XX路第一小学智慧校园方案v20.docx
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XX路第一小学智慧校园方案v20
中国▪XX
XX路第一小学
智慧校园设计和建设方案
(初稿)
前言
随着现代教育理论的研究和教育改革的不断深入,教育模式、教育手段的变革越来越依赖以多媒体技术、信息技术和网络技术为核心的现代教育技术的支持。
智慧校园就是基于应用云计算、虚拟化、和物联网等新技术来改变高校师生与校园资源之间交互方式的概念。
智慧校园是为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台,提供基于角色的个性化定制服务;是将基于计算机网络的信息服务融入学校的各个应用领域,实现互联和协作;是通过智能感知环境和综合信息服务平台,为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的接口。
“智慧校园”已经成为教育发展的主旋律,是集教学、管理、娱乐为一体的一种新型智能化的工作、学习、生活环境。
在信息化时代,发展信息技术已成为国家、社会和经济发展的重大战略目标之一。
XX朝阳路第一小学是XX市智慧城市重点建设学校,智慧校园系统建设是智慧校园建设的重要组成部分,其系统建设是一项艰巨的任务,必须统一规划、分步实施。
首先,做一个系统的整体规划是实施任何系统工程必需的步骤和一贯做法。
其次,智慧校园建设是一项长期任务,需要分步、分层次逐步实施,逐步完善。
同时,智慧校园是一项异常艰巨而复杂的任务,需要全校师生员工下大力气和不懈努力,才能使校园智能化的成果更加巩固。
另外,校园智能化建设应该以点带面,逐渐突破,逐步全面铺开。
从长远着想,用发展的眼光规划设计智慧校园的蓝图是进行智慧校园建设的首要任务。
第一章总体设计
1.1学校概况
XX市朝阳路第一小学始建于1954年,占地面积约为2600平方米。
位于安徽省XX市西市区朝阳路,2003年被命名为市级示范小学,是XX区的一所窗口学校。
在五十余年的办学历程中,学校师生凝心聚力、开拓进取,始终走在教育创新与改革的前列。
曾先后被团中央命名为“红花集体”,被评为“省家教名校”,还多次被市政府、市教育局评为“精神文明单位”、“文明单位标兵”、“未成年保护示范学校”、市首批“德育示范校”、“市绿色校园”等,为XX市的基础教育做出了应有的贡献。
1.2设计原则
●先进性原则
系统设计既要采用超前思维、先进技术和系统工程方法,又要注意项目的合理性,技术的可行性,方法的正确性。
不但能反映当今的先进技术和理念,而且具有发展潜力,能保证未来若干年内占主导地位。
先进性与成熟性并重,考虑到近年来的应用发展特点,把先进性放在重要位置。
●可靠性和安全性
数据和系统的可靠性和安全性对一个应用系统是至关重要的,因此对于信息系统来说,要充分考虑到可能出现的问题,必须把这一原则作为极为重要因素考虑。
数据交换、业务集成和信息展现所处理、传送和管理的信息,可能涉及到不同部门和系统的秘密或敏感信息,此类信息处理和传递的任何环节如果出现漏洞,其损失将是巨大的。
因此,系统的安全性将是十分重要的原则。
其次,数据交换、业务集成和信息展现承受着大批量的关键性数据的流转、交换和存储,系统的可靠性将是系统建设需要重点考虑的问题。
●开放性和互操作性
信息系统建设的根本目的在于信息交换,因此在系统建设中采用的各硬件产品和软件支撑平台必须符合开放性原则,符合当前国际标准或者事实上的国际标准、国家标准、学院标准。
为适应学院应用系统不断拓展的需要,应用平台应是一个开放的且符合业界主流技术标准的系统平台,并使网络的硬件环境,通信环境,软件环境,操作平台之间的相互依赖小。
●系统的实用性
主要技术和产品必须具有成熟、稳定、实用的特点,实用性放在首位,既要便于用户使用,又要便于系统管理。
●可扩充性和升级能力
为适应应用不断拓展的需要,应用平台的软硬件环境必须有良好的可扩充性。
