让物物相联更简单
网电速联—智慧城市物联网“最后一公里”传输解决方案

　　任何一个智能终端，它只需要两个东西，一是供电，二是联网。我们的解决方案就是“网电速联”。

　　物联网的概念是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是智慧城市建设中必不可少的一个重要基础组成部分。几乎涵盖整个智慧城市下的智慧社区、智慧农业、智慧校园、智慧公安等方方面面，智慧城市离不开设置在各个部位大量的摄像头、温度、湿度、PM2.5传感器等智能终端，由于这些终端所处的位置受实际环境影响很大，如何让这些将大量智能终端方便供电、稳定工作，并实现有效地连接到互联网上，就需要一个物联网传输网络和智能供电体系。根据长、中、短不同距离的要求，解决方案各不相同，“网电速联”专门重点针对“方圆一公里”各类传感器快速有效地实现网络连接和安全节能地稳定供电，为大家提出一个供参考的解决思路。

　　一、“网电速联”如何解决智能终端的联网问题

　　1、什么是“网电速联”?

　　智慧城市，就是充分运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，构建城市规划、建设、管理和服务的智慧化体系，实现城市化与信息化高度融合的更高级城市形态，创造更加美好的生活。物联网作为智慧城市的关键部分，是智慧城市的神经末梢，没有物联网智慧城市就无法感知城市;而信息传输部分工业物联网的核心组成部分之一。

　　“网电速联”是深圳市优特普科技有限公司针对物联网传输提出的一个针对“最后一公里”的整体解决方案，其包括对网络传输和电源供电管理两个方面:一方面是物联网数据传输的通道，他通过有线、无线的数据链路，将传感器和终端检测到的数据上传到管理平台，并接收管理平台的数据到各个扩展功能节点;另一方面是通过对智能终端的供电和能耗管理达到一个让智能终端“既工作又省电”的效果。

　　“网电速联”的构想是，远距离采用光纤或者4G等无限技术，接近“最后一公里”后，我们利用一个多功能专用交换机，适合光纤的采用光纤，不适合光纤的采用有线和无线相结合的模式。当采用有线模式时，优先采用“网络+电源”如PoE、EOC等在一根网线或其他铜导线上传输，并通过软件实现能耗智能管理，这种方式;当采用无线时，对太阳能、风能电池进行能耗管理。“网店速联”实际上就是要透过一个网络装置，把“最后一公里”范围分布四处的各类智能终端简单有效地链接整合起来，并实现统一的能耗管理。

　　2、为什么需要网电速联?

　　一方面智慧城市讲究各种系统的融合和共享，目前各部门、各单位自己建设的各种智能系统各自为政的情况普遍，很难整合，一个单位已经安装好的摄像机探头很难被另外一个部门调用，这样导致大量的重复建设，国家资源很难得到合理应用。“智慧城市”是站在一个城市的高度来做物联网的建设，同一个智能终端采集到的图像、音频、温度等等各类信息是要在合法的授权下，任何单位都可以简单方便的调用，这样多个部门就可以使用同一个智能终端的数据，只是用途不同而已。另一方面城市物联网有别于家庭应用，有校园、机场、工厂、电站等各类建筑、各种道路、荒山野岭、机车等不同环境需要满足，特点是地域广，高低温、湿度大、气压强、腐蚀大等气候环境、强电磁辐射和干扰环境和各种机械环境等;而且往往这些环境下还存在电源难于获取和无法可靠保障，人员难于维护的情况。这就不仅要求智能终端可以可靠稳定工作，更需要连接各种智能终端的连接和电源供应系统需要可靠安全长期稳定的支持。基于这些设想和实际情况，传输层和感知层就应该在一个标准下彻底分离，传输层只负责信息传输和能源传递，感知层的各个智能终端都必须遵守一个统一的数据标准和供电标准，这样，无数个智能终端就可以非常方便快捷地进行任意位置的布设，各个单位需要使用数据只需要在软件数据上授权即可。正是基于这个长远设想，我们需要一个解决“最后一公里”的标准方案，“网电速联”作为一个传输系统解决方案是对这一标准的一个有益尝试。

　　3、“网电速联”要做到什么程度?

