NGN的網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)研究進(jìn)展
沈岷 施曉峰 李明棟 2007/03/22
摘要：為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與接入的完全無關(guān)性，以及使固定終端具有游牧特性，下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)在架構(gòu)中引入了網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)(NASS)，用于完成對(duì)用戶附著于接入網(wǎng)絡(luò)的管理，包括用戶驗(yàn)證和網(wǎng)絡(luò)地址分配、位置管理。TISPAN組織在NGN研究的R1階段研究了NASS的內(nèi)部架構(gòu)和外部接口協(xié)議，并出版了正式的技術(shù)規(guī)范。R2階段NASS主要的研究方向有兩個(gè)：移動(dòng)性與游牧；支持不同接入網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。NASS尚存在若干問題，需要進(jìn)一步研究和關(guān)注。
關(guān)鍵詞：下一代網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)接入配置功能
Abstract:TheNetworkAttachmentSubsystem (NASS) is introduced into
the Next Generation Networks (NGN) architecture to enable access-independent
applications and create the support for normadism. The NASS provides user
management at access level including user authentication, allocation of
the IP address, and location management. ETSI Technical Body TISPAN has
published NGN R1 that covers NASS architecture and interface protocol.
There are several remaining issues that need to be addressed in the NASS.
In TISPAN-NGN R2, the study of it will be focused on mobility and nomadism,
and supporting multiple types of access networks.
Keywords:NGN;NASS;NACF
下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)前通信標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題之一，對(duì)NGN架構(gòu)的研究主要在高級(jí)網(wǎng)絡(luò)電信與因特網(wǎng)融合業(yè)務(wù)和協(xié)議(TISPAN)組織和國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部(ITU-T)兩大國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織內(nèi)進(jìn)行。
1.TISPANR1階段研究成果
TISPAN是隸屬于歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織(ETSI)的一個(gè)技術(shù)委員會(huì)，于2003年9月由從事固定網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的SPAN和從事IP語音(VoIP)研究的TIPHON兩個(gè)委員會(huì)合并而成，專門負(fù)責(zé)對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。
TISPAN將NGN研究分為3個(gè)階段(即R1、R2、R3)，其中R1階段已結(jié)束，在2005年底發(fā)布了第1批標(biāo)準(zhǔn)文檔；R2階段已經(jīng)啟動(dòng)，計(jì)劃在2007年7月結(jié)束。
在R1階段，TISPAN有多個(gè)工作小組從事網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)(NASS)研究，分別研究NASS的內(nèi)部架構(gòu)和外部接口協(xié)議(如e1、e2、e4、e5)，目前均出版了正式的技術(shù)規(guī)范。
1.1NASS在NGN架構(gòu)中的位置
