在智能制造和工业4.0的浪潮中，工业自动化网络的性能与可靠性成为决定产线效率与产品质量的关键因素。传统的工业自动化网络架构，如串联网络，在面临单点故障时往往会导致整个产线瘫痪，严重影响了生产效率和成本控制。光路科技最新研发的TSN交换机则克服了这一挑战，它通过支持CC-Link IE TSN协议，并通过优化网络架构和通信机制，为工业自动化领域提供了一种高效、可靠的网络解决方案。本文将深入探讨FR-TSN系列工业交换机与CC-Link IE TSN协议的技术细节及其在实际应用中的优势。
CC-Link IE TSN是一种创新的工业自动化网络技术，它在全球范围内率先采用了基于标准以太网规范的TSN（时间敏感网络）技术，具有显著技术优势和广泛应用前景。它通过融合TSN技术和重新定义通信协议，实现了高速、低延迟的数据传输和实时性通信，为工业自动化领域的发展注入了新的活力。
TSN技术融合：CC-Link IE TSN结合了TSN技术的优势，通过高效协议强化了CC-Link IE原有的性能和功能。TSN技术由多个国际标准组成，主要标准是IEEE802.1AS（定义时间同步方法）和IEEE802.1Qbv（定义时间分割方法）。这些标准的结合使用，保证了数据传输的确定性，并为不同协议网络之间的互操作提供了可能性。
OSI模型定位：CC-Link IE TSN协议以位于OSI参考模型第2层的TSN技术为基础，由在第3至第7层的CC-Link IE TSN独立协议和标准以太网协议组成。
网络开放性：CC-Link IE TSN在进一步提高网络开放性的同时，通过高效的协议实现了高速、低延迟的数据传输，满足了工业自动化领域对实时性和可靠性的高要求。
FR-TSN系列工业交换机是光路科技为工业自动化等低时延应用环境设计的网络设备，这些TSN交换机结合了高性能硬件与先进软件功能，为工业自动化网络提供了坚实的基础。
在工业环境中，网络设备需要面对高温、潮湿、振动等多种恶劣条件。FR-TSN系列工业交换机采用IP40铝合金外壳设计，这种设计不仅具备优异的散热性能，还能有效抵御灰尘和水分的侵入，保障设备在极端环境下稳定运行。同时，该系列交换机还具备优良的EMC电磁兼容抗扰性设计，能够抵御来自周围电气设备的电磁干扰，保证通信的稳定性和可靠性。
在接口方面，FR-TSN系列工业交换机提供了多种选择，包括百兆/千兆以太网电口、千兆/万兆光纤口等，以满足不同设备的连接需求。此外，TSN交换机支持了模块化设计，用户可以根据实际需求扩展交换机端口数量和功能，灵活应对产线规模的扩大或设备更新迭代。
除了硬件设计外，FR-TSN系列工业交换机的软件功能同样出色。它可以支持CC-Link IE TSN，这大大提高了网络的兼容性和灵活性。
在时间同步方面，FR-TSN系列工业交换机采用IEEE 802.1AS协议实现微秒级时钟同步。这种时间同步机制让网络中各个设备的时间保持一致，为数据采集和处理的准确性提供了有力保障。它支持IEEE 802.1Qbv协议实现时间分割，保障在限定时间内数据传输的确定性。这种TSN技术的应用，让TSN交换机能够在工业自动化网络中实现高性能、高功能的控制通信。
在网络管理方面，FR-TSN系列工业交换机支持SNMP等网络管理协议，方便用户对网络进行远程监控和管理。同时，它还提供了丰富的网络诊断和维护功能，如链路状态监测、端口流量统计等，帮助用户及时发现并解决网络故障，降低了网络维护的复杂性和成本。
FR-TSN系列工业交换机通过支持CCLINK IE TSN协议，为工业自动化领域带来了更加高效、可靠的网络解决方案。
传统的工业自动化网络通常采用串联的方式连接各个设备，如下图，这种方式下，一旦某个设备出现故障，其下游的所有设备都将失去与PLC的通信，导致整个产线无法正常工作。
为了克服这一弊端，FR-TSN系列工业交换机采用了星型网络架构，如下图。在这种架构下，PLC和每个伺服驱动器都直接连接到交换机上，形成了一个以交换机为中心的网络。这种架构不仅提高了网络的可靠性，还降低了单点故障对整个网络的影响。即使某个伺服驱动器出现故障，也不会影响其他设备与PLC的通信，从而保证了产线的连续运行。
