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文檔簡介
1、武昌理工學(xué)院武昌理工學(xué)院 鄧謙鄧謙 第第6 6章章 物聯(lián)網(wǎng)通信物聯(lián)網(wǎng)通信 http:/ 短距離無線通信技術(shù) 6.2 移動通信技術(shù) 6.3 未來的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù) 6.4 第第6 6章章 物聯(lián)網(wǎng)通信物聯(lián)網(wǎng)通信 IP通信技術(shù) 6.1 http:/ v學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 理解IP通信技術(shù)基礎(chǔ) 掌握路由器的工作原理及IP路由協(xié)議功能 理解典型的近距離無線通信技術(shù)原理及應(yīng) 用 掌握Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu) 掌握移動通信系統(tǒng)的組成 理解4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù) 第第6 6章章 物聯(lián)網(wǎng)通信物聯(lián)網(wǎng)通信 http:/ 基于基于IPIP協(xié)議的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián),具有被協(xié)議的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián),具有被 任何設(shè)備在任
2、何地點(diǎn)訪問的優(yōu)勢,如任何設(shè)備在任何地點(diǎn)訪問的優(yōu)勢,如PCPC機(jī)、手機(jī)、機(jī)、手機(jī)、 PDAsPDAs、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及其它智能化設(shè)備。目前、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及其它智能化設(shè)備。目前 ,幾乎所有的設(shè)備都支持,幾乎所有的設(shè)備都支持IPIP通信網(wǎng)絡(luò),包括服務(wù)器通信網(wǎng)絡(luò),包括服務(wù)器 集群、高速磁盤陣列、手機(jī)、低功耗嵌入式設(shè)備。集群、高速磁盤陣列、手機(jī)、低功耗嵌入式設(shè)備。 盡管盡管IPIP通信技術(shù)最初是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的,然而通信技術(shù)最初是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的,然而 其本質(zhì)上的靈活性,已經(jīng)使得其本質(zhì)上的靈活性,已經(jīng)使得IPIP通信網(wǎng)連接各種不通信網(wǎng)連接各種不 同設(shè)備以及各種不同應(yīng)用成為可能。同設(shè)備以及各種不同應(yīng)
3、用成為可能。 6.16.1IPIP通信技術(shù)通信技術(shù) http:/ TCP/IP TCP/IP協(xié)議體系是協(xié)議體系是2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代中期美國國年代中期美國國 防部為其高級研究項(xiàng)目專用網(wǎng)絡(luò)(防部為其高級研究項(xiàng)目專用網(wǎng)絡(luò)(Advanced Advanced Research Projects Agency NetworkResearch Projects Agency Network,ARPANetARPANet )開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),以它為基礎(chǔ)組)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),以它為基礎(chǔ)組 建的建的InternetInternet是目前世界上規(guī)模最大的計(jì)算機(jī)互聯(lián)是目前世界上規(guī)模
