KR101590018B1 - ＳＤＮ에서의 펨토 기지국과 ＷｉＦｉ ＡＰ 연동 방법 - Google Patents

ＳＤＮ에서의 펨토 기지국과 ＷｉＦｉ ＡＰ 연동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SDN에 연결된 펨토 기지국을 포함하는 이동통신망과 WiFi망 사이에서 사용자가 인지하지 못하는 상태에서 데이터 서비스의 단절 없이 자동으로 접속이 전환되도록 함으로써 사용상의 불편을 최소화할 수 있도록 한 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에 관한 것이다.
본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법은 SDN 스위치 및 이와 분리된 채 SDN 스위치를 제어하는 SDN 제어기로 이루어진 SDN에서 SDN 스위치에 연결된 이동통신망의 펨토 기지국 또는 이에 인접한 WiFi AP에 이동통신 단말이 무선으로 연결되어 이루어지되, 펨토 기지국이 이동통신 단말의 입장을 검출한 후에 그 사실을 SDN 스위치를 경유하여 SDN 제어기에 보고하는 (a) 단계; SDN 제어기가 SDN 스위치 및 펨토 기지국을 경유하여 이동통신 단말에게 자체의 WiFi 모듈을 활성화시켜서 인접 WiFi AP에 접속할 것을 명령하는 (b) 단계 및 이동통신 단말이 펨토 기지국에 접속된 상태에서 자체의 WiFi 모듈을 활성화시킨 후에 WiFi AP에 접속하는 (c) 단계; SDN 제어기가 펨토 기지국과 WiFi AP로부터 각각 자기의 무선 채널 상태 정보가 담긴 무선 상태 보고 메시지를 수신하는 (d) 단계; SDN 제어기가 펨토 기지국과 WiFi AP의 무선 채널 상태가 사전에 정해진 조건을 만족하는지를 체크하여 오프로드의 가능성 여부를 판단하는 (e) 단계 및 상기 (e) 단계에서의 판단 결과, 가능하지 않은 경우에는 펨토 기지국을 경유하여 데이터를 송수신하도록 SDN 스위치에 명령하는 반면에 가능한 경우에는 WiFi AP를 경유하여 데이터를 송수신하도록 SDN 스위치에 명령하는 (f) 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

ＳＤＮ에서의 펨토 기지국과 ＷｉＦｉ ＡＰ 연동 방법{method for coupling femtocell with WiFi AP in SDN}
본 발명은 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에 관한 것으로, 특히 SDN에 연결된 펨토셀을 포함하는 이동통신망과 WiFi망 사이에서 사용자가 인지하지 못하는 상태에서 자동으로 접속이 전환될 수 있도록 한 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 펨토셀(Femto cell) 기지국(이하 간단히 '펨토 기지국'이라 한다)은 가정이나 사무실 등 옥내에 설치된 브로드밴드 망을 통해 이동통신 코어 네트워크에 접속하는 초소형 이동통신 기지국이다. 이러한 펨토 기지국은 실내 커버리지를 확대하고 통화 품질을 향상시키며 다양한 유무선 융합 서비스를 효율적으로 제공할 수 있는 여러 장점을 갖는다.
한편, 3GPP LTE(Long Term Evolution)에서는 eNB(evolved NodeB) 및 home eNB(home evolved NodeB, HeNB)라는 기지국을 정의하고 있다. 이중 eNB는 일반적인 매크로 셀(macro cell)을 관장하는 매크로 기지국이며, home eNB는 펨토셀을 관장하는 펨토 기지국이다. 즉, 3GPP에서는 기존 매크로 기지국과 별도로 특정 사용자만 접속할 수 있는 펨토 기지국이 설치되는 환경을 고려하고 있다.
이때, 펨토 기지국은 사용자 혹은 사업자에 의해서 커버리지 증대, 용량(capacity) 증대 혹은 기타 차별화된 서비스의 제공 등을 목적으로 설치될 수 있다. 펨토 기지국의 서비스 커버리지는 최소 수 미터에서 최대 매크로 서비스 커버리지 정도까지 고려될 수 있다.
한편, 소프트웨어 정의 네트워킹이라 불리는 SDN(Software Defined Networking)은 이른바 소프트웨어를 통해서 현재의 인터넷이 가지는 구조적 문제를 근본적으로 해결하고 혁신할 수 있도록 대두된 새로운 구조의 네트워크 혹은 패러다임으로써, 애플리케이션, 네트워크 OS, 하드웨어 추상화, 표준화된 인터페이스 및 하드웨어를 모두 아우르는 개념이다.