在工业自动化网络中，实时性是一个重要的性能指标。FR-TSN系列工业交换机可通过支持CCLINK IE TSN协议来保障数据的实时性。通过IEEE 802.1AS协议实现时间同步，让网络中各个设备的时间保持一致；通过IEEE 802.1Qbv协议实现时间分割，确保在限定时间内数据传输的确定性。从而让工业交换机能够在工业自动化网络中实现高速、低延迟的数据传输，满足了高精度、高实时性控制的需求。
在工业自动化领域，产线规模和设备类型经常发生变化。为了应对这种变化，FR-TSN系列工业交换机采用了模块化设计和丰富的接口选项。用户可以根据实际需求扩展交换机端口数量和功能，灵活应对产线规模的扩大或设备更新迭代。同时，星型网络架构使得故障排查和修复更加简单。一旦出现故障，用户只需检查故障设备与交换机的连接即可快速定位问题并修复。这种易于维护和扩展的工业交换机，很受工业自动化领域的青睐。
FR-TSN系列工业交换机与CCLINK IE TSN协议的结合应用不仅适用于伺服驱动器的连接和控制，还适用于其他工业自动化设备的连接和控制。同时，它还支持与IT系统的通信和数据交换，为实现智能制造和工业4.0提供了有力支持。通过集成传感器、执行器、控制器和数据分析软件等智能化元素，用户可以构建一个高度集成、高度自动化的智能制造系统。这种系统能够实时监控产线状态、优化生产流程、提高产品质量和降低成本，为企业的可持续发展提供有力保障。
TSN交换机与CCLINK IE TSN协议的结合应用为工业自动化领域提供了一种高效、可靠的网络解决方案。通过优化网络架构和通信机制、提高网络的实时性、可靠性和扩展性等特点，这种结合为智能制造和工业4.0的发展提供了有力支持。未来，随着工业自动化技术的不断发展和创新，FR-TSN系列工业交换机与CCLINK IE TSN协议将继续发挥重要作用，推动工业自动化网络向更高性能、更高可靠性的方向发展。同时，我们也将持续关注市场动态和技术趋势，不断优化和完善产品功能和服务体系，为用户提供更加优质、高效的工业自动化网络解决方案。
在现代汽车行业，自动驾驶技术的发展日新月异，数据的实时传输与处理能力愈发受到重视。光路科技的工业级TSN交换机在比亚迪新车型的成功应用，为这一技术领域注入了新的活力。这种交换机不仅解决了传统网络设备在高时延和低数据精度方面的局限性，还通过引入TSN（时间敏感网络）协议，为自动/辅助驾驶系统提供了高效、可靠的数据处理环境。
自动驾驶系统依赖于来自多种传感器的数据，包括雷达、激光雷达、摄像头等。这些传感器需要实时采集并传输大量数据，以便系统做出快速决策。以比亚迪的应用场景为例，雷达的双向数据监控与采集要求对数据精度有严格的控制。传统的网络交换机在高负荷工作情况下，容易出现时延过高和数据丢包现象，这使得系统无法及时响应环境变化，影响驾驶安全和车辆的整体性能。
光路科技的TSN交换机在设计中特别考虑了汽车环境的独特需求，具有多个显著的技术优势。首先，交换机支持专用的汽车以太网TSN协议，这是其能够满足自动驾驶要求的核心所在。该协议的设计宗旨是提供高带宽、低延迟和高可靠性的网络连接，尤其适用于数据传输频繁且对时效性有严格要求的场景。
高精度时钟同步：
TSN交换机配合车载激光雷达实现的对时精度可达微秒级，极大提升了数据采集的准确性。采用IEEE 802.1AS协议，能够在网络中实现精准的时钟同步，为实时数据处理提供了坚实的基础。这种微秒级的同步能力使得多个传感器的数据能够在同一时间基准下进行处理，避免了因时钟不同步而导致的数据不一致问题。
抖动偏差为零：
高精度的时钟同步还意味着数据传输的抖动偏差为零。这一特性对于自动驾驶系统更加重要，因为在复杂的行驶环境中，任何微小的延迟或数据偏差都可能影响系统的决策精度，进而影响车辆的安全。
快速响应与稳定性：
光路科技的交换机在配置时钟锁定时，能够快速响应，保障在不同工作条件下系统的稳定运行。在车辆高速行驶或复杂环境下，能让数据传输保持高效稳定。
