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文檔簡介
物聯(lián)網(wǎng)簡介
1物聯(lián)網(wǎng)的定義
隨著各種傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。二匕爾?蓋茨
1995年《未來之路》一書中提及物物互聯(lián)。1998年麻省理工學(xué)院提出了當(dāng)時(shí)被稱作EPC
系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)想。1999年,在物品編碼,RFID技術(shù)的根底上Auto-ID公司提出了物聯(lián)網(wǎng)
的概念。2005年11月17S,在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)上,國際電信聯(lián)盟發(fā)布了
《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》,其在報(bào)告中稱以物聯(lián)網(wǎng)為核心技術(shù)的通信時(shí)代就要來臨。
現(xiàn)如今,各國政府重視下一代的技術(shù)規(guī)劃,紛紛將物聯(lián)網(wǎng)作為信息技術(shù)開展的重點(diǎn)。
2008年11月,題為《智慧地球:下一代領(lǐng)導(dǎo)人議程》的講話由美國IBM公司總裁在紐約
對(duì)外關(guān)系理事會(huì)上發(fā)表,他王式提出了“智慧地球”(SmarterPlanet)的最新策略,并且希望在
根底建設(shè)的執(zhí)行中,植入“智慧”的理念,從而帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的開展和社會(huì)的進(jìn)步,希望以此掀
起“互聯(lián)網(wǎng)”浪潮之后的又一次科技產(chǎn)業(yè)革命。2009年I月,奧巴馬就任美國總統(tǒng)后,與美
國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會(huì)議”,作為僅有的兩名代表之一,IBM首席執(zhí)行官彭明盛
首次提出“智慧地球”這一概念,建議新政府投資新一代的智慧型根底設(shè)施。2009年,在歐
盟委員會(huì)的資助下,《物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究路線圖》和《RFID與物聯(lián)網(wǎng)模型》等對(duì)物聯(lián)網(wǎng)概念
有重要推廣作用的意見書由歡洲物聯(lián)網(wǎng)研究工程工作組(CERP-IoT)制訂。同年,日本針
對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開展趨勢(shì)也制訂了i-Japan方案。2009年8月,溫家寶總理來到江蘇省無錫市,對(duì)
中科院所屬的高新傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心進(jìn)行了考察,在認(rèn)真參觀了解后,提出了“感知
中國”的想法,針對(duì)中國現(xiàn)狀提出了要盡早籌劃未來開展,盡早掌握關(guān)鍵技術(shù),并且指示盡
早構(gòu)建中國的傳感信息技術(shù)中心;并提出“要盡全力掌握物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)的核心技術(shù),提早
對(duì)后IP時(shí)代相關(guān)的技術(shù)研發(fā)工作進(jìn)行詳細(xì)部署,借助信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的動(dòng)力加快產(chǎn)業(yè)升級(jí)步
伐、快速邁向信息社會(huì)“。隨著中美兩國領(lǐng)導(dǎo)人的表態(tài),物聯(lián)網(wǎng)作為“智慧地球”的核心技術(shù)
之一,被各方提到空前的高度,備受關(guān)注,成為目前研究的熱點(diǎn)。
1999年,Ashton教授在研究RFID時(shí),在美國召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議首先提
出物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)這個(gè)詞,Ashton最初的定義是:“就是當(dāng)今的電腦以及互聯(lián)網(wǎng)幾
乎完全依賴于人類來提供信息。互聯(lián)網(wǎng)上大約有50petabytes(一個(gè)petabyte為1,024terabytes)
的數(shù)據(jù),其中大局部最初由人來獲取和創(chuàng)立的,通過打反字、錄音、照相或掃描條碼等方
式。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)藍(lán)圖中忽略了為數(shù)最多并且最重要的節(jié)點(diǎn)——人。而問題是,人的時(shí)間、
精力和準(zhǔn)確度都是后限的,他們并不適于從真實(shí)世界中截獲信息。這是一個(gè)大問題。我們
生活丁一個(gè)物質(zhì)世界中,我們不能把虛擬的信息當(dāng)作糧食吃,也不能當(dāng)作柴火來燒。想法
和信息很重要,但物質(zhì)世界是更本質(zhì)的。當(dāng)今的信息技術(shù)如此依賴于人產(chǎn)生的信息,以至
于我們的電腦更了解思想而不是物質(zhì)。如果電腦能不借助我們的幫助,就獲知物質(zhì)世界中
各種可以被獲取的信息、,我們將能夠跟蹤和計(jì)量那些物質(zhì),極大地減少浪費(fèi)、損失和消耗。
我們將知曉物品何時(shí)需要更換、維修或召回,他們是新的還是過了有效期。物聯(lián)網(wǎng)有改變
世界的潛能,就像互聯(lián)網(wǎng)一樣,甚至更多?!?/p>
從技術(shù)層面上講,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是通過射頻識(shí)別、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描
器等前端的信息采集系統(tǒng),采集各種需要的數(shù)據(jù)信息,再通過互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳
輸?shù)皆朴?jì)算中心進(jìn)行處理,最后根據(jù)分析處理的最終結(jié)果對(duì)前端進(jìn)行智能化的控制。從應(yīng)
用層面上講,物聯(lián)網(wǎng)是指世界上所有的物體都連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,形成“物聯(lián)網(wǎng)”,然后“物
聯(lián)網(wǎng)”又與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與管理系統(tǒng)的整合,到達(dá)更加精細(xì)和生動(dòng)的方