　　针对智慧城市整体要求，“网电速联”至少在四个方面符合要求：

　　一、有利于各种数据流的传输。

　　工业物联智能终端中不仅包含普通检测数据流，还包含大量实时高清视频流。一般的数据可能有一定延时，但对一些对实时要求高的校准时钟数据、核对数据、视频数据要求很高的实时性。例如：不希望在观看视频画面的时候突然卡住，更不希望某些重要镜头会无缘无故丢失掉。实时性、完整性、流畅性是对于高清视频流传输的基本要求。

　　二、有利于组网。

　　一是兼容多种传输方式和介质。“网电速联”包括有线和无线传输产品，有线传输产品包括网络电缆、同轴电缆、双绞线电缆和光纤多介质以太网传输和EPON光纤网络传输产品;包括4G LET、WIFI、Zigbee、RFID和微波等无线传输产品;包含光纤和无线的组合特色产品;二是组网更简单。“网电速联”的传输设备与运维管理平台软件解决，系统组网更简单，可远程实现VLAN、链路聚合、快速环网等二三层网络管理;“网电速联”的电源解决方案解决了终端设备电源问题，减低了组网难度。“网电速联”提供交流电源、直流电源及电池供电、冗余供电等综合解决方案，其中PoE\EPOC\PLC等网络电源混合传输为物联网传输提供极大便利;稳定可靠的太阳能、风能等多样化的电源管解决方案，为野外工业智能终端提供便捷的组网。三是组网更安全，MAC地址快速绑定技术、128位AES网络传输加密技术等网络传输管理技术更进一步提高网络安全性。

　　三、有利于适应各种复杂现场环璄。

　　1、可靠性，通常以MTBF指标来分析，在复杂环境或要求高的环境通常在几十年以上。在工程系统中，可靠性低，整个系统可靠性更低。这不仅影响物联网业务，给工程商极大的增加了系统维护成本，有的甚至无法验收，造成严重损失。

　　2、气候环境兼容

　　针对设备对气候环境的适应能力有要求，GB/T 2423国家标准中对温度、湿度、气候等指标有明确的规范。由于工业物联网设备，特别是前端摄像头、接入传输设备安装的气候环境较为复杂，这对设备对高低温度、高湿度防护、耐腐蚀性与抗老化性、气压等指标有很高的要求。

　　3、机械环境兼容

　　在汽车、轨道交通等机车运动环境下的物联网系统，传输设备要求兼容机械环境的能力。国家标准GB/T 2423对设备的机械冲击、碰撞、自由跌落、振动等指标有很高的要求。同样对于普通传输这没有要求。

　　4、电磁环境兼容(EMC)

　　由于工业物联终端设备需要在包括社区、工厂、电站、机车等不同的环境环境电磁场工作下工作。特别是设备的电磁抗扰度(EMS)方面有更高要求。这些包括国家标准GB17626中规范的静电抗电抗扰度(ESD)、射频电磁场辐射抗扰度(RS)、电快速瞬变脉冲群抗扰度(EFT)、浪涌(冲击)抗扰度(Surge)、射频场感应的传导骚扰抗扰度(CS)等项目。普通设备都在1级或没有要求。而这些工业物联网设备通常都要求在2、3级以上，设备抗干扰能力越高，设备工作就更稳定。设备抗扰度低下，设备工作就不稳定。就会出现设备复位、丢包率高、设备寿命降低低甚至设备烧毁等现象。具体表现就是图像停顿，花屏甚至系统瘫痪等现象。

　　5、安规

　　工业物联网传输设备需考虑在电厂、煤矿、加油站等工程安装和使用的安全。由于许多工业现场安装设备的空间狭小，施工及维护人员极易直接接触到网络设备的供电部分，合理的电压为操作人员的安全提供了重要保障。设备也需要考虑阻燃等措施满足工程防火要求。除此国家标准GB4943对触电、火灾外，在不同的环境还对热危险、机械危险等做了全面的规范和要求。普通的交换机虽然也安规触电、防火等方面有要求，却和工业环境的要求不同的等级和范围。