支持多种数据流：
在自动驾驶中，除了雷达数据外，还需要处理来自摄像头和其他传感器的数据。TSN交换机能够同时支持多种数据流，确保不同传感器的数据能够在网络中平滑地传输，不会因为单一数据流的延迟影响整体系统的反应。
简化配置与维护：
光路科技的交换机设计了用户友好的配置界面，简化了设备的安装和维护过程。即使在复杂的车辆网络中，工程师也能快速进行设备的设置与调整，减少了因人为操作失误导致的系统故障。
在车载测试中，时钟同步的精度是决定系统性能的关键因素。光路科技的TSN交换机通过IEEE 802.1AS协议，实现在整个网络中对时的统一性。该协议允许设备在网络中交换时间信息，让每个设备的时钟都能保持一致。
光路科技的FR-TSN系列工业交换机在自动/辅助驾驶领域的应用，不仅提高了数据采集的精度，还为系统的稳定性和安全性提供了技术保障。通过高效的时钟同步能力、零抖动特性以及灵活的配置选项，TSN交换机能够满足现代自动驾驶系统对数据传输的严格要求。
随着汽车智能化进程的加速，光路科技的TSN交换机将继续在这一领域发挥关键作用，推动自动驾驶技术的广泛应用和发展。这些技术为未来的智能交通系统奠定了坚实的基础，汽车行业将向更高水平的智能化迈进。
TSN技术，即时间敏感网络（Time Sensitive Networking）技术，是支撑智能工业、自动驾驶等新兴应用的关键技术。它主要由一系列标准组成，这些标准定义了TSN中的几大核心功能，包括时钟同步、数据调度及流量整形、高可靠性保证、资源管理等，从而提供低延迟、低抖动、高可靠性的数据传输服务。
为了推动TSN技术在我国的有序发展，2020年10月，在工业互联网产业联盟网络组组织下，中国信息通信研究院联合产学研用50余家单位，共同启动了我国首个TSN产业促进项目——“时间敏感网络产业链名录计划”。这一名录计划旨在通过多个行业场景、多个产品门类和多个技术维度的深入研究，构建立体的TSN产业链名录技术框架与产业体系。通过技术研发、标准研制、产品测试、应用示范和规模商用等环节的有机结合，形成完整的产业闭环，推动我国TSN技术与产业的健康发展。
随着名录计划的深入实施，我国TSN产业链将不断丰富和完善，形成一批具有自主知识产权的核心技术和产品。这将有助于加速TSN技术的应用落地和产业壮大，为我国智能工业和多个新兴领域的快速发展提供有力支撑。同时，通过加强产业链上下游企业的合作与交流，促进产学研用的深度融合，将进一步推动我国TSN产业的创新发展和国际竞争力的提升。
近日，光路科技（Fiberroad）旗下的FR-TSN4206交换机成功通过了中国信通院“时间敏感网络（TSN）产业链名录计划”的认证，同时，光路科技也成为国家时间敏感网络联盟成员单位。这一里程碑式的成就标志着光路科技TSN交换机在确定性网络领域的技术实力得到了行业的广泛认可。
FR-TSN4206交换机作为光路科技FR-TSN系列的核心产品，其设计理念和技术实现均体现了时间敏感网络技术的精髓。该交换机完美支持IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbv、IEEE 802.1Qbu、IEEE 802.1Qci、IEEE 802.1CB等多项TSN核心协议，通过精密的时钟同步、数据调度及流量整形等技术，确保数据传输的低延迟、高可靠性和确定性，从而满足工业自动化、智能制造等严苛环境下对网络的极高要求。
在硬件配置上，FR-TSN4206支持2路万兆光口和6路千兆电口，为用户提供了灵活多样的接入选择，同时保证了高速、远距离的传输能力。无论是大型工厂的骨干网络还是现场设备的接入网络，FR-TSN4206都能提供稳定可靠的网络支持。
此外，FR-TSN4206还具备强大的网络管理功能。它支持ERPS环网协议，能够在网络出现故障时自动切换路径，确保网络的连续性和稳定性。同时，其三层管理功能也大大简化了网络的管理和维护工作，降低了用户的运营成本。
