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论文接入网的设计及应用
接入网的设计与应用
铁路通信在九十年代之前担负着同铁路信号相提并论的重要位置,俗称铁路电务,信号是眼睛,通信是耳朵。
自从通信从铁路独立出来之后,铁通面向全国公共的这个大市场,仅凭原有的沿铁路敷设的那些光电缆明显不能满足其开展要求。
现在是也必然是向广阔的非沿铁路线的特别是市区、居民区中引入光缆,设立机房模块局,对各单位及居民房进展全面的覆盖。
在这种情况下,如何布局整个地市的网络构造及如何向小区及单位里引入光电缆,即接入网的设计是非常关键的问题。
一接入网的根本原理和概况
〔一〕根本概念
1、城域网
城域网〔Metro〕原来是与局域网和广域网相对应的计算机网络的概念,指城域X围的计算机网络。
数据通信和电信技术的开展赋予城域网新的内涵,将城域网的概念延伸到整个通信网络,泛指运营商在城市及其郊区X围内提供多种业务的所有网络。
2、城域光传送网
城域光传送网通常被定义为覆盖1OOkm左右,它位于骨干光传输网和接入网的汇接处,是整个网络体系中的一个重要组成局部,不仅要承载多种网络协议和信道速率,还要具有组网的灵活性和可扩展能力。
新一代的宽带城域网以多业务的光传送网为开放的根底平台,通过路由器、交换机等设备构建数据网络骨干层,通过各类网关、接入设备实现语音、数据、图像、多媒体、IP业务接入和各种增值业务及智能业务,并与各运营商的长途骨干网互通,形本钱地市综合业务网络。
城域网不仅是传统长途网与接入网的连接桥梁,更是传统通信网与新兴数据网络的交汇点及今后三网融合的根底。
3、用户接入网
用户接入网〔从本地局到用户之间的局部〕是电信网的重要组成局部,是电信网的窗口,也是信息高速公路的“最后一英里〞(thelastmile)。
为实现用户接入网的数字化、宽带化,用光纤作为用户线是用户网今后开展的必然方向,但由于光纤用户网的本钱过高,在今后的十几年至几十年内大多数用户网仍将继续使用现有的铜线环路,近年来人们提出了多项过渡性的宽带接入网技术,其中ADSL〔不对称数字用户环路〕和HFC(光纤同轴 混合网)是最具有竞争力的两种。
4、ADSL技术
ADSL技术能利用现有的市话铜线进展信号传输,其最高速率:
下行信号〔从端局到用户〕为9Mbps,上行信号〔从用户到端局〕为1Mbps。
现有的市话铜线网的用户数目十分庞大,而ADSL能对现有的市话铜线进展充分的利用。
〔二〕现有城域网建立情况分析
1、城域网建立现状
经过了过去几年干线光纤系统的大规模建立和DWDM技术的广泛采用,干线容量需求已根本得到满足,而城域网和各接入网却成了通信瓶颈。
原有的城域传输网络以承载话音为主要目的,既无法适应数据业务的特点,也不能满足数据业务快速增长的带宽需求,这些因素使城域传输网成为瓶颈,造成数据业务开展困难,无法满足用户各种各样的信息需求。
在现有城域网中,话音和专线业务通常由SDH和电路交换机提供,数据业务通常由SDH和别离的FR、ATM和IP网提供,这种通过传输网独立组网的重叠网络构造是多年来为不断支持新业务而逐步形成的。
该构造有利于各业务网单独规划和运营管理,但随着不同种业务的数量和流量增加,出现网络资源利用率低、统一规划和管理困难、各业务网间互通复杂、网络开展不适应业务多样化需求等问题,使重叠网络构造越来越难以满足市场开展变化的需要,建立和运营本钱越来越高,投入和产出不能保持同步增长。
在承载IP数据方面,现有本地传输网存在缺乏,IP城域网根本上为独立组网,绝大局部业务直接承载在物理光纤网络上。
这种组网方式的好处是节省传输设备投资,使组网本钱大大降低,但是采用大量裸纤互连IP设备,加快了光缆线路资源的消耗,而且裸纤直连无法实现链路保护,不便于业务的管理。
城域X围内各业务网独立开展,给城域传输网的规划和开展带来了很多问题,特别是在IP业务高速增长和客户需求多样化的环境中,各业务网单独组网复杂低效,造成传输网资源严重浪费,设备和运营本钱高以及业务提供缓慢等问题,主要表达在:
1、传输链路资源利用率低,大量通道充裕闲置,网络资源总体过剩,局部缺乏的矛盾突出。
2、城域传输网业务接口类型少,承载业务类型有限,不能提供多等级业务,不适应IP网络突发业务的特性。
3、由于城域传输网的限制,IP城域网独立组网,光纤消耗大,缺乏有效保护和恢复能力,不能提供有质量保证的IP业务承载。
4、大量SDH环网叠加互连,业务开通时间长,不灵活。
5、难以灵活有效地开展虚拟私用网络,带宽出租和带宽实时请求等新业务。
6、多厂家设备组网,网管不健全,无统一网管,业务调度困难,运维本钱高。
2、城域网建立规划技术策略
城域网的建立通常采用分层网络构造,由上至下分为核心层、会聚层和接入层。
对于业务量较小的城域网而言,也可采用核心层和接入层二层构造。
核心层主要提供大容量的业务调度能力和多种业务的传输能力,完成与PSTN、ATM/FR、DDN和公用主干网、骨干网的互连互通。
会聚层负责城域网区域内业务的会聚和疏导,提供本地业务调度能力和多业务会聚分发能力。
接入层通过各种接入技术和线路资源,把业务就近接入会聚点,实现用户覆盖。
对于新建城域传输网的核心层而言,当业务量不是特别大时,可选用MSTP技术进展组网。
城域核心层业务收敛程度高,核心设备节点相对较少,可通过1OG设备或40G设备实现大颗粒业务传送。
由于SDH设备经历了较长的开展和应用过程,基于SDH的MSTP系统本钱相对较低,同时又可提供成熟的网络保护和较大的网络带宽,承载高速IP、POS端口和传统SDH端口,并可同时提供SDH链路业务,实现交换局、关口局与汇接局的互连互通。
网络初期建立采用MSTP技术,可为城域传输网核心层提供低本钱综合业务解决方案。
在与IP网的关系上,由于当前城域网在承载IP数据时存在效率、灵活性和本钱等问题仍未得到解决,对于业务量不是特别大的城域核心层,IP网和城域传输网仍可采用分别组网的方式,IP网节点独立于传输网节点。
分别组网有利于发挥各自的技术优势,便于实现两网核心层的强大业务处理能力。
而对于业务量特别大的区域,尤其是未来业务流量将保持较高增长速度的地方,核心层应采用城域波分技术。
城域波分不仅可以解决带宽问题,还能提高光纤资源的利用率,并可通过光通道保护和光复用段环网保护等光层保护能力,提供强大的网络生存性,实现低本钱业务会聚。
在与IP网的关系上,可以把当前单独组网的IP宽带和城域传输网的核心层统一到城域波分物理平台上,由此平台提供的波长资源分别承载SDH、MSTP和IP带宽业务。
这样不仅有利于网络统一管理,而且可通过灵活调拨波长资源,快速满足IP网迅速增长的带宽要求,解决光纤直连方式中光纤资源快速消耗的问题,提高网络资源的利用率。
在会聚层,采用MSTP技术可保证对传统TDM业务的支持,同时优化数据业务的传送,提高带宽利用率。
利用MSTP的L2交换和会聚功能,可节省会聚层节点的业务端口,降低网络本钱。
当前TDM业务仍占主要地位,而且还有一定的增长空间,在业务需求以TDM业务为主时,新建城域传输网的会聚层以采用MSTP为适。
假设已建的SDH网络还有较多的剩余容量,能满足今后TDM业务开展的需求,而新增的业务主要以IP数据业务为主时,那么可以考虑采用RPR技术组网。
而在与IP网的组网关系上,倾向于采用会聚层IP城域网和城域传输网分别组网的方式,IP网节点独立于传输网节点。
接入层是技术最丰富、对本钱最敏感的区域。
接入层采用MSTP可以替代局部数据网络设备,降低网络本钱。
对于IP业务流量占主导的区域,可采用RPR组网,以实现数据业务接入能力优化。
在接入层,城域传输网应能提供丰富的业务接口,以最大限度满足IP业务的接入和承载,有利于节省网络投资和提高资源利用率。
局部区域仍可采用光纤直连方式。
对于与IP网的组网,应综合考虑技术成熟性和网络经注性,根据实际需求,可采用多种不同的技术方案实现经济和灵活的业务接。
3、构建宽带城域光传送网的技术手段简介