●可管理性和可维护性
整个应用平台是由多个部分组成的较为复杂的系统,为了便于系统的日常运行维护和管理,要求所选产品具有良好的可管理性和可维护性。
另外可管理性和可维护性还包括对平台自身。
●建立基于标准的数据交互
由于学院信息种类比较多,涉及的数据和信息格式比较繁杂,如果没有一个良好的规范来约束,在内部系统之间进行信息交换的时候就会由于格式表述的不统一带来巨大的消耗。
整合平台上定义的各种内部信息交换格式应该基于统一的标准,通过标准定义的接口对于未来业务发展具有重要意义。
现有各种业务系统内部维护着自身的信息格式,但在交换到平台上处理时,所有的信息先转成标准的信息逻辑结构,然后在平台上以这种通用的格式进行处理,处理完毕后再转换成相应的目标系统的格式,送入目标系统。
当规划新业务系统时,按照标准定义信息交换格式,使未来的系统逐渐向标准化演变。
1.3建设的意义
●促进XX朝阳路第一小学教学和管理过程和模式的全面信息化
智慧校园将计算机信息技术等融于教育的各个环节,使信息工具成为教师教学、学生学习、校务管理必要手段。
它建立在高速网络平台、分布式计算,WEB、多媒体等新技术的基础上并最大限度地体现了教育的本质。
不容否认,信息技术在教学中的整合应用将带来教学模式以及教学管理方式的深层变革。
运用网络技术开展教学、教务管理、课程的安排与选修等工作,可以克服目前学分制管理上存在的误区,使成功地进行弹性学分制的教学改革成为可能。
通过智慧校园的建设和教育应用功能开发,构建一个集教学、管理、生活为一体的数字化教育环境,最终实现教育过程的全面信息化,与之相适应的是一系列教育制度和教育方式将发生变革。
●加速XX朝阳路第一小学教育教学的转变
目前,形成共识的是,信息技术的应用有助于教学模式和教学观念的转变。
在教学中,教师们可以充分利用网络资源,开展网上多媒体教学实践,建立学科网站或教学资源库,构建多媒体网络教育体系。
它不仅仅是将课本知识数字化,也是对课程体系的科学重组和改革,使课堂教学的有效补充和扩展。
利用多媒体网络还能实现教学方式的转变,确立学习者在教学过程中的中心地位。
教师将从传统的知识传授者转变为学生学习的导航员、学习活动的主持人。
各门课程的学习更多地围绕着深入问题的本质讨论而展开,与有关的考试和课题结合起来,学生可以利用数字化图书馆以及各种网络资源库搜索自己需要的信息,进行研究性学习,解决各种学习问题,同时利用互联网与其他教师或学生进行广泛的讨论交流,并将学校以外的信息资源和智力资源引入到教学中。
●学校领导管理、决策数字化
使领导决策实现数字化,决策支持系统通过结合个人的智力资源和计算机的能力来辅助改进领导决策的质量。
为校领导提供决策所需的数据、信息和背景材料,帮助明确决策目标和进行问题的识别,建立或修改决策模型,提供备选方案,并对各种方案进行评价和优选,通过人机交互功能进行分析、比较和判断,为正确决策提供必要的支持。
1.4总体建设指导思想
●夯实基础
建立一个安全、舒适、节能、便捷的校园环境,是智慧校园的基础,因此LED大屏系统、公共广播及背景音乐系统、视频监控系统、周界报警系统、电子校徽系统、计算机网络系统、信息发布系统、AV音视频系统、UPS系统、机房工程系统的建设必须一步到位,作到落实基础。
●构建平台
为了建成一个完整统一、技术先进、高效稳定、安全可靠Internet/Intranet的智慧校园系统的传输、交换路由、计算、存储、备份等的综合运行平台。
综合布线系统、网络系统设计必须满足性能指标的设计要求,为保证各项应用可用、安全,应该选用成熟的技术和平台,要对网络结构、网络设备、服务器设备等各方面进行高可靠性的设计和建设,集群是较为先进可靠的技术手段,可尽量避免系统的单点故障。
在建设适度冗余、可靠备份及安全保护措施的基础上,采用相关的软件技术提供较强的管理机制,控制手段和事故监控与网络安全保密等技术措施提高整个智慧校园计算机网络及应用系统的安全可靠性。
●创建教学新模式
