KR101417891B1 - 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템 - Google Patents

가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템은, 각자의 위치와 관련된 정보를 가시광 신호의 형식으로 발광부를 통해 송신하는 복수의 가시광 송신모듈; RF 형태의 캐리어 웨이브를 송신하는 캐리어 송신모듈; 상기 가시광 송신모듈 중 어느 하나에서 송신하는 가시광 신호를 수신하는 가시광 수신부와, 상기 가시광 수신부에서 수신된 가시광 신호를 이용하여 자신의 위치를 파악하는 리더부와, 상기 캐리어 송신모듈에서 송신된 캐리어 웨이브를 수신하는 캐리어 수신부와, 상기 캐리어 수신부에서 수신된 캐리어 웨이브의 에너지를 이용하여 상기 리더부에서 파악된 자신의 위치정보와 자신의 식별번호를 상기 캐리어 웨이브에 대한 RF 반송신호의 형식으로 송신하는 RF 송신부를 각각 구비하는 복수의 단말기; 상기 단말기에서 반송된 RF 신호를 수신하는 RF 수신모듈; 및 상기 RF 수신모듈에서 수신한 상기 단말기의 식별번호와 위치정보를 전송받는 서버;를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템{Dual Way Positioning System}
본 발명은 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가시광 통신을 이용하여 건물 내에서 사용자가 자신의 위치를 파악하고 시스템 제공자도 사용자의 위치를 파악할 수 있는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템에 관한 것이다.
일반적인 위치정보 제공 방법으로는 위성을 이용한 GPS(Global Positioning System)이 널리 사용된다. 이와 같은 GPS 방법의 위치 추적 시스템은 전파 수신의 어려움으로 인해 실내에서는 위치정보를 파악하기 어려운 문제점이 있다.
실내에서 위치정보를 파악하는 방법으로 지그비(Zigbee) 기술을 이용하여 무선통신에 의해 위치 추적을 하는 시스템이 존재했다. 이와 같은 종래의 무선 통신에 의한 실내 위치 추적 시스템은 3개 이상의 액세스 포인트(AP; Access Point)를 설치하고 삼각 측정 방법에 의해 사용자의 위치를 추적하였다. 이러한 방법은 이론적으로는 3개의 액세스 포인트를 설치하면 가능하지만 실제로는 다수의 액세스 포인트를 설치해야 하고, 건물 내부의 층수(높이)까지 파악하기에는 어려운 문제점이 있다. 또한, 서버에서 단말의 위치를 추적하는 용도로 주로 사용되고 사용자가 자신의 건물 내 현재 위치를 파악하는 용도로 사용하기 위해서는 별도의 기술적 구성이 필요한 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 위하여 안출 된 것으로, 가시광을 이용하여 건물 내부 조명으로 이용하면서 동시에 가시광 통신을 이용하여 단말기를 휴대하는 사용자가 자신 현재 위치를 파악할 수 있고 건물의 서버에서 단말기를 휴대한 각 사용자의 위치를 파악할 수 있는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템은, 각자의 위치와 관련된 정보를 가시광 신호의 형식으로 발광부를 통해 송신하는 복수의 가시광 송신모듈; RF 형태의 캐리어 웨이브를 송신하는 캐리어 송신모듈; 상기 가시광 송신모듈 중 어느 하나에서 송신하는 가시광 신호를 수신하는 가시광 수신부와, 상기 가시광 수신부에서 수신된 가시광 신호를 이용하여 자신의 위치를 파악하는 리더부와, 상기 캐리어 송신모듈에서 송신된 캐리어 웨이브를 수신하는 캐리어 수신부와, 상기 캐리어 수신부에서 수신된 캐리어 웨이브의 에너지를 이용하여 상기 리더부에서 파악된 자신의 위치정보와 자신의 식별번호를 상기 캐리어 웨이브에 대한 RF 반송신호의 형식으로 송신하는 RF 송신부를 각각 구비하는 복수의 단말기; 상기 단말기에서 반송된 RF 신호를 수신하는 RF 수신모듈; 및 상기 RF 수신모듈에서 수신한 상기 단말기의 식별번호와 위치정보를 전송받는 서버;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명에 의한 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템은 건물 내부의 조명으로 사용되는 가시광을 이용하여 단말기를 휴대하는 사용자가 자신의 위치를 파악할 수 있고 서버에서 각 단말기의 위치를 파악할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템의 조명에 대한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템의 단말기의 블록도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템의 조명에 대한 블록도이며, 도 3은 도 1에 도시된 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템의 단말기의 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템은 서버(100)와 복수의 조명(200)과 단말기(300)를 포함하여 이루어진다.
