CN100499879C - 减少延迟的方法和用户终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个方法，该方法通过预测延迟敏感数据将要被发射，响应于该预测从终端向基站子系统(BSS)发送一个连接建立信号(50、51、52、53、54)以便建立一个早期上行链路无线电连接，并且经由该早期上行链路连接发射该延迟敏感数据，从而在无线电信系统的延迟敏感服务中减少来自于用户终端(UT)的上行链路信息的建立延迟。此外还提供了一个用户终端(UT)和一个无线电信系统(1)。

Description

减少延迟的方法和用户终端
技术领域
本发明涉及一个在无线电信系统中减少用户在延迟敏感服务中所经历延迟的方法，延迟敏感服务比如是蜂窝系统的即按即说(PoC)服务。
背景技术
当前，一个用于被称为蜂窝系统的即按即说(PoC)或蜂窝系统的即时通话的开放标准被开发出来，这类服务将被应用在诸如GSM、EDGE、UMTS和CDMA系统之类的蜂窝电信系统中的终端上。在说明书的结尾提供了一个简写表。
蜂窝系统的即按即说(PoC)基本上是蜂窝电信系统中的＂步话机＂服务。具有PoC功能的终端很可能配备有一个PoC按钮。这个PoC按钮可以是一个指定的硬件按钮(标准小键盘中存在的一个按钮)或一个软件控制的按钮，例如定义在触摸屏上一个按钮、等等。当这个按钮被按下时，终端立即把你连接到一个朋友，一个家庭成员或你选择的一群人而不需要选择号码。尽管在后期发展中也可用全双工，然而PoC服务如＂步话机＂一样是半双工的。具有低的建立延迟很重要，因为这可以让用户在按下按钮之后立即开始讲话。
图1示出了常规电信网络1中建立PoC服务结构的例子，其中包括一个管理PoC服务的PoC服务器2。PoC服务器2位于与大量核心网络(CN)4相连的服务网络3，每个核心网络都包括一个GPRS服务支持节点5(SGSN)和一个网关GPRS支持节点6(GGSN)。至少一个依次包括至少一个基站子系统8(BSS)的无线接入网络7(RAN)与每个核心网络相连，RAN经由适当的无线电信协议与大量的用户终端(UT1-UTS)通信。如上所述，PoC服务允许用一个简单的方法从一个用户终端向一个或多个其它的终端发消息。
图2示出了建立PoC服务结构的一个更详细的图解。不同的箭头指出在服务中被发送的不同类型的消息。PoC服务包括一个管理媒体传送的PoC服务器2、一个管理群/联系处理的群/列表管理服务器9、一个存在服务器10、以及一个管理与用户终端UT信令的会话控制的IP多媒体子系统核心11(IMS)。
IMS是一个支持基于IP的多媒体服务的系统，包括一个归属用户服务器(HSS)以及至少一个呼叫会话控制功能(CSCF)。HSS保留用于CS(电路交换)域、PS(分组交换)域以及IP多媒体子系统的用户配置文件。CSCF依次向IP多媒体提供基本的会话处理。具有三个功能作用-一个＂服务CSCF＂(S-CSCF)、一个＂询问CSCF＂(I-CSCF)、和一个＂代理CSCF＂(P-CSCF)。P-CSCF是移动站的第一接触点。它代理朝向用户的归属网络的SIP消息。P-CSCF可以执行数量国际化，还可以在与处理IP多媒体的承载业务有关的GGSN中执行策略。I-CSCF是归属网络的入口点。其它的网络将使用一个域名服务器(DNS)把信息路由到归属网络，归属网络将把SIP信令指引到I-CSCF。I-CSCF联系HSS，以获得S-CSCF的地址并向S-CSCF转发SIP信息。S-CSCF是SIP代理，提供对向终端用户提供服务的运营商的访问。
图3示出了用户1和用户2之间的PoC通信(早期媒体建立)的一个例子，其中，用户1是始发方。图中的每个箭头都指出一个信息及其方向。如上所述，BSS8是一个基站子系统而CN4是一个核心网络。为清楚起见，图3中的电信网络已经被分成两个部分，分别是始发端和终接端；然而终接端上的BSS8和CN4可能与始发端上的BSS8和CN4相同。UT1是用户1的终端而UT2是用户2的终端。在整个应用中，与PoC服务有关的动作用粗体参考数字来标记。PoC服务在动作步骤20被启动，即用户1在其PoC联系表中选择一个或多个通信方或接收者。用户1在其后的处理步骤21中按下PoC按钮，并且终端UT1经由BSS和CN向PoC服务器2发送一个PoC(floor)请求信号22。如果PoC服务可用(floor空闲)，即没有一个接收者已经启动一个PoC信息，则PoC服务器向UT1发送一个PoC响应信号23，其指出UT1可能向选择的接收者(在这种情况下是用户2)发送一个PoC信息。在动作步骤24，UT1向用户1报警，以告知可以开始传输而且他/她可以开始交谈。消息25被语音编码并被分组成用户数据分组(Ud分组)26，其被发送给PoC服务器，以分配到被选择的接收者。