이러한 SDN은 네트워크 제어 기능(control plane)이 데이터 전달 기능(data plane)을 갖는 물리적 네트워크와 분리되어 있는 네트워크 구조를 말하는데, 이와 같이 분리된 SDN의 제어 기능은 필연적으로 네트워크 스위치(하드웨어) 상의 데이터 경로와 상호 작용할 수 있는 기능을 가져야만 한다. 이러한 상호 작용 혹은 통신 메커니즘 중의 하나가 바로 제어 기능을 가진 머신과 네트워크 스위치간의 통신을 담당하는 표준 인터페이스인 OpenFlow 기술이다.
SDN에 따르면, 제어기(Controller)로 불리기도 하는 제어 기능이 스위치나 라우터가 아닌 별도의 머신 상에서 구현되는데, 이러한 머신은 PC가 될 수도 있고 성능 좋은 서버가 될 수도 있다.
한편, 종래 기술에 따르면 무선 데이터의 사용에 있어 많은 사용자들이 이용요금 혹은 전송속도 등의 이유로 펨토셀을 포함하는 이동통신 데이터망과 WiFi 망을 번갈아 사용하는데, 이러한 전환 과정에서 데이터 서비스의 단절이 발생하여 불편을 초래하는 문제점이 있었다.
* 10-2013-17709호 공개특허공보(발명의 명칭: 데이터 오프로딩 접속을 제어하는 기지국 장치 및 가상화 기지국 시스템) * 10-2014-1244호 공개특허공보(발명의 명칭: (로컬) 오프로딩에 이용되는 접속에 대한 접속 컨텍스트를 결정하기 위한 네트워크 장치 및 프로세스)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, SDN에 연결된 펨토 기지국을 포함하는 이동통신망과 WiFi망 사이에서 사용자가 인지하지 못하는 상태에서 데이터 서비스의 단절 없이 자동으로 접속이 전환되도록 함으로써 사용상의 불편을 최소화할 수 있도록 한 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법은 SDN 스위치 및 이와 분리된 채 SDN 스위치를 제어하는 SDN 제어기로 이루어진 SDN에서 SDN 스위치에 연결된 이동통신망의 펨토 기지국 또는 이에 인접한 WiFi AP에 이동통신 단말이 무선으로 연결되어 이루어지되, 펨토 기지국이 이동통신 단말의 입장을 검출한 후에 그 사실을 SDN 스위치를 경유하여 SDN 제어기에 보고하는 (a) 단계; SDN 제어기가 SDN 스위치 및 펨토 기지국을 경유하여 이동통신 단말에게 자체의 WiFi 모듈을 활성화시켜서 인접 WiFi AP에 접속할 것을 명령하는 (b) 단계 및 이동통신 단말이 펨토 기지국에 접속된 상태에서 자체의 WiFi 모듈을 활성화시킨 후에 WiFi AP에 접속하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 상기 (a) 단계는 이동통신 단말이 펨토 기지국을 경유하여 이동통신 코어 네트워크에 전송하는 위치등록 메시지 또는 핸드오버 메시지를 분석하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
SDN 제어기가 펨토 기지국과 WiFi AP로부터 각각 자기의 무선 채널 상태 정보가 담긴 무선 상태 보고 메시지를 수신하는 (d) 단계; SDN 제어기가 펨토 기지국과 WiFi AP의 무선 채널 상태가 사전에 정해진 조건을 만족하는지를 체크하여 오프로드의 가능성 여부를 판단하는 (e) 단계 및 상기 (e) 단계에서의 판단 결과, 가능하지 않은 경우에는 펨토 기지국을 경유하여 데이터를 송수신하도록 SDN 스위치에 명령하는 반면에 가능한 경우에는 WiFi AP를 경유하여 데이터를 송수신하도록 SDN 스위치에 명령하는 (f) 단계를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계에서 상기 무선 상태 보고 메시지는 주기적으로 전송되거나 또는 지정하는 무선 상태를 나타내는 값과 기준치를 비교한 결과에 따라 전송되는 것을 특징으로 한다.
