CN1874346A - Sip多媒体系统中用户面互通方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及SIP多媒体系统，公开了一种SIP多媒体系统中用户面互通方法，使得不同IP版本的终端通过IP网络互通时会话时延降低。本发明中，在IP网络支持信令面互通情况下，主叫侧网络不对终端的呼叫接续做IP地址版本类型转换，在被叫侧网络的代理服务器根据主、被叫终端的IP地址进行IP版本判断，只有在IP版本不同时，才由ALG通过TrGW进行地址转换，实现用户面互通。

Description

SIP多媒体系统中用户面互通方法

技术领域

本发明涉及SIP多媒体系统，特别涉及多种不同IP版本的终端在SIP多媒体系统上的互通方法。

背景技术

会话发起协议(Session Initation Protocol，简称“SIP”)是因特网工程任务组(IETF)于1999年3月发布的一种VoIP的标准。SIP将电话作为因特网(Internet)的一个重要应用，具有独特的用户寻址与定位的功能。近来SIP的实际作用已远远超出了VoIP的应用。SIP是电话信令的协议，用于发起会话，能控制多个参与者参加的多媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性：如会话带宽要求、传输媒体类型(语音、视频、数据等)、媒体的编解码格式、对多播和单播的支持等等。因此，SIP有利于与因特网结合开发多种应用的增值服务。

SIP协议已经在广泛应用于多媒体会话的建立。例如网际协议多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem，简称“IMS”)、下一代网络(Next GenerationNetwork，简称“NGN”)、SIP网络等。

IMS是第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，简称“3GPP”)R5/R6标准定义的WCDMA网络中的一个系统，是3G移动网实现分组话音和分组数据，提供统一的多媒体业务和应用的目标网络。

IMS由呼叫状态控制功能(Call Session Control Function，简称“CSCF”)、媒体网关控制功能(Media Gateway Control Function，简称“MGCF”)、媒体资源功能(Multimedia Resource Function，简称“MRF”)和归属签约用户服务器(Home Subscriber Server，简称“HSS”)等功能实体组成。CSCF又可以分成服务CSCF(Serving CSCF，简称“S-CSCF”)、代理CSCF(ProxyCSCF，简称“P-CSCF”)和查询CSCF(Interrogating CSCF，简称“I-CSCF”)三个逻辑实体。其中，S-CSCF是IMS的业务交换中心，执行会话控制、维持会话状态、负责管理用户信息、产生计费信息等；P-CSCF是终端用户接入IMS的接入点，完成用户注册、负责QoS控制和安全管理等；I-CSCF负责IMS域之间的互通，管理S-CSCF的分配、对外隐藏网络拓扑和配置、产生计费数据等。MGCF控制网关，实现IMS网络和其它网络的互通，MRF提供媒体资源，如收放音、编解码和多媒体会议桥。HSS是用户数据库，存储IMS用户的签约数据和配置信息等。

为了实现业务管理、会话控制及承载接入的三者分离，IMS采用IP分组域作为其控制信令和媒体传输的承载通道，采用会话初始化协议(SessionInitation Protocol，简称“SIP”)作为呼叫控制信令。SIP协议是由互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force，简称“IETF”)提出的IP电话信令协议。正如其名字所隐含的，SIP用于发起会话，它能控制多个参与者参加的多媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，如会话带宽要求、传输的媒体类型(语音、视频和文本等)、媒体的编解码格式、对组播和单播的支持等。