4、最大的計(jì)算機(jī)互聯(lián) 網(wǎng)絡(luò),正因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò),正因?yàn)镮nternetInternet的廣泛使用,使得的廣泛使用,使得TCP/IPTCP/IP協(xié)協(xié) 議體系成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。議體系成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。 6.1.1 TCP/IP6.1.1 TCP/IP協(xié)議協(xié)議 http:/ 6.1.1 TCP/IP6.1.1 TCP/IP協(xié)議協(xié)議 TCP/IP模型與OSI參考模型 http:/ 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口層:接口層:TCP/IPTCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接口層大體對應(yīng)于的網(wǎng)絡(luò)接口層大體對應(yīng)于 OSIOSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層,通常包括計(jì)參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層,通常包括計(jì) 算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口驅(qū)動程序與網(wǎng)絡(luò)接口卡等。算機(jī)
5、和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口驅(qū)動程序與網(wǎng)絡(luò)接口卡等。 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層:網(wǎng)絡(luò)層是:網(wǎng)絡(luò)層是TCP/IPTCP/IP體系的關(guān)鍵部分。它體系的關(guān)鍵部分。它 的主要功能是使主機(jī)能夠?qū)⑿畔l(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)并傳的主要功能是使主機(jī)能夠?qū)⑿畔l(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)并傳 送到正確的目的主機(jī)。送到正確的目的主機(jī)。 6.1.1 TCP/IP6.1.1 TCP/IP協(xié)議協(xié)議 http:/ 傳輸傳輸層:層:TCP/IPTCP/IP的傳輸層主要負(fù)責(zé)為兩臺主機(jī)的傳輸層主要負(fù)責(zé)為兩臺主機(jī) 上的應(yīng)用程序提供端到端的連接,使源、目的端主上的應(yīng)用程序提供端到端的連接,使源、目的端主 機(jī)上的對等實(shí)體可以進(jìn)行會話。機(jī)上的對等實(shí)體可以進(jìn)行會話。 應(yīng)用層應(yīng)用層:TC
6、P/IPTCP/IP模型沒有單獨(dú)的會話層和表示模型沒有單獨(dú)的會話層和表示 層,其功能融合在層,其功能融合在TCP/IPTCP/IP應(yīng)用層中。應(yīng)用層直接應(yīng)用層中。應(yīng)用層直接 與用戶和應(yīng)用程序打交道,負(fù)責(zé)對軟件提供接口以與用戶和應(yīng)用程序打交道,負(fù)責(zé)對軟件提供接口以 使程序能夠使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。使程序能夠使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 6.1.1 TCP/IP6.1.1 TCP/IP協(xié)議協(xié)議 http:/ TCPTCP三次握手建立連接的過程三次握手建立連接的過程如下:如下: 初始化初始化主機(jī)通過一個主機(jī)通過一個SYNSYN標(biāo)志置位的數(shù)據(jù)段發(fā)標(biāo)志置位的數(shù)據(jù)段發(fā) 出會話請求。出會話請求。 接收接收主機(jī)通過發(fā)回具有以下項(xiàng)目的
7、數(shù)據(jù)段表示主機(jī)通過發(fā)回具有以下項(xiàng)目的數(shù)據(jù)段表示 回復(fù):回復(fù):SYNSYN標(biāo)志置位、即將發(fā)送的數(shù)據(jù)段的起始字標(biāo)志置位、即將發(fā)送的數(shù)據(jù)段的起始字 節(jié)的順序號,節(jié)的順序號,ACKACK標(biāo)志置位、期望收到的下一個數(shù)標(biāo)志置位、期望收到的下一個數(shù) 據(jù)段的字節(jié)順序號。據(jù)段的字節(jié)順序號。 請求請求主機(jī)再回送一個數(shù)據(jù)段,主機(jī)再回送一個數(shù)據(jù)段,ACKACK標(biāo)志置位,標(biāo)志置位, 并帶有對接收主機(jī)確認(rèn)序列號。并帶有對接收主機(jī)確認(rèn)序列號。 6.1.1 TCP/IP6.1.1 TCP/IP協(xié)議協(xié)議 http:/ 6.1.1 TCP/IP6.1.1 TCP/IP協(xié)議協(xié)議 TCP連接的建立 http:/ 6.1.2 6.1.