和光路科技其它卡轨式工业交换机相同的是，FR-TSN4206也是一款专为恶劣环境设计的工业级以太网交换机。它能在-40℃~75℃的宽温环境下稳定工作，无论是酷热的夏季还是寒冷的冬季，都能保持出色的性能。同时，其IP40防护等级和8000V防雷特性也使其在恶劣的工业环境中能够安全可靠地运行。
通过“时间敏感网络（TSN）产业链名录计划”的认证，FR-TSN4206的优异性能和稳定表现得到了行业的充分认可。这不仅是对光路科技技术实力的肯定，也是对FR-TSN4206在确定性网络领域领先地位的确认。未来，光路科技将继续深耕TSN技术，推出更多优质产品，为工业自动化、智能制造等领域的发展提供强大的网络支持。
TSN技术作为支撑工业4.0、智能制造等新兴产业的关键技术，正日益受到业界的广泛关注。作为国家时间敏感网络联盟成员单位，光路科技始终站在行业前沿，加大TSN技术的研发力度，致力于将TSN技术进行到底，为构建确定性网络贡献力量。
确定性网络，作为TSN技术的核心目标，旨在实现网络传输的低延迟、高可靠性和精确时间同步。光路科技深知确定性网络对于工业自动化、智能交通、远程医疗等领域的重要性，因此，公司不断加大研发投入，积极探索TSN交换机在各个领域的应用。
在产品研发方面，光路科技紧跟国际前沿技术动态，持续推出高性能、高可靠性的TSN交换机产品。近日，光路科技研发的机架式TSN交换机精彩亮相，同时发布了业内首款全国产TSN交换机，以及TSN交换机核心模块。这些TSN交换机完美支持IEEE 802.1AS、IEEE 802.1Qbv等多项TSN核心协议，能够实现精确的时钟同步和数据调度，确保数据传输的确定性。同时，FR-TSN系列交换机还支持多种接口类型和灵活的组网方式，满足不同应用场景的需求。
在应用探索方面，光路科技的TSN交换机已经实现落地应用，但行业应用广度还不够，很多行业领域依然对TSN技术的嵌入保持探索或观望态度。TSN交换机虽然有它的优越性，但在当前的实际应用场景中仍面临诸多挑战。光路科技将积极与各行业合作伙伴开展深度合作，共同探索如何让新的TSN技术兼容旧的网络环境，如何让现有的通信系统插上TSN这双翅膀，从而推动TSN技术的深入应用，并助力行业转型。
通过产学研用紧密结合的方式，光路科技不断推动TSN技术的突破和进步，为行业的发展注入新的动力。展望未来，光路科技将继续加大TSN技术的研发力度，不断提升产品的性能和可靠性。同时，公司还将积极拓展TSN技术在更多领域的应用，推动确定性网络建设的全面提速。相信在光路科技的持续努力下，TSN技术将在更多领域发挥重要作用，为我国的工业现代化和智能化发展贡献更多力量。
前言
TSN（Time-Sensitive Networking）时间敏感网络是国际IEEE802.1工作组开发的一套协议标准，是一种在传统的非确定性以太网技术中实现业务传输确定的最小时延的协议族，为标准以太网增加了确定性和可靠性，是一种进一步提高工业网络的可用性和可控性的技术手段。
在目前国内工业通信的传统应用中，工业以太网设备，例如工业以太网交换机，在前十年里，和普通商用交换机相比，主要的差异性是在交换机的温度适应性、结构和安装以及整机的EMC抗扰度等硬件特性上加以区分，在未来工业通信的发展上，工业以太网交换机将融合TSN技术，精准、精确的工业自动化系统的关键性控制和集采业务报文进行同步和控制，保证工业通信网络最小的时延和抖动，最终提高整体工业网络的稳定性和可靠性，TSN技术作为下一代工业交换机的关键技术指标，是未来严格区分普通交换机的重要功能之一，其本身也是属于传统以太网的扩展功能的子集。
1、CSMA/CD（载波侦听多路访问和冲突检测）技术
以太网通信在我国已经发展几十年，属于非常成熟的通信技术，是基于CSMA/CD技术承载于双绞线（UTP线缆）进行组网和通信的，但是采用串行方式进行传输带来的问题是多设备共享，这既是以太网的优势，同时也是工业以太网的劣势，因为所有的发射端没有基于时间的流量控制，采用尽力而为的转发机制，导致了不同设备的数据流在时间上产生叠加，虽然有QoS优先级机制或者缓冲区机制来进行保障，但是在网络负荷较重的时候，会出现业务的转发延迟变高，甚至会被丢弃。
