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分享P2P技术在移动互联网环境中的应用分析
1、引言
P2P（Peer to Peer，对等网络）技术，是通过在系统之间直接交换来共享资源和服务的一种应用模式。在P2P网络结构中，每个节点的地位都是相同的，同时具有客户端和服务器的双重功能，可以同时作为服务使用者和服务提供者。P2P不仅是一种技术，更是一种思想，集中体现了互联网平等、开放、自由的本质和特性。
近几年来，以BT、emule等为代表的P2P应用得到了飞速发展，基于P2P的即时通信、流媒体和互联网IP电话的发展也十分迅速，P2P应用在固定互联网中已经超过Web应用，占据了固定互联网流量的50%以上。在目前的移动互联网环境中，受网络和终端的限制，移动P2P应用还没有实现，但是，随着移动网络的不断发展和演进，以及移动终端处理能力的不断增强，P2P技术和业务将逐渐延伸至移动互联网中。本文将对P2P技术在移动互联网环境中的应用进行初步探讨。
2、P2P技术的主要特点
P2P技术与目前网络中占据主导地位的客户端/服务器（Client/Server）结构的一个本质区别是，在整个网络结构中不存在中心节点（或中心服务器）。P2P技术具有4个主要特点。
（1）去中心化。一个纯粹的P2P网络是没有中心服务节点的，所有的Peer既是客户机又是服务器，这是P2P最本质的特征之一。在P2P技术结构中，中心的意义被大大弱化甚至完全消失，去中心化的特点得到了更为充分地体现，网络结构扁平化的特点也进一步凸显。由于完全非集中化带来了实现和管理方面的困难，很多P2P应用采用了混合模式。
（2）可扩展性。可扩展性被认为是P2P网络最重要的特性之一，P2P网络在理论上可以无限扩展。emule目前在全球拥有几千万用户，BT的用户数甚至超过了emule，而且仍在快速增长。
（3）健壮性。P2P网络架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小，像传统网络结构中中心节点故障导致所有业务瘫痪的现象几乎不会出现。
（4）高性价比。采用P2P架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通节点，将计算任务或存储资料分布到所有节点上，利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存储的目的，通过利用网络中的大量空闲资源，可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力。
基于上述特点，P2P技术的典型应用主要有：文件和内容共享，例如Napster、emule、BT等；分布式计算和存储共享，例如SETI@home、Avaki、Popular Power等；协同处理与服务共享平台，例如JXTA、NET My Service等；通信交流与协作，如Skype、MSN、OICQ等。
3、移动环境中的P2P应用实现
3.1 移动互联网的结构和特点
基于GPRS/EDGE/WCDMA的移动互联网逻辑结构如图1所示。分组域网元主要有SGSN和GGSN，主要的接口包括Gn和Gi。SGSN连接无线子系统与核心网分组域，并通过Gn接口与GGSN连接，GGSN通过Gi接口与外部数据网络连接。
图1 移动互联网逻辑结构
同固定互联网相比，移动网络具有一些独特的机制和特点，它们可能会影响P2P技术在移动互联网中的应用和发展，主要有4个方面。
（1）GPRS/EDGE/WCDMA的无线数据信道采用时分复用方式上下行对称配置，但是由于目前移动互联网应用的特点，以及部分移动终端采用了不对称的数据传输方式（2+1或者4+1），移动互联网内的上下行流量差别较大。统计表明，GPRS网络中下行数据流量与上行数据流量之比约为4.5:1，而开通EDGE后这个比例达到了6.4:1，上行信道的相对空闲客观上有利于文件和内容共享类的P2P应用。