조명(200)은 건물 내의 여러 위치에 각각 설치되어 실내에 가시광을 비춤으로써 실내를 밝히는 역할을 한다 동시에 본 실시예의 조명(200)은 각 조명(200)이 설치된 위치정보를 가시광 신호의 형식으로 송신한다. 사용자가 휴대하는 단말기(300)는 자신이 위치하는 곳에서 수신된 가시광 신호를 이용하여 자신의 위치를 파악한다.
즉, 복수의 조명(200) 중에서 단말기(300)가 위치하는 영역에 도달한 조명(200)의 빛을 통해서 단말기(300)가 해당 조명(200)과 가까운 위치에 있음을 알 수 있다.
복수의 조명(200)은 각각 가시광 송신모듈(210)과 캐리어 송신모듈(230)과 RF 수신모듈(250)을 구비한다.
가시광 송신모듈(210)은 가시광 제어부(211)와 발광부(217)를 구비한다. 가시광 제어부(211)에는 각 조명(200)의 위치정보가 저장되어 있다. 가시광 제어부(211)에 저장된 위치정보는 위도와 경도에 의한 좌표일 수도 있고 건물 내의 영역 번호나 층수 등 다양한 형식으로 저장될 수 있다. 예컨대 가시광 송신모듈(210)의 위치정보는 건물의 주차장에서 주차 영역의 번호일 수도 있다.
가시광 제어부(211)에 저장된 위치정보는 부호부(213)에서 미리 정해진 규칙에 따라 부호화하고 변조부(215)에서는 부호부(213)에서 전달받은 위치정보를 가시광선 신호로 송신하기 용이한 형태로 변조한다. 변조부(215)에서 위치정보를 변조하는 방법으로는 ASK(Amplitude Shift Keying) 방식 등 다양한 방법이 사용될 수 있으며, ASK 방식을 사용하는 경우에는 신호 전달 효율을 향상시키기 위하여 변조지수가 100%인 OOK(On/Off Keying) 변조방식이 사용될 수 있다. 발광부(217)는 변조부(215)로부터 전달받은 전기신호 형태의 위치정보를 광신호 형태로 변환하여 가시광으로 발광한다. 발광부(217))로는 LD(Laser Diode)와 LED(Light Emitting Diode) 등이 사용될 수 있다. 특히 LED는 실내를 밝히는 기능과 가시광 통신수단으로서의 기능을 동시에 수행할 수 있는 장점이 있다.
캐리어 송신모듈(230)는 RF 형태의 캐리어 웨이브를 안테나(232)를 통해 송신한다. 캐리어 송신부(231)는 일정한 주파수의 캐리어 웨이브를 연속적으로 송신하도록 구성할 수도 있고, 각 조명(200)의 캐리어 송신모듈(230)이 복수의 주파수 채널 중 어느 하나의 채널 범위에 속하는 주파수의 캐리어 웨이브를 송신하도록 구성할 수 있다. 또한, 캐리어 송신모듈(230)이 일정 시간 간격으로 캐리어 웨이브의 주파수 채널을 변경하도록 구성할 수도 있다.
단말기(300)는 하나 또는 복수로 마련되며, 사용자마다 자신의 단말기(300)를 휴대하고 다니면서 자신의 현재 위치를 파악하는 데 이용할 수 있다. 사용자는 자신의 현재 위치에 빛을 비추는 조명(200)의 가시광 신호를 이용하여 가시광 송신모듈(210)의 위치정보로부터 자신의 현재 위치를 알 수 있다.
단말기(300)는 가시광 수신부(310)와 리더부(330)와 캐리어 수신부(390)와 RF 송신부(370)와 표시부(360)를 구비한다.
가시광 수신부(310)는 수광부(311)와 증폭부(313)와 복조부(315)와 복호부(317)를 구비한다. 수광부(311)는 가시광 송신모듈(210)의 발광부(217)에서 송신되는 가시광 형태의 가시광 신호를 감지하여 전기 신호로 변환한다. 수광부(311)는 PD(Photo Detector) 등을 사용하여 구성된다. 수광부(311)에서 수신된 가시광 신호는 증폭부(313)에서 증폭되고 복조부(315)에서 복호하기 용이한 형태로 복조된다. 복호부(317)는 복조부(315)로부터 전달받은 신호를 리더부(330)에서 처리하기 용이한 형태로 복호하여 리더부(330)로 전달한다.
