KR20090065064A - 이동 무선 망에서 핸드오버 방법 - Google Patents

이동 무선 망에서 핸드오버 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위성망과 지상 무선망 간에 단절없는 서비스를 제공할 수 있는 핸드오버 방법에 관한 것으로, 이동 무선 망에서의 핸드오버 방법에 있어서, (a) 이동 노드가 핸드오버 개시에 따라 이전 엑세스 라우터로 핸드오버에 필요한 정보를 요청하여 새로운 엑세스 라우터에 대한 정보를 전달받는 단계; (b) 상기 새로운 엑세스 라우터와 연결하여, 상기 새로운 엑세스 라우터를 통해 상기 이전 엑세스 라우터로 고속 바인딩 갱신 메시지를 전달하는 단계; (c) 상기 새로운 엑세스 라우터로부터 패킷을 수신하는 단계; 및 (d) 상기 이전 엑세스 라우터와 접속을 해제하는 단계를 포함한다.
핸드오버, 무선망, LAN, 무선랜, 트리거, 엑세스, 라우터, 바인딩, FBU

Description

이동 무선 망에서 핸드오버 방법{Handover for Mobile Wireless Network}
본 발명은 이동 무선 망에서 핸드오버 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 위성망과 지상 무선망 간에 단절없는 서비스를 제공할 수 있는 핸드오버 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부의 통신해양기상 위성개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-301, 과제명: 통신해양기상위성개발].
망 이동성(Network Mobility)은 망에 연결된 모든 이동 단말(이동 노드)들에게 지속적인 인터넷 연결을 제공하기 위한 것이다. 이동 인터넷 프로토콜(MIP: Mobile Internet Protocol)에서 이동 노드는 인접한 두 무선 셀 간의 이동시, 두 계층에 걸쳐 핸드오버를 수행한다. 통상 핸드오버는 제2 계층의 링크 계층(Link Layer, Layer 2)에서 무선 접속점(wireless access point)을 옮기는 핸드오버 후에, 제3 계층의 IP 계층에서도 이동한 셀 안에서 사용할 임시 주소를 설정하고, 통신하고 있는 상대 노드와 자신의 홈 네트워크에 새 주소를 알리는 바인딩 갱신 과 정을 수행한다.
제2 계층에서의 핸드오버는 비교적 짧은 시간에 일어나지만, 그 후에 생기는 주소 설정에 쓰이는 제3 계층의 핸드오버는 길게는 수초에 이르는 시간이 걸린다. 이때는 모바일 노드가 패킷을 송수신할 수 없게 되는데, 이동 노드가 사라진 것처럼 보이는 이 시간을 핸드오버 지연 시간(latency)이라 한다.
이 핸드오버 지연 시간이 길면, 멀티미디어 스트리밍과 같이 시간 지연에 민감한 실시간의 데이터 트래픽의 경우 매우 치명적인 단점이 된다. 또한 이동 네트워크의 불안정한 무선 링크로 인해 서비스가 제대로 지원되지 못하는 문제점을 해결하기 위해 이동 네트워크가 두 개 이상의 경로를 가져야 하는 단점이 있다.
도 1은 일반적인 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 이동 IPv6에서 이동 노드는 이동성을 위해 자신을 식별하는 두 개의 주소를 가지게 된다. 하나는 홈 주소로 이동 노드(MN: Mobile Node)에 고정된 유일한 주소이다. 이동 노드와 통신하는 상대 노드(CN: Correspondent Node)가 이동 노드가 속한 고정된 네트워크 내에서 가지는 고유한 홈 주소로 패킷을 보내면, 홈 네트워크의 라우터 홈 에이전트는 이동 노드가 실제 연결된 위치로 이 패킷을 대신 전달해 준다. 이때 필요한 것이 이동 노드의 실제 위치이다. 이 위치를 나타내는 것이 두 번째 주소인 임시 주소(CoA: Care-of-Address)이다. 이동 노드는 이동에 따라 자신의 임시 주소(CoA)를 바꿔가며 사용한다.