　　四、有利于工程安装和维护。

　　1：业务类别：不同环境和业务差别很大。通常电力、煤矿、工厂、边防和道路物联终端等对整个系统的环境兼容要强的多，安装的难度和要求都高。客户不同的要求差异也对现场工程安装可能会异常的大。设备的地点也确定了设备对气候环境的要求，如高低温、湿度等就是必须考虑到范围。不考虑防雷，抗干扰等环境兼容要求对设备选择的影响，同样会带来更多风险。

　　2：系统布局：现有的工程施工环境和建筑结构对系统布局有直接影响，布局通常可以通常合理采用星型、总线型、环型或混合拓扑结构。同时还得兼顾传输距离，传输电缆的选择，布设空间，施工难度，工期及材料及人力成本等等。不同的施工团队擅长的也不一样，有些擅长电缆设备，有些更擅长光缆布设。优特普“网电速联”的EOC,EPOC,EVOC,EP等产品给系统电缆布设提供更多选择，把光传输和电传输完美结合在一起。

　　3：设备安装调试：系统布局确定后，设备的安防地点基本确定。是否利于安装和调试也很关键，有些公司做的产品成本是很低，连基本的固定方式都没有，就更别谈如何优化线路和维护。优特普“网电速联”产品具有挂墙，导轨，MIT机架19#机架等安装方式，给系统安装提供更多便利，为项目通过验收提供了保障。除了安装还需要考虑调试，安装人员和调试人员可能为不同工作人员，高空作业不仅影响成本对人员的要求也很高。便捷调试功能或远程调试管理将节约大量的人工成本。

　　二、“网电速联”应用案例解析

　　根据上述对“网电速联”的设想，我们结合几个案例来说明“网电速联”的应用效果。由于目前“网电速联”产品还属于初级阶段，并且项目多以试点方式进行，因此每一个项目中能体现的往往是“网电速联”某一方面特性，但这些也能充分说明一些问题。

　　案例一： PoE技术，方便省钱

　　----“网电速联”在江苏南通万达广场智慧社区的应用

　　项目介绍。南通万达广场总建筑面积约52万平方米，整个项目由高档购物中心、娱乐中心、高档住宅、时尚步行街、办公等组成，集购物、休闲、餐饮、娱乐、文化、居住多功能为一体。整个解决方案整合视频监控、入侵报警、车辆管理、门禁管理、考勤管理、无线覆盖、信息发布和公共广播等业务系统。该项目为高端新建项目，都采用较为先进的设备和系统。其中网络传输部分采用“网电速联”传输解决方案。

　　解决方案

　　根据该项目的规划，整个网络系统采用“网电速联”PoE+全千兆解决方案，业务上满足1080P高清网络摄像机、WLAN无线网络覆盖、信息发布系统对高速网络的要求。同时PoE+供电技术，简化了项目施工和管理难度，更有效的提高电源集中管理，提高系统稳定性和可维护性，减低能耗。针对室外网络视频球机、室外WIFI AP、室外传感器和广播等室外物联终端连接的“网电速联”产品，采用满足室外高低温、防雷击的工业等级网络交换传输设备，提高系统稳定性。采用“网电速联“运维管理软件，为系统的安装调试、运行管理和维护提供便捷，提高系统的运行效率和减低故障率。图示如下： 

 应用特点：

　　1、工业等级，系统工作稳定可靠

　　工业等级接入设备具备6KV防雷能力、-40℃～75℃高低温适应能力以及快速环网备份能力，大大提高和优化了室外智能终端的接入能力，提高了整个系统工作的稳定性和可靠性。

　　2、系统扩充性强

　　该系统在设计网络拓扑充分考虑系统扩展性，所以预留充分的冗余端口，不仅在端口方面具有冗余，而且设备电源部分也具有冗余电源接口，方便系统扩充及保证系统工作稳定性。

　　3、国际PoE标准，简化布线

　　在接入层设备上，接入交换机采用“网电速联”系列PoE接入交换机进行网络高清摄像机的网络信号接入及网络摄像机的供电，每个交换机的端口可最高输出30W功率，完全可以满足一般摄像机的供电需求，通过一根网线同时传输网络信号及电源信号，简化布线。

　　4、大带宽、高缓存，满足网络高清视频信号实时传输

　　在网络拓扑的设计上以及交换机的选型方面，都充分考虑网络高清视频传输大带宽、高码流的需要，比如在接入层交换机的选项方面，采用的是“网电速联”接入交换机产品，其上联端口采用是千兆带宽设计，足以满足下联端口的摄像机信号传输。

