Por Dr. Javier Areitio Bertolín. E.mail: jareitio@orion.deusto.es

En el presente artículo se identifica, examina y analiza la tecnología estandarizada ADSL de acceso al bucle/lazo local. Se trata de una tecnología de módem de acceso al lazo local, asimétrica, punto a punto, con "acceso siempre activo" (con lo que se elimina la fase de establecimiento de la llamada) que transforma las líneas telefónicas de pares ordinarias de las redes PSTN/RTC/RTB en líneas digitales de alta velocidad para acceso Internet ultrarápido, multimedia y comunicaciones de banda ancha.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) es una nueva tecnología estandarizada y escalable de módem que convierte las líneas telefónicas existentes de par trenzado en caminos de acceso para multimedia y comunicaciones de datos a alta velocidad. La tecnología ADSL que pertenece a la Familia de Tecnologías denominadas globalmente xDSL (x Digital Subscriber Line), es la más prometedora en cuanto a velocidad-prestaciones, a pesar de haberse definido pero no estandarizado la tecnología VDSL de mayor sofisticación. La tecnología ADSL es asimétrica, puede transmitir hasta 9 Mbps de la red (es decir, de una Oficina Central del NSP (Network Service Provider)) hacia el abonado y

hasta 1,5 Mbps (normalmente sólo hasta 640 Kbps) en ambas direcciones (del abonado a la red y viceversa) dependiendo de la longitud/diámetro y condiciones de la línea. Dichas velocidades incrementan la capacidad de acceso existentes por un factor muy importante sin requerir un nuevo cableado. ADSL puede transformar la red de información pública existente que se encuentra limitada a voz, texto y gráficos de baja resolución en un sistema potente capaz de soportar multimedia incluyendo vídeo con total movimiento al domicilio de cualquier abonado telefónico PSTN. Actualmente el acceso a Internet a alta velocidad se considera una de las primeras aplicaciones para ADSL. ADSL puede proporcionar en la práctica velocidades elevadas. Los módem analógicos actuales sólo ofrecen velocidades bajas de 28,8 Kbps (V.34-ITU-T), 56 Kbps (V.90- ITU-T) y con RDSI se puede llegar hasta 128 Kbps pero esto es poco comparado con las velocidades de los módem ADSL que pueden llegar hasta 9 Mbps. ADSL abrirá todo un nuevo mundo de transferencias casi instantáneas de gráficos masivos e incluso aplicaciones de vídeo sobre Internet. La tecnología ADSL desempeñará un papel crucial en los próximos años cuando las Compañías Telefónicas entren en nuevos mercados dedicados a distribuir información (contenidos) en formato de vídeo y multimedia. Se requerirán décadas para que los nuevos cableados de banda ancha (cable coaxial de 75 ohmios, fibra óptica, etc.) alcancen a todos los posibles abonados. Por tanto, el éxito de estos nuevos servicios dependerá de alcanzar al mayor número de abonados posible durante los próximos años lo cual se cumple con el par telefónico.

ADSL hará viables a las Compañías Telefónicas y Suministradores de Aplicaciones mercados en el área de las películas, TV, catálogos de vídeo, CD-ROMs remotas, LANs corporativas, Internet en casa y en pequeñas empresas.

