TWI252702B - Wireless communication method and apparatus for optimizing access point channel selection - Google Patents
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Description
1252702 九、發明說明: 發明範疇 本發明關於-種無線通⑽統。更特定言之,本發明關 於為一存取點(AP)選擇最適切作業頻道。 發明背景 -無線通U統運細在之_無線電鏈結的條件可能 在任何時間改變。由於一無線傳輸/接收單元(wtru)是行 動的,該酬視其位置喊可能脫離或是在一或多個他 的範圍内。 一通信系統之容量有時會因為頻寬考量而受限。可供通 k系統聯絡資料使狀通信頻道的頻寬容量是有限的,且必 須分攤於複數個APs及可攜式WTRUs。 當今有數種架構被用來提高無線通信系統的容量。頻道 (亦即頻率)遥擇疋此專架構其中_種,藉以讓—網路内之 一或多個APs選擇一或多個頻道與其他相關WTRUs聯絡。Ap 頻道選擇之協調一般是以手動方式進行。但是,要回應於網 路組恶中之每一小變化以手動方式協調頻道選擇是非常不 切貫際的,因為這可能導致所有APs之一重新設計和重新組 態。未經許可的頻譜和外部干擾源也會造成手動協調無法充 12527〇2 分解決的問題。此外,難以藉由手動頻道 派成會使得相一務負載以一最 方式分攤於可用頻道。 習知架構在有多個APs試圖同時開機之時會遭遇另一 問題。當-網路内發生此情況’所有APs嘗試在相同時間做 出-頻道選擇。因此’ APs的頻道選擇不會是最佳的,因為 母一 AP並未將鄰近APs的頻道選擇納入考量。 自動地最佳化頻道選擇以避免與f知手動頻道選擇過 程相關之前述問題的方法及灯會是極財利的。 發明概述 本發明關於一種最佳化一 Ap之頻道選擇的無線通信方 法及裝置。該裝置可為- AP及/或—積體電路(ic)。 頻道選擇最佳化触包含四個子触:丨)-測量過程; 2) -候選頻道決定過程;3) 一頻道選擇過程;及4)—頻 道更新過程。蚊祕域_ Ap進行之驢的铺頻道。 該等候選舰係從-可料贼集合(AGs)以每—候選頻 道之測得干小於-已較最大容軒義條件選出。 圖式簡單說明 。人可彳< 峰例方式提出1應連騎關式予以理解 !2527〇2 之以下詳細說明對於本發明更為瞭解,圖式中: 第1圖是-依據本發明之一無線通信系統的方塊圖; 第2圖疋-依據本發明一實施例之一頻道最佳化過程的流程 圖;且 第3A圖和第3B圖是連在一起的,其為一依據本發明另一實 施例之一頻道選擇過程的詳細流程圖。 較佳實施例詳細說明 在下文中’術語、、麵〃非鎌性包含—制者設備 (UE)、-行動站、固定或行動用戶單元、呼叫器、或任何 其他能夠在-無線魏中運作之_的裝置。 在下文中,術語、、AP,,非揭限性包含一存取點、一基地 口 B即點、網點控㈣、餘何其他麵之無線環境介接 裝置。 本發明之特徵可被併入_ Ic内或被建構在一包括多個 互連組件的電路内。 下所述本毛a月大體上可應用於無線區域網路(慰n) 技術’譬如大體上應用於IEEE 802 1uETSiHyperLAN規 格,然可想見將其應用在其他限制干擾無線系統譬如臓 802· 15 及 IEEE 802.16。 1252702 第1圖是-依據本發明之無線通信系統1〇〇白勺方塊圖。 無線通信系統100包括一 AP 105及複數個WTRUs 110a-110n。AP 105經由一天線12〇透過一無線鏈結115與 WTRUs 110a-110n聯絡。AP 105包含一收發器125、一頻道 選擇裔130、-測量單元135、-功率控制器14〇、一計時器 145及一義體150。