리더부(330)는 가시광 수신부(310)로부터 신호를 전달받아 그 신호에 포함된 가시광 송신모듈(210)의 위치정보를 판독하여 저장부(350)에 저장한다. 리더부(330)는 가시광 송신모듈(210)의 위치정보를 표시부(360)를 통해 표시하여 사용자가 현재 위치를 파악할 수 있도록 돕는다.
리더부(330)에서 판독된 위치정보와 저장부(350)에 저장된 단말기(300)의 식별번호는 RF 송신부(370)를 통해 캐리어 웨이브에 대한 RF 반송신호의 형태로 외부로 송신된다.
캐리어 수신부(390)는 캐리어 송신모듈(230)에서 송신된 캐리어 웨이브를 안테나(391)를 통해 수신하여 RF 송신부(370)로 전달한다.
RF 송신부(370)는 부호부(371)와 변조부(373)와 백스캐터링부(375)를 구비한다. 부호부(371)에서는 리더부(330)에서 전달받은 위치정보와 단말기(300)의 식별번호를 부호화하여 변조부(373)로 전달한다. 변조부(373)는 위치정보와 식별번호를 RF신호로 전송하기 용이한 형태로 변조한다. 백스캐터링부(375)는 캐리어 수신부(390)에서 전달받은 캐리어 웨이브에 위치정보와 식별번호를 실어서 안테나(391)를 통해 RF 수신모듈(250)로 송신한다. 이때 백스캐터링부(375)는 캐리어 웨이브에 공진하는 방식으로 RF 신호를 반송한다. 백스캐터링부(375)는 수신된 캐리어 웨이브와 동일한 주파수 채널의 주파수 또는 인접하는 주파수 채널의 주파수 또는 인접하는 채널과의 경계의 주파수로 위치정보와 식별번호를 송신한다.
RF 수신모듈(250)은 캐리어 송신모듈(230)에서 송신된 캐리어 웨이브가 단말기(300)의 RF 송신부(370)에서 반송되는 RF 형태의 신호를 수신하여 서버(100)로 전달한다. RF 수신모듈(250)은 RF 복조부(253)와 복호부(255)를 포함한다. RF 복조부(253)는 안테나(251)에서 수신된 응답신호를 복호하기 용이한 형태로 복조하고, 복호부(255)는 복조된 응답신호를 서버(100)에서 인식할 수 있는 형태의 신호로 복호한다.
이하 상술한바와 같이 구성된 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템의 양방향 위치 추적 방법에 대해 설명한다.
먼저, 단말기(300)를 휴대하는 사용자가 자신의 위치를 파악하는 방법을 설명한다.
건물 내에 설치된 복수의 가시광 송신모듈(210)의 가시광 제어부(211)에는 각각 그 가시광 송신모듈(210)의 건물 내 위치가 위치정보로서 저장되어 있다. 가시광 송신모듈(210)은 일정 시간 간격으로 자신의 식별번호와 위치정보를 가시광 신호의 형태로 송신한다.
단말기(300)를 휴대하는 사용자가 건물 내부에서 이동하면, 건물 내부의 위치에 따라 다른 조명(200)에서 발생한 빛을 받게 된다. 단말기(300)는 근접한 위치의 가시광 송신모듈(210)에서 가시광 신호를 가시광 수신부(310)를 통해 수신한다. 단말기(300)의 리더부(330)는 가시광 수신부(310)에서 전달받은 위치정보를 통해 자신이 어떤 조명(200)에 근접한 위치에 있는지 알 수 있다. 2개 이상의 위치정보가 수신된다면, 단말기(300)의 위치는 2개 이상의 가시광 송신모듈(210)에서 발생하는 빛이 서로 중첩되는 영역에 자신이 위치하는 것을 알 수 있다. 경우에 따라서는 단말기(300)의 저장부(350)에 각 가시광 송신모듈(210)의 식별번호에 대응하는 위치정보를 데이터베이스로 저장하여 두고 가시광 송신모듈(210)의 식별번호만을 수신하여 그 식별번호에 대응하는 위치정보를 저장부(350)에서 조회하는 방법으로 단말기(300)의 위치를 파악하는 것도 가능하다.