8、2 路由器與路由器與IPIP路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議 1. 1. 路由器。路由器。 路由器路由器主要有以下幾種主要有以下幾種功能:功能: 網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)互連:路由器支持各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)接:路由器支持各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)接 口,主要用于互連局域網(wǎng)和廣域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)口,主要用于互連局域網(wǎng)和廣域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò) 互相通信?;ハ嗤ㄐ?。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理:提供包括分組過濾、分組轉(zhuǎn)發(fā)、優(yōu):提供包括分組過濾、分組轉(zhuǎn)發(fā)、優(yōu) 先級、復(fù)用、加密、壓縮和防火墻等功能。先級、復(fù)用、加密、壓縮和防火墻等功能。 網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理:路由器提供包括配置管理、性能管:路由器提供包括配置管理、性能管 理、容錯管理和流量控制等功
9、能。理、容錯管理和流量控制等功能。 http:/ 6.1.2 6.1.2 路由器與路由器與IPIP路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議 路由器路由器由以下幾部分組成由以下幾部分組成: 中央處理器中央處理器(CPUCPU): :路由器的路由器的CPUCPU用來運(yùn)行用來運(yùn)行 路由器的操作系統(tǒng)以及在操作系統(tǒng)支撐下的各種服路由器的操作系統(tǒng)以及在操作系統(tǒng)支撐下的各種服 務(wù)。務(wù)。 存儲設(shè)備存儲設(shè)備(store devicesstore devices): :路由器上的存儲路由器上的存儲 設(shè)備用來存儲路由器的引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)、路由設(shè)備用來存儲路由器的引導(dǎo)程序、操作系統(tǒng)、路由 器的配置文件以支持路由器操作系統(tǒng)的運(yùn)行器的
10、配置文件以支持路由器操作系統(tǒng)的運(yùn)行。 接口接口: :路由器具有非常強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)連接和路由功路由器具有非常強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)連接和路由功 能能 http:/ 6.1.2 6.1.2 路由器與路由器與IPIP路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議 路由報文示意圖 http:/ 6.1.2 6.1.2 路由器與路由器與IPIP路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議 2. IP2. IP路由選擇路由選擇協(xié)議協(xié)議 我們把路由協(xié)議大體上分為以下我們把路由協(xié)議大體上分為以下3 3類。類。 距離距離矢量路由協(xié)議:根據(jù)距離矢量算法,確定矢量路由協(xié)議:根據(jù)距離矢量算法,確定 網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的方向與距離網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的方向與距離。 鏈路鏈路狀態(tài)路由協(xié)議:根據(jù)鏈
11、路狀態(tài)算法,計(jì)算狀態(tài)路由協(xié)議:根據(jù)鏈路狀態(tài)算法,計(jì)算 生成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渖删W(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹?混合型混合型路由協(xié)議:既具有距離矢量路由協(xié)議的路由協(xié)議:既具有距離矢量路由協(xié)議的 特點(diǎn),又具有鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的特點(diǎn)特點(diǎn),又具有鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的特點(diǎn)。 http:/ 6.1.2 6.1.2 路由器與路由器與IPIP路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議鏈路狀態(tài)路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議比較:比較: (1 1)對整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞模φ麄€網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牧私饬私?(2 2)計(jì)算路由的)計(jì)算路由的算法算法 (3 3)路由)路由更新更新 http:/ 6.1.3 IPv66.1.3 IPv6簡介簡介