在终接端上，UT2首先接收一个指出来自于用户1的PoC信息28的PoC请求27。用户2通过按下一个接受按钮29等动作来接受该PoC信息，这类动作触发一个来自于UT2的PoC接受消息30。响应于该PoC接受消息30，PoC服务器转发来自于用户1的PoC消息26。当用户2已经接收到消息31、32时，他/她可以选择对该消息做出响应33。几乎与通信第一次被用户1启动的时候一样，来自于用户2的响应通过按下UT2上的PoC按钮33被启动，籍此PoC请求34被发送给PoC服务器。当PoC服务器接收PoC请求时，检测是否会话(floor)有空闲，即在同一PoC群中没有人已经递交一个PoC请求。显然，在只涉及两个用户的目前情况下，接收一个肯定的PoC响应35不会有任何问题，但是在具有多个用户的PoC群的情况下，用户可能必须在他/她接收一个肯定的PoC响应35之前，发送几个PoC请求34，并且可能向该群中的其它用户发送一个回答消息37。图3中的剩余步骤38到44用与上述相同的方法来执行。
在一个被称为＂迟媒体＂的替换PoC通信建立中，步骤27到30被执行在步骤22和23之间。在这个建立中，用户2在用户1被允许递交其消息之前被定位和警告。
由于这个事实：服务是延迟敏感，服务在一个非实时系统上运行，而且信令数量很重要，所以系统延迟变成了一个很紧要的问题。当这类服务中不同类型的延迟累计在一起的时候，最小化所有的延迟源，以便使察觉到的总延迟尽可能低变得极其重要。甚至减少约为100ms的延迟也变得很重要。
这些延迟时间的原因来源于在用户终端和基站子系统(BSS)之间建立无线电连接，反之亦然。在可以在移动通信系统中通过空中接口发射任何数据之前，状态必须被建立在用户终端和基站中，并且因此需要建立被呼叫的无线承载。例如在GSM/GPRS系统中，必须在用户终端和BSS之间建立一个被称为临时块流(TBF)的无线电连接，以便于交换数据。TBF例如包括时隙分配。在用户终端到BSS方向中的TBF被称为上行链路TBF(UL TBF)，而在BSS到用户终端的相反方向中的TBF被称为下行链路TBF(DL TBF)。
现在存在延迟TBF拆卸的装置，其通常当位于终端或BSS的发送缓冲器中没有数据时被拆卸，因此被称为TBF延长。DL TBF的延长被称为DLTBF的延迟释放，而UL TBF的延长被称为扩展的UL TBF模式。这个延长减少了当在发送缓冲器被腾空之后不久被放入新数据时，建立新的无线电连接的延迟时间。
此外，还存在一个称作DL TBF的早期建立的特征。当趋近UL TBF的结束时，即使BSS的发送缓冲器中没有数据，BSS也将建立一个DL TBF并将暂时延长这个TBF。因此当新的数据从一个核心网络抵达时，TBF在位并且避免了由于建立无线电连接引起的延迟。
发明内容
显然，需要一个改进的方法、用户终端和无线电信系统，它们被安排以用于在无线电信系统中最小化用户在延迟敏感服务中经历的延迟，无线电信系统运行在主要用于非延迟敏感业务的信道上。特别地，在这样一个改进方法、用户终端和无线电信系统在PoC服务中被需要，PoC服务运行在非专用于PoC业务的信道上。
本发明的目的是提供一个方法、用户终端和无线电信系统，其克服了先有技术的缺点。
本发明提供了在无线电信系统的即按即说(PoC)服务中减少来自于用户终端的上行链路消息延迟的方法，特征在于：
预测即按即说数据将被发射，
响应于该预测，从终端向基站子系统发送一个连接建立信号，以便建立一个早期上行链路无线电连接，和
通过该早期上行链路连接发射即按即说数据。
本发明还提供了无线电信系统中即按即说模块的用户终端，其特征在于：PoC模块包括一个建立延迟减少功能模块，其被安排来预测延迟敏感PoC数据将从用户终端被发射，响应于该预测触发一个从用户终端到基站子系统的连接建立信号传输，以便建立一个早期上行链路无线电连接。