式管理生產(chǎn)和生活。
物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為TheInternetofThings。由該名稱可見,物聯(lián)網(wǎng)就是“物與物相連
的互聯(lián)網(wǎng)這有兩層意思:第一,物聯(lián)網(wǎng)仍然以互聯(lián)網(wǎng)作為根底和支撐,可以說物聯(lián)網(wǎng)是
在互聯(lián)網(wǎng)的根底上之上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò);第二,物聯(lián)網(wǎng)將聯(lián)系的范圍擴(kuò)展到了物與
物之間,在很大程度上擴(kuò)展了互聯(lián)網(wǎng)之間的聯(lián)系。在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中存在大量的傳感器以及監(jiān)
控設(shè)備等,通過這些設(shè)備進(jìn)行信息的收集,將收集的信息通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸,同時(shí)對(duì)各
種設(shè)備、物體進(jìn)行智能化的控制。
物聯(lián)網(wǎng)一般為無線網(wǎng),由于每個(gè)人周圍的設(shè)備可以到達(dá)一千至五千個(gè),所以物聯(lián)網(wǎng)可
能要包含500兆至一千兆個(gè)物體,在物聯(lián)網(wǎng)上,每個(gè)人都可以應(yīng)用電子標(biāo)簽將真實(shí)的物體
上網(wǎng)聯(lián)結(jié),在物聯(lián)網(wǎng)上都可以查找出它們的具體位置。通過物聯(lián)網(wǎng)可以用中心計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)
器、設(shè)備、人員進(jìn)行集中管理、控制,也可以對(duì)家庭設(shè)備、汽車進(jìn)行遙控,以及搜尋位置、
防止物品被盜等各種應(yīng)用。
物聯(lián)網(wǎng)改變了人與自然界的交互方式,實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的互聯(lián),把
虛擬的信息世界與現(xiàn)實(shí)的物理世界鏈接起來,融為一體,擴(kuò)展了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和管理層
能力。是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮,是一個(gè)全新的技術(shù)
領(lǐng)域。
如今,物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為一個(gè)全球關(guān)注的詞語,因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)涉及到信息技術(shù)的各個(gè)
方而,所以稱物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)的第三次革命性創(chuàng)新。
2物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)
物聯(lián)網(wǎng)源于對(duì)物品識(shí)別的需求,但在當(dāng)前技術(shù)背景下,物聯(lián)網(wǎng)所能夠或者應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的
功能目標(biāo),已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了簡單的物品識(shí)別目的,其與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比具有的特點(diǎn),需要從
系統(tǒng)的角度去研究和思考。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)由諸多異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和多樣化的終端設(shè)備組成,這種
異構(gòu)的特點(diǎn)決定了物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的諸多不同之處。
第一,物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。全面感知就是對(duì)物的生存狀態(tài)和環(huán)境信息
實(shí)時(shí)感知,包括近距離的感知(通過傳感器感知物理量)、遠(yuǎn)距離感知(通過網(wǎng)絡(luò)傳遞感知
信息)和雙向感知。在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中,存在大量不同類型以及功能的傳感器,每個(gè)傳感器都
是一個(gè)信息源,這些傳感器為物聯(lián)網(wǎng)提供大量的信息。由于傳感器功能的差異,不同類別
的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。而且傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性,需要按
一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息,不斷更新數(shù)據(jù)。
第二,物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。可靠傳輸就是以互聯(lián)網(wǎng)為根底,對(duì)
需要聯(lián)網(wǎng)的物體提供互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò),隨時(shí)隨地進(jìn)行可靠的信息交互、信息反應(yīng)、自動(dòng)化
挖制和智能自治管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要根底和核心依舊是互聯(lián)網(wǎng),通過各種有線和無線
網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合,將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器定時(shí)采集的
信息需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,由于其數(shù)量極其龐大,形成了海量信息。這些設(shè)備搜集的大量信
息需要由互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸,在傳輸過程中,為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時(shí)性,必須適應(yīng)各