收發器125經由天線12〇對WTRUs 110a-llGn發出錢U5a-li5n且從料WTRUs接收信號 115a-115n。 頻道選擇器130選擇-用來與每一麵n〇a—11〇n聯 絡的頻道。測量單幻35測量支援AP 1〇5的作業參數。測 量單元135負責收集、處理並存儲頻道量測值,此等量測值 非侷限性包含:頻道使用率(亦即頻道繁忙的時間百分率), 外部(非8G2· 11)干擾之位準,從接收封包測得之接收信號 強度,及類似量測值。功率控制器14〇控制Ap 1〇5之傳輸 功率。計時器145設S AP 1〇5進行某些作業的一或多個預 定週期。記憶體150為AP 1〇5提供儲存能力,包括記錄諸 如測量結果的資料。 第2圖疋一依據本發明之頻道最佳化過程2⑼的流程 圖。頻道最佳化係指選擇一特定AP或APs網路在特定資料 10 !2527〇2 傳輪條件下使狀最佳鱗(亦即解)的過程。頻道最佳 化可為以手動方式或自動方式實行,且料在部署時就開始 進行或是在作針_進行。頻道最佳化過程可搭配無 線區域網路(w_應用(例如依據聰說n)實行。、 如第2圖所* ’頻道最佳化過程2〇〇始於步驟2〇5。頻 道最佳化過程在正常系統作針動態地決定最佳作業頻 道,不會讓BSS内之相關WTRUs經歷到一服務中斷。在步驟 210中’ AP 105錢用短時間掃描複數個頻道當中每—頻道 以避免對其相關使用者造成服務巾斷,並且在這些頻道上進 行測量。妙驟215巾,如_判定Ap正在一低負載週期、 亦即沒有BSS訊務且/或沒有相關使用者期間運作,Ap⑽ 引動該頻道最佳化過程,藉由以在一高系統負載期間取得之 量測值為基礎算出每-頻道之、'簡頻道負載〃的方式判斷 疋否一新頻道會更適合(步驟22〇)。在步驟225中,AP 1〇5 將其作業頻道換成具備最低預料頻道負載的頻道。 在當今IEEE 802· 11網路中,並沒有讓AP 1〇5通知相 關WTRU 110作業頻道有一變化的機制(至少在基礎標準中 沒有)。如果一 AP 1〇5改變頻道,其每一相關WTRUs 11〇最 終會理解到已喪失與AP 1G5的通信,且最終會開始搜尋— 11 Ϊ252702 新AP。其很有可能在同一個AP的新作業頻道上重新選擇該 AP。無論如何,問題在於WTRUs會從其喪失與Ap之通信之 時到其就新頻道與該AP鎖前之時感覺到—服務中斷。 為避免服務中斷,頻道最佳化過程2⑼會等到BSS (細胞) 内沒有訊務時才改變頻道m贿耻n標準當 中的-些版本(即臟8〇2. llh及很可能會有的該標準之 -未來版本)可能允許他對其_交信告知改變頻道。在 此情況中,頻道最佳化過程腦不—定要等到沒有BSS訊務 才進行。因此’頻道最佳化過程2〇〇得以定期運行並且只要 有需要就改變作業頻道。 在所有情況中,親最佳化過程⑽掃描舰之一序列 (例如頻道1—11之一 列表)以偵測可用的最佳頻道。該等 T可為依i定順序被掃描,或者該等頻道可為隨機地被 在此要強舶重點疋頻道掃描不是在沒有職訊務的 時候開始。頻道掃描連續地貫徹於AP伽之正常作業全程 生舉例來《兄AP 105可能每〇 5秒就花5毫秒餘聽一 不同頻道。AP可缺期重複此事,每次掃描—不同頻道。藉 由這樣做,AP _用媒體時間的1% (每5()()毫_毫 秒)掃描其他碱,物目咖者造成極娜声。頻道 12 1252702 序列不-定要包含所有可用頻道。記錄在每一頻道上_到 之與每-AP有_資訊。此資訊可包含(但不限於)在被 掃描頻道上運作之其他APs的雜,其他胸是否是同一職 之一部分的指示,APs之信號強度,頻道上的訊務量,以及 頻道上是否有任何其他干擾源。 對於每一被掃描頻道,該過程判斷··丨)有哪些其他仆S 在該頻道上運作;2)該等APs是否是同一系統的一部分(亦 I依據ESS)⑶該等APs之信號強度;4)該頻道上的訊務 里’及5)該頻道上是否有任何其他干擾源(例如非搬.