CN1168349C - 具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于光通信网络中的节点技术。本发明提出两种具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，一种是包括一输入侧光纤链路级交叉连接矩阵；一输出侧光纤链路级交叉连接矩阵；一波长信道级交叉连接模块，连接上述输入侧光纤链路级交叉连接矩阵的部分输出端和输出侧光纤链路级交叉连接矩阵的部分输入端；另一种是包括一光纤链路级交叉连接矩阵；一波长信道级交叉连接模块，位于该光纤链路级交叉连接矩阵的反馈回路上，其输入端与该光纤链路级交叉连接矩阵的预留输出端连接，其输出端与该光纤链路级交叉连接矩阵的预留输入端连接。优点是可以根据实际需要配置两级交叉连接规模，提高节点疏导能力。

Description

具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构

技术领域

本发明涉及一种光纤通信中的节点结构，尤其是指一种具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构。

背景技术

数据业务的飞速发展对传输网络带宽产生了巨大的需求，由于WDM技术可以成十倍、甚至成百倍地增加已敷设光纤线路的传输容量，而备受青睐。随着使用WDM技术的通信产品的逐渐成熟和商用化，使用WDM技术的复杂网络，如环形网络、网格网络等的研究和开发成为重点。在这种复杂网络中，关键设备是光分插复用设备(OADM)和光交叉连接设备(OXC)。OADM节点的主要功能是在本地上下指定的波长通道，而OXC的主要功能是为波长通道寻找路由，并疏导大量的业务。波长信道由光纤链路承载，通常一个波长信道由一个波长承载，而波长通道由一个或多个具有相同通信源点和通信宿点的波长信道构成，这些波长信道的波长可以各不相同。

OXC承担网络骨干节点角色，主要任务是汇集和疏导大量的波长通道。在大量的波长通道汇集到OXC的情况下，并非所有波长通道都需要在本地进行交叉连接实现上下路功能，有些波长通道只是经过本地节点，利用本地节点提供物理路由。在这种情况下，可以对这种波长通道以波长组形式进行交叉连接或者以光纤链路的方式直接进行交叉连接。在以下文档中，波长组是指以某种方式组合在一起的多个波长的集合，一个波长组允许只有一个波长，但至少有一个波长。在极端情况下，一个波长组可以只有一个波长。

另外，大端口数的光交叉连接矩阵还是一个有待商用化的产品，性能也有待改善。在这种情况下，如果以波长组或者光纤链路方式直接进行交叉连接，将可以缓解对光交叉矩阵端口数量的迫切要求。

光网络的保护是一个重要的课题。随着光网络传输容量的增加，网络生存性问题的重要性将更加突出。实际的网络运行表明，比较常见的网络故障是链路或者节点故障而不是单信道故障，为了提供预订的业务服务质量，要对这些故障进行有效的保护。

目前的OXC研究集中于波长变换、波长路由等方面，主要的实现方法是把光纤链路信号解复用为单个波长信道，再进行有关处理，如交叉连接、光波长变换、光功率均衡和光信号复合等。这种方法随着单纤复用波长数量的增加，升级能力受到很大的影响。而且商用大容量光交叉矩阵的有效端口数量和性能进一步限制了OXC节点端口数量的增加。随着光纤链路中复用波长数量和OXC节点端口数量的增加，这将给网络保护算法的设计和实施提出严重挑战。

而与此同时，大芯数的光缆的大量敷设提供了充足的光纤资源，如何充分利用这些资源也值得深入研究。其中的一种方法就是使用富余的光纤作为保护路由的组成部分。如果按照通常的“解复用+交叉+复用”实现方案，这种保护路由上的光纤链路的处理将要求额外增加很多相关器件，从而使成本大大增加，而且光信道的传输质量也会因为处理环节的增加而产生严重劣化。

发明内容

针对现有光纤通信的需求和现有技术的缺点，本发明的目的是提出具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，以减少实现大容量交叉连接设备(如OADM、OXC等)所需要的器件数量，高效利用光交叉连接矩阵的有限交叉容量，在保证为指定的波长通道提供足够的路由能力的同时，强化OXC节点的光纤链路选路能力。