Los módem ADSL utilizan técnicas avanzadas de procesamiento digital de señales, algoritmos especiales y se han hecho necesarios diversos avances en el área de los dispositivos electrónicos como transformadores, filtros analógicos, convertidores A/D, etc. para poder comprimir tanta información con la capacidad de una línea telefónica de par trenzado ordinarias sin interferir con los servicios de telefonía regulares. Esto significa que se puede hablar simultáneamente por el teléfono ó enviar fax mientras se navega por Web sobre un PC. Las líneas telefónicas de gran longitud pueden atenuar las señales a 1 MHz. (el flanco de salida de la banda utilizada por ADSL) unos 90 dB, lo cual obliga a las secciones analógicas de los módem ADSL a conseguir elevados rangos dinámicos, separación de canales y mantener bajas las figuras de ruido. Externamente ADSL parece simple ("conductos" de datos síncronos transparentes a varias velocidades de datos sobre líneas telefónicas ordinarias). Internamente existe una sofisticada tecnología moderna. Para crear los diferentes canales, los módem ADSL dividen el ancho de banda disponible de una línea telefónica de una de las siguientes formas: (a) FDM (Frequency Division Multiplexing), que asigna una banda para los datos salientes y otra banda para los datos entrantes. El camino de entrada se divide por multiplexación por división de tiempo (ó TDM) en uno ó más canales de alta velocidad y uno ó más canales de baja velocidad. El camino de salida también se multiplexa en los canales de baja velocidad correspondientes. (b) Cancelación de Eco que asigna la banda saliente solapada con la entrante y separa las dos por medio de la "cancelación de eco local", una técnica utilizada por ejemplo en los módem analógicos V.32 (9,6 Kbps) y V.34 (28,8 Kbps) ITU-T. La cancelación de eco utiliza el ancho de banda más eficientemente, pero aumenta la complejidad y costo. Utilizando cualquiera de las técnicas se coloca delante del módem ADSL un filtro denominado "splitter del POTS" para separar los 4 KHz del servicio de voz (denominado POTS, Servicio Telefónico del Plan Antiguo). Esto significa que ambos POTS y ADSL pueden transmitirse en el mismo hilo de Cobre, eliminando la necesidad de tener una línea separada del POTS para las comunicaciones de voz. Con las técnicas FDM y cancelación de eco, ADSL divide una región de 4 KHz para el POTS (Plain Old Telephone Service) en el extremo DC de la banda. Un módem ADSL organiza la corriente de datos total creada multiplexando canales entrantes, canales dúplex y canales de mantenimiento en bloques y añade un código de corrección de errores a cada bloque. El receptor entonces corrige los posible errores que puedan ocurrir durante la transmisión hasta los límites que permita el código y la longitud del bloque. La unidad también puede, a opción de los usuarios crear super-bloques entremezclando los datos dentro de sub-bloques; esto permite al receptor corregir cualquier combinación de errores dentro de un espacio específico de bits. Esto permite tanto la transmisión de datos como señales de vídeo de forma efectiva. El Forum ATM y DAVIC (Digital Audio-Visual Council) han reconocido a la tecnología ADSL como un protocolo de transmisión del nivel físico para medios de transmisión UTP (Unshielded Twisted Pair). Tanto el ANSI (American National Standards Institute), Grupo de Trabajo T1E1.4 como el ETSI (European Technical Standards Institute) han aprobado estándares para ADSL. En 1994 se formó el Forum ADSL para promover la tecnología ADSL y facilitar el desarrollo de arquitecturas de sistemas ADSL, protocolos, e interfaces para las principales aplicaciones ADSL. El Forum ADSL agrupa a proveedores de servicios, fabricantes de equipos/proveedores de sistemas y fabricantes de componentes semiconductores a nivel mundial.

