七號(hào)信令集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
林蓓，李春梅，李秉智 重慶郵電學(xué)院
2003/12/29
摘 要：七號(hào)信令網(wǎng)是電信網(wǎng)的重要組成部分，其運(yùn)行質(zhì)量直接影響到電信網(wǎng)及其各種業(yè)務(wù)的運(yùn)行穩(wěn)定性和實(shí)際效益。為了保證七號(hào)信令網(wǎng)的正常高效運(yùn)行，七號(hào)信令集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成為七信號(hào)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和管理的重要工具，文章在分析七號(hào)信令集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上，提出了在系統(tǒng)中建立多個(gè)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫相結(jié)合的方案進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，然后對(duì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與應(yīng)用做了進(jìn)一步的研究。
關(guān)鍵詞：七號(hào)信令；數(shù)據(jù)倉庫；關(guān)系型數(shù)據(jù)庫
引言
七號(hào)信令網(wǎng)是電信網(wǎng)的三大支撐網(wǎng)之一，是電信網(wǎng)的重要組成部分，是發(fā)展綜合業(yè)務(wù)、智能業(yè)務(wù)以及其他各種新業(yè)務(wù)的必備條件。到目前為止，我國已經(jīng)組成了由高級(jí)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)（HSTP）、低級(jí)信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)（LSTP）和大量的信令點(diǎn)（SP）組成的三級(jí)七號(hào)信令網(wǎng)，使得七號(hào)信令網(wǎng)真正成為名副其實(shí)的電信網(wǎng)的神經(jīng)網(wǎng)和支撐網(wǎng)。為了保證七號(hào)信令網(wǎng)的正常高效運(yùn)行，七號(hào)信令集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為對(duì)七號(hào)信令進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和管理的重要工具應(yīng)運(yùn)而生。七號(hào)信令集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過直接采集七號(hào)信令的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提供對(duì)七號(hào)信令網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以及各種用戶信令的各種微觀分析［1］。目前，七號(hào)信令集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能模塊已覆蓋了固定電話網(wǎng)和GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的所有信令監(jiān)測(cè)項(xiàng)，并正在向GPRS和CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)的集中監(jiān)測(cè)進(jìn)行功能擴(kuò)展。
在七號(hào)信令網(wǎng)的監(jiān)測(cè)中會(huì)不間斷地產(chǎn)生大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為了完成對(duì)這些數(shù)據(jù)的有效管理，建立數(shù)據(jù)庫則必不可少。對(duì)于單個(gè)信令點(diǎn)監(jiān)測(cè)可采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，因這已是很成熟的技術(shù)，故對(duì)孤立的單個(gè)信令點(diǎn)或信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)的監(jiān)測(cè)易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于涉及全網(wǎng)的監(jiān)測(cè)和復(fù)雜查詢，就需要使用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)對(duì)來自各單個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的結(jié)果進(jìn)行綜合，并由它來對(duì)涉及多個(gè)點(diǎn)的信令業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)顯示。如何應(yīng)用數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)結(jié)合來解決多級(jí)信令網(wǎng)監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)管理問題將是討論的重點(diǎn)，在提出自己的實(shí)施方案后，將圍繞它在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與應(yīng)用上分別論述。
1 集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)采用自頂向下的綜合設(shè)計(jì)方式，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上采用自頂向下及自底向上相結(jié)合的開發(fā)方式，總體采用層次模塊化結(jié)構(gòu)�！ ∑咛�(hào)信令集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過采集原始信令信息，實(shí)現(xiàn)從單個(gè)局站到省市級(jí)信令網(wǎng)的集中監(jiān)測(cè)。為了完成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和告警顯示功能，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)劃分為信令采集子系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)機(jī)及其掛接的查詢終端子系統(tǒng)、中心站及其掛接查詢終端子系統(tǒng)（見圖1）。各子系統(tǒng)間的通信連接視其遠(yuǎn)近可采用局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，在廣域網(wǎng)中通信兩端使用網(wǎng)絡(luò)通信中間件，以保證各種業(yè)務(wù)應(yīng)用在不同系統(tǒng)平臺(tái)之間穩(wěn)定可靠，完整地傳送、交換數(shù)據(jù)信息。