3GPP在制定IMS相关规范时，考虑到网间互联协议第4版(InternetProtocol version 4，简称“IPv4”)存在地址空间即将耗尽、路由表爆炸等问题，而IMS的广泛应用要求大量可用的IP地址，在实现多种媒体类型融合的下一代网络中对网络的安全、质量和移动性都提出了更高的要求，因此，对移动网络功能实体而言，IMS的所有功能实体，包括用户设备(UserEquipment，简称“UE”)、CSCF、MGCF、MRF和应用服务器(ApplicationServer，简称“AS”)都必须支持网间互联协议第6版(Internet Protocol version6，简称“IPv6”)，通用分组无线业务网关支持节点(GPRS Gateway SupportNode，简称“GGSN”)与IMS有接口，也必须支持IPv6，为支持动态地址解析，GGSN还需支持IPv6的动态主机配置协议(Dynamic Host ConfigurationProtocol，简称“DHCP”)。但是随着市场的变化和技术的发展，IPv6规模商用并没有达到原来预计的速度，同时缺乏所有基于IPv6产品的支持将使基于IPv6的IMS应用不能普及，移动运营商为了通过给3G用户提供更丰富的多媒体业务，促进IMS的尽快商用，来吸引更多的用户，促进3G网络的发展，向3GPP提出建议，考虑在IMS的实现中支持IPv4来满足早期商用的需求。因此，在3GPP R5的标准中，IMS网络侧采用IPv6版本，而在3GPP R6的标准中，IMS网络侧采用IPv4版本。所以，在IPv4和IPv6共存的一段时间内，IMS的实际组网需要考虑支持IPv4到IPv6的互通。

IPv6和IPv4的互通技术在目前已经基本成熟，主要的类型有三种：网络设备和终端中的双栈技术、网络中的隧道技术、以及消息翻译技术。其中双栈和隧道是主要手段，只有在设备之间没有相同的IP协议版本时，才会使用到消息翻译。因此，在IMS网络部署初期，IMS网络实体一般都支持IP双栈。

目前，在IMS网络中的UE发起会话时的互通方案如图1所示。由于UE(B)侧的网络中各IMS网络实体与UE(A)侧的相同，因此在图中省略。

图1中，IMS应用级网关(IMS Application Level Gateway，简称“IMS-ALG”)指的是IMS网络中的ALG功能实体，TrGW指的是转换网关(Translation Gateway，简称“TrGW”)。当UE(A)侧的S-CSCF接收到会话发起方UE(A)发出的呼叫时，先通过域名服务系统(DOMAINNAME SYSTEM，简称“DNS”)判断UE(A)支持的IP版本是否与目的网络，也就是UE(B)侧网络的IP版本一致，如果不一致，则通过和IMS-ALG以及TrGW的交互，替换SIP消息中UE(A)支持的IP版本相关的信息，然后使用UE(B)侧网络的IP版本和UE(B)继续会话协商过程，建立媒体传输路径。如果UE(B)侧网络的IP版本和UE(B)的IP版本不一致，那么，UE(B)侧的S-CSCF仍需通过和IMS-ALG以及TrGW的交互，使用UE(B)的IP版本和UE(B)继续会话协商过程，建立媒体传输路径。

以上所述的技术细节可参见文献3GPP TS23.228《IP MultimediaSubsystem》(中文名可译为：《IP多媒体子系统》)以及3GPP TR23.981《Interworking aspects and migration scenarios for IPv4 based》(中文名可译为《基于Ipv4的互通和迁移概要》)。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：在主、被叫的信令接续过程中，可能需要进行多次的地址转换，从而降低了服务质量，并且延长了用户面互通的时延。

造成这种情况的主要原因在于，如果IMS网络实体之间的IP类型发生变化，就需要进行IP版本转换。因此，无论主、被叫的终端是由于不同的接入网而引入不同IP版本类型，还是使用同一IP版本类型，在主、被叫侧的归属网络都可能插入IMS-ALG和TrGW进行IP地址转换。比如说，主、被叫的终端使用的IP版本类型都是IPv4，主叫侧网络的IP版本类型为IPv4，被叫侧网络的IP版本类型为IPv6。当主叫侧网络的S-CSCF接收到主叫用户发出的呼叫后，由于被叫侧网络的IP版本类型为IPv6，因此需要通过和IMS-ALG以及TrGW的交互，将IPv4的版本转换为IPv6的版本，再发送给被叫侧网络的S-CSCF。由于被叫终端的IP版本类型为IPv4，所以，被叫侧网络的S-CSCF仍需通过和IMS-ALG以及TrGW的交互，将IPv6的版本再次转换为IPv4的版本，然后实现用户面的互通。由于IMS网络实体之间的IP版本互通具有特殊性，如果IMS网络实体之间的IP版本类型发生变化，就需进行媒体流的IP版本转换，从而增加了媒体的传输时延，因此，多次的地址转换会降低服务质量，并且延长用户面互通的时延。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种SIP多媒体系统中用户面互通方法，使得不同IP版本的终端通过IP网络互通时会话时延降低。