Un circuito de datos ADSL se crea conectando un módem ADSL a cada extremo de una línea telefónica de par trenzado, de esta forma se crean tres canales de información: (a) Un canal entrante de alta velocidad. (b) Un canal dúplex de media velocidad que depende de la implementación de la arquitectura ADSL. (c) Un canal RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) ó un canal POTS (Plain Old Telephone Service). El canal RDSI/POTS se separa en los módem digitales mediante filtros, de este modo se garantiza RDSI/POTS de forma ininterrumpida incluso aunque falle ADSL. El canal de alta velocidad puede operar hasta 9 Mbps (Telefónica España sólo lo proporciona de momento a 6 Mbps). El canal dúplex puede trabajar a velocidades de hasta 1,5 Mbps (Telefónica España sólo lo proporciona de momento a 640 Kbps). Cada canal puede submultiplexarse para formar varios canales de menor velocidad dependiendo del sistema. Los módem ADSL proporcionan velocidades de datos consistentes con las PDHs (Plesiochronous Digital Hierarchies) ó Jerarquías Digitales Plesiocronas Europeas (Ei) y Norteamericanas (Ti) y pueden ser adquiridos con diferentes rangos de velocidades y capacidades. La configuración mínima proporciona 1,5 Mbps (T1) ó 2 Mbps (E1) de canal de entrada y 16 Kbps de canal dúplex; otros proporcionan velocidades de 6,1 Mbps y 64 Kbps dúplex. Actualmente existen productos con velocidades de entrada de hasta 9 Mbps y dúplex de hasta 1,5 Mbps. Los módem ADSL se acomodarán al transporte ATM con velocidades variables y compensación para protocolos ATM e IP. Las velocidades de datos de entrada dependen de diversos factores como por ejemplo: (1) Longitud de la línea de Cobre. (2) El calibre/diámetro del hilo (especificación AWG/mms). (3) La presencia de derivaciones puenteadas. (4) La interferencia de acoplamientos cruzados. La atenuación de la línea aumenta con la frecuencia y la longitud de la línea y disminuye cuando se incrementa el diámetro del hilo. Ignorando las derivaciones puenteadas, ADSL verifica: (a) Velocidades de datos de 1,5 ó 2 Mbps; calibre del hilo 24 AWG (American Wire Gauge, especificación de diámetro de hilos; a menor número de AWG le corresponde un mayor diámetro del hilo) (es decir, 0,5 mm), distancia 5,5 Km (b) velocidades de datos de 1,5 ó 2Mbps; calibre del hilo 26 AWG (es decir, 0,4 mm), distancia 4,6 Km. (c) Velocidad de datos de 6,1 Mbps; calibre del hilo 24 AWG (es decir, 0,5 mm), distancia 3,7 Km. (d) Velocidad de datos de 6,1 Mbps; calibre del hilo 26 AWG (es decir, 0,4 mm), distancia 2,7 Km., etc. Las medidas varían de una Empresa de Telecomunicaciones a otra. Los clientes pueden estar separados a mayores distancias si se utilizan Sistemas de Portadora de Lazo Digital basados en filtros. Cuando estos sistemas DLC (Digital Loop Carrier) estén disponibles comercialmente, las Compañías de Teléfonos podrán ofrecer acceso ubicuo virtual en un tiempo relativamente corto. Muchas aplicaciones previstas para ADSL suponen vídeo digital comprimido. Como señal en tiempo real, el vídeo digital no puede utilizar los procedimientos de control de errores de nivel de red ó de enlace comúnmente encontrados en los Sistemas de Comunicaciones de Datos. Los módem ADSL por tanto incorporan mecanismos FEC (Forward Error Correction) de corrección de errores sin retransmisión (codificación Reed Soloman) que reducen de forma importante los errores causados por el ruido impulsivo. La corrección de errores símbolo a símbolo también reduce los errores causados por el ruido continuo acoplado en una línea.

ADSL utiliza como elementos de red en cada extremo del usuario después de la línea telefónica de Cobre existente un "splitter del POTS" para separar las transmisiones de voz y datos (si no se utiliza ADSL-Lite) y detrás se coloca el módem ADSL compatible con uno de los Puntos de Presencia del NSP. Como ADSL funciona punto a punto, no necesita control de acceso al medio y cada usuario obtiene toda la velocidad disponible de forma continua. Sin embargo, la velocidad de los módem ADSL depende de la distancia de la línea y las líneas más largas soportan velocidades menores que las de mayor longitud. Los "módem ADSL de velocidad variable" se adaptarán a la longitud de la línea ofreciendo servicio de velocidad elevada a los abonados telefónicos. Los módem de cable y los módem ADSL presentan capacidades comparables y ambos pueden operar sobre infraestructuras basadas en IP de banda ancha. Entre los factores diferenciales que se pueden identificar figuran:

