TWI336456B - Aircraft communications system and related method for communicating between portable wireless communications device and ground - Google Patents

Aircraft communications system and related method for communicating between portable wireless communications device and ground Download PDF

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TWI336456B
TWI336456B TW095104653A TW95104653A TWI336456B TW I336456 B TWI336456 B TW I336456B TW 095104653 A TW095104653 A TW 095104653A TW 95104653 A TW95104653 A TW 95104653A TW I336456 B TWI336456 B TW I336456B
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Description

1336456 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於航空器通信之領域，更特別地，本發明是 有關於一種航空器空對地通信系統及相關方法。 【先前技術】 發生在2001年9月11日的悲劇事件產生一種對於空中執 法的新認知。在2〇〇1年9月Π日之前，多數的政府機構相信 國内劫機是昔日舊事。僅雇用三十三位武裝且經訓練的聯 邦空中警察（FAM) ’而±要是為保護經選定的國際航班。聯 邦空中警察運作但是卻無向外部資源進行通信的能力，這 是因為缺少可供使用而無干擾現有通信設備或航空器操作 的標準執法通信設備。藉由此一知識，911恐怖份子即將目 標鎖定於供有最低反抗能力的國内航斑。 而目前，數以千計的聯邦空中警察經指配以藉由保護商 用航機來改善航空安全。地，$些聯#空中警察在飛 仃過程中仍為孤立，同時並未擁有可按 與彼此、與空勤人員·或與任何地面式任務操 (MOC) ’例如航空操作控制中心或聯邦空中警察勤務作業 中心’進打通信的能力。有些確保聯邦空中警察航空通信 之嘗試既已聚焦於利用SATC〇M(衛星通信）鍵結，其包含 Inmarsat (Aero-I與Aer〇_H)以及Iridium。而按每架航空器約 250,000美7€的估4取得及安裝成本，這些3^^譲解決方 案成本確為過I在近乎8，_架航空器的錢商用機隊上 安裝此等线會是極度昂貴的成本。但是即便按此高投 J08676.doc 1336456 貝’部分的該等解決方案仍是無法提供隱密通信。 、 6有其他利用—Airf°neTM空對地電話系統的提議來輔助 冑邦空中警察的空對地通信作業’但是該類型之通信系統 並不t全且非無線方式。其亦須將聯邦空中警察牵繫於一 ' ㈣背側電話’這會危及聯邦空中警察在飛行過程中需維 持不受察覺的能力。其他所提議的衛星通信及蜂巢式系統 皆要求昂貴的基礎架構，且非屬隱密性及無線方式。 φ 其他的提議可如美國專利第6,676,078、6,725,035、及 6’816,087號中所述。例如，該第，〇78號專利揭示一種為以 對:座艘機員警示恐怖份子活動之方法及系統。f〇b係穿 戴成空服人員。-天線發送單元（ASU)位於客艙内，而一座 搶顯示單元（CDU)位於該航空器的座艙内。該空服人員藉由 透過該ASU將一經編碼之信號發送至該CDu，以將一^示
