 이동국이 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하기 위한 정보 제 1 스케줄링 메트릭 값을 제어하는 과정; 상기 기지국이 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 상기 다수의 이동국에게 전송하는 과정; 및 상기 이동국이 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값과 자신의 제 2 스케줄링 메트릭 값을 비교하여, 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 이동국의 수를 계산하는 과정은, 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI의 심볼들의 SIR을 측정하여 일정 문턱값이 넘는 것만 카운트하여 상기 제 1 이동국의 수를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 제어하는 과정은, 상기 제 1 이동국의 수가 상기 제 2 이동국의 수보다 크면 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 증가시키는 단계와; 상기 제 1 이동국의 수가 상기 제 2 이동국의 수보다 작으면 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하는 과정은, 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값이 상기 제 2 스케줄링 메트릭 값보다 크면 상기 CQI를 피드백 전송하지 않는 단계와; 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값이 상기 제 2 스케줄링 메트릭 값보다 작으면 상기 CQI를 상기 기지국에게 피드백 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 PF 스케줄링 시스템의 구성도이다.
기지국(100)의 스케줄러(10)는 사용자들에게 전송될 데이터를 스케줄링하기 위해 각 사용자들로부터 피드백 전송된 CQI(Channel Quality Information)를 이용한다. 이때 스케줄러(10)는 모든 사용자들의 CQI가 아닌 일부 사용자들의 CQI만으로도 충분히 스케줄링을 할 수 있다. 따라서 스케줄러(10)는 자신이 수신할 CQI의 수를 정하고 그에 따른 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth를 사용자들에게 전송함으로써 수신될 CQI의 수를 제어한다.
보다 상세하게, 스케줄러(10)는 사용자 선택부(11)와 스케줄링 제어부(12)를 구비한다. 사용자 선택부(11)는 스케줄링 제어부(12)를 통해 수신되는 사용자들의 CQI를 이용하여 매 스케줄링 시점에서 데이터를 전송할 사용자들을 선택하고 선택된 사용자들에게 전송될 데이터들이 안테나를 통해 전송되도록 한다. 스케줄링 제어부(12)는 사용자들로부터 피드백 전송되는 CQI들을 모두 수신하여 도 2와 같은 과정에 의해 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth를 제어한다.
스케줄링 제어부(12)는 사용자들로부터 CQI가 수신되면 실제 CQI를 피드백 전송한 사용자들의 수 NCQI를 측정한다(S202). 실제 CQI를 피드백 전송한 사용자들의 수 NCQI는 스케줄링 제어부(12)에 수신된 CQI 심볼들의 SIR(Signal-to-Interference Ratio)을 측정하여 일정 문턱값이 넘는 것만 카운트함으로써 측정된다.
스케줄링 제어부(12)는 측정된 NCQI가 자신이 요구하는 NCQI_tar보다 큰지 판단한다(S204). NCQI_tar는 스케줄링 제어부(12)가 CQI를 피드백 전송할 사용자들에 대해 요구하는 수이다. 즉, 스케줄링 제어부(12)는 자신이 요구하는, CQI를 피드백 전송할 사용자들의 수와 스케줄링 제어부(12)에 실제 수신된 CQI를 피드백 전송한 사용자들의 수를 비교한다.
이러한 비교 결과, 스케줄링 제어부(12)는 실제 CQI를 피드백 전송한 사용자들의 수 NCQI가 자신이 요구하는, CQI를 피드백 전송할 사용자들의 수 NCQI_tar보다 크면, 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth를 증가시키고(S206), 그렇지 않으면 감소시킨다(S208). 최초의 SMth는, CQI를 피드백 전송하는 사용자 수가 너무 적을 것을 대비하여 적당히 낮은 값으로 설정되거나, 초기에 모든 사용자에게 CQI 피드백 전송을 요구하여 모든 사용자의 SMi를 확인한 후 결정된다. 이후 상술한 도 2의 과정에 의해 값이 조절된다.
즉, 다시 말하면 스케줄링 제어부(12)는 스케줄링에 필요한 CQI의 수를 정하고, 실제로 수신된 CQI의 수가 필요한 CQI의 수보다 크면 SMth를 증가시켜 수신될 CQI의 수를 감소시키고, 실제로 수신된 CQI의 수가 필요한 CQI의 수보다 작으면 SMth를 감소시켜 수신될 CQI의 수를 증가시키는 것이다.
한편, 도 1에서 스케줄링 제어부(12)로부터 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth를 수신한 사용자들의 이동국(200, 300)은 CQI의 피드백 전송 여부를 결정한다.
보다 상세하게 설명하면, 이동국(200, 300)은 CQI 전송 결정부(20, 30)를 구비한다. CQI 전송 결정부(20, 30)는 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth를 이용하여 도 3과 같은 과정에 의해 CQI의 피드백 전송 여부를 결정한다.