2、工业以太网的互操作性瓶颈
随着国际上大力发展工业互联网和工业4.0，工业通信业务的发展对网络基础设施提出了更高的要求和需求，我们国内的工业网络也呈现出融合、开放和灵活的OT+IT结构发展。
在传统的工业以太网，例如EtherCAT、Profinet、CC-Link、ModBus等技术中，虽然提供了确定性连接和延迟的保证，但是各个协议之间不能进行互操作，导致整个网络结构不灵活。
TSN技术包含了IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv等多种协议标准，是属于传统以太网的扩展子集，具备很强的通用性和操作性，同时也满足网络连接的确定性和延迟的保证性。
光路科技FR-TSN系列时钟敏感网络交换机是集成了TSN协议栈技术的卡轨式管理型工业以太网交换机，该系列TSN交换机具有确定性和微秒级交互特性，提供丰富的网络接口，例如10GBase-X SFP+接口、100/1000Base-X SFP接口和10/100/1000Base-TX 电口，支持IEEE802.1AS、IEEE802.1Qbv等协议，并支持RSTP/MSTP、VLAN、组播、QoS等丰富的二层软件特性。
FR-TSN系列工业以太网交换机采用导轨式IP40铝合金外壳设计，具备极端的环境温度适应性和优良的EMC电磁兼容抗扰性设计，可在恶劣工业环境下稳定可靠的工作，FR-TSN系列产品作为下一代工业网络的演进方向产品之一，是未来引发无人驾驶、边缘计算、虚拟现实等领域技术落地的工业交换机产品，也是对工控领域的离散型工业通信进行数字化转型和智能制造升级的利器。光路科技致力在电力、交通、5G融合网、工业精密制造、汽车无人驾驶以及军工船载等领域，持续为客户提供针对传输时间具有高稳定性、可操作性要求的各种网络的可靠解决方案。
时间敏感网络（TSN）是一项仍在开发中的新兴技术，首个TSN标准于2017年发布以来，越来越多的行业领域开始探究TSN的技术应用，2023年，光路科技加大了TSN技术的研发力度，TSN技术在工业以太网和TSN交换机的应用方面将会有新的探索和进展。
TSN是一组用于改善工业网络中同步和确定性通信的技术。TSN基于IEEE 802.1AS，它定义了一种支持精确定时和同步的新型以太网。TSN允许创建比传统以太网网络更具确定性和响应性的网络。这使得TSN成为需要低延迟和高可靠性的应用的理想选择，例如工厂自动化、高速公路、汽车网络和航空航天。
与传统以太网相比，TSN提供了几个关键优势。
首先，TSN使用时间感知调度程序来确保数据包在正确的时间传输。这样可以更精确地控制数据包的发送和接收时间，这对于需要低延迟的应用程序至关重要。其次，TSN使用一种称为时间触发发送的机制来确保数据包始终在正确的时间发送。这样可避免重新传输导致的延迟。第三，TSN使用一种数据流保留机制来保证属于特定流的数据包将始终按顺序传输。这对于需要确定性通信的应用程序来说，是必不可少的。
TSN网络技术有三个主要趋势：
1. 转向以太网: 第一个趋势是从专有网络转向以太网。这是由对更高带宽的需求和利用以太网提供的规模经济的愿望所驱动的。
2. 对更精确计时的需求: 第二个趋势是对更精确计时的需求。这是由于越来越多地使用时间敏感的应用程序，如IP语音和视频会议。
3.软件定义网络的兴起: 第三个趋势是软件定义网络的兴起。这是由对更大灵活性的需求和利用虚拟化优势的愿望所驱动的。
TSN时间敏感网络将逐渐被添加到工业以太网中，为自动化和控制应用提供前所未有的确定性性能水平，从而加快实现IT-OT融合和工业4.0数字化转型。
工业4.0数字技术有可能改变现代制造业，并实现企业IT和OT运营的融合。制造网络上的数据已经出现了“爆炸”，但管理这些数据需要融合的高带宽网络基础设施和增值的数字化转型战略。