^ 干擾)。頻道上的訊務量通常係就頻道使用率測量,該頻道 使用率相當於接收器被-WLA_虎載波鎖定的時間百分率。 掃描是定期且持續地發生。—旦頻道最佳化過程被觸發 (亦即在沒有BSS訊務及/或相關使用者,或者單純是一定 ^觸發機制、例如每5分鐘)’ AP 1〇5判斷哪個頻道提供最 ^政月b。舉例來說可▲是II由測量哪個頻道具有最少量 干擾或者其他APS是否是同- ESS之—部分的方式判斷。視 偵測到的該等其他APs是否是同—系統的—部分而定,他能 決定對於使用頻道之選擇更積極或較不積極。 在-替代實施例中,協調頻率選擇可藉由以下方式完 13 1252702 成:υ使APS相互交換有關其特質(例如負载、容量或位 置)的資訊;或2)有-能從每—AP得到資訊且設定網路内 所有APS之頻道的集中式架構。就第-種情況來說,每—AP 仍會自主地做出決定’但是交換崎訊能允許有—較好決定 (例如其可包含難以被另-AP從外部觀_的統計資料)。 就第二種情況來說’從不同APs收集資訊且將此等資訊通知 一集中單元或裝置’此針單祕收到資訊後做出一決定且 回頭將此決定通知不同APs。 頻道最佳化雕測錄行為在—目前舰正被使用 的同時選擇-最佳頻道(例如—低貞載頻道)。頻道最佳化 過程2GG可被下述條件其巾之—條件觸發·丨)上次執行最 佳化頻道選擇的發生時間至少是Tust秒以前;2)目前沒有與
AP %繫的WTRUS之時;或3)在最近TVree秒内都沒有與AP 往來的BSS訊務。據此,TLast是從任何頻道選擇過程之上次 引動到要觸發頻道最佳化過程2〇〇的最小流逝時間;且TFree 是從上次送往或來自AP之BSS封包轉移到要觸發頻道最佳 化過程200的最小流逝時間。 藉由在前述觸發條件中確保在觸發最佳化頻道選擇之 前會有至少TFree秒沒有BSS訊務且當時沒有與AP 105聯繫的 14 1252702 w職’贿最触秘辟满购料資料轉移譬 如聲音來電、網路下载、及/或FTP轉移。另一方面,如 果有辦法讓AP 1G5通知相關WTRUs m頻道有一變化,最 佳化頻道選擇過程2GQ可定期運作而不必等候BSS訊務不= 弟从圖和帛3BII是連在一起的 380 須C最佳化過程3〇〇的詳細流程圖。頻道選擇最佳化况 包含四個子過程:Π —測量過程3G5 ; 2)-候選頻道決; 過程⑽3)-頻道選擇過㈣;及4)—頻道更軸 ㈣置過程305中’計算每一鄰近卿之平均負_ 在一實施例中,測量單元135定期估算每一鄰近败之 载。如果- BSS之任何負載估計值大於、,則將該估^ 期之所有鄰近舰的負载記入記憶體15〇内。如果所權 具有小Μ⑽之負載估計值,戦略這些負計值。記卜 體150内只保留最新近的負载估計值集合。 依據較佳實補’ΑΡ邮縣—靜音_獨㈣ 岭聽一 ACS之一特定頻道。AP> inc丄 105在相繼®S内輪流聆聽 每一頻道,且測量ACS内每一粕、# —, 頻道之一個別測量集合。測量 1252702 集合含有與ACS内之頻道數量一樣多的sMPs。在一已知SMP 内,由測量單元135測量頻道之頻道使用率相當 於收發器125被載波鎖定的時間百分率。由於在一 SMP期間 觀測CU,導致AP 105載波鎖定之所有封包係源自鄰近BSSs。 CU量測值代表著BSS外頻道使用率。處理個別⑶量測值以 便獲得每一測得BSS之一平均bSS負載互。要注意到頻道上 所有BSSs之BSS IDs會連同每一頻道使用率量測值被記錄 下來。 僅有尚負載量測值被記錄以便避免不必要的歷程紀錄 (logging)。歷程紀錄相當於量測值之記錄或存儲。如稍早 所述,頻道最佳化過程300僅在沒有Bss訊務(亦即未被加 載)之日守運行。為減少記錄量測值的數量,頻道最佳化過程 300僅存儲預定數量的高負載量測值。 