L號發送給座艙，將一警示指示器提供給座艙機員。該CDU 亦可將一轉發器程式碼及ACARS訊息發送給地面式單元。 φ 此系統運作類似於一無線蜂鳴器系統。這是由空服人員所 啟動’甚至允許在駕駛搶機員激啟之下將一警示信號傳送 至地面。 在專利第’G87號中，是由可攜式傳輸器傳送—警告信 號此裝置由一空服人員所攜帶，而該空服人員可啟動該 傳D傳送一不會干擾到該航空器任何現有航空及航行 備的頻率。一位於該航空器機餘内之接收且右一可邀 示空勤人員的聲音與視覺警示器，而空勤人二 線電以在一預選頻率上將例如一劫機程式碼之警示信號傳 I08676.doc 送至地面。 β亥0 3 5號專利則是針對— 轉發器。可從蜂巢式基地台 一航空器進行運作。 種位於航空器上的蜂巢式系統 上發射一垂直極化信號，以與 -個有關於這些系統的常見問題是在於僅主要與駕駛艙 進行通信之方面的限制’而非介接於各種航空資源以獲令 人滿意的空對地通信，或是與—咖「擾亂」航空器進行通 信，其經擾亂以攔截—遭劫之商用飛機。若該擾亂航空器 的機長相信應晦擊遭劫的航空器，以防止像是2〇〇1年9月11 日所發生的進一步災難’則此等在一聯邦空中警察與一地 面收發器或-「擾亂」|空器之間的通信對於防止災難將 極為重要。 【發明内容】 有鑑於刖述背景說明，本發明之一目的從而即為提供一 種可提供於空中與地面間，或與-「擾亂」航$器，之隱 密無線通信的航空器通信系統。 可藉由不同的本發明非限制性具體實施例提供其他目 的、特徵與優點。根據其一非限制性範例，至少一可攜式 無線通信裝置放置於該航空器内，其中通常包含一用於傳 送及接收像是語音及/或資料無線通信信號之通信信號的 收發器。在一非限制範例裡，此裝置可為一個人數位助理。 一無線區域網路（LAN)接取點位於該航空器内，並且與至少 可攜式無線通信裝置接收和傳送無線通信信號。一控制 面板可運作連接於該無線LAN接取點，並放置在該航空器 108676.doc 1336456 之駕駛艙内。一通信收發器可運作於該控制面板及無線 LAN接取點，並且可運作以於該無線LAN接取點與一地面 式收發器之間接收及傳送通信信號。在一非限制性範例 裡’通常是利用該控制面板而自該駕駛搶來控制在至少一 可攜式無線通信裝置與地面式收發器之間的通信信號。 根據另一方面，可將該無線LAN接取點構成為一整合於 該控制面板内的通信模組。該通信收發器亦可運作以與— 擾亂ICE航空器通信。該通信收發器亦可為運作於一由該駕 駛艙機員所選定的頻率，並且按HF、¥111?或1；1117頻帶而運 作。該通信收發器亦可為衛星通信而運作。 在另一方面裡，一任務操作中心（M〇c)，例如一航空操 作控制中心，可與位在該航空器内之通信接收器往返接收 及傳送通信信號。該M〇c可為一聯邦空中警察勤務作業中 心，此者可運作以與該航空器或該航空操作控制中心進行 通信，以用於與位於該航空器内之可攜式無線通信裝置的 一使用者通信。該控制面板通常可包含一表示自一可攜式 無線通信裝置之無線傳輸的聽覺或視覺警示，以警示一通 信的空勤人員。 在另一方面裡，一可攜式無線通信裝置及無線LAN接取 占可運作以傳送及接收經加密的網際網路語音協定（VoIP) 無線通信信號。該可攜式無線通信裝置亦可包含一識別安 全電路，此者可在僅當一使用者正確地識別之後以允許該 通七裝置之操作。例如，該識別安全電路可運作以利用生 物里測、智慧卡ID或是個人識別號碼（PIN)來識別一合法使 108676.doc 1336456 用者。該通信收發器亦可運作以用於一自約U 8至約1 35 MHz ’通常是在由航空器用以進行空對地通信的範圍内， 之VHF頻道上進行傳送及接收。 【實施方式】 現將參照於其中顯示本發明較佳具體實施例之各附圖， 而在後文中更完整地敘述本發明。但是可按許多不同形式 以具體實作本發明，而並不應被解釋為受限於在此所述之 具體實施例。相反地，該等具體實施例係提供以令本揭示 更為通徹且完全，同時將可完整地對熟悉此項技術人士傳 達本發明範疇。全篇中相同編號係參考相同元件，且利用 主要註記以在替代性具體實施例中表註類似元件。 