目前构建宽带城域光传送网采用的技术手段有很多种,但总体上有3种技术已经占具了主导地位,它们分别是:
以WDM为平台的城域传输技术、以SDH为根底的多业务传送平台〔MSTP〕和弹性分组环〔RPR〕。
3.1以WDM为平台的城域传输技术
DWDM〔密集波分复用〕技术在广域网应用获得了巨大成功,但是不能简单地将广域网DWDM方案用于城域网。
因为城域网由于距离短,不需要使用放大器,而且增加一根光纤本钱也不高,简单采用和广域网一样的DWDM设备会产生使城域网环境无法承受的高本钱,另外针对城域网客户层业务的多样性及复杂性,城域波分复用技术必须向高效承载多业务方向演进。
解决以上问题的有效方法是采用CWDM和OADM环网技术。
3.1.1CWDM〔粗波分〕技术
CWDM系统是使用1290nm-1610nm波长,将相邻波长间隔放宽到10或20nm同样可以构成数十路的波分复用系统。
它的波长数目一般为4波或8波,最多16波,它所使用的波长覆盖了整个光纤的可用波段,包括过去常用的波长1310nm、1510nm和1550nm。
CWDM对波分复用设备系统要求不高,由于它波长间隔较宽,可以使用非制冷的DFB激光器和带宽滤波器,这样既延续了DWDM技术的优势,又具备了低本钱、低功耗、小尺寸等特点,它的出现解决了长久因扰城域网建立的性价比问题,而且它最大限度地利用了现有城域光纤根底设施,进而满足了未来小型城域网及大型城域网汇接、接入层业务所需要的带宽。
虽然价格本钱比DWDM低得多,CWDM系统也能和DWDM一样支持多业务接口,例如可以提供SDH接口,实现IP/EthernetoverSDH、ATMoverSDH,可以为路由器和ATM交换机提供光纤直连接口,实现IP/EthernetoverOptical和ATMoverOptical等。
当然,从纯技术角度讲CWDM与DWDM相比有明显的弱势,其传输距离以及通道数远低于DWDM。
但是通信网络从来就不是单单由技术推动的,本钱也是一个很重要的因素。
在城域网中,一方面用户需求并没有到达长途骨干网的通信容量,由于城域网对带宽的需求是有限的,另一方面城域网络效劳提供商支付不起昂贵的DWDM设备费用。
CWDM作为一种可选择的扩容方案,有着良好的开展前景。
3.1.2城域OADM〔光分插复用〕传输技术
OADM系统主要由合波器、分波器、上路波长转换器〔OUT-A〕、下路波长转换器〔OUT-D〕、光功率放大器、光前置放大器、子速率复用/解复用器〔可选〕等单元组成,为开放式WDM系统。
其中光功放和前放是可选件,子速率复用/解复用器的应用只要是为了解决网中小颗粒客户信号的承载而设计的。
由于上下波上的数目及要求不同,OADM又分为串行、并行、串并结合三种类型。
串行构造在节点上只对需要上下路的波长进展处理,对通过波长不做光层的复用〔MUX〕和解复用〔DEMUX〕处理,并行构造对上下路波长、通过波长都进展复用和解复用处理,串并行混合构造先通过子波带内的每个波长进展复用和解复用处理,而其它子波带在经过子波带滤波/合波器的处理后直通。
在大多数应用情况下,OADM环网的环长在100KM以内,当应用在地区网时,环网的环长可在100-300KM。
一个WDM环网上的节点数不宜过多,一般为3-8个,典型值为4-6个。
在实际应用时,需要考虑OADM环网的长度及光功率预算、系统光通路数、OADM节点数量和类型、环网的保护方式、波长通路的分配、每个节点的上下波长数量等诸多因素,并且根据每个城市的具体情况和承载业务的分布类型进展具体的规划和设计。
3.2以SDH为根底的多业务传送平台〔MSTP〕技术
MSTP是对传统的SDH设备进展改良,在SDH帧格式中提供不同颗粒的多种业务、多种协议的接入、会聚和传输能力,是目前城域传送网最主要的实现方式之一。
MSTP的主要特点有:
能够支持VC-3/VC-4/VC-12各种等级的穿插连接和连续级联或虚级联处理,提供丰富的多种业务〔PDH/SDH、ATM、以太网/IP、图像业务等〕接口,可以通过更换接口模块,灵活适应业务的开展变化,具有以太网和ATM业务的透明传输或二层交换能力,传输链路的带宽可配置,支持VIAN,流量控制、业务和端口的会聚或统计复用功能,具备多种完善的保护机制,具有灵活的组网特性,可实现统一、智能的网络管理,具有良好的兼容性和互操作性。
大容量STM-16/STM-64多业务光传送平台,能够提供丰富、高密度的支路接口,强大、灵活的穿插连接功能和多业务传送和接入能力,非常适合用于大城市城域接入网和中小城市城域核心网的建立,适合用作DWDM系统的终端设备和作为业务枢纽节点的聚合和疏导用设备。
城域WDM的出现和应用不会取代SDH多业务平台,并且两者可以同时存在,即WDM系统可承载SDH业务。
城域WDM主要应用于城域核心层,而MSTP主要应用于城域会聚和接入层,这是大型城域传送网建立的一种很好的组合方式。
3.3弹性分组环〔RPR〕
弹性分组环协议是一种新兴的MAC层协议,是为优化在环型拓扑上传输数据包而提出的一种全新的千兆IP包直接由光纤承载的技术,扩展了以太网现有的点到点、点到多点和网状网拓扑应用。
它一方面吸收了千兆以太网经济、灵活和可扩展等特点,另一方面吸收了SDH对延时和抖动性能的严格保障、可靠的时钟和SDH环网的50ms快速保护的优点,具有双环构造、空间复用机制、灵活的业务带宽颗粒、带宽动态共享和分配、统计复用、支持业务级别、自动识别网络拓扑构造、基于源路由的保护倒换等主要特点,是当前光网络上传输数据包的一种优化技术,目前IEEE802.17工作组正对RPR进展标准化工作。
RPR的L2采用类似以太网的帧封装模式,比POS更简化和灵活。
帧的头开销中含有逻辑MAC地址〔1个字节〕和标准的MPLS位,环上的所有节点被配以惟一的逻辑MAC地址,可标识254个节点,所有节点都可基于逻辑MAC地址进展快速的L2交换。
RPR在公用网上可为用户提供具有扩展性的IP业务,同时支持TDM语音和数据化的图像业务传送,具有严格的抖动和延迟保障机制以及同步机制,并可为TDM业务分配高优先级。
基于RPR技术的设备可以承载具有突发性的IP业务,同时支持传统语音传送,是一种很好的城域网解决方案,适合于中小型城域网。
RPR正得到业界的广泛关注和重视,能够预见,随着标准化工作的进展,它的应用将越来越广泛。
3.4ADSL技术分析
近年来,Internet以惊人的速度开展,Internet的用户众多,分布广泛,但现有的用户网所能提供的用户接入速率太低,难以满足Internet飞速开展的需要,这正为ADSL的开展提供了一个机遇。
由于市话铜线现在已与所有的Internet用户相连接,ADSL技术必将成为各公司和Internet用户的首选方案。
3.4.1. 技术性能分析
现存的用户环路主要由UTP〔非屏蔽双绞线〕组成。
UTP对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关,如果信号传输超过一定距离,信号的传输质量将难以保证。
此外,线路上的桥接抽头也将增加对信号的衰减。
因此,线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。
ADSL通过不对称传输,利用频分复用技术〔或回波抵消技术〕使上、下行信道分开来减小串音的影响,从而实现信号的高速传送。
衰减和串音是决定ADSL性能的两项标准损伤。
传输速率越高,它们对信号的影响也越大,因此ADSL的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。
VDSL是甚高速ADSL。
虽然VDSL的有效传输距离比ADSL更短,但是在VDSL光纤到路边(FTTC)或光纤到大楼(FTTB)后,VDSL可用于大楼内部办公室或家庭间的连接。
ADSL接入网线路长度假设为5.5km,那么可覆盖80%以上的现有用户;线路长度假设为3.7km,那么可覆盖50%以上的现有用户,用户小区以外的分散用户可通过基于光纤的集线器节点接入到网络中。