種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。
第三,物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接,其木身也具有智能處理的能力,能夠?qū)ξ?/p>
體實(shí)施智能控制。智能處理利用云計(jì)算技術(shù),對(duì)感知數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理,評(píng)估物體
的生存狀態(tài)和環(huán)境改變,對(duì)物實(shí)施相應(yīng)的控制策略,進(jìn)行信息施救,并對(duì)信息施救效果進(jìn)
行評(píng)估。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合,利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù),使
自動(dòng)化的智能控制技術(shù)深入到各個(gè)領(lǐng)域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出
有意義的數(shù)據(jù),以適應(yīng)不同用戶的不同需求,發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。
3物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)
目前,物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個(gè)被廣泛認(rèn)同的體系結(jié)構(gòu),但是,我們可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)信息
感知、傳輸、處理的過程將其劃分為三層結(jié)構(gòu),即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層,具體體系結(jié)
構(gòu)如圖1所示。
物聯(lián)網(wǎng)中由于要實(shí)現(xiàn)物與物和人與物的通信,感知層是必需的.感知層在物聯(lián)網(wǎng)中屬
丁信息收集的主要局部,主要用丁對(duì)物理世界中的各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻等數(shù)據(jù)
的采集與感知。數(shù)據(jù)采集主要由各種型號(hào)以及功能不同的傳感器、RFID、二維碼等組成,
這些傳感器相當(dāng)于人體的感覺器官,負(fù)責(zé)感知外界的信息,對(duì)各種信息進(jìn)行分析識(shí)別,收
集有用信息,為后續(xù)工作的開展奠定根底。感知層的關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器、RFID、GPS、
自組織網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、短距離無線通信等。感知層必須解決低功耗、低本錢和小型化
的問題,并旦向靈敏度更高、更全面的感知能力方向開展。
物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層主要進(jìn)行信息的傳送。網(wǎng)絡(luò)層主要是依靠傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng),同時(shí)結(jié)合廣
電網(wǎng)、通信網(wǎng)等,能夠在第一時(shí)間將各種傳感器收集的信息進(jìn)行傳輸,并有云計(jì)算平臺(tái)對(duì)
傳輸過來的信息進(jìn)行分析和計(jì)算,從而做出相應(yīng)的判斷。主要用于實(shí)現(xiàn)更廣泛、更快速的
網(wǎng)絡(luò)互連,從而把感知到的數(shù)據(jù)信息可靠、平安地進(jìn)行傳送。目前能夠用于物聯(lián)網(wǎng)的通信
網(wǎng)絡(luò)主要有互聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)與有線電視網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)中有多種設(shè)備需要接
入,因此物聯(lián)網(wǎng)必須是異構(gòu)泛在的。由于物體可能是移動(dòng)的,因此物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層必須支
持移動(dòng)性,從而實(shí)現(xiàn)無縫透明的接入。
應(yīng)用層主要包括應(yīng)用支撐平臺(tái)子層和應(yīng)用效勞子層。應(yīng)用支撐平臺(tái)子層用于支撐跨行
業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)之間的信息協(xié)同、共享和互通。應(yīng)用效勞子層包括智能交通、智能家
居、智能物流、智能醫(yī)療、智能電力、數(shù)字環(huán)保、數(shù)字農(nóng)業(yè)、數(shù)字林業(yè)等領(lǐng)域。通過各種
終端設(shè)備能夠及時(shí)的獲取物聯(lián)網(wǎng)傳遞的信息。人們可以通過應(yīng)用層的接入終端及時(shí)的獲取
物聯(lián)網(wǎng)中豐富的信息。當(dāng)前,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷開展,相應(yīng)的控制領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大,對(duì)于
人們生活和生產(chǎn)作業(yè)也越來越大。
圖L1物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成局部,其關(guān)鍵環(huán)節(jié)可以歸納為全面感知、可靠傳
送、智能處理。全面感知是指利用射頻識(shí)別(RFID)、GPS、攝像頭、傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)
等技術(shù)手段,隨時(shí)隨地對(duì)物體進(jìn)行信息采集和獲取。可靠傳送是指通過各種通信網(wǎng)絡(luò)、互
聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地進(jìn)行可靠的信息交互和共享。智能處理是指對(duì)海量的跨部門、跨行業(yè)、跨地
域的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理,提升對(duì)物理世界、經(jīng)濟(jì)社會(huì)各種活動(dòng)的洞察力,實(shí)現(xiàn)智能
化的決策和控制。相比互聯(lián)網(wǎng)具有的全球互聯(lián)互通的特征,物聯(lián)網(wǎng)具有局域性和行業(yè)性特
征。