圖1顯示一具有一客艙12及駕駛艙14之航空器1〇的内 部’並且顯示出由該參考名稱FAM或FA所指之多位聯邦空 中警察及空服人員的位置。各個所說明之聯邦空中馨察及 空服人員隨身攜帶一具有一收發器17,而用於傳送及/或接 收無線通信信號的可攜式無線通信裝置1 6。在一非限制性 範例裡’該可攜式無線通信裝置16可為一個人數位助理 (PDA) ’ 像是 Hewlitt Packard IPAQ 63 00 系列褒置而作為一 非限制性範例。這些及類似的PDA裝置可與如非限制性範 例之無線區域網路（WLAN)系統、「全球行動通信系統 (GSM)」以及「整合封包無線電服務（GPRS)」進行運作。 可運用其他的網路及系統。 即如圖1所示，一無線區域網路（LAN)接取點18放置於該 航空器内’並與該可攜式無線通信裝置16進行無線通信信 】08676.doc 1336456 號的接收及傳送作業，且同時可提供區域網路（LAN)的功能 性。在一非限制性範例裡，一控制面板20可運作連接於該 無線LAN接取點18，並放置於該航空器1〇之駕駛艙14内， ' 且由一駕駛艙機員加以控制。 在一非限制性範例裡’該控制面板2〇可為一聲頻控制面 板之一部分，作為位於機長與副機長之間的標準設備，但 是可將該控制面板放置在該駕駛艙14的其他區域處。 φ 一空對地通k收發器2 2，例如一常用於許多商用航機之 ARINC收發器，可與該控制面板2〇及該無線LAN接取點18 運作，並且可運作以用於在該無線LAN接取點及一例如為 一任務操作中心之一部分的地面式收發器23間接收與傳送 通仏k號。在一非限制性範例裡，可由來自於該駕驶艙 14之空勤人員，透過該控制面板2〇，控制該航空器内之一 可攜式無線通信裝置16與一地面式通信接收器間的通信， 但是此一來自該駕駛艙的控制並非必要。 • 在一非限制性範例裡，該系統及方法提供一種隱密、無 線通彳§功能性，並且可使用經加密及無線網際網路語音協 定（VoIP) ’以進行自該客艙丨2内之任何位置至其他攜帶該等 可攜式無線通信裝置之機上聯邦空中警察、空服人員或其 他機員，或是位處於一例如一航空操作控制中心3〇之任務 钿作中心處的地面人員之通信作業，這可透過一無線lAN 線路、電話或其他已知通信系統通信至一聯邦空中警察勤 務作業中心’如在此非限制性範例内的M〇c 32(圖2)。 該無線LAN接取點18可構成為一整合於該控制面板内的 108676.doc -11 - 1336456 通信模組。通常，藉此架構，可在日常的整夜維修作業過 ’將該通信模組安裝在一航空器内，而無須將該航空 益自勤務中移除。該無線LAN接取點18亦可構成如一無線 且隱密收發n模組，㈣可含有為進行聲頻輸人與輸出之 電路…、一中央處理單元⑽以及-WLAN收發器18c，如 圖2中所示。該通信模組亦可包含任何能夠與—可揭式無線 通信裝置進行運作的耳機連線、地面連線與麥克風即按即 說（PTT)電路，而其可運作如一半雙工通信裝置。 應瞭解該可攜式無線通信裝置16並不限於個人數位助理 (PDA)，而是PDA技術提供如一檢視器螢幕，例如一螢 幕16a ’之優點，其中可列出該航空器的内部佈局，以及如 圖3中所顯示之其他聯邦空中警察的位置，其中顯示出其他 警員所在之處的座位橫列號碼與座位字母。同時，—具視 訊、語音、或資料功能性之個人數位助理可提供在聯邦空 中警察與該聯邦空中警察勤務任務操作中心 32之間進行不 同的通信作業。 在一非限制性方面裡，該通信收發器22可為一運作於 VHF之ARINC收發器，但是應瞭解該收發器22可運作於 HF、VHF、UHF或其他頻率，並且可運作在必要的s ⑽ 頻率在些具體貫施例裡，可有兩個允許插入一耳機及 麥克風插座的尾線連接器。該通信收發器亦可運作於一由 該駕駛艙機員所選定的頻率，因此在聯邦空中警察、空服 人員或其他使用該可攜式無線通信裝置之個人間的任何通 信不會干擾到其他的航空器通信。作為該WLAN接取點ι8 108676.doc •12· 1336456 一部分的WLAN收發器i8c可介拯 1接於—作為該收發器22之 4刀的ARINC介面。