（2）GPRS分组业务信道可以采用CS-1～CS-4不同的编码方式，最大传输速率为171 kbit/s。EDGE采用了8PSK（8相相移键控）调制技术，如果集中8个时隙，数据传输速率可达450 kbit/s。3G网络中的传输速率可以达到2 Mbit/s，如果采用HSDPA技术，可以达到14.4 Mbit/s的理论下行速率。但是，与固定互联网相比，移动互联网的传输速率有着巨大的差距，固定互联网中的P2P应用很难简单地移植到移动互联网环境中。
（3）在固定互联网中，能够使用P2P业务的双方都处于网络连接状态，都有可以使用的独立IP地址。在移动互联网环境中，不论是采用动态还是静态IP地址分配方式，移动终端IP地址只有在完成PDP（分组数据协议）上下文激活时才能生效，也就是说使用P2P应用的双方都必须完成PDP激活，如果在业务提供方还没有处于PDP上下文激活状态，那么就需要具备网络侧发起PDP上下文激活的功能，从网络侧设备发起PDP上下文激活流程。
（4）终端的移动性是移动互联网的一个显著的特点，移动终端在从一个GGSN切换到另外一个GGSN时，终端的IP地址将重新分配，这会对P2P技术的应用带来一定的限制，同时在一定程度上影响到P2P网络的结构，并由此会对P2P网络中的查询、路由机制等带来一定的影响。另外移动终端CPU的处理能力、存储空间等限制并不适合现有的很多成功的P2P应用（例如大文件的传输和共享），所以在移动互联网中应该根据移动终端的特点，开展一些优化过的P2P业务。
3.2 在移动环境中部署P2P应用的方案
随着手机终端性能的不断提高，在手机终端上直接应用P2P业务无疑非常具有吸引力。在手机终端上部署P2P应用有两个难点。一个是手机终端上P2P客户端软件的问题，一个是在移动网络中部署P2P应用的问题。
目前手机终端的操作系统很多，主流操作系统包括Symbian、Linux、Windows Mobile等，如果想在移动终端上使用P2P应用，必须在通用协议的基础上开发不同版本的应用程序或者客户端软件。这不仅需要有统一的移动P2P协议标准，也需要各手机终端厂商针对各自平台的应用开放。
由于手机终端的处理能力和内存的限制，在移动网络中不能采用无限泛洪（Flooding）的方式发送P2P请求，混合模式架构更加适合移动互联网。另外，P2P的应用范围最好也能够根据业务情况进行限定，例如，可以在手机终端的通信录的范围内应用P2P业务。这时候就会产生一个问题，通信录中的好友是用手机号码而不是IP地址进行标识的，而在移动互联网环境中，绝大多数情况下手机终端获得的IP地址都是动态分配的，同时由于终端的移动性可能导致IP地址改变，所以在网络中需要有专门的节点来负责查询、记录并跟踪手机号码与IP地址的对应关系。
考虑在移动互联网中通过部署P2P代理服务器的方式实现P2P应用，P2P代理服务器实现的主要功能包括：P2P业务的注册管理、发起网络侧的PDP上下文激活、维护手机号码与IP地址的对应关系等。为了实现手机终端与固定互联网P2P业务的融合，P2P代理服务器还可以作为移动P2P应用与固网P2P应用的代理，实现协议转换等功能，使P2P业务在固定互联网和移动互联网中无缝融合。如果仅仅从功能实现的角度考虑，移动P2P服务器可以在现有的GGSN上实现。
由于移动互联网的特点，P2P业务应该与接入网络的演进无关，不管用户是通过2.5G的GPRS网络接入，还是通过3G的WCDMA网络接入，手机终端都可以正常使用移动P2P业务。
3.3 移动P2P业务实现流程
假设运营商开通一个“移动播客”业务，用户使用移动终端拍摄一些有趣的视频保存在自己的手机内，用来与自己通信录内的好友共享。下面通过这个具体的业务实现流程，说明在移动互联网中如何通过引入P2P代理服务器来实现移动P2P应用。
假设用户A开通了“移动播客”业务，把自己拍摄的一些视频片段进行了共享，用户A现在希望他手机通信录中的好友B可以欣赏自己的杰作。于是，用户A通过手机中的P2P软件发送请求，P2P代理服务器收到用户A的请求后，去网络中查询用户B的状态，如果用户B尚未进行PDP激活，可以发起网络侧的PDP激活，然后将用户B获得的IP地址发送给用户A，同时将用户A的请求发送给用户B，用户B收到用户A请求欣赏个人播客的通知后，通过自己的手机终端可以看到A拍摄的视频。