校园是以教学为本,利用智慧校园基础设施,基于综合运行平台,构建多媒体教学系统、网络教育系统,为校园提供全新的教学手段和模式,突破了传统教学的模式,扩展了新的“教学新空间”,同时实现校园对教学的集中管理、监控和评估,为提高教学效率、教学质量和教学管理提供了手段。
●逐步推进应用管理和应用集成
应用系统建设从全局出发,高度统一规划,避免因部门各自为政出现信息孤岛;建立好应用平台基础,有利于提高应用系统建设水平,避免低水平重复建设;减少因技术技术更迭出现的浪费,从系统整体角度规划,达到应用系统、系统平台和底层网络之间的无逢联结,从而提高网络、操作系统、数据、应用系统等各层面的可用性和安全性。
●数据集中
实现领导决策数字化,通过数据挖掘和数据分析工具对数据进行处理得到有效信息,再将有效的信息以合适的方式呈现在领导面前,使决策的完成基于真实可靠的信息。
1.5建设目标
XX朝阳路第一小学智慧校园系统建设主要包括六个方面的内容:
●基础建设:
包括网络、主机等基础网络硬件、操作系统,是智慧校园建设的基础;
●应用支撑平台:
包括公共服务平台和公共管理工具,是智慧校园的信息传输中间平台;
●应用系统:
包括教学、学习、管理等方面的管理信息系统和业务系统,是智慧校园的核心;
●个性化门户:
包括组织级信息门户和个人工作平台,为用户提供与其身份相对应的个性化信息与服务是智慧校园的门面;
●信息安全体系:
包括系统安全、信息安全、安全管理、安全审计等,是保障智慧校园安全可靠运行的左翼;
●标准规范体系:
包括管理规范、实施规范、维护规范等,是保障智慧校园安全可靠运行的右翼。
1.6用户角色分析
用户角色的分析是系统需求分析的重要内容,是系统设计中使用对象的界定和基础,整个学校智慧校园系统建设的成功关键在于是否尽可能满足各种角色在校园内的各种功能需要。
校园的用户角色可以归纳为以下主要几种类型:
1.本校学生:
在学校内学习的学生,主要功能有:
注册、课堂学习、课外学习、网络学习、学习查询、生活、交际、文体娱乐、与教师交流等;
2.教师:
主要实现与教学业务相关的功能;
3.校领导:
行政管理,教学业务管理,学校运营和后勤管理等功能;
4.管理部门:
教务处、保卫处等部门,分别完成其对应方面的管理;
5.后勤服务部门:
完成学校的后勤服务功能。
1.7设计标准和规范
在整个方案设计过程中,我们遵循以下主要标准:
●《XX朝阳路第一小学图纸》
●《高层民用建筑设计防火规范(2005版)》(GB50045-95)
●《智能建筑设计标准》(GB/T50314-2006)
●《综合布线系统工程设计规范》(GB50311-2007)
●《综合布线系统工程验收规范》(GB50312-2007)
●《报警工程技术规范》(GB50348-2004)
●《民用闭路监控电视系统工程技术规范》(GB50198-94)
●《视频安防监控系统工程设计规范》(GB50395-2007)
●《出入口控制系统工程设计规范》(GB50396-2007)
●《建筑物防雷设计规范(2000年版)》(GB50057-94)
●《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
●《通信光缆的一般要求》(GB/T7427-87)
●《工业企业通信设计规范》(GBJ42-81)
●《工业企业通信接地设计规范》(GBJ79-85)
●《智能建筑工程质量验收规范》(GB50339-2003)
●《电气装置安装工程施工及验收规范》(GB50254~50259-96)
●《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)
●《电子设备雷击保护导则》(GB7450-87)
●信息产业部和广电总局有关中国电视制式要求;
●GA/T75-94《安全防范工程程序和要求》;
●《安全技术防范产品管理办法》(国务院第421号令);
●《安全防范系统验收规则》;