이와 같이 리더부(330)에서 파악된 단말기(300)의 위치정보는 표시부(360)에 표시되어 사용자가 이를 시각적으로 파악할 수 있도록 한다. 표시부(360)에는 좌표의 형태로 위치정보를 표시할 수도 있고 건물 내의 방번호나 주차장의 주차영역 번호의 형식으로 위치정보를 표시할 수도 있다.
다음으로 서버(100)에서 각 단말기(300)의 위치를 파악하는 방법을 설명한다.
상술한바와 같은 방법으로 단말기(300)의 리더에서 파악된 단말기(300)의 위치정보는 RF 송신부(370)를 통해 RF 신호의 형태로 외부로 송신된다. 앞서 설명한 바와 같이 캐리어 송신모듈(230)에서 송신된 캐리어 웨이브를 단말기(300)의 캐리어 수신부(390)에서 수신하여 RF 송신부(370)에서 그 캐리어 웨이브에 자신의 식별번호와 위치정보를 실어서 반송하는 방법으로 외부로 송신한다.
단말기(300)에서 위치정보를 수신할 때는 가시광 신호로 수신하고 위치정보를 송신할 때는 RF 신호로 송신하도록 함으로써, 송수신 신호간에 간섭이 발생하지 않게 하는 장점이 있다.
단말기(300)에서 송신된 RF 신호는 RF 수신모듈(250)에서 수신한다. RF 수신모듈(250)은 수신한 단말기(300)의 위치정보와 식별번호를 서버(100)에 전달한다. 서버(100)와 RF 수신모듈(250)은 유선 또는 무선의 네트워크를 통해 다양한 방법으로 연결될 수 있다.
서버(100)는 각 단말기(300)의 식별번호와 그에 대응되는 위치정보를 이용하여 각 단말기(300)가 건물 내의 어느 위치에 있는지를 파악할 수 있다.
서버(100)와 가시광 송신모듈(210)도 유선 또는 무선의 네트워크를 통해 연결되도록 하고, 서버(100)는 가시광 송신모듈(210)에 각 단말기(300)의 위치정보에 대한 질의신호를 송신함으로써 실시간으로 각 단말기(300)의 위치정보를 파악할 수 있다. 즉, 서버(100)에서 가시광 송신모듈(210)로 질의신호를 송신하면 가시광 송신모듈(210)은 질의신호와 함께 식별번호와 가시광 송신모듈(210)의 위치정보를 가시광 신호로 송신한다. 단말기(300)는 질의신호를 수신하면 자신의 위치정보 리더부(330)에서 파악하여 RF 송신부(370)를 통해 외부로 송신한다. RF 수신모듈(250)은 수신한 단말기(300)의 위치정보를 서버(100)로 각각 전달한다. 이와 같은 방법에 의해 서버(100)는 건물 내의 다수의 단말기(300)의 위치를 필요에 따라 실시간으로 파악할 수 있다. 경우에 따라서는 단말기(300)에서 반송된 RF 신호가 수신된 RF 수신모듈(250)을 통해서도 서버(100)는 각 단말기(300)의 위치를 파악할 수 있다. 단말기(300)에서 반송된 RF 신호는 가까운 위치의 RF 수신모듈(250)에 수신될 것이므로 단말기(300)로부터 RF 신호를 수신한 RF 수신모듈(250)의 식별번호를 서버(100)에서 파악하고 미리 서버에 저장된 해당 RF 수신모듈(250)의 위치정보를 조회하는 방법으로 단말기(300)의 위치를 파악할 수도 있다.
상술한 바와 같이 서버(100)와 가시광 송신모듈(210)이 서로 연결되어 있는 경우에는 서버(100)에서 각 가시광 송신모듈(210)의 위치정보를 갱신할 수도 있다. 경우에 따라서 가시광 송신모듈(210)의 위치가 변경되는 경우 서버(100)에서는 가시광 송신모듈(210)의 가시광 제어부(211)에 저장된 위치정보를 변경된 위치정보로 갱신할 수 있다.