CQI 전송 결정부(20, 30)는 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth를 수신하면, 자신에 대한 스케줄링 메트릭(Scheduling Metric) 값 SMi (i = 1, …, K)를 계산한다(S302). 즉, 사용자 i(i = 1, …, K)에 대하여 해당 이동국은 스케줄링 메트릭 값 SMi를 계산한다. 이를 위해 본 발명에서는 이동국(200, 300)의 CQI 전송 결정부(20, 30)에 스케줄링 메트릭을 계산할 수 있는 기능이 구비된다.
SMi는 PF 스케줄링의 수학식 1에 의해 ri/Ri로 정의된다. 이동국(200, 300)은 순방향 링크 파일럿 심볼의 링크 품질 측정 및 데이터 오류율 측정을 통해 현재 가능 전송률 ri를 측정한다. Ri는 순방향 링크의 일정 구간 평균 데이터 전송률로, 이동국(200, 300)에서 실제 수신된 데이터량을 계산하여 측정가능하다.
그리고 CQI 전송 결정부(20, 30)는 자신에 대한 스케줄링 메트릭 값 SMi가 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth보다 큰지 판단한다(S304).
이러한 판단 결과, CQI 전송 결정부(20, 30)는 자신에 대한 스케줄링 메트릭 값 SMi가 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth보다 크면, CQI를 기지국으로 피드백 전송하고(S306), 그렇지 않으면 전송하지 않는다(S308).
상술한 바와 같이, 본 발명은 각각 스케줄링 메트릭의 값을 계산할 수 있는 기지국과 이동국으로 이루어진 무선 통신 시스템에서, 기지국이 원하는 스케줄링 메트릭의 값 이상의 스케줄링 메트릭 값을 갖는 이동국에서만 CQI를 피드백 전송하도록 하는 것이 특징이다. 그리고 기지국은 수신되는 CQI의 수를 세어 스케줄링 메트릭의 값을 조절함으로써 이동국으로부터 피드백 전송되는 CQI의 수를 조절하는 것이 특징이다.
이하에서는 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth를 제어하는 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth는 매 스케줄링 시점에서 실제 CQI를 피드백 전송한 사용자들의 수 NCQI가 스케줄링 제어부(12)가 요구하는, CQI를 피드백 전송할 사용자들의 수 NCQI_tar보다 작게 될 확률을 보장하기 위해 사용되는 스케줄링 메트릭 값이다. 즉, 이를 수학식으로 표현하면 수학식 2와 같다.
Figure 112005031938283-pat00001
여기서
Figure 112005031938283-pat00002
는
Figure 112005031938283-pat00003
될 확률이다.
이때 사용자들의 CQI 피드백 전송 결정 정보 SMth의 감소를 위한 변화 스텝 사이즈의 최소값을
Figure 112005034237457-pat00004
라고 한다면, 상술한 S206과 S208 과정에서 SMth의 증가나 감소는 수학식 3에 의해 수행된다.
Figure 112005031938283-pat00005
즉, SMth는 SMth의 이전 값에 일정한 변화 스텝 사이즈를 곱하여 증가나 감소가 수행된다.
또한 이러한 SMth는 증가와 감소의 반복에 의해 수학식 4처럼 그 값이 0으로 수렴함을 알 수 있다.
Figure 112005031938283-pat00006
상술한 바와 같은 본 발명에 대하여 표 1과 같은 파라미터를 이용하여 표 2와 같은 SNR(Signal to Noise Ratio)과 데이터율(Data Rate)을 갖는 환경에서 시뮬레이션을 하면 그 결과는 도 4 내지 도 7과 같다.
파라미터(Parameter) 값(Value)
셀의 수(Number of cells) 19(3-sector)
적용 시스템(Target system) HDR
슬롯 간격(Slot duration) 10msec
사용자 분포(User distribution) uniform
경로 손실 모델(Path loss model) 128+37.6 log10(R)
쉐도잉(Shadowing) Std : 8 dB
페이딩(Fading) Ped. A, 3km/h
CQI 보고(CQI report) 피드백 에러 없음(No feedback error)
SNR(dB) 데이터율(Data Rate)(kbps)
-12.5 38.4
-9.5 76.8
-8.5 102.6
-6.5 153.6
-5.7 204.8
-4.0 307.2
-1.0 614.4
1.3 921.6
3.0 1228.8
7.2 1843.2
9.5 2457.6
도 4와 도 5는 각각, 사용자가 20명이고
Figure 112005031938283-pat00007
=0.25,
Figure 112005031938283-pat00008
=0.5 일 때 사용자의 성능(처리량(Throughput))과 사용자가 CQI를 피드백 전송하지 않을 확률을 나타낸다. 도 4를 보면 모든 사용자가 CQI를 피드백 전송하지 않더라도 그 성능에는 종래기술과 별차이가 없음을 알 수 있다. 도 5에서는 Full feedback일 때 사용자가 CQI를 피드백 전송하지 않을 확률이 0이고, NCQI_tar가 작을수록 사용자가 CQI를 피드백 전송하지 않을 확률이 높아짐을 알 수 있다.