●《安全防范系统通用图形符号》;
●《防盗报警中心控制台》;
第二章校园网设计
2.1概述
校园网是“智慧校园”的运行平台,是校园教学、科研和管理系统、网络多媒体教学系统、家校通服务系统、录播教室、电子校徽等应用系统不可缺少支撑环境。
是实现校内外资源共享、互相交流的重要途径。
校园网的建设关乎未来各类应用的运行。
所以建立一个适合各类业务的、兼容性好、可扩展的综合传输平台非常重要。
2.1.1XX朝阳路第一小学校园网现状
校园网是以应用为目的,基于Internet/Intranet技术的计算机网络和它的使用者以及相关规章制度的集合,即各大中小学等教育单位的网络。
校园网是一个基本能覆盖整个校园范围的计算机网络,将学校内各种计算机、服务器、终端设备连接起来,并通过一定接口连接到广域网。
在这些网络基础上,形成在校园内部、校园与外部进行信息沟通的体系、建立满足教学、科研和管理需求的计算机环境,为学校各种人员提供充分的网络信息服务。
目前XX朝阳路第一小学校园网网络设备整体运行正常,网络状况基本满足校区内学生、教职工和后勤应用的需求。
2.1.2网络现状分析
目前XX朝阳路第一小学网络总出口类型为电信100M光纤专线,每个教室和每个办公室都有一个有线节点。
学校没有无线网络覆盖。
互联网通过电信光转到网易通PCS1016交换机,分出多个公网IP线路,其中一个接到网站服务器系统,目前网站服务器刚硬件建设完毕,还未投入使用,另外的公网IP线路接入到磊科NR286路由器,提供学校上网功能。
目前所有设备都是企业入门级设备,仅仅能满足简单的上网需求。
XX朝阳路第一小学现网架构图如下:
朝阳路第一小学大部分设备已在网运行时间过长,设备比较老旧,故障率较高,而且转发性能很差。
而且接入交换机不是千兆网络结构,大大约束了网络的传输性和稳定性。
而且教学楼到主机房均不是千兆上联,满足不了网络需求。
2.2建设原则与设计思路
2.2.1建设原则
计算机网络系统设计必须适应当前XX朝阳路第一小学各项应用,又可面向未来信息化发展的需要,因此必须是高质量的。
在设计网络时,需要遵循以下原则:
Ø实用性和先进性
采用先进成熟的技术满足大规模数据、语音、视频综合业务需求,兼顾其他相关的管理需求,尽可能采用先进的网络技术以适应更高的数据、语音、视频(多媒体)的传输需要,使整个系统在相当一段时期内保持技术的先进性,以适应未来信息化的发展的需要。
Ø兼容性
网络可能会出现多个计算机厂家的各种网络设备。
要求网络管理系统在同一个网管平台对不同厂家的网络设备上能够同样提供完善的管理和服务。
Ø安全可靠性
为保证各项业务应用,网络必须具有高可靠性,尽量避免系统的单点故障。
要对网络结构、网络设备、服务器设备等各个方面进行高可靠性的设计和建设。
在采用硬件备份、冗余等可靠性技术的基础上,在网络设计方案中要应用网络管理手段,保证接入网络用户身份的合法性;采用相关的软件技术提供较强的管理机制、控制手段和事故监控与网络安全保密等技术措施提高整个网络系统的安全可靠性。
Ø灵活性和可扩展性
计算机网络系统是一个不断发展的系统,所以它必须具有良好的灵活性和可扩展性,能够根据XX朝阳路第一小学不断深入发展的需要,方便灵活的扩展网络覆盖范围、扩大网络容量和提高网络的各层次节点的功能。
具备支持多种通信媒体、多种物理接口的能力,提供技术升级、设备更新的灵活性。
Ø开放性和互连性
具备与多种协议计算机通信网络互连互通的特性,确保本计算机网络系统的基础设施的作用可以充分的发挥。
在结构上真正实现开放,基于开放式标准,包括各种局域网、广域网、计算机等,坚持统一规范的原则,从而为未来的发展奠定基础。
IP地址设计须遵循科技厅计算机网络TCP/IP地址编码规范;设备及端口模块、光网卡的选型须满足国内外相关的技术标准,并保证与业界主流的网络设备厂家的设备互联、互通。
Ø经济性和投资保护
应以较高的性能价格比构建本计算机网络系统,使资金的产出投入比达到最大值。
能以较低的成本、较少的人员投入来维持系统运转,提供高效能与高效益。