为实现上述目的，本发明提供了一种SIP多媒体系统中用户面互通方法，包含以下步骤：

A主叫终端发起呼叫，主叫侧网络将该呼叫接续至被叫侧网络，接续过程中保持该呼叫原有的IP地址版本；

B被叫侧网络中的网络设备根据主、被叫终端的IP地址判断IP地址版本是否相同，如果是，则主、被叫终端直接实现用户面互通，否则进入步骤C；

C所述网络设备将呼叫接续到应用级网关，由该应用级网关控制转换网关进行主、被叫用户面IP地址版本类型转换，实现主、被叫用户面互通。

其中，所述步骤A包含以下子步骤，

所述主叫终端发起呼叫，并在呼叫请求消息中携带该主叫终端的IP地址；

经过主叫侧网络的网络设备，将所述呼叫请求消息接续到所述被叫侧网络，接续过程中保持该呼叫请求消息原有的IP版本。

此外在所述方法中，所述步骤B包含以下子步骤，

所述被叫侧网络中的网络设备在接收所述呼叫请求消息后，根据该呼叫请求消息携带的所述主叫终端IP地址和所述被叫终端在归属域注册的IP地址，比较判断主、被叫终端的IP版本是否相同，

如果主、被叫终端的IP版本相同，则所述网络设备按照正常处理方法路由所述呼叫请求消息到被叫终端，建立链路实现主、被叫的用户面互通；

如果主、被叫终端的IP版本不同，则进入所述步骤C。

此外在所述方法中，所述步骤C包含以下子步骤，

当所述主、被叫终端的IP版本不同时，所述被叫侧网络的网络设备将所述呼叫请求消息接续到所述应用级网关，由其转发呼叫请求消息；

所述应用级网关控制所述转换网关进行主、被叫用户面地址转换，并将转换后的地址信息加入所述呼叫请求消息，然后转发呼叫请求消息；

信令接续完成后，所述主、被叫终端之间通过所述转换网关进行地址转换，实现用户面的互通。

此外在所述方法中，所述步骤B中，所述被叫侧网络的网络设备通过解析所述被叫终端域名获知其IP版本信息，并据此进行IP版本的对比判断。

此外在所述方法中，所述步骤C中，当所述主、被叫终端进行用户面互通时，所述转换网关接收所述主叫终端的用户数据并在转换IP地址后转发给所述被叫终端，同时接收所述被叫终端的用户数据并在转换IP地址后转发给所述主叫终端。

此外在所述方法中，所述呼叫请求消息为SIP协议的会话请求消息；

所述主叫终端的地址信息由所述会话请求消息的以下任意一个域携带：

“Contact”域或“via”域。

此外在所述方法中，所述步骤C中：

所述被叫侧网络的网络设备通过在所述会话请求消息的“Route”域中插入所述应用级网关地址，将所述会话请求消息转发到所述应用级网关；

所述应用级网关修改所述会话请求消息中会话描述协议域的媒体流IP地址之后，再转发请求消息。

此外在所述方法中，所述SIP多媒体系统是以下之一：

网际协议多媒体子系统、或下一代网络。

此外在所述方法中，所述网络设备是以下之一：

SIP代理服务器、应用服务器、服务呼叫会话控制功能、以及代理呼叫会话控制功能。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，在IP网络支持信令面互通情况下，主叫侧网络不对终端的呼叫接续做IP地址版本类型转换，在被叫侧网络的代理服务器根据主、被叫终端的IP地址进行IP版本判断，只有在IP版本不同时，才由ALG通过TrGW进行地址转换，实现用户面互通。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即因为仅在被叫侧网络进行IP地址类型转换，所以降低了ALG/TrGW的地址转换面的使用次数，尽可能地缩短了不同IP版本终端之间的用户面互通时延，提高了通信效率，改善了用户体验，促进了下一代IP业务的发展。