广义地，通过减少用于建立从用户终端到基站子系统的上行链路无线电通信的建立延迟，通过预测延迟敏感PoC数据将被发射，响应于该预测从终端向基站子系统发送一个连接建立信令，以建立一个早期上行链路无线电连接，和经由该早期上行链路连接发射延迟敏感PoC数据来解决这个问题。
本发明给予的一个优点是，用户在PoC服务期间经历的建立延迟被明显地减少。
本发明给予的另一个优点是，它仅仅涉及用户终端的功能性，凭此这类用户终端可以在现有的PoC服务中被使用而不用对服务进行任何特殊的调整。
又一个优点是本发明以很低的成本来实现减少延迟，在用户终端的配置上和无线电信网上的额外负载上。
本发明的实施例在从属的权利要求中被定义。本发明的其它目的、优点和非常规设计将结合附图从下列发明的详细说明中变得明显。
附图说明
上面列出的本发明的特征和优点在详细说明中结合附图被更充分地描述，其中，附图中类似的附图标记参考类似的元件或步骤。
图1示出了一个常规电信网络中的PoC服务结构的例子。
图2示出了一个PoC服务的更详细的结构。
图3示出了一个PoC通信的例子。
图4示出了一个根据本发明的用于始发用户的PoC通信的例子。
图5示出了一个根据本发明的用于终接用户的PoC通信的例子。
图6示意地示出了一个根据本发明的用户终端。
具体实施方式
本发明的实施例现在将参考附图来描述。
如上所述地存在一个极大的风险，即PoC服务的用户可能在PoC会话期间经历一个延迟。如上所述，上行链路无线电连接的建立是一个非即时的处理，因此意味着在PoC服务中有延迟。通过在发射用户延迟敏感信息之前建立一个早期上行链路无线电连接，本发明显著地减少这个延迟。通过预测延迟敏感PoC数据将被发射，并从终端向基站子系统(BSS)发送一个连接建立信号，连接建立信号被选择，以便最小化电信系统上的负载，从而建立了这样一个早期上行链路无线电信道。这类连接建立信号的例子被给出如下。
一般而言，每当一个早期上行链路无线电连接被建立的时候，都有可能预测一个上行链路无线电连接的需要。在某些情况下，建立一个早期UL无线电连接的需要是基于具体情况的概率计算。
图4和5示出了这种情况的例子，即通过发射连接建立信号，以便减少图3中所示的PoC服务类型中的延迟，从而有可能地预测上行链路无线电连接的需要。
图4示出了图3中的始发用户的PoC服务方案(步骤20到26)，其中，两个连接建立信号50和51已经被添加，以用于在方案中的适当点来建立一个早期上行链路(UL)无线电连接。为了最小化用户1的延迟，当用户做出第一动作20向另一个或一群用户发送PoC消息时，一个连接建立信号50从UT1被发送到BSS，即通过这个动作有可能地预测用户1大概将启动一个PoC消息。这个第一动作可能是用户1开放其PoC联系表，或者必须被执行来启动一个诸如在终端接口中进入PoC菜单之类的新的PoC通信任何其它动作，和在PoC按钮被按下21之前发生的动作。通过连接建立信号50建立的UL无线电连接其后被用于PoC请求22，其然后可以立即被发射而没有平常的建立延迟。当PoC请求22被发送时，UL无线电连接可能被终止。
其后，当UT1接收一个PoC响应23时，一个第二连接建立信号51从UT1被发射到BSS。PoC响应23触发UT1，以便向用户1指出UT1准备好接收用户数据(Ud)25，例如语音。因此，PoC响应23的接收产生一个用户数据25即刻将被发射的预测，第二连接建立信号51籍此被发射，来建立早期上行链路无线电连接。然后，用户数据通过由连接建立信号51建立的无线电连接，以用户数据分组26的形式被发射到所选择的(一个或多个)终接用户，从而避免了常规的建立延迟。当最后一个用户数据分组已经被发送时，无线电连接可以用常规的方法来终止，因为直到一个或多个终接用户答复为止，预期不再有任何的PoC信号。