이동 IPv6에서 임시 주소는 비연결 주소 자동구성(Stateless Address Autoconfiguration)을 통해 생성된다. 이동 노드가 속하게 된 네트워크의 64 비트 망 프리픽스(Prefix)와 이동 노드의 64 비트 망 식별자(Identifier)를 조합하여 128 비트의 임시 주소가 간단히 만들어질 수 있다.
이동 노드가 이동하면서 하나의 엑세스 라우터(AR: Access Router)가 관장하는 무선 셀의 범위를 넘어가면 제2 계층의 핸드오프가 수행된다. 즉 다른 무선 셀로 제2 계층의 연결이 바뀐다. 그러나, IP 계층에서는 이동을 알지 못하며 다른 네트워크의 범위에 들어왔어도 아직 인지하지 못한다. 이동 노드가 이동을 감지하는 것은 새로운 엑세스 라우터(NAR: New AR)가 자신이 관할하는 셀의 노드들에게 방송하는 라우터 광고(RA: Router Advertisement) 메시지를 받았을 때이다. 이동 노드는 수신된 라우터 광고 메시지에 포함된 새로운 엑세스 라우터(NAR)의 서브넷 프리픽스(Subnet Prefix) 정보를 통해 자신이 다른 네트워크로 이동했음을 감지한다. 그리고, 이동 노드는 알게 된 서브넷 프리픽스를 이용해 임시 주소(CoA)를 생성하여 새 네트워크에서의 접속점을 확보한다.
이처럼 자동으로 임시 주소(CoA)가 이동 위치에 따라 변하기 때문에 이동 노드가 이전의 임시 주소로 오는 패킷을 이동 후에도 계속해서 수신하기 위해서는 홈 에이전트와 엑세스 라우터에게 변경된 임시 주소를 알리는 것이 필요하다. 따라서, 이동 노드는 핸드오버를 할 때마다 (또한 주기적으로) 홈 에이전트와 엑세스 라우터로 바인딩 갱신(BU: Binding Update) 메시지를 보내고, 홈 에이전트는 이동 노드의 홈 주소를 목적지로 자신에게 전달되는 패킷들을 엑세스 라우터로 터널링하여 포워딩해 모바일 노드가 수신하도록 한다.
이전 엑세스 라우터(PAR)도 이동 노드의 이동을 알지 못하고 계속 이전의 임 시 주소로 전달되는 패킷들을 새로운 엑세스 라우터(NAR)로 터널링을 통해 패킷을 포워딩한다. 포워딩된 패킷을 받은 이동 노드는 상대 노드(CN)에게도 바인딩 갱신(Bingding Update)을 하게 되고, 그때부터 상대 노드가 이동 노드의 임시 주소(CoA)로 패킷을 보내게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 제2 계층에서의 핸드오버 이후 이동 노드가 실제로 새 임시 주소(CoA)로 패킷을 송수신하기까지 긴 핸드오버 지연 시간이 발생된다. 특히 종래 핸드오버 방법은 이전 엑세스 라우터(PAR)의 셀 범위를 완전히 벗어나 더 이상 패킷을 받지 못하고, 새로운 엑세스 라우터(NAR)로의 이동을 라우터 광고 메시지를 받아 감지한 후에야 새로운 임시 주소의 설정을 하기 때문에 지연 시간이 길어진다.
도 2는 핸드오버 과정을 타임 라인으로 나타낸 것이다. 첫 번째의 Link Swithing Latancy(210)가 제2 계층에서의 핸드오버(Handoff)를 나타내는 것이다. 두 번째 IP Connectivity Latency(220)가 이동 후 이동 감지 및 주소 설정까지의 시간이다. 이 시간은 이동 노드가 이전 엑세스 라우터의 셀 범위를 벗어나 연결이 끊어지고, 새로운 엑세스 라우터와의 링크 연결 후, 새로운 엑세스 라우터의 광고 메시지를 수신할 때까지의 시간이다. 새로운 엑세스 라우터가 주기적으로 라우터 광고 메시지를 방송하는 시점에 제2 계층 핸드오프를 해서 바로 라우터 광고 메시지를 받는다면 이 시간이 짧아질 수도 있다. 그러나 최악의 경우, 라우터 광고 메시지가 방송된 직후에 핸드오프가 된 경우라면, 라우터 광고 메시지를 기다리는 시간이 길어진다.