假设有多个用户都要欣赏用户A的“移动播客”中的内容，而用户A的终端由于处理能力限制不能满足所有用户的需求，根据P2P网络的管理和调度机制，移动P2P代理服务器会将这些用户的请求发送到已经访问过“移动播客”业务的用户（例如用户B），由他作为服务提供方来满足部分业务请求。
同时，固定互联网的用户C也可以通过PC的客户端软件，在输入A的手机号码后，利用移动P2P代理服务器的协议转换和代理功能，以同样的方式来欣赏A的“移动播客”中的内容，实现固定互联网和移动互联网P2P业务的融合。
4、挑战及应对方法
由于P2P技术自身固有的一些特点，P2P业务在固定互联网领域高速发展的同时也遇到了一些障碍和挑战，比如知识产权保护、网络安全、统一标准、流量和计费等问题。因此，在移动互联网中大规模部署P2P应用的同时，为了保证和促进业务健康发展，必须正视这些障碍和挑战，有针对性地探索应对方案。
（1）知识产权保护
P2P服务都将不可避免地和知识产权发生冲突，每一个提供共享服务的P2P应用都需要认真审视P2P网络面临的版权问题。在版权保护方面，DRM（Digital Rights Management，数字版权管理）是一种可行的方法。它可以对数字产品在分发、传输和使用等各个环节进行控制，使数字产品只能被授权使用的人按照授权的方式在授权使用的期限内使用。另外，目前正在准备实施的移动电话实名制也有助于解决版权问题。
（2）网络安全问题
网络安全问题并不是因为P2P技术的引入而产生的，但是P2P技术平等共享的特点将会使这一问题变得更加严重。目前，针对移动终端的病毒、垃圾信息和黑客攻击事件不断出现，给移动互联网的网络安全带来了严重的挑战。
解决这个问题的方法有两个：一方面是移动网络运营商在核心网内部集中部署网络安全设备，对病毒和垃圾信息进行过滤和拦截；另一方面是为移动终端提供类似目前PC中使用的防火墙和杀毒软件。但是这两种方式都有一定的局限性，比较理想的方法是采用目前企业级杀病毒软件的工作方式，移动网络运营商集中部署安全和防病毒服务器，并负责及时更新，移动终端下载安装客户端并利用移动互联网进行更新。当然，上述过程也可以采用P2P的方式来实现。
（3）缺乏统一标准
目前P2P技术发展的一个瓶颈就是缺乏统一的标准，利益的分歧导致难以形成统一的标准，为P2P的推广造成了人为的障碍，而这恰恰与P2P的自由、平等的初衷是相背离的。
由于目前移动P2P还处于萌芽阶段，标准的统一问题相对来说比较容易解决。移动运营商可以参照移动梦网的发展模式，主导价值链的上下游，制定统一的移动P2P技术标准，为P2P技术在移动互联网中的应用铺平道路。
（4）流量和计费问题
对于移动运营商而言，无线资源非常宝贵，如何在P2P业务和无线资源消耗之间取得平衡是需要重点考虑的问题。具体的做法是选择一些节点之间业务流量较小的P2P业务，以及通过一定的方法限制这些节点之间的信息流量，例如对于基于P2P的文件共享系统，不采用基于洪泛法构建的P2P业务，避免P2P网络的规模过于庞大，同时严格限制共享文件的大小。
固定互联网采用包月的计费方式在很大程度上推动了P2P业务的发展，但是目前移动互联网是按照上下行流量来进行计费的，这种计费模式对于P2P业务几乎是致命的，没有人愿意为因别人而产生的上行流量付费。因此，在内容计费的基础上，采用一定基础流量的业务包月计费，对于移动P2P业务的发展是非常必要的。
5、结束语
P2P技术和应用在固定互联网已经取得了巨大的成功，但是在移动互联网中的应用尚未开始，由于移动互联网固有的结构和特点，P2P技术很难简单地从固定互联网移植到移动网络中来。随着移动网络的不断演进和移动终端性能的不断提高，在移动互联网环境中实现P2P应用的需求也不断突出。本文针对P2P技术和移动互联网的特点，对P2P技术在移动互联网中的应用进行了初步分析，对通过在移动网络中部署P2P代理服务器实现P2P应用进行了探讨，同时从技术和商业的角度讨论了在移动互联网中引入P2P技术所带来的挑战及解决途径。