이와 같이 가시광을 이용하여 위치정보를 파악함으로써, GPS 신호가 잘 잡히지 않는 건물 내부에서도 위치정보를 쉽게 파악할 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 각각의 조명(200)은 가시광 송신모듈(210), 캐리어 송신모듈(230), RF 수신모듈(250)을 구비하는 것으로 설명하였으나, 조명과 별도로 캐리어 송신모듈과 RF 수신모듈을 설치하는 것도 가능하다. 가시광선과 달리 RF 신호는 벽을 통과하거나 복도의 꺾인 부분을 넘어서도 전달이 가능하므로, 하나의 캐리어 송신모듈과 RF 수신모듈만을 마련하여 다수의 단말기에 대해 작동하도록 구성하는 것도 가능하다. 마찬가지로 캐리어 송신모듈과 RF 수신모듈은 가시광 송신모듈의 개수보다 적은 개수로 마련하여 작동하도록 구성하는 것도 가능하다.
100: 서버 200: 조명
210: 가시광 송신모듈 230: 캐리어 송신모듈
250: RF 수신모듈 300: 단말기
310: 가시광 수신부 330: 리더부
350: 저장부 360: 표시부
370: RF 송신부 390: 캐리어 수신부

Claims (10)

  1. 각자의 위치와 관련된 정보를 가시광 신호의 형식으로 발광부를 통해 송신하는 복수의 가시광 송신모듈;
    RF 형태의 캐리어 웨이브를 송신하는 캐리어 송신모듈;
    상기 가시광 송신모듈 중 어느 하나에서 송신하는 가시광 신호를 수신하는 가시광 수신부와, 상기 가시광 수신부에서 수신된 가시광 신호를 이용하여 자신의 위치를 파악하는 리더부와, 상기 캐리어 송신모듈에서 송신된 캐리어 웨이브를 수신하는 캐리어 수신부와, 상기 캐리어 수신부에서 수신된 캐리어 웨이브의 에너지를 이용하여 상기 리더부에서 파악된 자신의 위치정보와 자신의 식별번호를 상기 캐리어 웨이브에 대한 RF 반송신호의 형식으로 송신하는 RF 송신부를 각각 구비하는 복수의 단말기;
    상기 단말기에서 반송된 RF 신호를 수신하는 RF 수신모듈; 및
    상기 RF 수신모듈에서 수신한 상기 단말기의 식별번호와 위치정보를 전송받는 서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 송신모듈은 미리 입력된 자신의 위치정보를 가시광 신호로 송신하고,
    상기 단말기의 리더는, 상기 가시광 신호에 포함된 가시광 송신모듈의 위치정보를 통해 자신의 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 송신모듈은 자신의 식별번호를 가시광 신호로 송신하고,
    상기 단말기는 각 가시광 송신모듈의 위치정보가 저장된 저장부를 더 구비하며,
    상기 단말기의 리더부는, 상기 가시광 수신부에서 수신한 상기 가시광 송신모듈의 식별번호에 대응하는 가시광 송신모듈의 위치정보를 상기 저장부에서 조회하여 자신의 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단말기는, 상기 리더부에서 파악한 자신의 위치를 그 단말기를 휴대하는 사용자가 볼 수 있도록 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 가시광 송신모듈은 각각 네트워크를 통해 상기 서버에 연결되며, 상기 가시광 송신모듈에 미리 저장된 위치정보는 상기 서버에 의해 갱신될 수 있는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 RF 수신모듈은 복수로 마련되어 상기 가시광 송신모듈마다 하나씩 설치되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 캐리어 송신모듈은, 복수로 마련되어 상기 가시광 송신모듈마다 하나씩 설치되는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캐리어 송신모듈은, 복수의 주파수 채널 중 하나를 선택하여 RF 형태의 캐리어 웨이브를 송신하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 캐리어 송신모듈은, 일정 시간 간격마다 상기 복수의 주파수 채널들에서 무작위로 선택된 하나의 주파수 채널로 상기 캐리어 웨이브의 주파수를 변경하는 하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 서버는 상기 단말기에 대한 위치정보를 질의하는 질의신호를 네트워크를 통해 상기 가시광 송신모듈로 전달하고,
    상기 가시광 송신모듈은 자신의 위치와 관련된 정보와 함께 상기 질의신호를 상기 발광부를 통해 가시광 신호로 송신하며,
    상기 단말기는 상기 질의신호에 응답하여 자신의 위치정보와 식별번호를 상기 RF 송신부를 통해 송신하는 것을 특징으로 하는 가시광 통신을 이용한 양방향 위치정보 제공 시스템.
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