附图说明

图1是根据现有技术的IMS网络中UE发起会话时的互通流程示意图；

图2是根据本发明的当IMS中主、被叫终端IP版本类型不同时用户面互通的系统结构图；

图3是根据本发明的IP网络中用户面互通的原理流程图；

图4是根据本发明一较佳实施方式的IMS中用户面互通的被叫侧处理流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

下面以IMS为例说明本发明的原理，可以理解，本发明的方法也适用于其它SIP多媒体系统，如NGN中。在IMS中，当主叫终端在发起呼叫后，主叫侧网络的S-CSCF以及P-CSCF在该呼叫的接续过程中保持该呼叫原有的IP版本，直到将该呼叫接续至被叫侧网络。被叫侧网络的S-CSCF在接收到该呼叫请求消息后，首先判断主、被叫终端的IP地址是否相同，如果相同，则直接实现主、被叫终端的用户面互通；如果不同，则S-CSCF将该呼叫接续到IMS-ALG，由该IMS-ALG通过控制TrGW进行主、被叫用户面IP地址版本类型的转换，并通过P-CSCF将该呼叫发送给被叫终端，完成信令的接续。在信令接续完成后，主、被叫终端之间仍需通过TrGW进行地址转换，实现用户面的互通。因此，当主、被叫终端的IP版本类型一致时，根本无需进行地址转换，当主、被叫终端的IP版本类型不一致时，在呼叫信令的接续过程中也只需进行一次地址转换(其系统结构如图2所示)，从而缩短了IMS中用户面互通时的会话时延，提高了服务质量，改善了用户体验。

如图3所示，在步骤310中，主叫终端发起呼叫。具体地说，主叫终端通过发送呼叫请求消息发起呼叫，并在该呼叫请求消息中携带该主叫终端的IP地址。其中，呼叫请求消息为SIP协议的会话请求消息，因此，该主叫终端的地址信息可以由会话请求消息的“Contact”域、“address”域、或“via”域中任意一个域携带。

接着，进入步骤320，主叫侧网络在该呼叫的接续过程中保持该呼叫原有的IP版本。具体地说，主叫侧网络中的P-CSCF接收到该主叫终端所发起的呼叫后，在处理过程中对该呼叫请求消息的IP版本不作转换，并将该呼叫接续到主叫侧网络中的S-CSCF。当主叫侧网络中的S-CSCF接收到该呼叫后，在处理过程中同样对该呼叫请求消息的IP版本不作转换，并将该呼叫接续到被叫侧网络中的S-CSCF。

接着，进入步骤330，被叫侧网络中的S-CSCF判断主、被叫终端的IP版本类型是否一致。具体地说，被叫侧网络中的S-CSCF在接收到携带有该主叫终端IP地址的呼叫请求消息后，根据所携带有该主叫终端的IP地址以及被叫终端在归属域注册的IP地址，判断主、被叫终端的IP版本是否相同。或者，通过解析该被叫终端的域名，从而获知其IP版本信息，并据此进行主、被叫终端的IP版本类型的判断。如果主、被叫终端的IP版本不相同，则进入步骤340；如果主、被叫终端的IP版本相同，则进入步骤360，直接实现用户面的互通。

在步骤340中，IMS-ALG将IP版本转换后，通过被叫侧网络中的P-CSCF将呼叫请求消息发送给被叫终端。具体地说，当被叫侧网络中的S-CSCF判断主、被叫终端的IP版本类型不一致后，将该呼叫接续到被叫侧网络中的IMS-ALG。比如说，S-CSCF通过在呼叫请求消息“Route”域中的被叫侧网络的P-CSCF地址之前，插入该IMS-ALG地址，从而将该呼叫请求消息转发到IMS-ALG。IMS-ALG在接收到该呼叫请求消息后，通过控制TrGW进行主、被叫用户面的IP地址版本类型的转换，并将转换后的地址信息加入该呼叫请求消息，同时，将该呼叫请求消息中会话描述协议(Session Description Protocol，简称“SDP”)的媒体流IP地址修改为转换后的媒体流IP地址，然后转发给被叫侧网络的P-CSCF。最后，由该P-CSCF将从该IMS-ALG处接收到的呼叫请求消息发送给被叫终端，完成信令的接续，建立主、被叫终端的链路。接着，进入步骤350。