在一非限制性範例裡，可沿一約 118.00到約135.〇〇廳的航空作業控制（A〇C) VHF頻道進 行通信。 在一方面裡，任何聯邦空中警察、空服人員或其他使用 該可攜式無線通信裝置16之個人，可如藉由—如圖3所示之 客搶佈局圖顯示’或是藉由與其他空中警察或蒙的資料 或語音通信而具有情琦音辦 月兄思識該可攜式無線通信裝置16可 為攻芽裝置，且可包含一用於隱密作業的無線耳塞式耳 機。其可依半雙工模式運作，並且具有-即按即說（ΡΤΤ) 電路。一該可攜式無線通信裝置16之使用者可將該裝置設 置j傳送模式下而取用該語音頻道之命令。此等所述裝置 之範例可為PDA，但是亦可為在其—末端處具__按鍵之 筆，或是-袖口上的有線麥克風，且甚至可與一 pDA裝置 共同運作。圖4說明-聯邦空中警察5〇，其中該可攜式無線 通 裝置黏著於臀部上’而連接至一可將信號傳送至一 隱$耳塞式耳機16c的小型傳輪器⑹…隱密麥克風插座 16d可供進行語音信號處理p 。此外’若需將該等可攜式無線通信裝置16發給空服人 貝’則為安全目的’各裝置可含有一識別安全電路W(圖 其允賴在-❹者正確㈣之後可操作該裝置^。 二：由生物量測、一智慧卡ID i6f或是個人識別號喝（pin) 輸入來操作此識別安全電路16e。 可操作該通信收發器22及控制面板2〇運作而使得來自一 J08676.doc 13 工勤人員的人工介入為必要的。可利用_在該控制面板 • 上的聽覺或視覺警示(圖2)以通知各機組員，表示已自一 : 可攜式無線通信裝置16產生一無線傳輪，從而將該無線 LAN接取點18連接至一該通信收發器22與該通信裝置“之 ' Γί的通信’並且選定一例如在一卿頻道上約118MHz到約 135 MHz的適當通信頻率。應了解，該可攜式無線通信裝置 • 之選定使用者，例如一聯邦空令警察，可擁有自動系統控 φ 其可供例如（如-非限制性範例）透過該控制面板而無須 工勤人員啟動或其他的涉人處理，即能自動地實作出該可 攜式無線通信裝置16與地面式收發器之間的通信作業。 在另一非限制性範例裡’ -自該可攜式無線通信裝置16 巾通信的聯邦空中警察可要求駕駛艙上的各機組員調至一 (如-非限制性範例）例如VHF頻帶内的128 i5 MHz的特定 頻率。可在一緊急通信頻道上由一飛行調度員對這些通信 加以監視，及/或由「聯邦航空管理局（faa)」所監視。根 • ㈣統設計而定，可要求-人工空勤人員介入以建立與一 在該航空器上隨機之聯邦空中警察的空對地通信。而在其 他的前述具體實施例裡’為獲得一語音路徑此可為非必要 的。 亦應瞭解任何運用於—可攜式無線通信裝置16之耳機及 麥克風，以及任何電子介面，可為該faa技術標準件 (TSO)C57或C58所定義’其中列出各阻抗值，以及_期望 的航空器通信系統的傳送與接收元件。同時’各個可許式 無線通信裝置16可具有-選定呼叫位址，例如在該PD^ 108676.doc -14- 1336456 幕上所顯示出的ID區塊i6g，這可供由另一聯邦空中警察 (或其他使用者）或是由該MOC直接地呼叫一聯邦六中警 察，類似於撥出一傳統電話號碼。亦可在一地面通信網路 上廣播出識別一可攜式無線通信裝置的特定號碼，並且在 該航空器上的特定通信裝置可將一視覺或聽覺警示發射給
該使用者，表示希望與該使用者進行通信。 在一非限制性範例裡，該通信收發器亦可運作以用於與 一例如一擾亂的移民及海關執法局（ICE)之航空器的擾乱 航空器進行通信，纟已發送以攔截一遭劫持而機上經部署 有利用該可攜式無線通信裝置之聯邦空中警察或空服人員 的航空器。因此，隱密通信甚至變為更加必要，並希望於 聯邦空中警察與該「擾亂jICE航空器之間的安全 繞 網路通信鏈結。應瞭解，在多數的情境下，所希望較最 低度的隱密通信，但是與一擾亂航空器的通信則要求甚至 更高的安全性。例如，纟〜非限制性範㈣，希望為安& 型態!之經加密無線網路通信，例如由美國佛羅里達州墨爾 本市Harris Corporation所提供的以…以u產品系列。 該^U裝置可包含一用於無線基礎架構支援以及有 線網路接取之無線橋接器，其中含有型⑸之經加密安全無 線LAN (SWAL)。其他的可運用的裝置包含—可連接至一可 攜式或固定式電腦内的SecNet u或SecNet u pius pc卡。 這些型態的卡係型態k經加密 '無線網路介面卡，該等為 可達且3任何型態之加密及秘密資訊而經NSA認證。例