12、1. 1. 擴(kuò)展擴(kuò)展的編址豐富互聯(lián)的編址豐富互聯(lián)需求需求 2. 2. 自動配置便于即插即自動配置便于即插即用用 3. 3. 簡化的報頭格式提供高效的簡化的報頭格式提供高效的傳輸傳輸 4. 4. 強(qiáng)制的安全機(jī)制保障端到端的傳輸強(qiáng)制的安全機(jī)制保障端到端的傳輸安全安全 5. 5. 增強(qiáng)的增強(qiáng)的移動移動 6. 6. 增強(qiáng)的增強(qiáng)的QoSQoS服務(wù)保證傳輸服務(wù)服務(wù)保證傳輸服務(wù)質(zhì)量質(zhì)量 http:/ 6.2.1 6.2.1 藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù) 藍(lán)藍(lán)牙技術(shù)實(shí)際上是一種短距離無線電技術(shù),利用該技術(shù)牙技術(shù)實(shí)際上是一種短距離無線電技術(shù),利用該技術(shù) ,能夠有效地簡化掌上電腦、筆記本電腦和移動電話等移動,能夠有效地簡化掌
13、上電腦、筆記本電腦和移動電話等移動 通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡化以上這些設(shè)備通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡化以上這些設(shè)備 與因特網(wǎng)之間的通信,從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之與因特網(wǎng)之間的通信,從而使這些現(xiàn)代通信設(shè)備與因特網(wǎng)之 間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬了間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬了道路。道路。 6.26.2短距離無線通信技術(shù)短距離無線通信技術(shù) http:/ 6.2.1 6.2.1 藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù) 1. 1. 藍(lán)藍(lán)牙技術(shù)的規(guī)范及特點(diǎn)牙技術(shù)的規(guī)范及特點(diǎn) 2 2. . 藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 3. 3. 藍(lán)牙的應(yīng)用及藍(lán)牙的應(yīng)用及產(chǎn)
14、品產(chǎn)品 http:/ 6.2.2 Zigbee6.2.2 Zigbee技術(shù)技術(shù) 1 1. ZigBee. ZigBee技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 2 2. . ZigBeeZigBee協(xié)議棧協(xié)議棧 3. ZigBee3. ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及配置配置 4. ZigBee4. ZigBee組網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)技術(shù) 5. ZigBee5. ZigBee的應(yīng)用場景的應(yīng)用場景 http:/ 6.2.3 6.2.3 超帶寬技術(shù)超帶寬技術(shù) 1.1.超帶寬的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用超帶寬的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用 2. 2. 脈沖脈沖無線電技術(shù)無線電技術(shù) 3 3. UWB. UWB調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù) 4. UWB4. UW
15、B多址多址技術(shù)技術(shù) http:/ 6.2.4 Wi-Fi6.2.4 Wi-Fi技術(shù)技術(shù) 1 1. Wi-Fi. Wi-Fi技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn) 2 2. . Wi-FiWi-Fi構(gòu)架和原理構(gòu)架和原理 3. Wi-Fi3. Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)的使用使用 http:/ 移動通信移動通信(Mobile CommunicationMobile Communication),是指),是指 通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動中進(jìn)行信息傳輸和通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動中進(jìn)行信息傳輸和 交換的通信方式。移動通信系統(tǒng)包括無繩電話、無交換的通信方式。移動通信系統(tǒng)包括無繩電話、無 線尋呼、陸地蜂窩移動通信、衛(wèi)星移動通信等
16、。移線尋呼、陸地蜂窩移動通信、衛(wèi)星移動通信等。移 動體之間通信聯(lián)系的傳輸手段只能依靠無線電通信動體之間通信聯(lián)系的傳輸手段只能依靠無線電通信 ,因此,無線通信是移動通信的基礎(chǔ),而無線通信,因此,無線通信是移動通信的基礎(chǔ),而無線通信 技術(shù)的發(fā)展將推動移動通信的發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展將推動移動通信的發(fā)展。 6.36.3移動通信技術(shù)移動通信技術(shù) http:/ 1 1. . 移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)的組成 移動通信移動通信時移動體之間的通信,或移動體與固定體之間時移動體之間的通信,或移動體與固定體之間 的通信。移動體可以是人,也可以是汽車、火車、輪船、收的通信。移動體可以是人,也可以是汽車、火車、輪船、