세 번째 latency(230)는 새로운 임시 주소(CoA)를 바인딩 갱신하고 응답을 받을 때까지의 시간이다. 이 Latency 동안은 이동 노드는 새로운 임시 주소로 패킷을 수신하지 못한다. 이 시간은 네트워크의 BU/BACK 메시지가 전달되는 네크워크의 혼잡 상태에 따라 달라진다.
이와 같이 종래의 이동 IPv6 핸드오버는 이동 감지에 걸리는 시간, 주소 설정 시간, BU/BACK 시간이 합쳐져 긴 지연 시간이 발생되며, 이 지연 시간 동안의 패킷 유실과 지연은 멀티미디어 스트리밍 등의 실시간 서비스에서는 지대한 영향을 미치게 된다.
이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 트리거에 의한 고속 핸드오버(Fast Handover) 방법이 있다.
이 고속 핸드오버 방법은 이동 노드가 제2 계층에서 생성되는 트리거를 기초로 핸드오버를 개시하고, 이전 엑세스 라우터로 핸드오버에 필요한 정보를 요청하여, 새로운 엑세스 라우터에 대한 서브넷 프리픽스를 전달받는다.
다음 이동 단말은 이전 엑세스 라우터로 고속 바인딩 갱신을 요청하고, 이에 따라 이전 엑세스 라우터가 이동 단말 및 새로운 엑세스 라우터로 바인딩 갱신에 대한 응답을 전송한다. 이에 따라 이전 엑세스 라우터에서 새로운 엑세스 라우터로 패킷이 포워딩된다.
이동 단말은 새로운 엑세스 라우터로 이동해 왔음을 알리고, 새로운 엑세스 라우터는 이동 단말로 라우터 광고 메시지를 통해 응답을 전송하고, 패킷을 전달한다.
하지만, 이와 같은 종래의 고속 핸드오버 방법은, 이동 단말이 새로운 엑세스 라우터에 접속이 완료되기 전에 고속 바인딩 갱신(FBU)을 이전 엑세스 라우터에게 보내기 때문에, 이전 엑세스 라우터가 새로운 엑세스 라우터로 패킷을 포워딩하더라도 새로운 엑세스 라우터가 이동 노드로 데이터를 전송할 준비가 되지 않을 수 있다. 이는 특히 위성망과 지상 무선망 간의 핸드오버에 있어, 위성망의 긴 전송 지연 때문에 통신이 단절될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이동 노드가 데이터를 수신받기 시작할 때까지 이전 엑세스 라우터 및 새로운 엑세스 라우터와 제2 계층의 연결을 유지하고, 새로운 엑세스 라우터에 접속이 완료된 후, 새로운 엑세스 라우터로 고속 바이딩 갱신을 전송함으로써, 핸드오버에 따른 처리 지연을 최소화하면서 단절없는 서비스를 제공할 수 있는 이동 무선 망에서 핸드오버 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핸드오버 방법은, 이동 무선 망에서의 핸드오버 방법에 있어서, (a) 이동 노드가 핸드오버 개시에 따라 이전 엑세스 라우터로 핸드오버에 필요한 정보를 요청하여 새로운 엑세스 라우터에 대한 정보를 전달받는 단계; (b) 상기 새로운 엑세스 라우터와 연결하여, 상기 새로운 엑세스 라우터를 통해 상기 이전 엑세스 라우터로 고속 바인딩 갱신 메시지를 전달하는 단계; (c) 상기 새로운 엑세스 라우터로부터 패킷을 수신하는 단계; 및 (d) 상기 이전 엑세스 라우터와 접속을 해제하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 핸드오버 방법은, 이동 무선 망에서의 핸드오버 방법에 있어서, (a) 이동 노드의 핸드오버 개시에 따라 상기 이동 노드로부터 핸드오버에 필요한 정보를 요청하는 메시지를 수신하는 단계; (b) 상기 이동 노드로 새로운 엑세스 라우터에 대한 정보를 전달하는 단계; (c) 상기 이동 노드와 접속이 완료된 후, 상기 이동 노드로부터 수신된 고속 바인딩 갱신 