采集子系統(tǒng)主要由多個(gè)信令監(jiān)測(cè)子架構(gòu)成，完成數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能，并將預(yù)處理的數(shù)據(jù)送往節(jié)點(diǎn)機(jī)服務(wù)器中。
節(jié)點(diǎn)機(jī)及其掛接的查詢終端子系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)機(jī)服務(wù)器通過局域網(wǎng)與多個(gè)信令監(jiān)測(cè)子架相連接，對(duì)采集的信息進(jìn)行分析處理后，生成記錄，交由數(shù)據(jù)庫管理，同時(shí)監(jiān)控與中心站服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳送，而該節(jié)點(diǎn)機(jī)所掛接的查詢終端作為數(shù)據(jù)顯示的前端部件，完成較小信令網(wǎng)范圍內(nèi)的各項(xiàng)系統(tǒng)功能。
中心站服務(wù)器通過廣域網(wǎng)從各個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)接受數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析和匯總處理，在數(shù)據(jù)倉庫中保存全網(wǎng)的業(yè)務(wù)記錄，并將記錄提供給其掛接的查詢終端，生成圖形顯示，另外中心站還提供與其它管理系統(tǒng)進(jìn)行信息互通的功能。
2 集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
2．1 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫組成的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
七號(hào)信令集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理采用分層結(jié)構(gòu)。若信令監(jiān)測(cè)子架中完成的數(shù)據(jù)預(yù)處理為第一層；節(jié)點(diǎn)機(jī)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫就為第二層；中心站服務(wù)器上的數(shù)據(jù)倉庫為第三層。除了第一層外，其它兩層都用于完成數(shù)據(jù)管理。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)中完成數(shù)據(jù)的初步分析，生成各種關(guān)系的記錄，并保證一定數(shù)量的客戶端的實(shí)時(shí)查詢要求，有必要在其上建立一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。而中心站主要對(duì)各節(jié)點(diǎn)機(jī)數(shù)據(jù)庫中的記錄進(jìn)行抽取，合成全局模式下的記錄，并滿足客戶端的聯(lián)機(jī)分析處理要求，這可以通過在中心站中建立數(shù)據(jù)倉庫來實(shí)現(xiàn)。
在節(jié)點(diǎn)機(jī)中要選擇合適的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，目前的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品主要有大中小3種類型。大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫有oracle和DB2，中型關(guān)系數(shù)據(jù)庫有Microsoft的SQLServer，小型的有Access和VisualFoxpro，大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫在安全性、穩(wěn)定性及多用戶并行處理性能方面比中小型數(shù)據(jù)庫有明顯的優(yōu)勢(shì)。節(jié)點(diǎn)機(jī)需要對(duì)信令點(diǎn)進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè)，這要求系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性；并且數(shù)據(jù)更新與多客戶端顯示查詢會(huì)交織產(chǎn)生，因而需要數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有很強(qiáng)的并行處理能力。此外，大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的開發(fā)工具包中還提供了C／C＋＋、Java、sql等應(yīng)用編程的跨平臺(tái)通用接口，這無疑增強(qiáng)了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上的多樣性與可移植性［2］。中心站連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)組成星型結(jié)構(gòu)，可將多個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)中收集來的呼叫信息加以識(shí)別與合成，來產(chǎn)生全網(wǎng)監(jiān)測(cè)的呼叫業(yè)務(wù)消息。并且，這些全網(wǎng)監(jiān)測(cè)信息在產(chǎn)生后就不再更改（除了超過五年的數(shù)據(jù)要清空外），同時(shí)所連接客戶端提出的是聯(lián)機(jī)分析處理（OLAP）請(qǐng)求。這就要求將多個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)中的消息按統(tǒng)一格式存儲(chǔ)于中心站上，所以將各節(jié)點(diǎn)機(jī)作為數(shù)據(jù)源，在中心站上建立數(shù)據(jù)倉庫是完成本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)任務(wù)的要求。
由多個(gè)大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)成的星形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)。
�。�1）層次化的管理結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)機(jī)上大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫為第一層，完成對(duì)本節(jié)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)的原始信令信息與分析所得的關(guān)系元組的管理；中心站數(shù)據(jù)倉庫為第二層，完成對(duì)各節(jié)點(diǎn)機(jī)的消息的集中式管理；