P2P（Peer to Peer，对等网络）技术，是通过在系统之间直接交换来共享资源和服务的一种应用模式。在P2P网络结构中，每个节点的地位都是相同的，同时具有客户端和服务器的双重功能，可以同时作为服务使用者和服务提供者。P2P不仅是一种技术，更是一种思想，集中体现了互联网平等、开放、自由的本质和特性。
近几年来，以BT、emule等为代表的P2P应用得到了飞速发展，基于P2P的即时通信、流媒体和互联网IP电话的发展也十分迅速，P2P应用在固定互联网中已经超过Web应用，占据了固定互联网流量的50%以上。在目前的移动互联网环境中，受网络和终端的限制，移动P2P应用还没有实现，但是，随着移动网络的不断发展和演进，以及移动终端处理能力的不断增强，P2P技术和业务将逐渐延伸至移动互联网中。本文将对P2P技术在移动互联网环境中的应用进行初步探讨。
2、P2P技术的主要特点
P2P技术与目前网络中占据主导地位的客户端/服务器（Client/Server）结构的一个本质区别是，在整个网络结构中不存在中心节点（或中心服务器）。P2P技术具有4个主要特点。
（1）去中心化。一个纯粹的P2P网络是没有中心服务节点的，所有的Peer既是客户机又是服务器，这是P2P最本质的特征之一。在P2P技术结构中，中心的意义被大大弱化甚至完全消失，去中心化的特点得到了更为充分地体现，网络结构扁平化的特点也进一步凸显。由于完全非集中化带来了实现和管理方面的困难，很多P2P应用采用了混合模式。
（2）可扩展性。可扩展性被认为是P2P网络最重要的特性之一，P2P网络在理论上可以无限扩展。emule目前在全球拥有几千万用户，BT的用户数甚至超过了emule，而且仍在快速增长。
（3）健壮性。P2P网络架构天生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其他部分的影响很小，像传统网络结构中中心节点故障导致所有业务瘫痪的现象几乎不会出现。
（4）高性价比。采用P2P架构可以有效地利用互联网中散布的大量普通节点，将计算任务或存储资料分布到所有节点上，利用其中闲置的计算能力或存储空间，达到高性能计算和海量存储的目的，通过利用网络中的大量空闲资源，可以用更低的成本提供更高的计算和存储能力。
基于上述特点，P2P技术的典型应用主要有：文件和内容共享，例如Napster、emule、BT等；分布式计算和存储共享，例如SETI@home、Avaki、Popular Power等；协同处理与服务共享平台，例如JXTA、NET My Service等；通信交流与协作，如Skype、MSN、OICQ等。
3、移动环境中的P2P应用实现
3.1 移动互联网的结构和特点
基于GPRS/EDGE/WCDMA的移动互联网逻辑结构如图1所示。分组域网元主要有SGSN和GGSN，主要的接口包括Gn和Gi。SGSN连接无线子系统与核心网分组域，并通过Gn接口与GGSN连接，GGSN通过Gi接口与外部数据网络连接。
图1 移动互联网逻辑结构
同固定互联网相比，移动网络具有一些独特的机制和特点，它们可能会影响P2P技术在移动互联网中的应用和发展，主要有4个方面。
（1）GPRS/EDGE/WCDMA的无线数据信道采用时分复用方式上下行对称配置，但是由于目前移动互联网应用的特点，以及部分移动终端采用了不对称的数据传输方式（2+1或者4+1），移动互联网内的上下行流量差别较大。统计表明，GPRS网络中下行数据流量与上行数据流量之比约为4.5:1，而开通EDGE后这个比例达到了6.4:1，上行信道的相对空闲客观上有利于文件和内容共享类的P2P应用。
（2）GPRS分组业务信道可以采用CS-1～CS-4不同的编码方式，最大传输速率为171 kbit/s。EDGE采用了8PSK（8相相移键控）调制技术，如果集中8个时隙，数据传输速率可达450 kbit/s。3G网络中的传输速率可以达到2 Mbit/s，如果采用HSDPA技术，可以达到14.4 Mbit/s的理论下行速率。但是，与固定互联网相比，移动互联网的传输速率有着巨大的差距，固定互联网中的P2P应用很难简单地移植到移动互联网环境中。