尽可能保留延长已有系统的投资,充分利用以往在资金与技术方面的投入。
Ø可管理性
由于系统本身具有一定复杂性,随着业务的不断发展,网络管理的任务必定会日益繁重。
所以在网络设计中,必须建立一套全面的网络管理解决方案。
网络设备必须采用智能化,可管理的设备,同时采用先进的网络管理软件,实现先进的分布式管理。
最终能够实现监控、监测整个网络的运行情况,合理分配网络资源、动态配置网络负载、可以迅速确定网络故障等。
通过先进的管理策略、管理工具提高网络的运行性能、可靠性,简化网络的维护工作,从而为办公、管理提供最有力的保障。
网络设计需要从网络的稳定性、可靠性、先进性、扩展性、高性价比、易用性等多方面综合考虑。
2.2.2设计思路
针对XX朝阳路第一小学校园网各业务系统运行需求,结合当前智慧校园网络建设原则,XX朝阳路第一小学校园网络设计思路如下:
●充分利旧,节约开支
为节约开支,利用XX朝阳路第一小学校园网现有的网络设备,在保证网络质量的前提下,对原有设备进行充分利旧。
●万兆骨干,千兆接入
为满足学校对于高速上网的需求,因此在本次建设中,网络平台将采用万兆骨干、千兆接入的设计思路,整体提高网络吞吐能力,满足教育多媒体等应用需求,遵循网络实用性和先进性的建设原则。
●扁平化结构
整体网络为扁平化设计,二层架构(BRAS设备)再结合“核心-汇聚-接入”三层交换架构组网,简化网络结构,减少生成树(STP)、ARP等协议的管理开销,提高收敛速度,增强网络健壮性。
●虚拟交换机技术
可以将多台交换机虚拟成一台逻辑交换机。
通过交换机热备技术,在整个虚拟架构内实现控制平面和数据平面所有信息的冗余备份和无间断的数据转发,极大的增强了虚拟架构的可靠性和高性能,同时消除了单点故障,避免了业务中断;通过分布式跨设备链路聚合技术,实现多条上行链路的负载分担和互为备份,从而提高整个网络架构的冗余性和链路资源的利用率;整个弹性架构共用一个IP管理,简化网络设备管理,简化网络拓扑管理,提高运营效率,降低维护成本。
●纵向虚拟化
可以在纵向维度上支持异构虚拟化,将核心和接入设备通过纵向虚拟化技术形成一台纵向逻辑虚拟设备,相当于把一台盒式设备作为一块远程接口板加入主设备系统,以达到扩展I/O端口能力和进行集中控制管理的目的。
纵向虚拟化技术可以简化管理,大幅度降低网络管理节点;简化布线,二层变为一层,节省横向连接线缆;最终实现数据转发平面虚拟化,便于简化业务部署和自动编排。
●MDC一虚多
可以通过MDC技术可以实现1:
N的虚拟化能力,即一台物理交换机虚拟化成N台逻辑交换机,满足多客户共享核心交换机。
一方面可以充分利用核心交换机的能力;另一方面也降低了用户的投资成本;同时可以通过MDC技术实现对业务的安全隔离。
●CLOS架构
核心、BRAS等设备建议采用先进的CLOS多级多平面交换架构,提供持续的带宽升级能力;支持高密40GE和100GE以太网端口,充分满足数据中心应用及未来发展需求;具备独立的交换网板卡,控制引擎和交换网板硬件相互独立,最大程度的提高设备可靠性,同时为后续产品带宽的持续升级提供保证。
●安全准入
在网络接入层部署安全准入方案,控制用户访问网络的接入权限,并保证用户终端安全,从而降低病毒、非法访问等安全威胁对学校网络带来的危害。
同时,对用户终端资产进行有效管理,包括软硬件、U盘、外设等。
●统一网络管理
XX朝阳路第一小学新部署一套网络管理软件,可实时监测网络状态(包括设备CPU使用率、内存使用率、链路状况等)、及时发出故障告警、准确定位网络故障、定期输出网络维护日志、实现有线、无线网络统一化管理等,减少网络管理成本。
●网络安全防护
随着学校信息化的不断深入,对信息系统的依赖将越来越大,信息系统的局部或全局的瘫痪,不仅对学校的日常教育造成严重的影响,也对学校学生的个人信息造成不可估量的损失。
而由于信息技术的飞速发展,实施攻击的技术要求越来越简单,成本越来越低,同时操作系统的漏洞却不断被发现,加上全球性的病毒一次又一次的爆发,信息系统所面临的安全威胁越来越大。