TISPAN依據(jù)3GPP的IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)體系架構(gòu)提出了NGN的體系結(jié)構(gòu)和邏輯功能結(jié)構(gòu)，并盡可能重用3GPP的相關(guān)規(guī)范，但要求支持更多的接入方式，包括數(shù)字用戶線(xDSL)、局域網(wǎng)(LAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)等。目的是使IMS成為基于會(huì)話初始協(xié)議(SIP)的通用平臺(tái)，同時(shí)支持固定通信網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)的多種接入方式。為此，TISPAN將NGN架構(gòu)分為業(yè)務(wù)層和傳送層，在傳送層引入了NASS與資源及接納控制子系統(tǒng)(RACS)，負(fù)責(zé)為上層業(yè)務(wù)層提供獨(dú)立的用戶接入管理功能，如圖1所示[1]。
NASS完成對(duì)用戶附著于接入網(wǎng)絡(luò)的管理，主要功能包括：
為用戶設(shè)備(UE)動(dòng)態(tài)提供IP地址，以及其他配置參數(shù)。
對(duì)用戶進(jìn)行接入層的鑒權(quán)。
基于用戶業(yè)務(wù)清單(Profile)，對(duì)用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接入的授權(quán)。
基于用戶業(yè)務(wù)清單，配置接入網(wǎng)絡(luò)。
管理用戶的位置信息。
NASS提供的是接入層的注冊(cè)功能，此外業(yè)務(wù)層還可以要求用戶再次注冊(cè)。
NASS提供網(wǎng)絡(luò)級(jí)的標(biāo)識(shí)信息和鑒權(quán)方式，管理接入網(wǎng)的IP地址空間，為用戶提供NGN上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的接入點(diǎn)信息。
NASS提供移動(dòng)性管理，終端可以游牧到不同的接入點(diǎn)或接入網(wǎng)絡(luò)(可以是不同的運(yùn)營(yíng)商)。
用戶可以使用不同的終端接入網(wǎng)絡(luò)享受下一代網(wǎng)的業(yè)務(wù)。但R1階段不支持接入網(wǎng)絡(luò)之間的切換，不提供業(yè)務(wù)連續(xù)性。
對(duì)于用戶所附著的接入網(wǎng)絡(luò)，NASS提供的鑒權(quán)方式有兩種：隱式鑒權(quán)和顯式鑒權(quán)。
顯式鑒權(quán)需要在用戶設(shè)備(UE)與NASS之間執(zhí)行一個(gè)鑒權(quán)信令交互過程，而隱式鑒權(quán)則沒有這樣一個(gè)過程，NASS直接根據(jù)UE的二層(L2)連接的標(biāo)識(shí)進(jìn)行鑒權(quán)。如線路鑒權(quán)就是一種隱式鑒權(quán)。
1.2NASS功能單元的組成
NASS的基本架構(gòu)如圖2所示，由網(wǎng)絡(luò)接入配置功能(NACF)、接入管理功能(AMF)、連接會(huì)話定位與存儲(chǔ)功能(CLF)等邏輯功能單元組成。
（1）網(wǎng)絡(luò)接入配置功能
NACF負(fù)責(zé)為UE分配IP地址，并提供UE所需要的其他網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)，如域名服務(wù)器(DNS)地址、上層業(yè)務(wù)接入點(diǎn)地址等。對(duì)于上層的IMS，業(yè)務(wù)接入點(diǎn)就是P-CSCF(代理呼叫會(huì)話控制功能)。NACF還向UE提供一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符，唯一地標(biāo)識(shí)UE所附著的接入網(wǎng)絡(luò)，上層應(yīng)用可通過該標(biāo)識(shí)符定位CLF。
（2）接入管理功能
AMF負(fù)責(zé)翻譯UE的接入請(qǐng)求，將UE的IP地址分配請(qǐng)求以及網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至NACF，將用戶鑒權(quán)請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給用戶接入授權(quán)功能(UAAF)，反向則將來自NACF或UAAF的響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給UE。
（3）連接會(huì)話定位與存儲(chǔ)功能
CLF登記UE所分配的IP地址、NACF提供的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)定位信息、地理位置信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)；CLF還存儲(chǔ)用戶標(biāo)識(shí)、用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS)清單、用戶的位置信息隱私權(quán)設(shè)置。CLF向上層業(yè)務(wù)提供位置查詢功能。
（4）用戶接入授權(quán)功能
UAAF提供用戶鑒權(quán)、授權(quán)核查功能。UAAF從清單數(shù)據(jù)庫(kù)功能(PDBF)包含的用戶網(wǎng)絡(luò)清單信息中獲取鑒權(quán)和網(wǎng)絡(luò)授權(quán)信息。UAAF也收集用于計(jì)費(fèi)的帳務(wù)數(shù)據(jù)。
（5）清單數(shù)據(jù)庫(kù)功能