이동통신 단말은, WiFi 인터페이스를 통해 무선 데이터를 송수신하는 WiFi 모듈 장치 파일; 이동통신망을 통해 무선 데이터를 송수신하는 3G/4G 모듈 장치 파일; 가상장치 장치 파일; 상기 WiFi 모듈 장치 파일과 상기 3G/4G 모듈 장치 파일 및 상기 가상장치 장치 파일 사이에서 송신 및 수신을 각각 전담하는 송신 태스크 및 수신 태스크를 구비하고, 이동통신 단말에 탑재된 응용 프로그램은 상기 가상장치 장치 파일을 통해서 데이터를 송수신하고, 상기 송신 태스크는 각각의 응용 프로그램이 전송하는 데이터를 상기 가상장치 장치 파일로부터 읽어 들인 후에 상기 WiFi 모듈 장치 파일 또는 상기 3G/4G 모듈 장치 파일로 전송하며, 상기 수신 태스크 상기 WiFi 모듈 장치 파일 혹은 상기 3G/4G 모듈 장치 파일로 수신되는 데이터를 상기 가상장치 장치 파일을 통해 해당 응용 프로그램으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에 따르면, SDN에 연결된 펨토 기지국을 포함하는 이동통신망과 WiFi망 사이에서 사용자가 인지하지 못하는 상태에서 데이터 서비스의 단절 없이 자동으로 접속이 전환되도록 함으로써 장소에 관계 없이 끊김 없는 무선 데이터 서비스를 제공할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법을 설명하기 위한 시퀀스 차트.
도 2는 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에서 단말이 펨토 기지국의 서비스 영역에 입장할 때 단말의 WiFi 모듈을 자동으로 활성화시키는 과정을 설명하기 위한 도.
도 3은 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에서 펨토 기지국과 WiFi AP를 통해 오프로드하는 과정을 설명하기 위한 도.
도 4는 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에서 단말이 펨토 기지국과 WiFi AP로부터 데이터를 동시에 수신한 후에 병합하여 처리하는 과정을 설명하기 위한 도.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법을 설명하기 위한 시퀀스 차트이고, 도 2는 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에서 단말이 펨토 기지국의 서비스 영역에 입장할 때 단말의 WiFi 모듈을 자동으로 활성화시키는 과정을 설명하기 위한 도이다. 도 3은 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에서 펨토 기지국과 WiFi AP를 통해 오프로드하는 과정을 설명하기 위한 도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법이 구현되는 네트워크 구성은 크게, 이동통신 단말(10), 펨토 기지국(20), WiFi AP(30), SDN 스위치(40) 및 SDN 제어기(50)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 이동통신 단말(10)은 3G 혹은 4G 이동통신 인터페이스와 IEEE 802.11에서 규정하는 Wi-Fi 인터페이스를 가진 단말로서, 통상의 스마트폰이나 스마트 패드(태블릿 PC) 또는 노트북 컴퓨터 등이 될 수 있다. WiFi AP(20)는 IEEE 802.11에서 규정하는 무선랜(Wireless LAN) 인터페이스와 IEEE 802.3에서 규정하는 이더넷(Ethernet) 인터페이스를 갖춘 장비로서, 이동통신 단말(10)이 보낸 데이터를 무선으로 받아 이더넷 포트를 통해 유선망으로 보내거나 그 역 동작을 수행하는 장비를 일컫는다. 펨토 기지국(30)은 3GPP WCDMA 혹은 3GPP LTE(Long Term Evolution)에서 정의하고 있는 home eNB(home evolved NodeB, HeNB)로서, 펨토셀을 관장하는 기지국이다.
다음으로, SDN의 경우에는 네트워크 제어 기능(control plane)을 수행하는 SDN 제어기(50)가 데이터 전달 기능(data plane)을 담당하는 물리적인 네트워크인 SDN 스위치(40)와 분리되어 있는바, SDN 제어기(50)는 PC나 성능이 좋은 서버 등으로 구현될 수 있고, SDN 스위치(40)는 통상의 라우터 등이 될 수 있다. SDN 스위치(30)는 인터넷과 같은 공중 데이터 통신망(Public Data Network)에 연결되어 있는 한편, 펨토 기지국(20) 및 WiFi AP(30)와도 연결되어 있다.
한편, 본 발명에서의 WiFi AP(30)는 SDN 스위치(40) 및 SDN 제어기(50)와의 사이에서 통신을 수행하는 에이전트 프로그램을 탑재하고 있다.
전술한 구성을 갖는 네트워크 시스템에서, 이동통신 단말(10)이 펨토 기지국(20)의 서비스 영역에 입장하면 먼저 이동통신 코어 네트워크에 위치등록 메시지 혹은 핸드오버 메시지를 전송(단계 S10)한다. 이 과정에서 펨토 기지국(20)은 이동통신 단말(10)이 전송한 위치등록 메시지 혹은 핸드오버 메시지를 분석하여 새로운 단말이 자기 서비스 영역에 입장하였음을 검출하고, 이 사실을 SDN 제어기(50)에 보고(단계 S20)한다.