图5示出了用于图3中的终接用户2的一个对应的PoC服务方案(步骤27到38)，其中，三个连接建立信号52、53和54已经被添加，以用于在方案中的适当点来建立一个早期上行链路(UL)无线电连接。在步骤27中，UT2从PoC服务器接收一个PoC请求，指出例如用户1已经向用户2发送(或正在发送)一个PoC消息，并且UT2例如通过一个音频信号向用户2指出这个情况。在正常情况中，用户2非常可能将对PoC消息的指示28做出响应，UT2自动地向BSS发射一个连接建立信号52，以便建立一个早期上行链路(UL)无线电连接，其然后被用来发送由用户响应29触发的预期的PoC响应30。从而，建立UL无线电连接以便发送PoC响应30的常规延迟被避免。在用户2决定不对指示28做出响应的情况下，UL无线电连接将在预定时间限制之后被终止。
在步骤31中，UT2从用户1接收具有PoC消息的用户数据分组，并且该消息在步骤32中被递送给用户2。为了能够发送作为用户响应33的本质上无延迟的PoC请求34，UT2通过在用户数据分组31接收结束的时候发射连接建立信号53来建立一个UL无线电连接。在所接收的PoC消息31结束时建立早期UL无线电连接的动作是基于预测大多数用户将对接收到的PoC消息做出响应，而且响应将在接收消息结束时即刻(或立即)被做出。在用户2决定不对PoC消息32做出响应的情况下，UL无线电连接将在预定时间限制已经过去的时候被终止。为了检测所接收的PoC消息UT2的结束，UT2配备有一个适当的结束估计功能，它能够估计用户数据分组消息31的结束。结束估计可以用几种方法来触发，比如通过接收消息31中的终止分组，在PoC语音消息的接收期间在终端中的语音编码功能的状态，或结束估计计时器的期满。
在一个替换实施例中，发送连接建立信号53的决定通过UT2中的估计功能来预测。估计功能在每个具体情况中估计用户将发送对接收到的PoC消息的答复的概率。为了这样做，估计功能寄存用户2的响应特性(概率)。该响应概率可能取决于诸如以下参数：始发用户、群消息中用户的数量(答复概率通常随着用户数量的增加而减少)、时间、UT中的其它设定、位置(答复概率当用户正在工作时可能较低、而当其在家时较高)、用户活动因子(UT中的一个功能，其寄存用户在PoC谈话期间的用户活动性)、等等。
图5中的连接建立信号54对应于图4中的连接建立信号51，因此它不再被详细地论述。
本发明为始发用户和终接用户减少了所经历的PoC服务延迟，这当PoC谈话被建立和正在运行时尤其真实。受益最大的适用方案是个人的PoC谈话和PoC聊天群。
可实现的延迟减少从100ms到400ms或者更多。这些数字可能显得很低，但是在一个谈话期间，这个量级的延迟减少无疑是显著的。
图6示意地示出了一个用户终端UT，包括一个PoC功能模块60、一个收发信机61和一个用户接口62。PoC功能模块60包括一个PoC联系表64，并且被安排来处理运行在非专用信道上的无线电信系统中的PoC相关的功能。为了根据上述的(一个或多个)方法来实现减少的延迟时间，PoC功能模块60还包括一个＂建立延迟减少功能模块＂63。这个延迟减少功能63被安排来预测延迟敏感PoC数据将从用户终端UT被发射，并且响应于该预测来触发从用户终端向基站子系统(BSS)的一个连接建立信号(50、51、52、53、54)的传输，以便建立一个早期上行链路无线电连接。
在GSM/GPRS电信系统中，UL TBF的建立通过在无线层把应用数据放置在发送缓冲器中来触发，即所谓的GPRS发送缓冲器。与DL TBF的早期建立相反，终端如果没有应用数据就不能在上行链路中建立连接。为了触发早期上行链路TBF的建立而需要一个连接建立信号(IP-分组)。
在下面的例子中，两个用于在GSM/GPRS系统中触发早期上行链路TBF建立的解决方案被描述。
例子1：应用控制消息(分组)
终端中的PoC客户端在DL中接收RTF媒体，图5中的31。当通过发现RTF报头的x位被设置，通过交谈突发计时器的期满，或通过接收到交谈突发消息的明确结束，而PoC客户端中的估计功能断定交谈突发结束时，它以RTCP源描述(SDES)消息或/和接收者报告(RR)消息或混合RTCP消息的形式发送一个连接建立信号53。RTCP-SDES消息包括所谓的SDES项，其描述了数据源，例如名称：源的真实名称例如＂AndersAndersson＂。另一项是电子邮件：电子邮件地址SDES项，例如＂John.doe@nowhere.nu＂。RTCP消息然后触发UL TBF的建立。RTCP消息将耗费不超过5％的可用会话带宽，然而在早期UL TBF建立时使用RTCP的增益使得放松这个需要变得合理。