CU小於Ο™之量測值被排除以便確保頻道最佳化係以在 -顯著系統負載狀態下取得之量測值為基礎。換句話說,如 測量集合中呈現之OJ 4測值有任_個大於c_,則記 錄這整個測量集合。另-方面,所有頻道都是⑶<c圓的測 量集合則被略合可絲—触之cu以及頻道上 所有 BSSs 之 BSS IDs。 16 1252702 頻這最佳化過程300以個別頻道使用率量測值為基礎 決疋其自有BSS的最佳頻道。雖說頻道最佳化應當是以在顯 著系統負载狀態下取得之量測值為基礎,頻道最佳化過程 300亦可為僅在系統負載已減輕之時執行。為避免龐大的測 量歷程紀錄,只有最新近的測量窗口 呆留在記憶體内。 回頭參知第3 A圖,在測量過程305中,以一 bss之個 別負載為基礎計算每一 BSS之平均負載。在測量集合』期間 於頻道k上運作之脱1的瞬時負載係以方程式⑴為基 礎: 方程式(1) 其中C(i,j)代表在·集合j _於頻道kji_道使用率 且Ki,D代表BSSs的數量。BSS i之平均負載依據方程式 ⑵被計算成所有被記錄測量集合内之瞬時負載的平均值: r(0=maxh忐!Η 絲式⑵ 其中^代表被記朗量集合_數量。加上1%的最小平均 BSS負載。叶异每一 Bss之平均負載的方法不偈限於上述實 例。 、 替代測量方式之範例參數列於下表2。熟習此技蔽者合 理解到可麵齡數和錄之収使料他參數㈣錢 1252702 是以其他參數和數值取代。 符號 描述 「 c(k,j)|在測量集合j _之頻道k上頻道 使用率。-頻道之頻道使用率被定 義成接收器被、、載波鎖定"之時間 的百分率。此量测值係在一靜音演 量週期中取得;AP收到的所有封包 係源自鄰近BSIC代表卿外頻 道使用率。 類型 量測值 預設值 無
Nset 高於此值之測量集合會被記錄的最 J、頻道使用率 ----—_ 被保留在記憶體内之測 動窗口的大小 組態參數 10% 100 表2 在候選頻道決定過程31〇中,AP 105檢索最大容許干 擾I隨(步驟315) ’其為在任何已知頻道上以—Ap之基線範 圍為基礎決定的最大料干擾。較絲說,用於候選頻道決 定過程310之ΙΜΑχ係依據方程式(3)算出: (觸^細(洗,_M/方程式⑶ 18 1252702 其中(RNGbase+RNGadj)是Ap 1〇5覆蓋的範圍;且() f J- req high 叹疋為一高速率封包(例如11 Mbps)之必要載波功率干擾 比。減去-餘減叫除縣減太過接近實際最大容許位 準之干擾位準的可能。 、從-ACS選出—第—頻道(步驟32〇)。然後測量該頻 、、干& I且以其與最大容許干擾I腿做比較(步驟奶)。 如果該頻道之干擾1小於最大容許干擾W,則AP挪將該 頻道s己入讀體15〇内—候選列表(步驟咖)。如果該頻道 :擾I不小於最大容許干擾Ima”則Ap⑽檢查似内是否 還有任侧道存在(_35)。如果_尚有頻道存在, mPlG5從ACS選出下_個頻道(步驟34())且過程細回
w 0ZD 果Acs内不再有頻道,則ΑΡ105檢查是否 任何可用候選頻道(步驟345)。如果在步驟345中判定沒: 可用候選頻道’則Ap 1G5將w增加屢(步驟咖),且」 道最佳化過程_回到步驟咖。如果在步驟345中判定; 少有一候選頻道存太,目卜仓一 子在則進仃頻道選擇過程355,如 圖所示。 19 12527〇2 率CPRED(k)(步驟36〇)。CpRED(k)代表利用來自高負載條件 ^負载估計值預料的頻道k預料頻道使神。c_(k)可能週 —頻道k之最新近頻道使用率量測值。較佳以—而非僅 用最新近頻道使用率量測值為基礎選擇頻道,因為頻道選 擇應當針對高負载條件最佳化。 