步骤350中，主、被叫终端通过TrGW实现用户面的互通。具体地说，在信令接续完成后，主、被叫终端进行用户面的互通时，TrGW在接收到主叫终端的用户数据后，需在转换IP地址后转发给被叫终端，同时，在接收到被叫终端的用户数据后，需在转换IP地址后转发给主叫终端，从而实现用户面的互通。

如果在步骤330中，被叫侧网络中的S-CSCF判断主、被叫终端的IP版本类型一致，则进入步骤360，直接实现用户面的互通。也就是说，如果主、被叫终端的IP版本相同，则被叫侧网络中的S-CSCF直接将该呼叫请求消息接续到被叫侧网络的P-CSCF，建立链路实现主、被叫的用户面互通。

下面根据本发明的原理，对本发明的一较佳实施方式IMS中用户面互通方法进行说明。在本实施方式中，主叫终端的IP版本类型为IPv6，被叫终端的IP版本类型为IPv4。

主叫终端发送SIP协议的会话请求消息作为呼叫请求消息，发起呼叫，并在会话请求消息的“Contact”域、“address”域、或“via”域中任意一个域携带该主叫终端的IP地址。主叫侧网络中的S-CSCF以及P-CSCF在该呼叫的接续过程中保持该呼叫原有的IP版本，也就是IPv6。

被叫侧的处理流程如图4所示。

在步骤401中，被叫侧网络中的S-CSCF接收到主叫侧网络发送的呼叫请求消息后，根据该消息中携带的该主叫终端的IP地址以及被叫终端在归属域注册的IP地址，可以获知主叫终端的IP版本为IPv6，被叫终端的IP版本为IPv4。或者，S-CSCF也可以通过解析该被叫终端的域名，从而获知该被叫终端的IP版本为IPv4。

由于被叫侧网络中的S-CSCF经判断得出主、被叫终端的IP版本不一致，因此，在步骤402中，S-CSCF将该呼叫接续到被叫侧网络中的IMS-ALG。也就是说，S-CSCF在呼叫请求消息“Route”域中的被叫侧网络的P-CSCF地址之前，插入IMS-ALG地址，从而将该呼叫请求消息转发到IMS-ALG。

接着，进入步骤403，被叫侧网络中的IMS-ALG向该网络中的TrGW发送地址转换请求。

接着，进入步骤404，TrGW向IMS-ALG响应该地址转换请求。

在步骤403和步骤404中，IMS-ALG通过控制TrGW进行主、被叫用户面的IP地址版本类型的转换，也就是IPv6的版本类型转换为IPv4的版本类型，并将转换后的地址信息加入该呼叫请求消息，同时，将该呼叫请求消息中SDP的媒体流IP地址修改为转换后的媒体流IP地址。

在步骤405中，IMS-ALG将经过IP地址版本类型转换以及修改过媒体流IP地址的该呼叫请求消息发送到被叫侧网络的P-CSCF。

接着，在步骤406中，P-CSCF将该呼叫请求消息发送到被叫终端。

在步骤407中，被叫终端向被叫侧网络的P-CSCF回应183 SessionProgress(会话过程)消息。在步骤408中，P-CSCF将接收到183 SessionProgress消息发送给被叫侧网络的IMS-ALG。在步骤409中，IMS-ALG向该网络中的TrGW发送地址转换请求。接着，在步骤410中，TrGW向IMS-ALG响应该地址转换请求。接着，在步骤411中，IMS-ALG将经过IP地址转换后的183 Session Progress消息发送给被叫侧网络的S-CSCF，由S-CSCF通过主叫侧网络发送给主叫终端。