所以学校网络及整个信息系统的安全与稳定极为重要。
2.3网络设计
2.3.1总体设计
从XX朝阳路第一小学整个校园的计算机网络规划来看,其目的是为XX朝阳路第一小学提供内部信息传输、交换平台,并提供Internet出口及安全限制,建设成为XX朝阳路第一小学的网络核心区。
我们在设计中采用多层交换网络的思想,以便使网络工作在最佳状态的前提下,具有较好的可伸缩性、容错性和可操作性。
引入网络管理系统,使整个网络的管理变得非常容易,排错也相对简单。
网络拓扑结构如下图所示:
如上图所示,通过本次改造,新增两台高性能万兆核心交换机,核心交换机万兆互联,并采用虚拟化技术,提高设备性能利用率,接入交换机采用千兆接入交换机,全部通过光缆光路双上联至两台核心交换机,既提高了上行带宽,也增加了网络的稳定和安全性。
出口防火墙采用高吞吐量防火墙设备,无线AP采用瘦AP方式,统一通过无线控制器来控制。
2.3.2核心交换机设计
XX朝阳路第一小学整个校区完全依赖与一台磊科NR286运行,而且电源单主控,并且在整个校区中处于网络的核心部分,对于网络可靠性有很大的威胁,一旦出现故障将导致整体网络中断,使所有业务无法访问,那么因此带来的损失是无法估计。
核心交换机在整个网络中不仅需要具备高性能等,还必须具备高可靠性、高稳定。
因此,本次设计在网络核心部署两台高性能交换机,并且双电源双主控,使核心设备具有高可靠性。
本次产品采用无单点故障设计,所有关键部件,如主控板、交换网、电源和风扇等采用冗余设计;无源背板避免了机箱出现单点故障;所有单板和电源模块支持热插拔功能;可以在恶劣的环境下长时间稳定运行,达到99.999%的电信级可靠性。
利用IRF虚拟化技术扩展性能,又保护投资。
ØIRF2(第二代智能弹性架构)
IRF是一种网络虚拟化技术,是H3C的特色专利技术,各系列产品具有相同技术特征,避免运行管理的差异性。
多台核心交换机虚拟化成一台的好处。
1)性能翻番
使用IRF2前,核心设备和汇聚设备都是一主一备的方式---两台设备当一台用;无论是接入到汇聚,还是汇聚到核心的双链路上行都是一主一备的方式---两条链路当一条用。
使用IRF2后,核心设备和汇聚设备都是负载分担的方式---两台设备当两台用;接入到汇聚以及汇聚到核心的双链路上行都是负载分担方式---两条链路当两条用。
2)网络更简单
使用IRF2前,二层启用生成树,VLAN规划复杂;三层启用VRRP,路由规划复杂;每台单独配置,管理复杂。
使用IRF2后,二层不需要生成树;三层不需要VRRP;多台设备只需配置一次,让网络更简单。
3)网络更可靠
相比与VRRP三层环路保护协议、MSTP二层环路保护协议,IRF虚拟化实现故障秒级到毫秒级的切换时间,业务不断!
Ø数据中心虚拟化和网络融合技术
作为企业级云计算数据中心核心设备,产品在云计算数据中心虚拟化和网络融合方面都提供了一系列技术解决方案:
TRILL/纵向虚拟化:
随着服务器和交换机规模的增加,数据中心网络越来越倾向于扁平化的网络架构以便于维护管理,这就要求构建一个大型的二层网络;产品支持通过TRILL技术和纵向虚拟化技术来进行数据中心大二层网络的构建。
数据中心大二层技术TRILL(TRansparentInterconnectionofLotsofLinks,多链路透明互联)协议将三层路由技术IS-IS(IntermediateSystem-to-IntermediateSystem,中间系统到中间系统)的设计思路引入二层网络,并对其进行了必要的改造。
从而将二层的简单、灵活性与三层的稳定、可扩展和高性能有机融合起来;而纵向虚拟化技术则可以提供更高密度的端口和更扁平化的网络架构,满足数据中心更多服务器的接入,同时简化管理。
MDC:
产品已经可以通过MD
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