为实现上述目的，本发明提供的一种光交叉连接节点结构，包括：

一输入侧光纤链路级交叉连接矩阵；

一输出侧光纤链路级交叉连接矩阵；

一波长信道级交叉连接模块，连接上述输入侧光纤链路级交叉连接矩阵的部分输出端和输出侧光纤链路级交叉连接矩阵的部分输入端；

上述光交叉连接节点结构的信号分级处理是所有的输入光纤链路连接至该输入侧光纤链路级交叉连接矩阵输入端口，其输出分成两组，一组直接连接至该输出侧光纤链路级交叉连接矩阵，另一组连接至该波长信道级交叉连接模块，完成波长信道级交叉连接后再连接至该输出侧光纤链路级交叉连接矩阵。该输出侧光纤链路级交叉连接矩阵进行光纤链路级交叉连接后连接至放大器模块，该放大器模块用以放大信号，其输出端口直接连接至输出光纤链路。也就是说，所有的光纤链路都经过输入和输出侧的光纤链路级的交叉连接，而部分光纤链路在输入和输出侧的光纤链路级的交叉连接之间进行波长信道级的交叉连接。

实现上述目的，本发明提供的另一种具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，包括：

一光纤链路级交叉连接矩阵；

一波长信道级交叉连接模块，位于该光纤链路级交叉连接矩阵的反馈回路上，其输入端与该光纤链路级交叉连接矩阵的预留输出端连接，其输出端与该光纤链路级交叉连接矩阵的预留输入端连接；

上述光交叉连接节点结构的信号分级处理是所有的输入光纤链路连接至该光纤链路级交叉连接矩阵进行光纤链路级交叉连接，其输出分成两组，一组直接作为输出光纤链路，另一组由预留输出端输出至该波长信道级交叉连接模块，完成波长信道级交叉连接后再连接至该光纤链路级交叉连接矩阵的预留输入端。

所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，波长信道级交叉连接模块用以单个波长的交叉连接或由多个波长组成的波长组的交叉连接。

所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，光交叉连接节点的输入光纤链路与输出光纤链路的数量相等或者不相等。

所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，该波长信道级交叉连接模块由输入侧适配模块、输出侧适配模块和波长组交叉连接矩阵组成，光波长信号由输入侧适配模块输入，经波长组交叉连接矩阵从输出侧适配模块输出。

所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其中在输入侧适配模块中还设有光解复用器件，该光解复用器件可以完成多个波长组的解复用，每个波长组可以包括单个波长，也可以包括多个波长；

输出侧适配模块设有光复用器件或光耦合器件，该光复用器件或光耦合器件可以完成多个波长组的复用或耦合，每个波长组可以包括单个波长，也可以包括多个波长。

所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其中输入侧适配模块中设有用于完成上下波长组功能的2×2光开关，该2×2光开关与光解复用器件和波长组交叉连接矩阵连接，以光解复用器件的输出波长组作为输入，可以同时接受上路波长组作为输入，它的输出作为波长组交叉连接矩阵的输入；

其中输出侧适配模块中设有用于完成上下波长组功能的2×2光开关，该2×2光开关与波长组交叉连接矩阵和光复用器件或光耦合器件连接，以波长组交叉连接矩阵的输出波长组作为输入，它的输出作为光复用器件或光耦合器件的输入，也可以作为下路波长组。

本发明的优点是在波长交叉连接中，进一步利用光交叉连接矩阵有限的交叉容量，支持较多的光纤链路，使用这种配置，可以大大降低需要的光开关数量和相关器件的数量，如光复用器件/光解复用器件对、光耦合器件等，这有可能改善光信道的传输质量，降低各种处理功能对波长信道传输质量的影响，提高整个系统的性能和可靠性。