도 6과 도 7은 각각, 스케줄링 제어부(12)가 요구하는, CQI를 피드백 전송할 사용자들의 수 NCQI_tar가 5명이고
Figure 112005031938283-pat00009
=0.25,
Figure 112005031938283-pat00010
=0.5 일 때 사용자 수에 따른, 사용자가 CQI를 피드백 전송할 확률과 섹터의 성능을 나타낸다. 도 6에서 NCQI_tar가 5명이므로 사용자의 수가 5명일 때 사용자가 CQI를 피드백 전송할 확률이 1임을 알 수 있다. 도 7에서는 사용자의 수가 증가하더라도 그 성능에는 종래기술과 별차이가 없음을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 기지국에서 스케줄링 메트릭의 문턱값을 이동국에게 전송하면, 이동국은 자신의 스케줄링 메트릭의 값이 상기 문턱값을 넘을 경우에만 기지국에게 CQI를 피드백 전송함으로써, 스케줄링 시 요구되는 오버헤드가 감소하고 따라서 저전력으로 서비스를 운용할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명은 이동국으로부터의 정보의 피드백이 요구되는 스케줄링 방식에 적용 가능하다.
또한 본 발명은 종래와 거의 동일한 시스템 성능을 유지하면서 스케줄링에 필요한 유용한 정보를 효과적으로 주고받을 수 있다.

Claims (8)

  1. 자신과 연결된 다수의 이동국으로부터 피드백 전송되는 CQI를 수신하여 데이터 전송에 대한 PF 스케줄링을 하는 기지국을 포함하는 PF 스케줄링 시스템에 있어서,
    자신이 수신하기를 요구하는, 상기 CQI를 피드백 전송할 제 1 이동국의 수를 정하고, 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI를 이용하여 실제로 CQI를 피드백 전송한 제 2 이동국의 수를 계산하고, 상기 제 1 이동국의 수와 상기 제 2 이동국의 수를 비교하여 상기 다수의 이동국이 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하기 위한 정보 제 1 스케줄링 메트릭 값을 제어하고, 상기 제어된 제 1 스케줄링 메트릭 값을 상기 다수의 이동국에게 전송하는 기지국과;
    상기 기지국으로부터 수신한 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값과 자신의 제 2 스케줄링 메트릭 값을 비교하여 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하는 다수의 이동국을 포함하는 것을 특징으로 하는 PF 스케줄링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기지국은, 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI의 심볼들의 SIR을 측정하여 일정 문턱값이 넘는 것만 카운트하여 상기 제 2 이동국의 수를 계산하는 것을 특징으로 하는 PF 스케줄링 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기지국은, 상기 제 1 이동국의 수가 상기 제 2 이동국의 수보다 크면 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 감소시키고, 상기 제 1 이동국의 수가 상기 제 2 이동국의 수보다 작으면 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 증가시킴으로써 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 제어하는 것을 특징으로 하는 PF 스케줄링 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이동국은, 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값이 상기 제 2 스케줄링 메트릭 값보다 크면 상기 CQI를 피드백 전송하지 않고, 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값이 상기 제 2 스케줄링 메트릭 값보다 작으면 상기 CQI를 상기 기지국에게 피드백 전송하는 것을 특징으로 하는 PF 스케줄링 시스템.
  5. 자신과 연결된 다수의 이동국으로부터 피드백 전송되는 CQI를 수신하여 데이터 전송에 대한 PF 스케줄링을 하는 기지국을 포함하는 시스템에서 PF 스케줄링을 하는 방법에 있어서,
    상기 기지국이 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI를 이용하여 실제로 CQI를 피드백 전송한 제 1 이동국의 수를 계산하는 과정;
    상기 기지국이 상기 제 1 이동국의 수와 자신이 수신하기를 요구하는, 상기 CQI를 피드백 전송할 제 2 이동국의 수를 비교하여, 상기 다수의 이동국이 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하기 위한 정보 제 1 스케줄링 메트릭 값을 제어하는 과정;
    상기 기지국이 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 상기 다수의 이동국에게 전송하는 과정; 및
    상기 이동국이 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값과 자신의 제 2 스케줄링 메트릭 값을 비교하여, 상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 PF 스케줄링 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 이동국의 수를 계산하는 과정은, 상기 다수의 이동국으로부터 수신한 CQI의 심볼들의 SIR을 측정하여 일정 문턱값이 넘는 것만 카운트하여 상기 제 1 이동국의 수를 계산하는 것을 특징으로 하는 PF 스케줄링 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 제어하는 과정은,
    상기 제 1 이동국의 수가 상기 제 2 이동국의 수보다 크면 상기 제 1 스케줄 링 메트릭 값을 증가시키는 단계와;
    상기 제 1 이동국의 수가 상기 제 2 이동국의 수보다 작으면 상기 제 1 스케줄링 메트릭 값을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PF 스케줄링 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 CQI의 피드백 전송 여부를 결정하는 과정은,
    상기 제 1 스케줄링 메트릭 값이 상기 제 2 스케줄링 메트릭 값보다 크면 상기 CQI를 피드백 전송하지 않는 단계와;
    상기 제 1 스케줄링 메트릭 값이 상기 제 2 스케줄링 메트릭 값보다 작으면 상기 CQI를 상기 기지국에게 피드백 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PF 스케줄링 방법.
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