�。�2）較強(qiáng)的事務(wù)處理能力，用節(jié)點(diǎn)機(jī)對(duì)客戶端的單點(diǎn)查詢與更新要求作出有效回應(yīng)，用中心站數(shù)據(jù)倉庫滿足客戶端對(duì)全網(wǎng)聯(lián)機(jī)分析處理（可被視為長事務(wù)）的要求。
2．2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的邏輯結(jié)構(gòu)
2．2．1 節(jié)點(diǎn)機(jī)數(shù)據(jù)庫上的關(guān)系集合與組織
節(jié)點(diǎn)機(jī)直接監(jiān)測(cè)信令點(diǎn)，故節(jié)點(diǎn)機(jī)上數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系集合最復(fù)雜，按各種關(guān)系的用途與內(nèi)容可將其分為以下3類。
（1）首先數(shù)據(jù)庫中需記錄所監(jiān)測(cè)的信令點(diǎn)、信令鏈路、信令采集子架和節(jié)點(diǎn)機(jī)本身的信息，這類型關(guān)系元組的正確生成是信令消息成分的提取和客戶端的查詢的先決條件。
�。�2）七號(hào)信令系統(tǒng)本身是由具有類似OSI層次化模型的多層協(xié)議所構(gòu)成。以GSM系統(tǒng)為例，從實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層功能的MAP，CAP，INAP協(xié)議，到實(shí)現(xiàn)表示層、會(huì)話層功能的TCAP協(xié)議，一直到實(shí)現(xiàn)傳輸層功能的SCCP協(xié)議和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層功能的MTP協(xié)議，每種協(xié)議都有其固定的數(shù)據(jù)包格式，而上層產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包又被下層的數(shù)據(jù)包所封裝。實(shí)際采集到的一條完整的信令消息嵌套式地包含了多種協(xié)議的數(shù)據(jù)包包頭和終端的用戶信息，所以分析一條完整的信令消息可以得到對(duì)應(yīng)不同協(xié)議的各個(gè)關(guān)系的元組。這類的關(guān)系集合實(shí)用于協(xié)議初步分析的結(jié)果保存�！ 。�3）第三類關(guān)系集合用于對(duì)信令消息的進(jìn)一步分析和記錄保存，并且可以分為兩類：一類是將多條信令消息按一次呼叫過程或其它某種信令過程相結(jié)合所分析得出關(guān)系元組，這類關(guān)系元組有些是描述了TUP，ISUP的詳細(xì)呼叫記錄，有些則記錄了應(yīng)用層協(xié)議（如MAP、CAP、A接口）的詳細(xì)事務(wù)，通常這類關(guān)系集合也是中心站數(shù)據(jù)倉庫需要的邏輯模式；另一類關(guān)系集合是在單條信令消息分析時(shí)，將數(shù)據(jù)鏈路和各協(xié)議層所出現(xiàn)的錯(cuò)誤信息提出，生成多種告警關(guān)系。該類關(guān)系對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)是十分重要的。
2．2．2 中心站數(shù)據(jù)倉庫上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
客戶端在對(duì)中心站的事務(wù)請(qǐng)求中關(guān)心的是較長時(shí)間段內(nèi)信令點(diǎn)間的信令消息交互的情況，而不是某時(shí)刻單條信令消息的分析結(jié)果。故數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)就可以保持較高的密度級(jí)，而由各個(gè)數(shù)據(jù)庫存放信令消息分析的細(xì)節(jié)。具體而言，中心站將多個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)中的分析結(jié)果抽取合成為詳細(xì)呼叫記錄，并以此為事實(shí)表，將信令點(diǎn)記錄、信令業(yè)務(wù)設(shè)置、數(shù)據(jù)入庫時(shí)間為維表來構(gòu)成適合聯(lián)機(jī)分析處理的多維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)［3］。 2．3 數(shù)據(jù)的更新策略
數(shù)據(jù)在各節(jié)點(diǎn)機(jī)的更新主要有2種情況，一是用戶在對(duì)數(shù)據(jù)庫查詢后，對(duì)基本設(shè)置類表項(xiàng)的更改，這里須考慮給用戶所用帳號(hào)賦予更新某些對(duì)象的權(quán)限，并注意多個(gè)用戶并行地對(duì)相同表項(xiàng)提出更新要求時(shí)，選用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫并發(fā)控制機(jī)制，以滿足應(yīng)用的實(shí)時(shí)性與并行性要求［4］。另一種更新是持續(xù)的大量的信令消息分析后的表項(xiàng)更新，在這種情況下一個(gè)表在一小時(shí)內(nèi)會(huì)多加入幾十萬條全新的記錄，并且為了保證數(shù)據(jù)庫只保留3個(gè)月的數(shù)據(jù)，還需對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間的前3個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行清除。這些更新要求在一天的0點(diǎn)至8點(diǎn)很少外，在其他16 h內(nèi)都會(huì)保持較多數(shù)據(jù)量的更新操作。此時(shí)采用單條數(shù)據(jù)刪除與插入會(huì)造成較大的系統(tǒng)時(shí)延，一種改進(jìn)的辦法就是利用此類表都采用了入庫時(shí)間作為主鍵，將表內(nèi)的表項(xiàng)按入庫時(shí)間每小時(shí)分一個(gè)區(qū)來存儲(chǔ)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)直接把前3個(gè)月某小時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)整個(gè)清除掉，再在新系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間分區(qū)內(nèi)插入新的表項(xiàng)。如果再配合上節(jié)點(diǎn)機(jī)服務(wù)器的CPU與冗余磁盤陣列，可以使此類的數(shù)據(jù)更新有較高的并行性［5，6］。