此外，信令通常使用诸如交互类别承载之类的优先权较低的无线承载，然而被用于为RTF媒体建立的早期UL TBF的RTCP消息要求TBF被建立涉及RTF媒体将使用的无线电连接，以便将RTCP消息用作用于RTF媒体的一个早期UL TBF建立消息。如果用户在合理(可配置)的时间周期(UL TBF延长计时器周期)内做出响应，则用于RTPIP分组的无线电连接已经是可用的。PoC服务中这个机理的使用很有效，因为RTCP消息不是仅仅由PoC服务器来转发，而是服务器将替代地检查被接收的数据并决定该信息是否应该被转发给对应的PoC群的成员。从而，其它群成员的下行链路中的无线资源不会被浪费。此外，RTCP消息将很可能触发对应RTP媒体的TBF特征，然而互联网控制消息协议(ICMP)消息可用于触发一个早期UL TBF建立，以用于SIP信令的TBF特征。当终端PoC客户端接收一个SIP消息时，这触发一个ICMP消息，同时PoC客户端中处理的SIP消息在无线层被传递到发送缓冲器。当该处理被完成并且SIP消息被传递到发送缓冲器时，UL TBF已经存在。为了避免这个ICMP消息的接收者中的混乱，ICMP响应回答消息应该被使用。当没有ICMP消息被发送时，除非它是一个ICMP响应消息，否则这将不会导致接收者中的混乱。响应回答消息的接收者可能是PoC服务器或任何其它在终端PoC服务器的路径中已知的主机。响应回答消息的数据字段应该为空以便不浪费无线资源。
例子2：应用媒体消息(分组)
终端中的PoC客户端在DL中接收RTF媒体，图5中31。当通过发现RTP报头的x位被设置，通过交谈突发计时器的结束期满，或通过接收到交谈突发消息的明确结束，而PoC客户端断定交谈突发已经到达结束时，它发送一个RTP分组53，其中，上下文字段的RTP有效负荷列表指出这个RTP分组是一个非数据分组，即FT＝15。为了不浪费其它群成员的下行链路中保贵的无线资源，PoC服务器将在这个RTP分组不是当前交谈突发的一部分的情况下丢弃这些RTP分组。这个实施例要求对RTP消息做出一些扫描，至少扫描不是当前的交谈突发一部分(不在m位组到x位组之间/或交谈突发信号的其它结束)的RTP消息。
尽管这些例子意在PoC用户决定响应之前被使用，通过按下PoC按钮或通过类似的指出响应意愿的装置。然而，它们也可以在任何用户经历的延迟敏感应用数据在无线层被放置到发送缓冲器中之前被使用，但是在已经接收到某种响应指示之后。
此外，尽管这些解决方案相对于PoC服务被描述，然而它们应该被视作可应用于其它延迟敏感服务及其它服务的特征。在那种情况下，一般方法将被定义为一个在无线电信系统中减少延迟敏感服务中的建立延迟的方法，包括：预测延迟敏感数据将被发射，响应于该预测从终端向基站子系统(BSS)发送一个连接建立信号，以建立一个早期上行链路无线电连接，并经由该早期上行链路连接发射该延迟敏感数据。
尽管在这个公开中被作为连接建立信号转发的是RTCP、RTF和ICMP具体的消息，然而其它类似的连接建立信号也可以被用于其它不同的应用和服务。例如，＂傀儡＂IP分组可以代替RTCP消息被使用，然而这不是建议＂傀儡＂IP分组可以让其它的IP网络控制消息浪费本就缺乏的无线资源。
简写表：
PoC          蜂窝系统的即按即说
IToC         蜂窝系统的即时交谈
GSM          全球数字移动电话系统
EDGE         增强数据速率的GSM演进
UMTS         通用移动电信系统
CDMA         码分多址
CN           核心网络
SGSN         GPRS服务支持节点
GGSN         GPRS网关支持节点
RAN          无线接入网络
BSS          基站子系统
UT1-UTS      用户终端
IMSIP        多媒体子系统核心
HSS          归属用户服务器
CSCF         呼叫会话控制功能
CS           电路交换
PS           分组交换
S-CSCF       服务CSCF
I-CSCF       询问CSCF
P-CSCF       代理CSCF
TBF          临时块流