采用这种结构后，由于交叉粒度的加大，OXC节点的业务疏导能力将大大增强，而且由于波长组交换概念的使用，OXC在组网方面将更加灵活，有效。

把OXC的交叉连接功能分成光纤链路级交叉连接矩阵、波长信道级交叉连接模块以及一些辅助部分。主要的设计思想是由光纤链路级交叉连接矩阵实现光纤链路信号的直接交叉连接，即直接用光纤的交叉连接矩阵把引入到OXC的输入光纤链路信号作为一个总体进行交叉连接，再引出到各个输出端口上。而对于需要完成波长信道级交叉连接的光纤链路信号，则使用波长信道级交叉连接模块来实现。

本发明包括两种结构，功能框图如图1和图2所示，它们都采用模块化结构来实现。对于支持单波长的波长信道级交叉连接模块，可以使用光电混合方式，也可以使用全光方式实现。

OXC的输入光纤链路与输出光纤链路的数量可以相同，也可以不同。输入、输出光纤链路实际携带的波长数量也可以是相同或不同；而单条光纤链路可携带的最大波长数量也可以相同或不同。

对于波长信道级交叉连接模块，应该首先完成输入光纤链路信号的波长组(包括单个波长)解复用(分路)，然后对这些独立的波长组使用同波或者异波方式进行交叉连接，在引出到输出光纤链路之前，使用光复用器件或者光耦合器件把交叉连接后的信号复用到一起(合路)。在光解复用器件与光复用器件(耦合器件)之间的交叉连接模块中，可能需要完成波长变换、光功率均衡等功能，本发明包括这种可能性。

解复用光纤链路信号由位于波长信道级交叉连接模块的输入侧适配模块来完成。输入侧适配模块可以使用不同的方法把输入的光纤链路信号解复用成波长组，如使用可调谐声光滤波器、光纤光栅、阵列波导光栅等，其中波长组中最少波长数量是1个，最多为M-1个，其中M是每根光纤上最大复用波长数量。在波长信道级交叉连接模块中，可以对单个波长信道进行波长变换操作，也可以对波长组进行波长变换。同样的，波长组内各波长的光功率均衡也可以在该模块中实现。

附图说明

图1是本发明实施例1的功能框图；

图2是本发明实施例2的功能框图；

图3是本发明波长信道级交叉连接模块功能框图；

图4是本发明波长信道级交叉连接模块中输入侧适配模块功能框图；

图5是本发明波长信道级交叉连接模块中输出侧适配模块功能框图；

图6是本发明单波长的波长组交叉连接矩阵的O/E/O实施方案；

图7是本发明OXC节点的网络应用示意图。

具体实施方式

在下面的方案描述中，表示符号分大小写，另外为了描述方便起见，假设OXC节点的输入、输出光纤链路数量都是N，每条光纤链路复用的最大波长数量都是M。在不同光纤链路可实现的波长信道不同时，如果分别是M₁、M₂、...、M_N，而且不失一般性的假设M₁≤M₂≤...≤M_N，则取M＝M_N。同时该发明也包括OXC结构中输入与输出光纤链路不相同，或者各光纤链路中最大复用波长数量不相等的情况。

本发明包括两种可以完成光纤链路级交叉连接和波长信道级交叉连接功能的OXC结构。

实施例1

如图1所示，实施例1的设计思想是把输入的N条光纤链路逻辑上先分成两组，其中一组只进行光纤链路级的交叉连接，而把剩余的光纤链路作为另一组进行波长信道级的交叉连接。输入侧光纤链路级交叉连接矩阵10是一个N×(N₁+N₂)的光纤链路级光交叉连接矩阵，它将N条输入光纤链路分成1～N₁和1～N₂两个光纤链路组，一般N₁+N₂≤N，其中N₁是在光纤链路级实现交叉连接的输入光纤链路数量；而N₂是需要进行波长信道级交叉连接的输入光纤链路的数量；波长信道级交叉连接模块40是波长信道级的交叉连接矩阵，完成多条光纤链路上传输的多个波长信道的交叉连接；输出侧光交叉连接矩阵20是输出侧的光纤链路级光交叉连接矩阵，经过波长信道级交叉连接、复用后的光纤链路信号与光纤链路级交叉连接后的光纤链路信号同时送入输出侧光纤链路级交叉连接矩阵20，完成无阻塞的交叉连接，提高节点配置的灵活性；光放大器模块30是OXC输出方向的光放大器模块，可以用来补偿经过两种交叉连接矩阵交叉连接后所导致的光信号功率的损失。