PDBF存儲(chǔ)用戶鑒權(quán)數(shù)據(jù)(如用戶標(biāo)識(shí)、支持的鑒權(quán)方法列表、鑒權(quán)密鑰)以及與網(wǎng)絡(luò)接入配置相關(guān)的信息。PDBF與業(yè)務(wù)層的用戶業(yè)務(wù)清單數(shù)據(jù)庫(kù)(見圖1)分工不同，PDBF是傳送層的數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)用于接入和鑒權(quán)的信息，用戶業(yè)務(wù)清單數(shù)據(jù)庫(kù)是業(yè)務(wù)層的數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)用戶的業(yè)務(wù)信息。但兩者有一定的關(guān)聯(lián)，在物理上可以考慮合設(shè)。
（6）客戶網(wǎng)關(guān)配置功能
客戶網(wǎng)關(guān)配置功能(CNGCF)在UE初始化或升級(jí)時(shí)使用，為UE提供額外的配置信息，如防火墻配置、IP包的QoS標(biāo)記等。CNGCF與NACF提供的網(wǎng)絡(luò)配置數(shù)據(jù)相輔相成，使UE能順利地接入網(wǎng)絡(luò)。
（7）接入中繼功能
接入中繼功能(ARF)不屬于NASS的組成單元，它位于客戶網(wǎng)關(guān)(CNG)與NASS之間，作為中繼，可以在用戶請(qǐng)求中插入接入網(wǎng)絡(luò)所提供的位置信息。
在正常的UE接入流程中，UE通過ARF/AMF先與UAAF交互，完成鑒權(quán)和網(wǎng)絡(luò)授權(quán)；再與NACF交互，獲得用于接入的IP地址與其他配置參數(shù)；UAAF和NACF分別將用戶相關(guān)信息送至CLF，在CLF處進(jìn)行關(guān)聯(lián)和存儲(chǔ)，供RACS和上層業(yè)務(wù)查詢。
1.3接口描述
NASS接口包括NASS內(nèi)部各邏輯功能單元之間的接口和NASS對(duì)外的接口。
1.3.1NASS內(nèi)部各邏輯功能單元之間的接口
(1)a1接口
a1接口是AMF與NACF之間的接口。a1接口用于AMF向NACF請(qǐng)求為UE分配IP地址及其他網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)。
(2)a2接口
a2接口是NACF與CLF之間的接口。NACF通過本接口向CLF登記為UE所分配的IP地址與相關(guān)位置信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，或者通知CLF注銷關(guān)聯(lián)；CLF可通過本接口為NACF提供CNGCF地址、地理位置信息、P-CSCF標(biāo)識(shí)信息。
(3)a3接口
a3接口是AMF與UAAF之間的接口。a3接口用于AMF向UAAF請(qǐng)求對(duì)用戶進(jìn)行鑒權(quán)和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)簽約信息的核查。
(4)a4接口(即UAAF與CLF之間的接口)
a4接口是UAAF與CLF之間的接口。UAAF通過本接口以“推(Push)”的方式向CLF登記用戶標(biāo)識(shí)與用戶位置信息隱私權(quán)設(shè)置的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及用戶的網(wǎng)絡(luò)清單信息(如QoS信息)。CLF也可通過本接口以“拉(Pull)”方式主動(dòng)向UAAF查詢用戶的網(wǎng)絡(luò)清單信息。
(5)e5接口
e5接口[2]是UAAF代理與UAAF服務(wù)器之間的接口。e5接口用于UAAF代理(位于用戶拜訪網(wǎng)絡(luò))與UAAF服務(wù)器(位于用戶歸屬網(wǎng)絡(luò))之間，由UAAF代理向UAAF服務(wù)器請(qǐng)求獲取用戶的鑒權(quán)和授權(quán)信息，UAAF代理也可向UAAF服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)拜訪網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的帳務(wù)數(shù)據(jù)。
UAAF代理與UAAF服務(wù)器可能位于不同的管理域，兩者之間需要建立雙向的信任關(guān)系。e5接口可采用遠(yuǎn)程撥號(hào)用戶認(rèn)證(RADIUS)協(xié)議或Diameter協(xié)議。
R1階段沒有定義NACF與UAAF之間的接口功能。R1階段對(duì)UAAF與PDBF之間的接口也沒有規(guī)定，UAAF與PDBF可以合設(shè)，或以非標(biāo)準(zhǔn)接口互聯(lián)。
對(duì)于上述內(nèi)部接口中的前4個(gè)接口，TISPAN還沒有制訂具體的協(xié)議規(guī)范。
1.3.2NASS對(duì)外接口
在圖2中，與NASS有互聯(lián)關(guān)系的外部實(shí)體包括同層的RACS、底層的ARF、上層的業(yè)務(wù)控制子系統(tǒng)和應(yīng)用實(shí)體。
(1)e4接口
e4接口是CLF與RACS之間的接口。RACS通過e4接口向CLF獲取用戶的網(wǎng)絡(luò)位置信息，以決定可用網(wǎng)絡(luò)資源的數(shù)量；RACS也可向CLF獲取用戶的網(wǎng)絡(luò)清單信息，作為處理資源分配請(qǐng)求的參考。文獻(xiàn)[3]給出了基于Diameter協(xié)議的e4接口規(guī)范。