（3）在固定互联网中，能够使用P2P业务的双方都处于网络连接状态，都有可以使用的独立IP地址。在移动互联网环境中，不论是采用动态还是静态IP地址分配方式，移动终端IP地址只有在完成PDP（分组数据协议）上下文激活时才能生效，也就是说使用P2P应用的双方都必须完成PDP激活，如果在业务提供方还没有处于PDP上下文激活状态，那么就需要具备网络侧发起PDP上下文激活的功能，从网络侧设备发起PDP上下文激活流程。
（4）终端的移动性是移动互联网的一个显著的特点，移动终端在从一个GGSN切换到另外一个GGSN时，终端的IP地址将重新分配，这会对P2P技术的应用带来一定的限制，同时在一定程度上影响到P2P网络的结构，并由此会对P2P网络中的查询、路由机制等带来一定的影响。另外移动终端CPU的处理能力、存储空间等限制并不适合现有的很多成功的P2P应用（例如大文件的传输和共享），所以在移动互联网中应该根据移动终端的特点，开展一些优化过的P2P业务。
3.2 在移动环境中部署P2P应用的方案
随着手机终端性能的不断提高，在手机终端上直接应用P2P业务无疑非常具有吸引力。在手机终端上部署P2P应用有两个难点。一个是手机终端上P2P客户端软件的问题，一个是在移动网络中部署P2P应用的问题。
目前手机终端的操作系统很多，主流操作系统包括Symbian、Linux、Windows Mobile等，如果想在移动终端上使用P2P应用，必须在通用协议的基础上开发不同版本的应用程序或者客户端软件。这不仅需要有统一的移动P2P协议标准，也需要各手机终端厂商针对各自平台的应用开放。
由于手机终端的处理能力和内存的限制，在移动网络中不能采用无限泛洪（Flooding）的方式发送P2P请求，混合模式架构更加适合移动互联网。另外，P2P的应用范围最好也能够根据业务情况进行限定，例如，可以在手机终端的通信录的范围内应用P2P业务。这时候就会产生一个问题，通信录中的好友是用手机号码而不是IP地址进行标识的，而在移动互联网环境中，绝大多数情况下手机终端获得的IP地址都是动态分配的，同时由于终端的移动性可能导致IP地址改变，所以在网络中需要有专门的节点来负责查询、记录并跟踪手机号码与IP地址的对应关系。
考虑在移动互联网中通过部署P2P代理服务器的方式实现P2P应用，P2P代理服务器实现的主要功能包括：P2P业务的注册管理、发起网络侧的PDP上下文激活、维护手机号码与IP地址的对应关系等。为了实现手机终端与固定互联网P2P业务的融合，P2P代理服务器还可以作为移动P2P应用与固网P2P应用的代理，实现协议转换等功能，使P2P业务在固定互联网和移动互联网中无缝融合。如果仅仅从功能实现的角度考虑，移动P2P服务器可以在现有的GGSN上实现。
由于移动互联网的特点，P2P业务应该与接入网络的演进无关，不管用户是通过2.5G的GPRS网络接入，还是通过3G的WCDMA网络接入，手机终端都可以正常使用移动P2P业务。
3.3 移动P2P业务实现流程
假设运营商开通一个“移动播客”业务，用户使用移动终端拍摄一些有趣的视频保存在自己的手机内，用来与自己通信录内的好友共享。下面通过这个具体的业务实现流程，说明在移动互联网中如何通过引入P2P代理服务器来实现移动P2P应用。
假设用户A开通了“移动播客”业务，把自己拍摄的一些视频片段进行了共享，用户A现在希望他手机通信录中的好友B可以欣赏自己的杰作。于是，用户A通过手机中的P2P软件发送请求，P2P代理服务器收到用户A的请求后，去网络中查询用户B的状态，如果用户B尚未进行PDP激活，可以发起网络侧的PDP激活，然后将用户B获得的IP地址发送给用户A，同时将用户A的请求发送给用户B，用户B收到用户A请求欣赏个人播客的通知后，通过自己的手机终端可以看到A拍摄的视频。