融合允许设备和系统共享相同的网络架构进行通信，避免了多个网络的复杂性和成本。但是理想的系统应该提供高速、实时的确定性通信的基础，允许整个企业共享数据。最终目标是完全优化操作所需的流程透明度，允许数据从源头流向可以处理的地方，以获得可操作的见解，然后反馈到流程中。
TSN网络技术将为制造业带来诸多好处：
时间敏感网络包含了一组主要的国际标准，这些标准定义了时间同步方法(IEEE802.1AS)和工业网络上形成、调度和管理网络流量的技术(IEEE802.1Qbv)。它们共同提供了确定性的工业以太网技术，作为融合网络体系结构的基础。
对于当今工厂中的典型制造系统，实时关键应用(包括闭环控制和高性能运动控制)的数据传输在单独的网络中实现。然而，工作流程日益增长的灵活性和数字化要求IT和OT的日益融合，以及整合以前独立系统的能力。 通过扩展和适应现有的以太网标准，TSN实现了工业网络上IT和OT的融合。其结果是实时关键数据和数据密集型应用程序都可以通过共享的以太网电缆实现，而不会相互干扰。
在工业4.0的大环境下，很多制造商开始利用工业物联网（IIoT）技术来优化生产和运营，从而部署了更高效的设备，同时也需要更快速的网络来保证机器人的高效工作。传统以太网协议已经很难支撑现有的新技术和新设备，这时则需要有一套兼容性高的技术能支持时钟同步及复杂的协议，以实现时间敏感数据的实时传输，这时就用到了TSN技术。
经过长期的研发和测试，光路科技为智能制造、智能电网、轨道交通及其它5G应用提供了时间敏感型数据传输解决方案，推出了TSN系列交换机，它们具有确定性时延以及多协议传输能力，这些TSN交换机的低延迟、低抖动、高可靠性能，保证了数据的确定性传输和网络复用性。
TSN的全称Time Sensitive Networking，即时间敏感网络，是IEEE定义的标准技术，位于OSI模型的第2层（数据链路层），用于扩展当前以太网网络的功能，可在标准以太网上实现确定性消息传递。TSN技术通过利用时间同步方法（IEEE 802.1AS）和分时方法（IEEE 802.1Qbv）来确保确定性通信。
相比传统以太网通信，TSN技术可以混合实时通信和非实时通信。TSN能够将确定性服务降到微秒级，降低整个通信网络复杂度，实现信息技术 (IT)与运营技术(OT)融合，其具有精准的时钟同步能力，确定性流量调度能力，以及智能开放的运维管理架构，可以同时保证多种业务流量的高质量传输，不但提高了性能，而且减少了成本。
下表是光路科技TSN交换机支持的IEEE802.1关键协议：
| IEEE 802.1AS | generalized Precision Time Protocol 通用精确时间协议。确保时钟同步，并达到微秒级甚至纳秒级的精度误差。 |
| IEEE 802.1Qbv | Enhancements for Scheduled Traffic 增强预定流量，通常也被称为时间感知流量整形（TAS）。 |
| IEEE 802.1Qcc | SRC增强功能和性能改进 |
| IEEE 802.1Qav | 队列及转发协议。时间敏感流的转发和排队增强（FQTSS） |
| IEEE 1588 (PTP V2) | Precision Time Protocol 精确时间同步协议。 |
新的工业控制需求，已经不允许在网络停止运行期间进行网络配置。光路科技的TSN交换机，通过IEEE 802.1Qcc 引入集中网络控制器（centr alized network configuration，CNC）和集中用户控制器（centralized user configuration，CUC）来实现网络的动态配置，可以在网络运行时灵活地配置新的设备和数据流，保证设备高效运行。
TSN技术已经在汽车网络开始应用，而在工业自动化、智能电网及诸多的5G NR网络还属于起步阶段。光路科技将根据各个行业实际应用场景进行研发，进行定制化解决方案研究，并推出面向不同行业领域的TSN交换机。
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