다음으로, 이러한 보고를 수신한 SDN 제어기(50)는 펨토 기지국(20)을 통해 이동통신 단말(10)에게 내부의 WiFi 모듈을 자동으로 활성화시키는 메시지를 전송(단계 S30)하는데, 이 메시지에는 이동통신 단말(10)이 접속해야 하는 WiFi-AP(30)에 대한 정보, 예를 들어 그 SSID(Service Set IDentifier) 주소 등이 포함된다. 여기에서, 이동통신 단말(10)의 SDN 에이전트 프로그램은 SDN 제어기(50)로부터 WiFi 모듈의 활성화 명령을 전달받아 처리한다.
다음으로, 이동통신 단말(10)은 WiFi 모듈 활성화 명령을 수신하여 자체에 구비된 WiFi 모듈을 활성화시키고, 펨토셀에 공존하는 WiFi AP(30)와의 사이에서 인증 및 결합 절차를 수행하여 WiFi AP(30)에도 접속(단계 S40)한다. 이 때 이동통신 단말(10)은 3G/4G 모듈과 WiFi 모듈을 통해서 펨토 기지국(20)과 WiFi AP(30)에 동시에 접속하는 것이 가능하다고 가정하는데, 위와 같은 과정을 거쳐 이동통신 단말(10)은 펨토 기지국(20)과 WiFi AP(30)를 통해 동시에 데이터를 받을 수 있는 준비를 한다. 전술한 과정을 거친 후에 이동통신 단말(10)은 이동통신망, 즉 펨토 기지국(20) 및 SDN 스위치(40)를 거쳐서 무선 데이터를 송수신(단계 S45)한다.
한편, 펨토 기지국(20)과 WiFi AP(30)는 각각 자기의 무선 채널 상태 정보가 담긴 무선 상태 보고 메시지를 SDN 제어기(50)에 전송(단계 S60 및 S65)하는데, 이러한 무선 상태 보고 메시지는, 예를 들어 주기적으로 전송되거나 또는 지정하는 무선 상태를 나타내는 값과 기준치를 비교한 결과에 따라 전송되는 등 다양한 상황에서 전송될 수 있다.
다음으로, SDN 제어기(50)는 펨토 기지국(20)과 WiFi AP(30)로부터 보고 받은 무선 채널 상태가 사전에 정해진 조건을 만족하는지를 체크하여 오프로드의 가능성 여부를 판단(단계 S70)하는데, 가능하지 않은 경우에는 현 상태를 그대로 유지(단계 S80), 즉 펨토 기지국(20)을 통해 무선 데이터가 송수신되도록 하는 반면에 가능한 경우에는 SDN 스위치(40)에 오프로드 명령을 전달(단계 S90)하여 WiFi AP(30)를 경유하여 무선 데이터가 송수신(단계 S100)되도록 한다. 여기에서 중요한 것은 데이터의 전송 경로는 바뀌지만 목적지 주소 등 데이터의 내용은 바뀌지 않는다는 것이다.
도 4는 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법에서 단말이 펨토 기지국과 WiFi AP로부터 데이터를 동시에 수신한 후에 병합하여 처리하는 과정을 설명하기 위한 도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법이 구현되는 이동통신 단말(10)은 자기를 향해 전송되는 무선 데이터의 전송 경로가 펨토 기지국(20)을 거치는지 아니면 WiFi AP(30)를 거치는지 상관하지 않고 무선 데이터를 수신할 수 있는바, 이를 위해 WiFi 인터페이스를 통해 무선 데이터를 송수신하는 WiFi 모듈 장치 파일(11), 이동통신망을 통해 무선 데이터를 송수신하는 3G/4G 모듈 장치 파일(12) 및 가상장치(Virtual Device Driver) 장치 파일(15)을 생성한다.
한편, WiFi 모듈 장치 파일(11)과 3G/4G 모듈 장치 파일(12) 및 가상장치 장치 파일(15) 사이에는 송신을 전담하는 송신 태스크(13) 및 수신을 전담하는 수신 태스크(14)가 존재한다. 이러한 구성에서, 이동통신 단말(10)에 탑재된 1개 이상의 응용 프로그램(16) 각각은 가상장치 장치 파일(15)을 통해서 데이터를 송수신한다. 송신 태스크(13)는 각각의 응용 프로그램(16)이 전송하는 응용 프로그램의 데이터를 가상장치 장치 파일(15)로부터 읽어 들인 후에 WiFi 모듈 장치 파일(11) 혹은 3G/4G 모듈 장치 파일(12)로 전송하는데, 이 과정에서 어떤 장치 파일로 데이터를 전송할지는 WiFi 모듈 장치 파일(11)에 의해 결정될 수 있다.