1. Seguridad. Todas las señales circulan a todos los usuarios de los módem de cable en una única línea coaxial, lo cual facilita las posibles escuchas clandestinas intencionadas ó accidentales. ADSL es inherentemente más seguro ya que proporciona un servicio dedicado sobre una única línea telefónica. Las escuchas clandestinas intencionadas requieren invadir la propia línea (a menudo subterránea) y conocer la configuración del módem establecida durante la inicialización, no es imposible, pero si más difícil. El cifrado y la autenticación son dos mecanismos de seguridad importantes en ambos módem pero de vital importancia en los módem de cable.
2. (b) Fiabilidad. Si se corta una línea CATV de los módem de cable se deja sin servicio a todos los usuarios de esa línea (este problema necesita atención de gestión de red). Los amplificadores en redes CATV (con cable coaxial) suelen presentar algunos problemas. Un fallo de un módem ADSL sólo afecta a un abonado y las líneas telefónicas son bastante fiables ante agentes climáticos.
3. (c) Escalabilidad. Aunque los módem de cable presentan un mayor ancho de banda de la red al abonado (hasta 30 Mbps), dicho ancho de banda se comparte entre todos los usuarios de la línea y por tanto variará en algunos casos de forma muy acusada.

El primer usuario de un módem de cable de una línea dada tendrá un servicio excelente. Cada usuario adicional añadido crea ruido, carga el canal, reduce la fiabilidad y degrada la calidad de servicio para todos en la línea. La calidad de servicio también se degradará cuando los usuarios de Internet en vez de enviar texto y baja tasa de gráficos envíen multimedia y alta tasa de gráficos. ADSL no sufre de degradación debido al tráfico ó número de usuarios de la red de acceso. Sin embargo, ADSL debe trabajar con un concentrador de acceso de algún tipo que podrá congestionarse durante las horas punta. Si la salida del concentrador no es superior que la velocidad de un único módem de cable tendrá idéntica degradación. Sin embargo, es probable que sea más fácil añadir capacidad al concentrador que dividir los nodos coaxiales que es el remedio comparable en líneas/redes HFC (Hybrid Fiber/Coax) sobre los que operan los módem de cable.

La "x" en xDSL define diversas categorías de tecnologías de línea de abonado digital ó de acceso al bucle local, como por ejemplo, IDSL, HDSL, SDLS, ADSL, ADSL-Lite, R-ADSL, VDSL, etc. que difieren en parámetros como distancia de la señal, velocidad, simetría en el tráfico saliente y entrante al usuario, etc.. Los definidos son:

1. ADSL-Lite. Es una versión de baja velocidad de ADSL que eliminará la necesidad de que las Empresas de Telecomunicaciones instalen y mantengan un "splitter del POTS" ó "repetidor del local del abonado". La eliminación del splitter del POTS simplifica la instalación y reduce los costos para los NSPs (Provedores de Servicios de Red). ADSL-Lite también soporta trabajar sobre distancias mayores que el ADSL completo. Esta tecnología opera a velocidad de hasta 1 Mbps entrante desde la red hacia el abonado y hasta 512 Kbps saliente desde el abonado a la red. Limitación de distancia 5,5 Km con hilo de calibre 24 AWG. Aplicaciones: Acceso a Internet/Intranet, vídeo bajo demanda, acceso a LANs remotas, VPNs y VoIP (Voz sobre IP).
2. R-ADSL (Rate Adaptative Digital Subscriber Line). Funciona dentro de las mismas tasas de ADSL pero se ajusta dinámicamente a longitudes que varían y a calidades de líneas de acceso local de pares trenzados. Con R-ADSL es posible conectar diferentes líneas a velocidades variables. La velocidad de conexión puede seleccionarse cuando la línea se sincroniza durante una conexión, ó como resultado de una señal de la Oficina Central. Opera a velocidad de hasta 8 Mbps de la red al abonado y 1,544 Mbps del abonado a la red. Limitación de distancia 5,5 Km con hilo de calibre 24 AWG. Si se reduce la longitud se puede aumentar la velocidad. Aplicaciones: Acceso a Internet/Intranet, vídeo bajo demanda, acceso a LANs remotas, VPNs (Redes Privadas Virtuales),

VoIP (voz sobre IP), multimedia interactiva.