(2)e2接口
e2接口是CLF與業(yè)務(wù)控制子系統(tǒng)之間的接口。業(yè)務(wù)層實(shí)體通過e2接口從CLF獲取網(wǎng)絡(luò)位置信息。文獻(xiàn)[4]給出了基于Diameter協(xié)議的e2接口規(guī)范。
(3)e1接口
e1接口是AMF與ARF、ARF與CNG之間的接口。UE通過e1接口發(fā)起IP地址分配請(qǐng)求，并獲取相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)以便接入網(wǎng)絡(luò)；UE也通過e1接口提供用戶的通行字、令牌、證書等信息用于網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)。請(qǐng)求經(jīng)ARF中繼到達(dá)AMF，ARF可在請(qǐng)求消息中加入網(wǎng)絡(luò)位置信息。
當(dāng)需要雙向鑒權(quán)時(shí)，NASS通過e1接口向UE提供鑒權(quán)參數(shù)。文獻(xiàn)[5]給出了e1接口定義，包括WLAN和xDSL等接入方式。
(4)e3接口
e3接口是CNGCF與CNG之間的接口。e3接口用于CNGCF配置UE，以便UE接入上層業(yè)務(wù)與應(yīng)用。超文本傳輸協(xié)議(HTTP)、文件傳輸協(xié)議(FTP)和小型文件傳輸協(xié)議(TFTP)可用于e3接口。目前該接口尚沒有制訂相應(yīng)的接口規(guī)范。
1.4游牧場(chǎng)景
在R1階段，NASS只支持用戶的游牧，UE可以在任何地點(diǎn)接入相同的NGN系統(tǒng)，NASS不支持會(huì)話的連續(xù)性，即UE不能實(shí)現(xiàn)不同接入網(wǎng)絡(luò)之間的漫游切換。
在UE游牧?xí)r，NGN網(wǎng)絡(luò)可劃分為歸屬網(wǎng)絡(luò)和拜訪網(wǎng)絡(luò)。圖3是用戶游牧的一個(gè)典型場(chǎng)景，其中為用戶提供業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)控制子系統(tǒng)位于歸屬網(wǎng)絡(luò)。拜訪網(wǎng)絡(luò)的UAAF作為代理，通過e5接口向歸屬網(wǎng)絡(luò)的UAAF(作為服務(wù)器)獲取用戶鑒權(quán)信息；歸屬網(wǎng)絡(luò)的CLF通過e2接口向拜訪網(wǎng)絡(luò)的CLF獲取用戶的位置信息，再提供給上層的業(yè)務(wù)控制子系統(tǒng)。
在其他場(chǎng)景下，若由拜訪地的業(yè)務(wù)控制子系統(tǒng)為用戶提供業(yè)務(wù)，則其直接向拜訪網(wǎng)絡(luò)的CLF獲取位置信息，不需要?dú)w屬地CLF進(jìn)行中轉(zhuǎn)；若不需要對(duì)UE進(jìn)行鑒權(quán)，則拜訪網(wǎng)絡(luò)的UAAF直接訪問本地PDBF，而不再通過e5接口訪問歸屬網(wǎng)絡(luò)的UAAF以獲取鑒權(quán)信息。
2.TISPANR2階段研究計(jì)劃
目前雖然NASS R1階段協(xié)議已經(jīng)正式出版，但是仍然有許多問題尚待解決。
在2006年1月TISPAN的第10次會(huì)議上WG2組(負(fù)責(zé)架構(gòu)研究)將R2階段可能的研究方向分為4個(gè)組，其中A組包括NASS、RACS、接入(Access)、QoS、過載(Overload)等專題，NASS專題主要的研究方向有兩個(gè)：移動(dòng)性與游牧；支持不同接入網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。
(1)移動(dòng)性與游牧
NGN中對(duì)移動(dòng)性的需求可以列舉如下：
應(yīng)能支持終端在不同的物理位置移動(dòng)，在這些位置可以使用不同的接入技術(shù)。
應(yīng)能支持用戶使用一個(gè)設(shè)備或者多個(gè)設(shè)備接入一個(gè)或者多個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)。
應(yīng)支持用戶在移動(dòng)中改變接入點(diǎn)，如果移動(dòng)過程中接入技術(shù)是不變的并且接入網(wǎng)絡(luò)屬于同一個(gè)運(yùn)營(yíng)商，則在技術(shù)允許的情況下應(yīng)支持會(huì)話連續(xù)性或者切換；如果接入技術(shù)不同，則無需支持會(huì)話連續(xù)性或切換。如果無法支持會(huì)話連續(xù)性或者切換，會(huì)話應(yīng)完全中止并重新開始。
當(dāng)用戶連接到其他網(wǎng)絡(luò)時(shí)，歸屬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持通過該拜訪網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。
由移動(dòng)所引發(fā)的服務(wù)變化應(yīng)對(duì)用戶可見。
當(dāng)用戶首次在新地點(diǎn)接入時(shí)，服務(wù)應(yīng)能夠重新配置，即滿足“游牧”行為。