　　“网电速联”系列产品的工程应用，满足了万达广场的建筑内部和外部安防视频监控、无线覆盖、信息发布系统、门禁系统等物联终端组网和设备顺畅工作的需求;简化了网络和终端设备电源系统的布设，达到较高的建设速度，同时减低了调试、人工等工程和建设成本;优化了网络布局、减低了维护成本。系统稳定工作为万达广场的日常运行起着重要基础支撑作用。

　　案例二、无线有线，搭配巧妙

　　---“网电速联”在中石油运输管道监控系统的应用

　　项目介绍：某油20公里运输管道24H视频监控工程是全长2000公里运输管道监控工程的试点项目工程。石油管道具有管径大、压力高及输送量大等特点，由于管道防腐覆盖层逐渐老化、突发性的自然灾害，以及人为的打孔盗油现象，导致石油泄漏时有发生，严重地威胁了石油管道输送线路的安全，并导致了原油损失、环境污染以及停产停输等一系列严重后果。为了保证石油管道线路的安全运输，就必须采用能24h对管道进行监控的管道监控方法，使得泄漏能被及时发现，并采取补救措施，从而达到降低企业经济损失、减少环境污染的目的。

　　解决方案，有条件的就近利用管道周边的中国电信宽带资源和专用微波及WIFI覆盖相结合的方式;采用多频段微波通讯，通过中继传输，达到超长距离。通过大冗余太阳能和风能组合的能源供给方式，为监控基站提供电能。

　　应用特点

　　1：专网宽带无线+电信宽带、距离远：采用4G、WIFI、微波多种无线传输技术，将视音频海量媒体数据和油气管道、水文监控传感信息统一传输;通过超大带宽无线中继技术和电信宽带接入技术，形成超长上千公里的野外的专用带宽;

　　2：风光互补供电：可靠的风光互补的供电技术，满足一年四季和不同地区的传输和传感器的供电需求

　　3：24小时不间断传输：充足的风光互补电源供电系统和能耗管理是24小时不间断工作提供有力保障

　　4：监控数据全面：丰富的工业级气体探测、漏油、水位、降雨量等传感器组合，解决油气管道、水文监测;工业级室外视频监控摄像机，实现室外长时间，无间断视频采集。

　　总结概述

　　“网电速联”在石油运输管道24H视频监控工程试点工程的应用，为在长距离石油运输管道视频监控传输打下坚实基础。通过监控视频与各种传感器的结合，有效提高了对石油泄漏、检测。

　　案例三：同轴传网，变废为宝

　　----“网电速联”在乌镇西栅景区智慧旅游应用

　　项目介绍：

　　浙江桐乡乌镇西栅景区位于浙北桐乡市杭嘉湖平原上的乌镇，首届世界互联网大会在浙江桐乡乌镇西栅景区召开。这是中国举办的规模最大、层次最高的互联网大会，也是世界互联网领域一次盛况空前的高峰会议。乌镇西栅景区是属于人流量相对密集的旅游场所，每年平均接待游客量达600万人次，其安全性极其重要，因此在安全防范系统要求上也是非常之高，而图像视频对传输也是要求很高的。

　　解决方案

　　整个景区监控系统以小型机房形式分布在景区之中，然后通过统一汇聚上传处理完成整个景区环境的视频监控，系统分为前端信号采集、传输系统，后端信号处理、上传两部分;景区中每个机房可作为单个子系统存在，也可配合后端服务器形成整个景区的完全监控系统。

　　在监控系统中，前端摄像机均采用200W像素网络摄像机，然后通过“网电速联”EOC网络延长器使用同轴线传输至每个子系统的机房进行信号汇聚，在每个子系统完成当前区域摄像机信号采集后通过汇聚交换机传输至数据中心机房进行信号处理和上传。

　　应用特点

　　1、EoC模拟升级改造：“网电速联”EOC产品利用原有模拟视频传输同轴电缆传输网络高清信号，为模拟升级改造工程提供极佳解决方案。在保护古镇古迹、施工便利性和减低成本具有极大意义。