此后，主、被叫终端之间的用户面数据互通都需要经过IMS-ALG/TrGW的IP地址类型转换。

由此可见，在IMS支持信令面互通情况下，不同IP版本的终端通过IMS互通时，只需在被叫侧网络进行IP地址类型转换，将IMS-ALG/TrGW的地址转换面的使用次数降到了最低程度，从而尽可能地缩短了不同IP版本终端之间的用户面互通时延，提高了通信效率，改善了用户体验，促进了下一代IP业务的发展。另外，即使IMS中的网络实体不支持IP双栈，只要在IMS支持信令面互通情况下，也可以应用本实施方式中的方法，仅在被叫侧网络进行IP地址类型转换，从而达到本实施方式的作用与效果。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，包含以下步骤：

A主叫终端发起呼叫，主叫侧网络将该呼叫接续至被叫侧网络，接续过程中保持该呼叫原有的IP地址版本；

B被叫侧网络中的网络设备根据主、被叫终端的IP地址判断IP地址版本是否相同，如果是，则主、被叫终端直接实现用户面互通，否则进入步骤C；

C所述网络设备将呼叫接续到应用级网关，由该应用级网关控制转换网关进行主、被叫用户面IP地址版本类型转换，实现主、被叫用户面互通。

2.根据权利要求1所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述步骤A包含以下子步骤，

所述主叫终端发起呼叫，并在呼叫请求消息中携带该主叫终端的IP地址；

经过主叫侧网络的网络设备，将所述呼叫请求消息接续到所述被叫侧网络，接续过程中保持该呼叫请求消息原有的IP版本。

3.根据权利要求2所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述步骤B包含以下子步骤，

所述被叫侧网络中的网络设备在接收所述呼叫请求消息后，根据该呼叫请求消息携带的所述主叫终端IP地址和所述被叫终端在归属域注册的IP地址，比较判断主、被叫终端的IP版本是否相同，

如果主、被叫终端的IP版本相同，则所述网络设备按照正常处理方法路由所述呼叫请求消息到被叫终端，建立链路实现主、被叫的用户面互通；

如果主、被叫终端的IP版本不同，则进入所述步骤C。

4.根据权利要求3所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述步骤C包含以下子步骤，

当所述主、被叫终端的IP版本不同时，所述被叫侧网络的网络设备将所述呼叫请求消息接续到所述应用级网关，由其转发呼叫请求消息；

所述应用级网关控制所述转换网关进行主、被叫用户面地址转换，并将转换后的地址信息加入所述呼叫请求消息，然后转发呼叫请求消息；

信令接续完成后，所述主、被叫终端之间通过所述转换网关进行地址转换，实现用户面的互通。

5.根据权利要求4所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述步骤B中，所述被叫侧网络的网络设备通过解析所述被叫终端域名获知其IP版本信息，并据此进行IP版本的对比判断。

6.根据权利要求4所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述步骤C中，当所述主、被叫终端进行用户面互通时，所述转换网关接收所述主叫终端的用户数据并在转换IP地址后转发给所述被叫终端，同时接收所述被叫终端的用户数据并在转换IP地址后转发给所述主叫终端。

7.根据权利要求4所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述呼叫请求消息为SIP协议的会话请求消息；

所述主叫终端的地址信息由所述会话请求消息的以下任意一个域携带：“Contact”域或“via”域。

8.根据权利要求7所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述步骤C中：

所述被叫侧网络的网络设备通过在所述会话请求消息的″Route″域中插入所述应用级网关地址，将所述会话请求消息转发到所述应用级网关；

所述应用级网关修改所述会话请求消息中会话描述协议域的媒体流IP地址之后，再转发请求消息。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述SIP多媒体系统是以下之一：

网际协议多媒体子系统、或下一代网络。

10.根据权利要求9所述的SIP多媒体系统中用户面互通方法，其特征在于，所述网络设备是以下之一：

SIP代理服务器、应用服务器、服务呼叫会话控制功能、以及代理呼叫会话控制功能。

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