输入侧光纤链路级交叉连接矩阵10可以是严格无阻塞的，也可以是非严格无阻塞的。如果是非严格无阻塞的，需要与输出侧光纤链路级交叉连接矩阵20配合完成N个输入光纤链路与N个输出光纤链路的严格无阻塞交叉连接。在输入侧光纤链路级交叉连接矩阵10是严格无阻塞的情况下，输出侧光纤链路级交叉连接矩阵20可以用简化方式实现；而在输入侧光纤链路级交叉连接矩阵10交叉连接能力要求下降的情况下，输出侧光纤链路级交叉连接矩阵20需要仔细设计以满足严格无阻塞的要求。输入、输出方向的光交叉连接矩阵可以使用各种方法实现，如微电机械开关(MEMS)技术，多级串联技术等。

实施例2

如图2所示，实施例2的基本设计思想与实施例1相同，但在具体实现上有些差异，它将实施例1输入和输出侧的两个光交叉连接矩阵合成一个端口数更多的光交叉连接矩阵。光交叉连接矩阵50是一个(N+T)×(N+S)的光纤链路级光交叉连接矩阵，它使用N条输入和输出光纤链路分别作为OXC节点的输入和输出光纤链路(也称光纤链路端口，简称端口)，另外T个输入端口与波长信道级交叉连接模块40的输出端口连接，用于把经过波长信道级交叉连接、复用后的光纤链路引入到光纤链路级交叉连接矩阵50；S个输出端口与波长信道级交叉连接模块40的输入端口连接，把经过光纤链路级交叉连接后的光纤链路引入波长信道级交叉连接模块40进行波长信道级的交叉连接；波长信道级交叉连接模块40是实现波长信道级的交叉连接模块，完成多条光纤链路上传输的多个波长信道的交叉连接；当然也可以在输出方向上增加一个光放大器模块30，可以用来补偿经过两种交叉连接矩阵交叉连接所导致的光信号的损失。

图3为波长信道级交叉连接模块的功能框图，包括单个波长的交叉连接情况，也包括多个波长构成的波长组的交叉连接情况。

如果OXC的输入、输出端口数量是N，单纤承载波长最大数量为M，则最多可以承载N×M个波长，如果波长信道级交叉连接模块的交换能力是R个信道，则至少应该在光纤链路级交叉连接矩阵预留S＝(R/M)+1(取整)个输出端口。预留的输入端口数量可以与这个数量相同，也可以不同。波长信道级交叉连接可以对不同输入链路的波长以波长组的形式进行重组或者分拆，从而实现网络业务聚合或者分配。在业务聚合的情况下，预留的输入端口数量T可以小于预留的输出端口数量S，而在使用业务分配功能时，可能需要预留更多的输入链路。但输入或者输出端口的预留数量都要小于波长信道级交叉连接模块的输入端口数量；否则无法完成业务的疏导任务。

如果实际承载业务的光纤链路的数量少于波长信道级交叉连接模块的输入端口数，则可以分拆某些输入端口的业务，分配到指定的输出端口；而在所有输入端口都承载业务的情况下，需要预留的输入端口数量只会小于或者等于预留的输出端口数量。预留的输入端口数量越多，光纤链路级交叉连接矩阵的端口数量要越多。

细化之后，波长信道级交叉连接模块40由输入侧适配模块60、输出侧适配模块70和波长组交叉连接矩阵80构成。网络业务聚合或分配功能的实现依赖于如图4所示的输入侧适配模块60，其中WXC为波长组交叉连接矩阵，FXC为光纤链路级交叉连接矩阵。在这里，从光纤链路级交叉连接矩阵上引出的光纤链路信号进行解复用处理。本发明使用波长组解复用技术。光纤链路上承载的M个波长可以按需分配成若干组参与波长组的交叉连接。每个波长组的波长数量最多M-1个，最少1个。