4物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)涉及的新技術(shù)很多,其中的關(guān)鍵技術(shù)主要有RFID、傳感器技術(shù)、智能技術(shù)、納
米技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和云計(jì)算等。
(1)RFID技術(shù)
射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別對(duì)象
并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID為物體貼上電子標(biāo)簽,實(shí)現(xiàn)高效靈活管理,是物聯(lián)網(wǎng)最關(guān)鍵的一個(gè)
技術(shù)。典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫器和信息處理系統(tǒng)組成。當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的物
品通過特定的信息讀寫器時(shí),標(biāo)簽被讀寫器激活并通過無線電波將標(biāo)簽中攜帶的信息傳送
到讀寫器以及信息處理系統(tǒng),完成信息的自動(dòng)采集工作。信息處理系統(tǒng)根據(jù)需求承當(dāng)相應(yīng)
的信息控制和處理工作。由于它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),因此識(shí)別工作無須人工
干預(yù),可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽,操
作方便快捷。
在RFID中要實(shí)現(xiàn)物體之間的互聯(lián)就必須給每件物體一個(gè)識(shí)別編碼,也就是用于身份
驗(yàn)證的ID,每個(gè)物品都有一個(gè)ID來證明它的唯一性。正是RFID對(duì)物體的唯一標(biāo)識(shí)性,使
其成為物聯(lián)網(wǎng)的熱點(diǎn)技術(shù)。而作為條形碼的無線版本,RFID技術(shù)有條形碼不具備的防水、
防磁、耐高溫、可加密等優(yōu)點(diǎn)。
(2)傳感器和傳感節(jié)點(diǎn)技術(shù)
傳感器是指能感知預(yù)定的被測(cè)指標(biāo)并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件和裝置,
通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,用來感知信息采集點(diǎn)的環(huán)境參數(shù),例如聲、光、電、熱
等信息,并能將檢測(cè)感知到的信息按一定規(guī)律變化成電信號(hào)或所需形式輸出,以滿足信息
的傳輸、處理、存儲(chǔ)和控制等要求。如果沒有傳感器對(duì)被測(cè)的原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕
獲和轉(zhuǎn)換,一切準(zhǔn)確的測(cè)試與控制都將無法實(shí)現(xiàn),即使最現(xiàn)代化的電子計(jì)算機(jī),沒有準(zhǔn)確
的信息或有不失真的輸入,也將無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
傳感器的類型多樣,可以按照用途、材料、輸出信號(hào)類型、制造工藝等方式進(jìn)行分類。
常見的傳感器有速度傳感器、熱敏傳感器、壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液面?zhèn)鞲?/p>
器、能耗傳感器、加速度傳感涔、射線輻射傳感器、震動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感
器、氣敏傳感器等。隨著技術(shù)的開展,新的傳感器類型也不斷產(chǎn)生。傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域非
常廣泛,包括工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、國防現(xiàn)代化、航空技術(shù)、航天技術(shù)、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)
與生物科學(xué)等。
隨著納米技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的應(yīng)用,傳感器尺寸的減小和精度的提高,
也大大拓展了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳
輸和電源構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力,也就是在傳統(tǒng)傳感器根底上,
增加了協(xié)同、計(jì)算、通信功能,構(gòu)成了傳感器節(jié)點(diǎn)。智能化是傳感器的重要開展趨勢(shì)之一,
嵌入式智能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)傳感器的重要開展趨勢(shì)之一,嵌入式智能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)傳感器智能化
的重耍手段,其特點(diǎn)是將硬件和軟件相結(jié)合,嵌入式微處理器的低功耗、體積小、集成度
高和嵌入式軟件的高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)結(jié)合人工智能技術(shù),推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)中智能
環(huán)境的實(shí)現(xiàn)。
(3)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)
無論物聯(lián)網(wǎng)的概念如何擴(kuò)展和延伸,其最根底的物物之間的感知和通信是不可替代的
關(guān)鍵技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)包括各種有線和無線傳輸技術(shù)、交換技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)關(guān)技術(shù)
等。
其中M2M技術(shù)那么是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)犍。M2M技術(shù)是機(jī)器對(duì)機(jī)器
(Machine-To-Machine)通信的簡稱,指所有實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器、系統(tǒng)之家建立通信連接的技
術(shù)和手段,同時(shí)也可代表人對(duì)機(jī)器(ManToMachine機(jī)器對(duì)人(MachineToMan)、移
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