就每’道k來說,依據絲式⑷加總頻道k上所 有測得BSSs之平均負載: 方程式(4) 一旦异出所有候選頻道的CpRED,依據方程式(5)選擇 具備最小預料頻道使用率的頻道k : 尺=arg, mi〇)] 方程式(5 ) 此時AP 105檢查選擇頻道k是否不同於一目前頻道(步 驟370)。如果具備最小預料頻道使用率之選擇頻道k同於目 前頻道,則頻道選擇過程355結束。如果選擇頻道k不同於 目月ίι頻道’則其判斷改變頻道是否會有明顯利益(步驟 375)。一滯後標準//y確保改變頻道會有一夠大的利益。明 確地說,只要是合乎以下條件的新頻道就會被採用: CPRED{Current_channeiycpRED{K)> H°cpt 方程式(6 ) 否則就結束最佳化頻道選擇。 20 1252702 最佳化頻道選擇之範例參數列於下表3。熟習此技藝者 會理解到可在這些參數和數值之外更使用其他參數和數值 或是以其他參數和數值取代。 符號 描述 類型 預設值 ACS 可容許頻道集合 組態參數 {1,6,111 TYast 從任何FS演算法之上次引動 到要觸發最佳化FS的最小流 逝時間。 組態參數 300秒 TFree 從上次送往或來自AP之BSS 封包轉移到要觸發最佳化FS 的最小流逝時間。 組態參數 120秒 L(i) 鄰近BSSi之估計負載。每300 秒由功率控制演算法之負載 均衡過程判斷每一 BSS之負 載。 内部參數 無 Lmin 測量歷程紀錄之最小負載。如 果任一 BSS 具有 L(i)>LMm, 則記錄所有測得BSSs的負載。 組態參數 10% Nload_est 已記錄負載估計值之滑移窗 組態參數 2 21 1252702 口的大小。 /3(k) 在頻道k上測到的BSSs之集 合。此為已在最近靜音測量週 期内就頻道k偵測到之一 BSSs IDs列表。 量測值 無 I(k) 在頻道k上測得之干擾。I被 測量為在未被接收器v'載波鎖 定夕 (亦即接收器沒接收任何封 包)時的平均接收信號功率。 量測值 無 RNGbase 基線範圍(由路徑喪失發現過 程設定) 内部參數 無 RNGadj 範圍調整(由負載均衡過程設 定) 内部參數 無 (c ) \ I ’req — high 支援最大資料傳輸率之最小 必要載波功率干擾比 組態參數 10 dB Pmax 最大AP傳輸功率 組態參數 20 dBm I MAX 任何已知頻道上以基線範圍 為基礎決定的最大容許干擾 内部參數 無 22 !2527〇2 _是否有任何_s JJ〇透過 ψ(^ψοο.Λ 月】作業頻道與ΑΡ 1〇5聯 樣’ΑΡ]㈣先必須對每—相績 i 解除_息(步驟叫然後約的將轉 業頻道換成新頻道(牛驟 〃 道(步驟395)。如果沒有_sll〇透過目 月IJ作業頻道與AP 105聯替 4S、# '、、AP 105將其作業頻道換成新 頻道。 _上次執行頻道最佳化過程_起算至少經過u 秒。否則就無視觸發鮮。因此,I的值會跟頻道最佳化 過謂的軸。—聰嫩幅已_1即每 TWs疋期地評估二個觸發條件。 雖然已在較佳實施例中就特定組合說明本發明之特徵 和70件’母—特徵或元件得鮮獨制或是以錢沒有本發 明其他特徵和元件之多樣組合使用。 主要元件符號說明 AP 在 WTRU無線傳輸/接收單元 100依據本發明之無線通信系統
105 AP 115無線鏈結 120天線
110a-110n WTRU 115a-115η 信號 125收發器 24 1252702 130頻道選擇器 135測量單元 140功率控制器 150記憶體 145計時器 200依據本發明之頻道最佳化過程流程圖 300依據本發明之頻道最佳化過程詳細流程圖 305測量過程 310候選頻道決定過程 355頻道選擇過程 380頻道更新過程 25
Claims (1)