한편, 수신 태스크(14)는 WiFi 모듈 장치 파일(11) 혹은 3G/4G 모듈 장치 파일(12)로 수신되는 데이터를 응용 프로그램(16)이 연결된 가상 장치 장치 파일(15)로 전달하는 역할을 수행한다.
이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 이동통신 단말, 11: WiFi 모듈 장치 파일,
12: 3G/4G 모듈 장치 파일, 13: 송신 태스크,
14: 수신 태스크, 15: 가상장치 장치 파일,
16: 응용 프로그램, 20: 펨토 기지국,
30: WiFi AP, 40: SDN 스위치,
50: SDN 제어기

Claims (5)

  1. SDN 스위치 및 이와 분리된 채 SDN 스위치를 제어하는 SDN 제어기로 이루어진 SDN에서 SDN 스위치에 연결된 이동통신망의 펨토 기지국 또는 이에 인접한 WiFi AP에 이동통신 단말이 무선으로 연결되어 이루어지되,
    펨토 기지국이 이동통신 단말의 입장을 검출한 후에 그 사실을 SDN 스위치를 경유하여 SDN 제어기에 보고하는 (a) 단계;
    SDN 제어기가 SDN 스위치 및 펨토 기지국을 경유하여 이동통신 단말에게 자체의 WiFi 모듈을 활성화시켜서 인접 WiFi AP에 접속할 것을 명령하는 (b) 단계 및
    이동통신 단말이 펨토 기지국에 접속된 상태에서 자체의 WiFi 모듈을 활성화시킨 후에 WiFi AP에 접속하는 (c) 단계;
    SDN 제어기가 펨토 기지국과 WiFi AP로부터 각각 자기의 무선 채널 상태 정보가 담긴 무선 상태 보고 메시지를 수신하는 (d) 단계;
    SDN 제어기가 펨토 기지국과 WiFi AP의 무선 채널 상태가 사전에 정해진 조건을 만족하는지를 체크하여 오프로드의 가능성 여부를 판단하는 (e) 단계 및
    상기 (e) 단계에서의 판단 결과, 가능하지 않은 경우에는 펨토 기지국을 경유하여 데이터를 송수신하도록 SDN 스위치에 명령하는 반면에 가능한 경우에는 WiFi AP를 경유하여 데이터를 송수신하도록 SDN 스위치에 명령하는 (f) 단계를 포함하여 이루어진 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 이동통신 단말이 펨토 기지국을 경유하여 이동통신 코어 네트워크에 전송하는 위치등록 메시지 또는 핸드오버 메시지를 분석하여 수행하는 것을 특징으로 하는 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 무선 상태 보고 메시지는 주기적으로 전송되거나 또는 지정하는 무선 상태를 나타내는 값과 기준치를 비교한 결과에 따라 전송되는 것을 특징으로 하는 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법.
  5. 제 1 항, 제2항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이동통신 단말은, WiFi 인터페이스를 통해 무선 데이터를 송수신하는 WiFi 모듈 장치 파일; 이동통신망을 통해 무선 데이터를 송수신하는 3G/4G 모듈 장치 파일; 가상장치 장치 파일; 상기 WiFi 모듈 장치 파일과 상기 3G/4G 모듈 장치 파일 및 상기 가상장치 장치 파일 사이에서 송신 및 수신을 각각 전담하는 송신 태스크 및 수신 태스크를 구비하고,
    이동통신 단말에 탑재된 응용 프로그램은 상기 가상장치 장치 파일을 통해서 데이터를 송수신하고, 상기 송신 태스크는 각각의 응용 프로그램이 전송하는 데이터를 상기 가상장치 장치 파일로부터 읽어 들인 후에 상기 WiFi 모듈 장치 파일 또는 상기 3G/4G 모듈 장치 파일로 전송하며, 상기 수신 태스크 상기 WiFi 모듈 장치 파일 혹은 상기 3G/4G 모듈 장치 파일로 수신되는 데이터를 상기 가상장치 장치 파일을 통해 해당 응용 프로그램으로 전달하는 것을 특징으로 하는 SDN에서의 펨토 기지국과 WiFi AP 연동 방법.
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