串音噪声通常是稳定的,因此比拟容易对其进展研究并加以克制;而冲击噪声在频率、周期、相位等方面都是随机的,对期难以建模和研究。
3.4.2.调制技术
目前被广泛采用的ADSL调制技术有3种:
QAM(quadatureampli-tudemodulation)、CAP(carrierlessamplitude-phasemodulation)、DMT(discretemultitone),其中DMT调制技术被ANSI标准化小组T1E1.4制订的国家标准所采用。
但由于此项标准推出时间不长,目前仍有相当数量的ADSL产品采用QAM或CAP调制技术。
●QAM调制技术
QAM调制器的发送数据在比特/符号编码器内被分成两路(速率各为原来的1/2),分别与一对正交调制分量相乘,求和后输出。
与其它调制技术相比,QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。
QAM用于ADSL的主要问题是如何适应不同线路之间性能较大的差异性。
要取得较为理想的工作特性,QAM接收器需要一个和发送端具有一样的频谱和相位特性的输入信号用于解码,QAM接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程XX号产生的失真,因此采用QAM的ADSL系统的复杂性主要来自于它的自适应均衡器。
●CAP调制技术
CAP调制技术是以QAM调制技术为根底开展而来的,可以说它是QAM技术的一个变种,其调制器输入数据被送入编码器,在编码器内,m位输入比特被映射为k=2m个不同的复数符号An=an+jbn由K个不同的复数符号构成k-CAP线路编码。
编码后an和bn被分别送入同相和正交数字整形滤波器,求和后送入D/A转换器,最后经低通滤波器信号发送出去。
CAP技术用于ADSL的主要技术难点是要克制近端串音对信号的干扰.一般可通过使用近端音串音抵消器或近端串音均衡器来解决这一问题。
●DMT调制技术
DMT调制技术的主要原理是将频带(0-1.104MHZ)分割为256个由频率指示的正交子信道〔每个子信道占用4KHZ带宽〕,输入信号经过比特分配和缓存,将输入数据划分为比特块,经TCM编码后再进展512点离散傅利叶反变换(IDFT)将信号变换到时域,这时比特块将转换成256个QAM子字符.随后对每个比特块加上循环前缀〔用于消除码间干扰〕,经数据模变换(DA)和发送滤波器将信号送上信道。
在接收端那么按相反的次序进展接收解码。
由于美国的ADSL国家标准(T1.413)推荐使用DMT技术,所以在今后几年中,将会有越越多ADSL调制解调器采用DMT技术。
ADSL系统技术较为复杂,目前的开展很迅猛,芯片价格大大降低,加上ADSL接入网投资小、易实现,ADSL必定成为主要的宽带接入网技术。
二接入网的实际应用
〔一〕HONET宽带IP城域网建立
用户使用因特网的需求对信息网络来说是一种终端层面的需求,但是对电信网来说那么是一个从用户接入层到会聚层、骨干层的全网建立模式的根本变化,没有完整的统一规划就无法适应未来网络开展的需要,并将造成网络建立投资的浪费或重复投资。
因此,必须对网络规划给予高度重视,并进展科学合理的规划。
电信网络的规划需要从多个方面综合考虑业务需求、技术成熟性、开展适应性、建立本钱等,规划的合理性与科学性是保证网络可持续开展、优化的关键。
1、根底网络规划的前瞻性
根底网络的建立应该满足未来10~15年的需求,根底网络规划与网络设备的投入应分开考虑,设备那么可随着业务需求的增加而扩大,随着技术的进步而更新。
而网络应是一次投入、长期稳定使用,不能轻易改动。
因此,根底网络规划的前瞻性尤为重要。
2、网络设备的可扩容性
电信网络的建立要满足当前的业务需求,但也必须考虑到未来业务增长的需求,业务需求与网络建立也是一个互动的过程。
这里就有一个设备投入与投资规模的权衡问题。
在网络建立初期,形成规模的业务需求之前,设备不可能大量投入,因此,网络设备的可扩容性就显得非常重要。