　　2、工业等级，系统工作稳定可靠：工业等级接入设备具备6KV防雷能力、-40℃～75℃高低温适应能力以及快速环网备份能力，大大提高和优化了室外智能终端的接入能力，提高了整个系统工作的稳定性和可靠性。

　　3、系统扩充性强：该系统在设计网络拓扑充分考虑系统扩展性，所以预留充分的冗余端口，不仅在端口方面具有冗余，而且设备电源部分也具有冗余电源接口，方便系统扩充及保证系统工作稳定性。

　　4、国际PoE标准，简化布线：在接入层设备上，接入交换机采用“网电速联”系列PoE接入交换机进行网络高清摄像机的网络信号接入及网络摄像机的供电，每个交换机的端口可最高输出30W功率，完全可以满足一般摄像机的供电需求，通过一根网线同时传输网络信号及电源信号，简化布线

　　这个解决方案系统实现了低成本的模拟工程改造成高清网络视频工程，并且兼顾了长、中、短距离的高清信息传输，最大范围利用现有电缆，减少浪费，杜绝重复建设，更绿色环保。为古迹、文博等场合的视频监控改造提供更低破坏的网络传输解决方案。

　　案例四： 关键部位，安全第一

　　----“网电速联”在嘉儒风电场智慧电力的应用

　　项目介绍

　　福清嘉儒风电场位于福清市三山镇嘉儒村、良棋村、北陈村、安前村、泽朗村之间的沿海区域，为中闽(福清)风电有限公司独资兴建并经营管理。电场110千伏系统采用单母线、单主变接线，全场共安装24台风力发电机组，总装机容量为48兆瓦，年发电量约1.2亿千瓦时。该风电场利用可再生风能资源发电，属于清洁能源发电项目，可实现温室气体减排。按照该项目装机容量和年发电量估算，该风电场每年可减排二氧化碳约10万吨。同时，在当前资源紧张的环境下，嘉儒风电场的成功送电，还优化了福州电网的电源结构，对满足福清市的用电需求发挥积极作用。

　　解决方案

　　在现场每个机电站监控无死角视频高清传输，由于环境和场地比较特殊，需实要解决发电站的扩展而形成的复杂扑结构，使环之间在逻辑上实现独立，解决了多环之间的耦合与部署复杂问题。在施工布线方面也做到活灵布线，及信号传输双向故障检测整个方案系统设备配置简单，工程成本低。 

 应用特点

　　1：网络可靠性高：2个千兆端口有效创建千兆自愈冗余环网;支持专利环协议UTP-Ring(自愈时间<20ms)和RSTP/STP/MSTP以太网冗余;支持SNMPv3、IEEE 802.1X、HTTPS以及SSH，增强了网络安全性;

　　2：利于管理：支持WEB、CLI、Telnet /serial console、Windows utility和SNMP多种管理方式;

　　3：适应能力强：6KV防雷级别、适应-40℃～75℃高低温;

　　总结概述

　　“网电速联”产品在智慧电力的应用，将电力发电环境监控子系统、各生产环节自动控制子系统通过高速工业以太环网和视频监控整合，通过与各系统相连，来实现全电力场的管控一体化。具有安全可靠、结构简单、维护方便、扩展性强等技术特点，将生产监测监控子系统集成到统一的传输平台上，为远程监测监控提供了网络基础。采用实时数据库技术及组态技术，形成了统一的管控指挥应用平台，实现了整个电力发电等系统的远程控制和自动化控制。大幅提高电力生产能力和安全生产管理水平。

　　案例五、信号众多，兼容性强

　　---“网电速联”在福建圣农集团草药生产基地智慧农业的应用

　　项目介绍

　　福建圣农集团中草药生产实验基地占地50亩，是现代化中草药生产实验基地;通过实验基地的建设研究20种中草药在本地生产的数据，通过视频监控和检测，以及温度湿度、以及土壤PH值的测试记录，为大批量产业化生产提供技术保障和项目研究。