메시지를 이전 엑세스 라우터로 전달하는 단계; (d) 상기 이전 엑세스 라우터로부터 포워딩된 패킷을 상기 이동 노드로 전달하는 단계; 및 (e) 상기 이전 엑세스 라우터에 의해 상기 이동 노드와의 접속이 해제되는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 이동 노드가 데이터를 수신받기 시작할 때까지 이전 엑세스 라우터 및 새로운 엑세스 라우터와 제2 계층의 연결을 유지하고, 새로운 엑 세스 라우터에 접속이 완료된 후, 새로운 엑세스 라우터로 고속 바이딩 갱신을 전송함으로써, 핸드오버에 따른 처리 지연을 최소화하면서 단절없는 서비스를 제공할 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 이동 무선 망에서의 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이동 노드(MN)는 제2 계층(L2) 트리거에 의해 핸드오버를 개힌한다(301). 현재의 고속(Fast) 핸드오버는 트리거(Trigger)에 의해 핸드오버 개시를 하도록 하고 있다. 트리거(Trigger)란 제2 계층(L2)에서 보내는 정보로서, 제2 계층에서 일어나는 이벤트에 대한 정보를 제3 계층(L3)으로 알리는 것을 말한다. 핸드오버의 시작 시점은 트리거에 의해 결정된다. 수신되는 전파의 세기가 특정 임계치보다 작아져서 제2 계층에서의 핸드오버가 예상되는 때에 트리거가 발생된다. 그 외의 방법으 로 비용, 대역폭의 변화와 같은 요인에 의해 핸드오버를 개시하는 트리거의 발생이 결정될 수도 있다. 어떤 경우든 핸드오버의 시작을 지시하는 트리거는 제2 계층 연결이 끊어지기 전에 미리 발생된다. 이동 노드가 수신하는 전파의 세기를 액세스 라우터는 알 수 없으므로, 전파의 세기로 결정되는 핸드오버의 시작은 이동 노드에 의해서만 이루어질 수 있다.
이동 노드가 제2 계층 트리거를 받게 되면, 핸드오버에 필요한 정보를 요청하는 RtSolPr(Router Solicitation for Proxy) 메시지를 이전 엑세스 라우터(PAR)로 전송한다(302). 여기서 핸드오버에 필요한 정보는 예를 들어 새로운 엑세스 라우터(NAR)의 서브넷 프리픽스를 포함한다. 이때, 이동 노드는 자신의 링크 계층 주소(이더넷의 경우 48 비트 이더넷 주소)를 선택적으로 핸드오버에 필요한 정보를 요청하는 메시지에 포함시켜 전송할 수 있다.
IPv6에서 모든 엑세스 라우터들은 자신의 주변 라우터들과 인접 탐색(Neighbor Discovery)을 통하여 정보를 교환한다. 이전 엑세스 라우터(PAR)는 이동 노드로 새로운 엑세스 라우터(NAR)의 서브넷 프리픽스를 제공하는 PrRtAdv(Proxy Router Advertisement) 메시지를 전송한다(303).
이동 노드는 전달된 새로운 엑세스 라우터의 서브넷 프리픽스를 이용해 새로운 엑세스 라우터와 제2 계층의 연결을 수행한다(304). 그리고 이동 노드는 새로운 엑세스 라우터로 고속 바인딩 갱신(FBU: Fast Binding Update) 메시지를 전송한다(305). 새로운 엑세스 라우터는 이동 노드로부터 전송받은 고속 바인딩 갱신(FBU) 메시지를 이전 엑세스 라우터로 전달한다(306).
이전 엑세스 라우터는 고속 바인딩 갱신 메시지에 대한 응답으로 FBACK(Fast Binding Acknowledgment) 메시지를 새로운 엑세스 라우터로 전송한다(307). 그리고 이전 엑세스 라우터는 이동 노드로 전송해야할 패킷을 새로운 엑세스 라우터로 포워딩한다(308). 새로운 엑세스 라우터는 패킷을 이동 노드로 전달한다(309).