中心站的數(shù)據(jù)倉庫中數(shù)據(jù)的更新是在特定時(shí)段內(nèi)完成的，而在較長時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)倉庫主要在處理客戶端的復(fù)雜查詢。這就決定了數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)雖也具有一定的實(shí)時(shí)性，但比節(jié)點(diǎn)機(jī)數(shù)據(jù)庫中在信令網(wǎng)運(yùn)行時(shí)同步產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就有一定滯后，不過這種滯后尚在系統(tǒng)應(yīng)用許可的范圍內(nèi)。因此我們就選擇在每日的0點(diǎn)至8點(diǎn)（即節(jié)點(diǎn)機(jī)數(shù)據(jù)庫中很少有新數(shù)據(jù)入庫的時(shí)候）對(duì)各節(jié)點(diǎn)機(jī)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取合成，將產(chǎn)生的綜合數(shù)據(jù)放于數(shù)據(jù)倉庫中，到時(shí)也會(huì)將超過5年的過時(shí)數(shù)據(jù)清理掉。
2．4 數(shù)據(jù)倉庫的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)在用于信令網(wǎng)監(jiān)測(cè)的實(shí)施時(shí)，對(duì)信令網(wǎng)管理用戶提出的聯(lián)機(jī)分析處理任務(wù)可由客戶端、中心站共同來完成。這其中數(shù)據(jù)倉庫的建立，本系統(tǒng)采用了并行關(guān)系數(shù)據(jù)庫來作為數(shù)據(jù)倉庫引擎，完成數(shù)據(jù)管理；用中心站應(yīng)用層軟件完成數(shù)據(jù)抽��；用中心站所掛接的客戶端來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)［3］。數(shù)據(jù)倉庫的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)如下。
�。�1）應(yīng)用層軟件利用中心站與節(jié)點(diǎn)機(jī)的通信通道連接各個(gè)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫后，在特定時(shí)段內(nèi)將各數(shù)據(jù)庫中的記錄查詢結(jié)果集中于中心站，然后根據(jù)源、目的信令點(diǎn)與信令時(shí)序分離于各節(jié)點(diǎn)機(jī)的分析結(jié)果排序、整合，待完成生產(chǎn)記錄的完整性、一致性檢驗(yàn)后，交由數(shù)據(jù)倉庫引擎入庫。
�。�2）數(shù)據(jù)倉庫引擎根據(jù)更新表空間在磁盤陣列上的位置，由散列算法算出新紀(jì)錄的可放入的空閑空間地址，然后跳過操作系統(tǒng)由磁盤控制器直接在多個(gè)磁盤上并行寫入新記錄，另一方面，當(dāng)數(shù)據(jù)倉庫引擎接受到查詢請(qǐng)求，會(huì)根據(jù)合理的查詢計(jì)劃，利用磁盤陣列并行地讀出符合要求的記錄，數(shù)據(jù)倉庫引擎由此完成數(shù)據(jù)管理的基本任務(wù)。
（3）客戶端選用適合信令網(wǎng)管理的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，將數(shù)據(jù)倉庫中查詢的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并算出指點(diǎn)網(wǎng)段的性能監(jiān)測(cè)參數(shù)，再以表格或直方圖的形式表示出來，以此完成數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)表現(xiàn)。
3 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)特性
通過對(duì)七號(hào)信令監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成成分的分析，選擇了在節(jié)點(diǎn)機(jī)和中心站上建立數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫，由此構(gòu)成了適合系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。對(duì)于所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有以下特性。
�。�1）系統(tǒng)商業(yè)化程度較高。無論是節(jié)點(diǎn)機(jī)上的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫還是中心站上的并行關(guān)系數(shù)據(jù)庫都是完善的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，它們的管理系統(tǒng)由緊密結(jié)合在一起的各功能模塊組成，包括編譯器、執(zhí)行引擎、并發(fā)控制、日志管理、緩沖和磁盤管理器等；除了能夠快速執(zhí)行用戶的數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)管理請(qǐng)求外，還能順利地完成日志管理、數(shù)據(jù)庫備份和恢復(fù)等工作。
�。�2）較強(qiáng)的查詢能力。為了系統(tǒng)的高可用性，可以同時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的多個(gè)實(shí)例對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問。并可將用戶的查詢細(xì)分為全網(wǎng)綜合查詢與單信令點(diǎn)查詢，并在中心站和節(jié)點(diǎn)機(jī)上分別完成。
�。�3）數(shù)據(jù)庫的完善安全機(jī)制。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)資源的分配使用，并對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限管理，對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部活動(dòng)進(jìn)行審計(jì)。
�。�4）較好的應(yīng)用擴(kuò)展性。由于設(shè)計(jì)了以中心站數(shù)據(jù)倉庫為中心，結(jié)合多個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理體系，在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象由GSM變?yōu)镚PRS或者是CDMA時(shí)，只在節(jié)點(diǎn)機(jī)和中心站更新協(xié)議分析模塊即可完成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的平滑升級(jí)。
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