这种分配是按照业务的聚合或者分配需求来进行的。因此，输入侧适配模块直接置于网络管理系统的控制之下，由网管系统对各个波长组的组成情况进行管理和控制。

为了减少输入侧适配模块60对波长组的串扰以及提供上下路能力，在解复用器件的输出端口与波长组交叉连接矩阵的输入端口之间可以插入一个2×2光开关。当需要上下路某个波长组或者封锁某个波长组输入端口时，该开关为交叉状态；否则直通解复用得到的波长组信号。

图3中的输出侧适配模块70是波长组信号的复用模块。它的主要功能是复用波长组交叉连接矩阵的输出波长组，并引出到光纤链路级交叉连接矩阵。

输出侧适配模块70是波长聚合模块，其输出端口的数量是光纤链路级交叉连接矩阵中输入端口的预留数量。由于要完成聚合功能，该模块由一组光耦合器件或者光复用器件构成。其中每个耦合器件或者复用器件都如图5所示。每个复用器件或耦合器件的输入端口数量至多M个，以提供所有波长组中波长数量都是1时的复用操作，这些端口都与波长组交叉连接矩阵的输出端口相连接。

为了减少未承载光波长信号通道的串扰作用以及提供上下路能力，在波长组交叉连接矩阵的输出端口与光复用器件或光/耦合器件的输入端口之间可以插入一个2×2光开关，其功能与输入侧适配模块中2×2开关相同，而且在输入和输出方向的适配模块中至多只使用一组这种上下路开关。

波长组交叉连接矩阵80完成波长组的交叉连接，它的实现方法与输入侧适配模块的实现方法紧密相关。单波长的波长组交叉连接矩阵可以采用全光方法完成，也可以用O/E/O(光电光)方案完成实现。由多个波长构成的波长组的交叉连接通常使用全光方法。

如果采用全光方案，则通常使用光开关或者大规模交叉连接矩阵实现光信号的交叉连接，这是一种透明的交叉连接方案。如果使用不透明的O/E/O(光电光)方案，如图6所示，则该模块的输出波长一般与ITU-T标准波长相匹配，而且一般与系统或者网络中使用的波长相匹配。另外，输出波长信道的光功率均衡将直接在电交换模块中实现。本发明不排除不透明方案中输出非标准波长情况。

如果采用全光方案，则交叉连接后的波长信道进入输出侧适配模块之前，可以进行波长信道级的功率均衡或者波长变换处理。这种光功率的均衡与波长的变换处理可以是针对所有被交叉连接的波长信道的，也可以根据要求只对指定的波长信道进行处理。

如果使用光电光(O/E/O)方案实施单波长的波长组交叉连接矩阵，则需要使用接收机阵列。由于输出侧有对应的电光变换模块，交换单元对接收机阵列中单个接收机的要求并不特殊和严格。但是在需要保证波长信道传输特性的情况下，将对所有的接收机提出关于时钟提取，信号再生等功能的要求。如图6所示输入侧为接收机阵列。

如果使用O/E/O方案实施单波长的波长组交叉连接矩阵，则需要激光器阵列实现交叉连接矩阵输出侧的电光变换。如果不另行增加波长变换模块，则一般采用ITU-T标准波长的激光器阵列，并且应该拥有完整的激光器控制电路，包括波长稳定和控制，输出光功率稳定和控制电路等。如果在结构中另外增加波长变换模块，则可以使用性能要求相对简单的激光器阵列。如图6所示输出侧为激光器阵列。

使用该发明制造的OXC节点可以用于组建各种拓扑结构的网络，两个实施例的OXC节点都可以用来构造链路、环形以及格形光网络。在简单拓扑中，可以充分利用已经敷设的众多光纤，为光纤链路信号提供强大的疏导和交叉连接能力。在格形网络等复杂拓扑结构中，除了充分使用富余的光纤之外，还可以充分利用这种节点为区域间通信提供强大的业务聚合、传输和分配能力。

由于该发明的重要目的之一是增强OXC节点对光纤链路所携带业务的疏导能力，同时降低节点的总体造价，因此希望网络节点能够充分利用光纤链路级交叉连接矩阵。为了有效地实现业务的疏导能力，可以首先对网络业务进行适当的聚合处理，使尽可能多的业务波长聚合到一根光纤上传输，并且不在中间节点执行上下处理。针对某个节点而言，如果该节点与中间节点有通信需求，可利用它们之间的冗余光纤，也可以经由其它路由实现通信。