이동 노드는 새로운 엑세스 라우터로부터 패킷이 수신되기 시작하면, 이전 엑세스 라우터와의 제2 계층의 접속을 해제한다(310). 여기서, 이전 엑세스 라우터가 이동 노드로 핸드오버 완료 메시지를 전송하여 접속을 해제하도록 할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1은 종래의 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2는 종래의 핸드오버 과정의 시간 라인을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 핸드오버 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

Claims (14)

  1. 이동 무선 망에서의 핸드오버 방법에 있어서,
    (a) 이동 노드가 핸드오버 개시에 따라 이전 엑세스 라우터로 핸드오버에 필요한 정보를 요청하여 새로운 엑세스 라우터에 대한 정보를 전달받는 단계;
    (b) 상기 새로운 엑세스 라우터와 연결하여, 상기 새로운 엑세스 라우터를 통해 상기 이전 엑세스 라우터로 고속 바인딩 갱신 메시지를 전달하는 단계;
    (c) 상기 새로운 엑세스 라우터로부터 패킷을 수신하는 단계; 및
    (d) 상기 이전 엑세스 라우터와 접속을 해제하는 단계
    를 포함하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 핸드오버 개시는,
    제2 계층 트리거에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 새로운 엑세스 라우터에 대한 정보는, 상기 새로운 엑세스 라우터의 서브넷 프리픽스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 새로운 엑세스 라우터와 제2 계층의 연결을 수행한 후, 상기 새로운 엑세스 라우터로 고속 바인딩 갱신 메시지를 전달하는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 계층 트리거는,
    상기 이동 노드가 수신하는 전파의 세기가 핸드오버 개시를 결정하는 기준 임계치보다 낮은 경우 생성되는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 이동 노드가 상기 새로운 엑세스 라우터로부터 패킷을 수신하는 시점에 상기 이전 엑세스 라우터와 접속을 해제하는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 이동 노드가 상기 새로운 엑세스 라우터로부터 패킷을 수신하고, 상기 이전 엑세스 라우터로부터 핸드오버 완료 메시지가 수신되는 경우 상기 이전 엑세스 라우터와 접속을 해제하는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  8. 이동 무선 망에서의 핸드오버 방법에 있어서,
    (a) 이동 노드의 핸드오버 개시에 따라 상기 이동 노드로부터 핸드오버에 필요한 정보를 요청하는 메시지를 수신하는 단계;
    (b) 상기 이동 노드로 새로운 엑세스 라우터에 대한 정보를 전달하는 단계;
    (c) 상기 이동 노드와 접속이 완료된 후, 상기 이동 노드로부터 수신된 고속 바인딩 갱신 메시지를 이전 엑세스 라우터로 전달하는 단계;
    (d) 상기 이전 엑세스 라우터로부터 포워딩된 패킷을 상기 이동 노드로 전달 하는 단계; 및
    (e) 상기 이전 엑세스 라우터에 의해 상기 이동 노드와의 접속이 해제되는 단계
    를 포함하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에 따라 상기 이전 엑세스 라우터로부터 상기 고속 바인딩 갱신 메시지에 대한 응답을 수신한 후, 포워딩되는 패킷을 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 핸드오버 개시는,
    제2 계층 트리거에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 상기 새로운 엑세스 라우터에 대한 정보는, 상기 새로운 엑세스 라우터의 서브넷 프리픽스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 이동 노드와 제2 계층의 접속이 완료된 후, 상기 이동 노드로부터 수신된 고속 바인딩 갱신 메시지를 이전 엑세스 라우터로 전달하는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    상기 이동 노드가 상기 새로운 엑세스 라우터로부터 패킷을 수신하는 시점에 상기 이전 엑세스 라우터와의 접속이 해제되는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    상기 이전 엑세스 라우터가 핸드오버 완료 메시지를 상기 이동 노드로 전송하여 접속을 해제하는 것을 특징으로 하는 이동 무선망에서의 핸드오버 방법.
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