- 十、申請專利範圍: 1· 一種選擇供一無線通信系統内之一存取點(AP)使用之 至少一最佳頻道的方法,該AP具有至少一作業頻道, 該方法包括: (a) 計算複數個鄰近基礎服務集(BSSs)其中每一者 的平均負载;以及 (b) 從一供該AP使用之玎容許頻道集合(acs)内的 頻道當中決定候選頻道;以及 (c) 從該等候選頻道選出一頻道做為一新作業頻道。 2·如申請專利範圍第1項之方法,其更包括: (d) 記錄平均負載大於一閥值之Bss的資訊。 3·如申請專利範圍第1項之方法,其中步驟(c)更包括 (cl)計算所有候選頻道之預料頻道使用率; (c2)選擇一具有最低頻道使用率之頻道,· (c3)判斷該選擇頻道是否不同於一目前作業頻道、 及 乂 (c4)在該選擇頻道不同於該目前作業頻道時, 目前作業頻道之頻道使用率是否比該選擇 °亥 使用率至少多出-預定闕值。 人之頻道 26 4·如申請專利範圍第3項之方、土 # 4 >、中步驟(c)更包括: (t)在步驟⑼巾物魏_目前作業頻道相 同時,結束最佳化頻道選擇過程 5·如申請專利範圍第4項之方、本# & ’其中步驟(c)更包括: (e6)#_⑻+該目前作_道之頻道使用率未 比該選擇舰之頻道使用率至少多出—預定時,結 束最佳化頻道選擇過程。 6·如申請專利範圍第5項之方法,其更包括·· w)在步驟(c4)中該目前作業頻道之頻道使用率比 該選擇頻道之頻道使用率至少多出-預定閥值時 判斷是否有任何無線傳輸/接收單元(WTRU)透過 該目前作業頻道與該AP相關;且 (e)解除於步驟(d)中判定之所有相關WTRUs的關係。 7·如申晴專利範圍第6項之方法,其中步驟(c)係在步 驟(d)中判定沒有相關WTRU或是在執行步驟(e)之 後執行。 8· 一種存取點(AP),用以在一無線通信系統内自動選擇 該AP之一頻道,該Ap包含: (a)用來定期掃描複數個不同頻道的構件; 27 (t〇用來在該ivp正處於一低負载遇期運作時弓丨動一頻 道最佳化過程的構件,其中以高負载量測值為基 礎计异一預料頻道負載,且該χρ選擇旅改變其作 業頻道為具備最低預料頻道負戴的頻道。 9·種存取點CAP),用以在一無線通信系統中選擇該 所使用之至少一最佳頻道,該AP具有至少一作業頻 道,該AP包括: (a)用來從一供該ap使用之可容許頻道集合(acs) 内的頻道當中決定候選頻道的構件;及 ⑹用來從該等候選頻道選出一頻道做為一新Ap作業 - 頻道的構件。 10·如申請專利範圍第9項之AP,其更包含: (c)用來計算複數個鄰近基礎服務集(BsSs)其中每 —者之平均貞載的構件;及 _ ⑷用來錢平均負載大於一閥值之bss之資訊的構 件。 種用於在—無線通信系統内與複數個存取點(他) 通信的積體電路(1C),該1C包含: (a) -測量單元,其用於在該1(:引動後測量一可容許 28 |5210〇 Μ ρ 〇 ! L 11 U 頻道集合(ACS)内之每-頻道的測量作業參數; ⑹-功率控制器,其用於以該等作業參數為基礎控 制該1C之傳輸功率; (C) -頻道選擇器’翻於以該等測得作業參數為基 礎遥擇-供該1C進行通信的頻道; ⑷一計時器,其用於設定—時間週期,—信標訊框 在此週期内從該1C發出,用以向該等APS通告該 等作業參數。 12. 如中請細_ 11項之1C,其㈣標訊框係在該 時間週期内以其最大功率傳輸給該等他。 13. 如申請專利範圍fll項之1(:,其更包含: (e) -記憶體,其用於存儲該等測得作 14. 如申請專利範圍第u項之1(:,其中該測量單元 -頻道上_到之每一鄰近基礎服務集⑽ 均負载,且麵道選觸㈣_道圳狀干優化 為基礎遠擇候選頻道並以該平均負㈣ 選頻道當中選擇一新頻道。 15.如申請專利範圍第14項之比,甘 該等候選頻道_ -可令梢道集合⑽)以__道之一干 29 準小於頻道上一最大容許干擾為條件而選出。
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