17、收 音機(jī)等在移動狀態(tài)的物體。移動通信包括無線傳輸、有線傳音機(jī)等在移動狀態(tài)的物體。移動通信包括無線傳輸、有線傳 輸,纖細(xì)的收集、處理和存儲等,使用的主要設(shè)備有無線收輸,纖細(xì)的收集、處理和存儲等,使用的主要設(shè)備有無線收 發(fā)信機(jī)、移動減緩控制設(shè)備和移動終端設(shè)備。發(fā)信機(jī)、移動減緩控制設(shè)備和移動終端設(shè)備。 6.3.1 6.3.1 移動通信系統(tǒng)簡介移動通信系統(tǒng)簡介 http:/ 6.3.1 6.3.1 移動通信系統(tǒng)簡介移動通信系統(tǒng)簡介 移動通信系統(tǒng)的組成 http:/ 2. 2. 移動通信的工作移動通信的工作頻段頻段 目前目前,大容量移動通信系統(tǒng)均使用,大容量移動通信系統(tǒng)均使用800MHz800MHz頻段
18、(頻段( CDMACDMA),900MHz,900MHz頻段(頻段(AMPSAMPS、TACSTACS、GSMGSM),并開),并開 始使用始使用1800MHz1800MHz頻段(頻段(GSM1800/DCS1800GSM1800/DCS1800),該頻段),該頻段 用于微蜂窩(用于微蜂窩(MicrocellMicrocell)系統(tǒng)。第三代移動通信使用)系統(tǒng)。第三代移動通信使用 2.4GHz2.4GHz頻段。頻段。 6.3.1 6.3.1 移動通信系統(tǒng)簡介移動通信系統(tǒng)簡介 http:/ 3 3. . 移動通信的工作移動通信的工作方式方式 從從傳輸方式的角度來看,無線通信分為單向傳輸(廣播傳輸方
19、式的角度來看,無線通信分為單向傳輸(廣播 式)和雙向傳輸(應(yīng)答式)。式)和雙向傳輸(應(yīng)答式)。 單向傳輸單向傳輸只用于無線電尋呼系統(tǒng),雙向傳輸有單工、雙只用于無線電尋呼系統(tǒng),雙向傳輸有單工、雙 工和半雙工三種工作方式。工和半雙工三種工作方式。 6.3.1 6.3.1 移動通信系統(tǒng)簡介移動通信系統(tǒng)簡介 http:/ 4. 4. 移動通信的組移動通信的組網(wǎng)網(wǎng) 蜂窩式蜂窩式組網(wǎng)的目的是解決常規(guī)移動通信系統(tǒng)的頻譜匱乏組網(wǎng)的目的是解決常規(guī)移動通信系統(tǒng)的頻譜匱乏 ,容量小,服務(wù)質(zhì)量差,頻譜利用率低等問題。蜂窩式組網(wǎng),容量小,服務(wù)質(zhì)量差,頻譜利用率低等問題。蜂窩式組網(wǎng) 理論為移動通信技術(shù)的發(fā)展和新一代多功能
20、設(shè)備的產(chǎn)生奠定理論為移動通信技術(shù)的發(fā)展和新一代多功能設(shè)備的產(chǎn)生奠定 了基礎(chǔ)。了基礎(chǔ)。 6.3.1 6.3.1 移動通信系統(tǒng)簡介移動通信系統(tǒng)簡介 http:/ 6.3.1 6.3.1 移動通信系統(tǒng)簡介移動通信系統(tǒng)簡介 蜂窩移動通信小區(qū)覆蓋 http:/ 現(xiàn)代現(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展始于本世紀(jì)移動通信技術(shù)的發(fā)展始于本世紀(jì)2020年代,大致經(jīng)歷年代,大致經(jīng)歷 了五個發(fā)展階段:了五個發(fā)展階段: 1 1. . 第一代移動通信第一代移動通信: :模擬語音模擬語音 2 2. . 第二代移動通信:數(shù)字語音第二代移動通信:數(shù)字語音 3 3. . 第三代移動通信:數(shù)字語音與數(shù)據(jù)第三代移動通信:數(shù)字語音與數(shù)據(jù) 4 4
21、. . 第四代移動通信技術(shù)第四代移動通信技術(shù) 5. 5G 5. 5G通信技術(shù)?通信技術(shù)? .2移動通信的發(fā)展移動通信的發(fā)展 http:/ 由于由于前兩代移動通信系統(tǒng)都只能支持語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)前兩代移動通信系統(tǒng)都只能支持語音和低速數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù),只有第三代移動通信系統(tǒng)才能提供足夠帶寬支持多媒體務(wù),只有第三代移動通信系統(tǒng)才能提供足夠帶寬支持多媒體 業(yè)務(wù),因此本節(jié)所說的寬帶移動通信主要是指第三代移動通業(yè)務(wù),因此本節(jié)所說的寬帶移動通信主要是指第三代移動通 信信系統(tǒng):系統(tǒng): 1 1. W-CDMA. W-CDMA 2 2. CDMA2000. CDMA2000 3 3. TD-SCDMA. TD-SCDMA 4 4. WiMAX. WiMAX .3寬帶移動通信寬帶移動通信 http:/ 從從短期來看,在未來物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研究過程中,下短期來看,在未來物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的研究過程中,下 面這些內(nèi)容將是研究的面這些內(nèi)容將是研究的重點(diǎn):重點(diǎn): (1 1)發(fā)展)發(fā)展“物品物品”與與“物品物品”之間以及之間以及“物品物品”與網(wǎng)絡(luò)之與網(wǎng)絡(luò)之 間可以方便地進(jìn)行信息交互的各種通信技術(shù)。間可以方便地進(jìn)行信息交互的各種通信技術(shù)。 (2 2)發(fā)展傳感器與傳感器之間以及傳感器與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之)發(fā)展傳感器與傳感器之間以及傳感器與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之 間的各種通信間的各種通信技術(shù)。
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