108676.doc 在—航空器内提供獨立通信網 1336456 路，或按如一單一網路而運作並且提供型態丨之安全點至無 線的通信作業。亦可將一無線橋接器組態設定為如一無線 接取點，以對於不同的無線通信裝置，以及其它如轉換至 可攜式電腦内iPC卡的SecNet 11無線站台，提供連接性。 此可供在有線網路以及其他使用者與無線站台之間進行通 信0 如有必要，無線網路亦可自該航空器延伸，且可將多個 橋接器組態設定為接取點並安裝在整個航空器上。亦可利 用無線網路漫遊及一 1〇_based_T乙太網路（8〇3 3)網路連接 組態、不同的登錄組態，並且與一網頁式劉覽器或sNMp 進行通信。部分裝置可按一 PCMCIA形式因素所構成，並藉 由將資料加密(C0MSAT)且利用來源及目的地位址 (NETSUC)而進行通信。通信作#亦可為依丨刪綱糊 標準以及部分的職商用C0MSAT評估專案（CCEP)為基 礎。此外，除了例如BATON之NSA型態1加密演算法，以用 於傳通各項秘密層級資料或網路電話(ν〇ιρ)與視訊，該系統 可與加密與展頻電路合併’例如「HardsSi⑽…密模組」 以及「Intersil Prisn^B片組」。該系統亦可運作於2 4他 刪頻帶’並利用依不同作業系統⑽）平台支援與wind〇ws 版本的特別性及基礎架構模式。可運用如_隱灯、 Pocket PC及Linux的其他作業系統驅動器。 顯然地’如前所述之系統具有諸多組件，並且可有選擇 呼”如邦工中譬察、空服人員或其他該可攜式無線通 …的使用者，同時提供地面與空中間的通信，例如與 108676.doc 16 no 一作為該航空操作控制中心，或如位在美國維吉尼亞州 —市的聯邦空中警察勤務作業中心，之一部分的任務 %作中心(Μ 0 C)。豸,系統可提供一連於國土安全監視偵測 系統(SDS)之介面，並含有資料及視訊應用程式。例如，即 使疋與按低位元速率通信的較傳統VHF通信，仍可簡易地 更新駕驶執照或是其他較為有限的資訊。經加密之網際網 路語音協定（V〇IP)通信可為典型的，而提供隱密的通信作 業。該系統亦可運作如一頻率轉譯器，且可利用一半雙工 基帶聲頻）i面連至如前述的任何現有航空器通信系統，其 包含在一航空器上的任何hf、vhf、卿與全球衛星通信 系統。可從任務操作中心進行選擇性的聯邦空中馨察啤叫。 【圖式簡單說明】 當按附圖而加以老晉，士 1 ηΒ Λ β 本發明之其他目的、特徵及優點 "以下之本發明詳細說明而清楚可見，其中： 圖:為-航空器内部之平面略視圖，其中顯示聯邦空中警 察工服人員的位置，各具有與一無線區域網路（LAN)接取 =通信之可攜式無線通信裝置，以作為在該駕疑驗中之控 制面板的一部分。 圖巧―航空器通信系統之方塊圖，其―顯示—可攜式無 ，·通^裝置、無㈣域網路（LAN)接取點、控制面板、通信 收：：：航空操作控制中心及聯邦空中警察勤務作業中心 之土凡件，作為本發明之一非限制性範例。 ®3為-個人數位助理（pDA)之前侧升高視圖， 一用於指示一姑办势+ Α ^ 3 二。。内邛之顯示器，以及僅在當一 I08676.doc 1336456