图7是采用本发明所示网络节点形成的一个示例网络。节点之间存在多条光纤，此处简化处理，只给出节点A与节点B之间和节点B与E之间的多条光纤。现假设节点A与节点B，C，D，E，F，G之间都有业务，而且都用一个波长携带，则到E，F，G三个节点的业务可以通过AB，BE间链路传输，直通过节点B而在节点E进行分配。同时节点A到B的业务可以由其它AB间光纤(方法①)传输，也可以通过节点(方法②)转接，如节点C等。

Claims (7)

1、一种具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其特征在于，包括：

一输入侧光纤链路级交叉连接矩阵；

一输出侧光纤链路级交叉连接矩阵；

一波长信道级交叉连接模块，连接上述输入侧光纤链路级交叉连接矩阵的部分输出端和输出侧光纤链路级交叉连接矩阵的部分输入端；

上述光交叉连接节点结构的信号分级处理是所有的输入光纤链路连接至该输入侧光纤链路级交叉连接矩阵输入端口，其输出分成两组，一组直接连接至该输出侧光纤链路级交叉连接矩阵，另一组连接至该波长信道级交叉连接模块，完成波长信道级交叉连接后再连接至该输出侧光纤链路级交叉连接矩阵，该输出侧光纤链路级交叉连接矩阵进行光纤链路级交叉连接后连接至放大器模块，该放大器模块用以放大信号，其输出端口直接连接至输出光纤链路。

2、一种具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其特征在于，包括：

一光纤链路级交叉连接矩阵；

一波长信道级交叉连接模块，位于该光纤链路级交叉连接矩阵的反馈回路上，其输入端与该光纤链路级交叉连接矩阵的预留输出端连接，其输出端与该光纤链路级交叉连接矩阵的预留输入端连接；

上述光交叉连接节点结构的信号分级处理是所有的输入光纤链路连接至该光纤链路级交叉连接矩阵进行光纤链路级交叉连接，其输出分成两组，一组直接作为输出光纤链路，另一组由预留输出端输出至该波长信道级交叉连接模块，完成波长信道级交叉连接后再连接至该光纤链路级交叉连接矩阵的预留输入端。

3、根据权利要求1或2所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其特征在于，波长信道级交叉连接模块用以单个波长的交叉连接或由多个波长组成的波长组的交叉连接。

4、根据权利要求1或2所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其特征在于，光交叉连接节点的输入光纤链路与输出光纤链路的数量相等或者不相等。

5、根据权利要求1或2所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其特征在于，该波长信道级交叉连接模块由输入侧适配模块、输出侧适配模块和波长组交叉连接矩阵组成，光波长信号由输入侧适配模块输入，经波长组交叉连接矩阵从输出侧适配模块输出。

6、根据权利要求5所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其特征在于：

其中在输入侧适配模块中还设有光解复用器件，该光解复用器件可以完成多个波长组的解复用，每个波长组可以包括单个波长，也可以包括多个波长；

输出侧适配模块设有光复用器件或光耦合器件，该光复用器件或光耦合器件可以完成多个波长组的复用或耦合，每个波长组可以包括单个波长，也可以包括多个波长。

7、根据权利要求6所述的具备光纤链路级和波长信道级的光交叉连接节点结构，其特征在于：

其中输入侧适配模块中设有用于完成上下波长组功能的2×2光开关，该2×2光开关与光解复用器件和波长组交叉连接矩阵连接，以光解复用器件的输出波长组作为输入，可以同时接受上路波长组作为输入，它的输出作为波长组交叉连接矩阵的输入；

其中输出侧适配模块中设有用于完成上下波长组功能的2×2光开关，该2×2光开关与波长组交叉连接矩阵和光复用器件或光耦合器件连接，以波长组交叉连接矩阵的输出波长组作为输入，它的输出作为光复用器件或光耦合器件的输入，也可以作为下路波长组。

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