移動(dòng)性不應(yīng)干擾服務(wù)獲取所需的信息(如位置信息)。
NASS目前的框架協(xié)議并沒有詳細(xì)描述移動(dòng)的場(chǎng)景與實(shí)現(xiàn)，針對(duì)這些需求，NASS作為負(fù)責(zé)用戶接入的網(wǎng)元，還有許多問題需要在R2階段研究及細(xì)化。
(2)支持不同接入網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)
NASS應(yīng)能提供一個(gè)支持多種不同的接入技術(shù)的架構(gòu)，如xDSL、WLAN、WiMAX等，雖然NASS總的架構(gòu)是適合各類接入方式的，但不同的接入技術(shù)還存在一定的差異。目前R1階段只研究了WLAN和xDSL，其他的接入方式，如FTTH還需要在R2階段研究。
從現(xiàn)實(shí)的需求與NASS協(xié)議演進(jìn)的現(xiàn)狀看，目前還有很多問題需要進(jìn)一步研究。
(1)NASS需要支持提供位置信息，但是在R1階段還沒有很好地解決漫游時(shí)的定位問題，特別是針對(duì)漫游用戶通過歸屬地網(wǎng)絡(luò)接入業(yè)務(wù)網(wǎng)時(shí)的場(chǎng)景。
另外，NASS如何與現(xiàn)有的3GPP定位服務(wù)架構(gòu)融合，例如是否需要增加NASS CLF網(wǎng)元與3GPP網(wǎng)關(guān)移動(dòng)位置中心(GMLC)之間的接口。這些問題需要留待R2階段繼續(xù)討論。
(2)NASS提供CNGCF用于配置UE，這是NGN的一個(gè)重要特性。但R1階段還沒有定義e3接口規(guī)范，有待R2階段繼續(xù)研究。
此外還有一些具體問題需要進(jìn)一步研究，如支持NASS會(huì)使得IMS網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)更加復(fù)雜，由于存在多種鑒權(quán)方式，如何選擇合適的鑒權(quán)方式，而不至于引發(fā)沖突，還需要進(jìn)一步澄清與研究。
3.ITU-T對(duì)NACF的研究情況
ITU-T中的NGN研究工作由SG13工作組主導(dǎo)，成立了NGN全球標(biāo)準(zhǔn)行動(dòng)舉措(NGN-GSI)工作組以協(xié)調(diào)SG13、SG11、SG16等工作組之間的NGN標(biāo)準(zhǔn)化工作。
ITU-T主要致力于NGN核心網(wǎng)的研究，對(duì)于NASS的研究沒有設(shè)立單獨(dú)的草案項(xiàng)目，只在NGN的功能需求和架構(gòu)建議草案Y.2012[6]中對(duì)NACF有所提及。
ITU-T下一代網(wǎng)絡(luò)的主要架構(gòu)如圖4所示，NACF是NGN傳輸層的功能實(shí)體，正對(duì)應(yīng)于TISPAN NGN架構(gòu)中的NASS。
在ITU-T NGN架構(gòu)中，NACF在接入層面提供注冊(cè)并且為進(jìn)入NGN業(yè)務(wù)的終端用戶功能進(jìn)行初始化。這些功能提供了傳輸層面的認(rèn)證/鑒權(quán)，管理接入網(wǎng)的IP地址空間，并且對(duì)接入的會(huì)話進(jìn)行鑒權(quán)。它們也在業(yè)務(wù)層面為終端用戶提供NGN功能提供聯(lián)系點(diǎn)。
NACF包括傳輸層的用戶配置(User Profile)功能(User Profile是以一種功能數(shù)據(jù)庫(kù)形式表現(xiàn)用戶信息和其他控制數(shù)據(jù)的聯(lián)合，已成為傳輸層面的一個(gè)單獨(dú)的功能)，這個(gè)功能數(shù)據(jù)庫(kù)可以通過一套協(xié)同操作的、功能可以駐留在NGN任何部分的數(shù)據(jù)庫(kù)來說明和實(shí)現(xiàn)，類似于TISPAN
NASS中的PDBF。
NACF提供以下功能：
提供動(dòng)態(tài)IP地址和其他用戶設(shè)備配置參數(shù)；
經(jīng)過用戶許可，用戶設(shè)備能力和其他參數(shù)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)；
終端用戶和網(wǎng)絡(luò)在IP層(也可能是其他層)的認(rèn)證；
基于UserProfile的網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)功能；
基于UserProfile的接入網(wǎng)配置；
IP層的位置管理。
ITU-T對(duì)于NACF的研究和TISPAN有所不同的是NACF增加了提供用戶設(shè)備能力和其他參數(shù)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能，但是該功能的具體細(xì)節(jié)還沒有明確說明。
4.結(jié)束語
對(duì)于NASS的研究，不同的研究組織有不同的定位。TISPAN對(duì)于NASS有較為深刻的理解，而ITU-T由于對(duì)NASS并沒有太多考慮，主要是保持和TISPAN的同步。即使是TISPAN，對(duì)于NASS的研究也沒有達(dá)到成熟的地步，NASS中目前存在的若干問題，需要進(jìn)一步研究和關(guān)注。
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