假设有多个用户都要欣赏用户A的“移动播客”中的内容，而用户A的终端由于处理能力限制不能满足所有用户的需求，根据P2P网络的管理和调度机制，移动P2P代理服务器会将这些用户的请求发送到已经访问过“移动播客”业务的用户（例如用户B），由他作为服务提供方来满足部分业务请求。
同时，固定互联网的用户C也可以通过PC的客户端软件，在输入A的手机号码后，利用移动P2P代理服务器的协议转换和代理功能，以同样的方式来欣赏A的“移动播客”中的内容，实现固定互联网和移动互联网P2P业务的融合。
4、挑战及应对方法
由于P2P技术自身固有的一些特点，P2P业务在固定互联网领域高速发展的同时也遇到了一些障碍和挑战，比如知识产权保护、网络安全、统一标准、流量和计费等问题。因此，在移动互联网中大规模部署P2P应用的同时，为了保证和促进业务健康发展，必须正视这些障碍和挑战，有针对性地探索应对方案。
（1）知识产权保护
P2P服务都将不可避免地和知识产权发生冲突，每一个提供共享服务的P2P应用都需要认真审视P2P网络面临的版权问题。在版权保护方面，DRM（Digital Rights Management，数字版权管理）是一种可行的方法。它可以对数字产品在分发、传输和使用等各个环节进行控制，使数字产品只能被授权使用的人按照授权的方式在授权使用的期限内使用。另外，目前正在准备实施的移动电话实名制也有助于解决版权问题。
（2）网络安全问题
网络安全问题并不是因为P2P技术的引入而产生的，但是P2P技术平等共享的特点将会使这一问题变得更加严重。目前，针对移动终端的病毒、垃圾信息和黑客攻击事件不断出现，给移动互联网的网络安全带来了严重的挑战。
解决这个问题的方法有两个：一方面是移动网络运营商在核心网内部集中部署网络安全设备，对病毒和垃圾信息进行过滤和拦截；另一方面是为移动终端提供类似目前PC中使用的防火墙和杀毒软件。但是这两种方式都有一定的局限性，比较理想的方法是采用目前企业级杀病毒软件的工作方式，移动网络运营商集中部署安全和防病毒服务器，并负责及时更新，移动终端下载安装客户端并利用移动互联网进行更新。当然，上述过程也可以采用P2P的方式来实现。
（3）缺乏统一标准
目前P2P技术发展的一个瓶颈就是缺乏统一的标准，利益的分歧导致难以形成统一的标准，为P2P的推广造成了人为的障碍，而这恰恰与P2P的自由、平等的初衷是相背离的。
由于目前移动P2P还处于萌芽阶段，标准的统一问题相对来说比较容易解决。移动运营商可以参照移动梦网的发展模式，主导价值链的上下游，制定统一的移动P2P技术标准，为P2P技术在移动互联网中的应用铺平道路。
（4）流量和计费问题
对于移动运营商而言，无线资源非常宝贵，如何在P2P业务和无线资源消耗之间取得平衡是需要重点考虑的问题。具体的做法是选择一些节点之间业务流量较小的P2P业务，以及通过一定的方法限制这些节点之间的信息流量，例如对于基于P2P的文件共享系统，不采用基于洪泛法构建的P2P业务，避免P2P网络的规模过于庞大，同时严格限制共享文件的大小。
固定互联网采用包月的计费方式在很大程度上推动了P2P业务的发展，但是目前移动互联网是按照上下行流量来进行计费的，这种计费模式对于P2P业务几乎是致命的，没有人愿意为因别人而产生的上行流量付费。因此，在内容计费的基础上，采用一定基础流量的业务包月计费，对于移动P2P业务的发展是非常必要的。
5、结束语
P2P技术和应用在固定互联网已经取得了巨大的成功，但是在移动互联网中的应用尚未开始，由于移动互联网固有的结构和特点，P2P技术很难简单地从固定互联网移植到移动网络中来。随着移动网络的不断演进和移动终端性能的不断提高，在移动互联网环境中实现P2P应用的需求也不断突出。本文针对P2P技术和移动互联网的特点，对P2P技术在移动互联网中的应用进行了初步分析，对通过在移动网络中部署P2P代理服务器实现P2P应用进行了探讨，同时从技术和商业的角度讨论了在移动互联网中引入P2P技术所带来的挑战及解决途径。
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