这种可扩容不是简单的设备堆叠,而必须能够在原有网络根底上解决统一的维护与管理。
3、网络的可运营与可维护性
IP网从企业网的广泛应用推广到电信网络必须解决设备的运营与维护问题,共享信息平台的建立思路,将很难保证电信网络建立的投资与回报。
如何有效地解决IP网络的运营与维护,是建立者必须认真对待的问题。
宽带IP城域网的建立在合理规划的根底上应选择易维护、管理层次简单的方案。
华为HONET宽带IP城域网层次构造如下:
网络分为城域骨干层MSR〔MunicipaiSwitchRouter〕、区域交换路由器LSR〔LocalSwitchRouter〕、园区会聚接入层ZMA〔ZoneMergingAccessNetwork〕、楼宇接入层BAN〔BuildingAccessNetwork〕。
目前国内电信企业构建可运营、可管理的IP城域网已经有了可资借鉴的成功模式,其中华为技术XX与蛇口通信合作建立的蛇口信息港宽带IP城域网工程已经在蛇口招商海月花园投入使用,实现了千兆到小区、百兆到大楼、十兆到桌面的建立思路,为国内电信企业建立可运营的宽带IP网络提供了珍贵经历。
该网络的园区会聚设备ZMA采用华为公司的MA5200,可实现小区用户的管理、带宽管理及提供用户计费、认证的根底信息,每个用户可分配一个VLANID,彻底解决以太网所固有的用户信息平安与用户隔离问题。
楼宇接入设备选用华为公司Quidway2403F,上行通过100M光口与ZMA相连,下行提供24个10Base-T直接到户,网络的区域会聚路由设备选用三层交换机,以GE口连接各小区ZMA设备,并通过GE口与XXIP骨干网相连,组成全IP的城域宽带网络,目前已开通高速上网及VOD交互视频业务。
宽带接入与骨干网络技术不断创新、日新月异,网络建立与运营模式也处在不断变化之中,电信设备制造商需要不断开发新技术、跟上技术进步的步伐,适应快速变化的市场需求,电信运营企业也需要不断满足用户提出的新的需求,这需要设备厂商与运营企业一起快速响应用户的需求。
电信设备制造商也不能一味地迎合运营企业的要求,还必须与运营企业一起在技术、本钱、运营效益之间进展取舍,形成一种严密的协作关系,共同构筑可运营、可管理及综合性价比优越的“价值网络〞。
(二)HONET接入网根本原理
1、系统构造
如下图,HONET系统分为光纤线路终端OLT〔局端〕,光纤网络单元ONU〔远端〕,接入网网管系统三大局部。
OLT以假设干个E1接口与交换机相连,一般为8—16个,使用V5.2协议。
OLT也可以E1接口与DDN网相连,以中继方式接入DDN网。
OLT以串口或网口方式连接到网管系统,网管上有数管台,维护台,告警台,测量台等,可以对接入网系统进展数据修改、单板维护操作、V5协议跟踪、告警监控、内外线测量等。
OLT与ONU,ONU与ONU之间通过光传输系统相连,光传输系统可以是PDH或SDH。
OLT与假设干个ONU可以组成星型、链型、环型等不同的拓扑构造。
目前以星型和链型的组合为主。
ONU有小容量的ONU512A和大容量的ONU1000A等型号。
ONU直接出双绞线连接用户家中的机,提供普通的PSTN话音业务。
ONU也可以出ISDN2B+D/30B+D接口、V.24/V.35的64Kb/S接口或子速率接口为用户提供数据业务。
另外,根据用户的需求和业务开展的需要,HONET系统还可以提供2M租用线业务和有线电视CATV图象业务。
2、各局部组成及原理
2.1局端设备OLT
OLT是接入网的光纤线路终端,是接入网中与交换机连接的局端设备。
物理上OLT与交换机通过E1接口相连,使用V5.2协议。
它经过光纤网络与用户侧的ONU通信。
同时管理来自ONU的信令和监控信息,为ONU和本身提供维护和控制功能。
现有的OLT主要有以下三种根本单元组合而成:
业务接口与协议处理单元SIPP框、PDH光传输单元OSU框、BAM管理模块。
OLT的构造示意图如下
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