UL TBF       上行链路TBF
DL TBF       下行链路TBF
RTF          实时传输协议
RTCP         实时控制协议
SDES         RTCP源描述
RR           接收者报告
ICMP         互联网控制消息协议
SEP          会话初始协议

Claims (15)

1.在无线电信系统的即按即说(PoC)服务中减少来自于用户终端(UT)的上行链路消息延迟的方法，特征在于：
预测即按即说(PoC)数据将被发射，
响应于该预测，从终端向基站子系统(BSS)发送一个连接建立信号(50、51、52、53、54)，以便建立一个早期上行链路无线电连接，和
通过该早期上行链路连接发射即按即说(PoC)数据。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：预测步骤包括识别出用户做出第一动作，向另一个或另一群用户发送一个PoC消息。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于：第一动作涉及在一个PoC联系表中选择接收者(20)。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：预测步骤包括，识别PoC响应信号(23)的接收，允许用户发射一个PoC消息(25、37)。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于：预测步骤包括，识别PoC请求信号(27、39)的接收，其指出PoC消息(31、43)被发给终端。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于：预测步骤包括估计接收到的PoC消息(31、43)的结束。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于：预测步骤包括，在每个具体的情况中估计用户将回答一个接收到的PoC消息(31、43)的概率，答复概率的估计是基于从以下群中选择的参数：始发用户，群发消息中的用户数量，时间，UT中的其它设定，位置，用户活动因子。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于：连接建立信号(50、51、52、53、54)是一个让电信系统上的负载最小的信号。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于：GSM电信系统中的连接建立信号(50、51、52、53、54)是一个RTCP消息。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于：GSM电信系统中的连接建立信号(50、51、52、53、54)是一个RTP分组。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于：上下文字段的RTP净荷列表指出RTP分组是一个非数据分组。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于：GSM电信系统中的连接建立信号(50、51、52、53、54)是一个ICMP分组。
13.无线电信系统(1)中即按即说(PoC)模块(60)的用户终端(UT)，其特征在于：PoC模块(60)包括一个建立延迟减少功能模块(63)，其被安排来预测延迟敏感PoC数据将从用户终端(UT)被发射，响应于该预测触发一个从用户终端到基站子系统(BSS)(8)的连接建立信号(50、51、52、53、54)传输，以便建立一个早期上行链路无线电连接。
14.根据权利要求13的用户终端，其特征在于：建立延迟减少功能模块被安排来预测数据将根据权利要求1到6中任意一个的方法从用户终端被发射。
15.根据权利要求13或14的用户终端，其特征在于：连接建立信号(50、51、52、53、54)是一个根据权利要求7到10中任意一个的信号。
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