正確識別之後以允許操作該可攜式無線通信裝置的識別安 全電路。 圖4為-穿戴一如一 pDA之可攜式無線通信裝置的個人 之範例此者用以作為本發明之-非限制性範例。 【主要元件符號說明】 10 航空器 12 客艙 14 駕駛艙 16 可攜式無線通信裝置 16a LCD螢幕 16b 小型傳輸器 16c 耳塞式耳機 16d 麥克風插座 16e 識別安全電路 16f 智慧卡ID 16g ID區塊 17 收發器 18 無線區域網路（LAN)接取點 18a 聲頻輸入與輸出之電路 18b 中央處理單元 18c WLAN收發器 20 控制面板 20a 聽覺或視覺警示 22 空對地通信收發器 108676.doc 18- 1336456 23 地面式收發器 30 航空操作控制中心 32 聯邦空中警察勤務任務操作中心 50 聯邦空中警察
108676.doc -19·

Claims (1)

1336456 竹年？知广正替換頁 第095104653號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年9月） 十、申請專利範圍： 1. 一種航空器通信系統，其中包含： 一可攜式無線通信裝置’其位在該航空器内，並包括 一收發器’用以傳送及接收無線通信信號； 一無線區域網路（LAN)接取點，其位於該航空器内，用 以與該可攜式無線通信裝置進行無線通信信號的接收和 傳送作業； 一控制面板’其可運作地連接至該無線LAN接取點， 並放置在該航空器之駕駛艙内，且由一駕駛艙機員所控 制’其中該無線區域網路（LAN)接取點係整合於該控制面 板内；以及 一通信收發器’其可運作於該控制面板及無線LAN接 取點’並且可運作以用於該無線Lan接取點與一地面式 收發器之間接收及傳送一通信信號，其中該控制面板另 包含一聽覺或視覺警示電路，其可運作以指示出該可攜 式無線通信裝置之使用者正在傳送一信號至該該無線 LAN接取點，並想要與駕駛艙内之機員通信、以及一即 按即說（PTT)電路，其可啟動該可攜式無線通信裝置之使 用者與駕致艙之間之通信’其中該透過該無線LAN接取 點之可撝式無線通信裝置與該地面式收發器之間之通信 係在該聽覺或視覺警示電路及該機艙内之控制面板之該 即按即說（PTT)電路作動後才被作動。 2·如請求項1之航空器通信系統，其中該無線lan接取點包 含一整合於該控制面板内的通信模組。 108676-990915.doc 1336456
3.如請求項1之航空器通信系統，其中該通信收發器可運作 以用於與一擾亂ICE航空器進行通信。 4·如請求項1之航空器通信系統，其中該通信收發器包含一 HF、VHF或UHF收發器中之一者。 5. 如請求項1之航空器通信系統，並且進一步包含一任務操 作中心，其可對放置在該航空器上之通信收發器往返接 收及傳送一通信信號。 6. 如凊求項1之航空器通信系統’其中該WLAN接取點可運 作以根據一網際網路語音協定（VoIP)傳送及接收通信信 號。 7· —種於一航空器與地面之間進行通信的方法，其中包含： 於一放置在該航空器内之無線區域網路（LAN)接取點 與放置在該航空器内之一可攜式無線通信裝置間傳送一 通信信號； 於一地面式通信收發器與一在該航空器上可運作連接 至該無線LAN接取點的通信收發器之間傳送該通信信 號；以及 透過一位在該駕駛艙内之控制面板，控制往返於該可 攜式無線通信裝置及該地面式收發器與該航空器上之通 信收發器的通信信號’該控制面板包括整合於其内之該 無線區域網路（LAN)接取點，其中該控制面板另包含—聽 覺或視覺警示電路’其可運作以指示出該可攜式無線通 信裝置之使用者正在傳送一信號至該該無線LAn接取 108676-990915.doc 1336456 竹年7月抑鋒正替換頁 點，並想要與駕駛艙内之機 :厂 貝^ L、以及—即接卵續 (PTT)電路，其可接通該 P按即說 了t式無線通信裝置之使用者與 駕駛艘之間之通信，苴Φα14 r D亥透過該無線lan接取點之可 攜式無線通信裝置與該地面式收發器之間之通信係在該 聽覺或視覺警示電路及該機艙内之控制面板之該即按即 說（PTT)電路作動後才被作動。 8.如請求項7之方法，且其中進一步包含將該無線LAN接取 點整合於該控制面板内，作為一通信模組。
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