　　解决方案

　　根据该项目的规划，整个网络系统采用“网电速联”PoE+解决方案，业务上满足1080P高清网络摄像机、传感器无线网络覆盖网络的要求。

　　针对基地阳光充足和面积较大等特点，温度、湿度、土壤PH等传感器太阳能和ZigBee传输解决方案。利于整个基地的灵活布设和管理。

　　采用“网电速联“运维管理软件，为系统的安装调试、运行管理和维护提供便捷，提高系统的运行效率和减低故障率。

　　应用特点

　　1、工业等级，系统工作稳定可靠：工业等级接入设备具备6KV防雷能力、-40℃～75℃高低温适应能力以及快速环网备份能力，大大提高和优化了基地智能终端的接入能力，提高了整个系统工作的稳定性和可靠性。

　　2、长距离ZigBee无线网络：长距离ZigBee无线网络，传输距离达1000米，为温度、湿度、土壤PH等传感器的布设提供更大灵活性，为实验的开展提供条件。

　　3、国际PoE标准，简化布线：在接入层设备上，接入交换机采用“网电速联”系列PoE接入交换机进行网络高清摄像机的网络信号接入及网络摄像机的供电，每个交换机的端口可最高输出30W功率，完全可以满足一般摄像机的供电需求，通过一根网线同时传输网络信号及电源信号，简化布线。

　　“网电速联”系列产品的工程应用，满足了实验基地户外视频监控、无线传感器数据采集的需求;简化了网络和终端设备电源系统的布设，达到较高的建设速度，同时减低了调试、人工等工程和建设成本;优化了网络布局、减低了维护成本。长距离的ZigBee无线网络传输，为实验基地的传感器的布设提供灵活性，给实验带来方便。

　　三、网电速联、任重道远

　　根据以上案例分析，虽然“网电速联”产品还比较初级，需要符合真正的未来智慧城市建设的要求还有不少路要走，但是我们需要什么样的物联网传输层产品已经比较清楚了，我们认为主要是“六个更”。

　　1、技术更专业：

　　针对行业应用设计，在“吞吐量、时延、丢包率、背靠背”等指标上满足多码流高清视频的数据传输和汇聚等综合应用。大功率可靠性的PoE电源管理技术，降低接入设备、布线和工程维护成本。满足数据接入、数据存储、视频数据分析处理、数据备份、数据上传等网络视频监控等业务。

　　2、性能更可靠：

　　产品须打造工业级品质，更强大电磁兼容能力、环境兼容、室外设备;满足低温-40度，高温75度大温差环境;安规等方面更高;对湿度的适应力强;防尘能力强，有风扇系统。。。无风扇系统，可满足密闭环境工作。

　　3、组网更科学：

　　产品组网科学高效，采用分接入层、汇聚层和核心层架构设计。在接入层可满足星型拓扑、总线拓扑、环形拓扑以及混合拓扑模型，满足不同环境下等安防网络监控设备等接入。接入层：有丰富等接入设备，长距离采用光纤，中短距离采用有线和无线相结合的方式来解决，满足智慧城市建设中不同环境等要求。

　　4、兼容性更强：

　　有线和无线相结合，长距离和短距离相结合。丰富的传输介质选择：可采用同轴电缆，网络电缆，双绞线，光纤传输接入网络。汇聚层：需要解决网络接入和数据分布式存储、数据备份等数据接入和应用数据管理。核心层：解决广域网、数据安全、网络管理。

　　5、能耗更低：

　　智能终端的耗电量总体上不高，但由于智慧城市用量庞大，全数起来耗电量巨大。网电速联，在解决部分终端供电问题的同时，还在供电效率上做文章，算总帐时可以省不少电。

　　6、安装更简单：

　　产品要求安装维护简便，如挂墙安装、导轨安装，机架安装和桌面放置等。可安装在室内，也可以安装在楼道、屋檐下、室外防水箱等等场所，安装上更简单，日后维护上也更加方便。

　　智能化、数字化、网络化、顶层设计是智慧城市发展的必然趋势，但毕竟有一个过程，目前我们能选择的网络传输产品绝大多数还是华为、思科、H3C等行业巨头的传统产品，虽然这些巨头有超强的技术力量来做产品，但在具体的细分市场上，优特普网电速联有其独特的考虑角度，在解决1000米范围的终端接入上值得大家借鉴，如果能在中国找到一个县市一级市场做顶层设计进行“网电速联”试点，必将对智慧城市的传输层标准化上大有裨益。

　　(深圳市优特普科技有限公司)

　　2016年1月24日

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