3. IDSL (ISDN Digital Subscriber Line). A diferencia de ADSL, IDSL sólo puede transportar datos.

IDSL utiliza el mismo código de modulación que ISDN/RDSI (Red Digital de Servicios Integrados), denominado 2B1Q para la entrega de servicios sin condicionamiento de la línea especial; difiere de ISDN/RDSI en aspectos como: IDSL es un servicio no conmutado a diferencia de ISDN/RDSI, no causa congestión del conmutador en la Oficina Central del Proveedor de Servicios. ISDN/RDSI requiere establecimiento de la llamada mientras que IDSL no, es un servicio siempre activo. Proporciona un caudal dúplex de hasta 144 Kbps. Limitación de distancia con hilo de 24 AWG 5,5 Km (con equipo especial se puede extender la distancia). Aplicaciones: Acceso a Internet/Intranet, Navegación Web, Telefonía sobre IP, vídeo-teléfonos.

4. HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line). Tecnología simétrica proporciona la misma cantidad de ancho de banda de la red al abonado y viceversa. HDSL es la tecnología xDSL más madura y ya se ha implementado en líneas que se extienden desde las Oficinas Centrales a los nodos remotos y también en entornos de campus universitarios. Debido a su velocidad 1,544 Mbps (T1) sobre dos pares de Cobre y 2,048 Mbps (E1) sobre tres pares, las Empresas de Telecomunicaciones utilizan HDSL como una alternativa a enlaces T1/E1. La distancia a la que opera HDSL (de 3,7 Km a 4,6 Km) es menor que proporcionada por la tecnología ADSL. HDSL permite conectar sistemas PABX/PBX, lazos locales digitales, servidores Internet, POPs (Points Of Presence). HDSL II es la siguientes generación de HDSL ofrecerá el mismo rendimiento que HDSL pero sobre un único par trenzado de Cobre (definiéndose en ANSI/ETSI).
5. SDLS (Single-Line Digital Subscriber Line). Al igual que HDSL, SDSL soporta transmisiones T1/E1 simétricas, pero SDSL difiere de HDSL en dos aspectos:

1. Utiliza un único para de Cobre.
2. Posee un rango máximo de operación de 3 Km. Dentro de la limitación de distancia, SDSL puede acomodarse a aplicaciones que precisen idénticas velocidades de red a abonado y viceversa como videoconferencia ó computación colaborativa. SDSL es un precursor de HDSL-II.

1. VDSL (Very high bit rate Digital Subscriber Line). Esta pendiente de estandarizarse. Es la tecnología xDSL más rápida, soporta una velocidad de red a abonado de hasta 53 Mbps y de abonado a red de hasta 6,4 Mbps sobre un único par de Cobre (en la modalidad simétrica hasta 34 Mbps). La distancia máxima operativa para esta tecnología asimétrica es para la máxima velocidad de 0,3 Km. Como futuras aplicaciones de VDSL figuran las mismas que ADSL más HDTV (TV de alta definición)

Existen diversas formas de alterar una señal portadora de alta frecuencia para generar una onda modulada. Para ADSL existen dos esquemas de modulación que compiten: CAP (Carrierless Amplitude Phase) no estandarizada y DMT (Discrete Multi-Tone) ya estandarizada por el ANSI/ETSI/ITU. CAP y DMT utilizan la misma técnica de modulación fundamental denominada QAM (Quadrature Amplitude Modulation. Difieren en la forma de aplicarla. QAM es un proceso que conserva el ancho de banda; se utiliza en módem y permite que dos señales portadoras digitales ocupen el mismo ancho de banda de transmisión. Con QAM se utilizan dos señales de mensaje independientes para modular dos señales portadoras que poseen frecuencias idénticas pero difieren en la amplitud y fase. Los receptores QAM pueden discernir si utilizar números menores ó mayores de estado de fase y amplitud para hacer frente al ruido e interferencias en el par de hilos. La versión CAP de QAM almacena en memoria partes de una señal de mensaje modulada y luego reensambla las partes en la onda modulada. La señal portadora se suprime antes de transmitir debido a que no contiene información y se reensambla en el módem receptor (de ahí el nombre de "carrierless" en CAP). Al arrancar, CAP comprueba la calidad de la línea de acceso e implementa la versión más eficiente de QAM para asegurar el rendimiento satisfactorio para transmisiones de señal individuales. CAP normalmente esta basada en FDM. CAP es un sistema de única portadora que tiene varias ventajas, esta disponible hoy en día para velocidades T1 (1.5 Mbps) y es de bajo costo debido a su simplicidad. Presenta el inconveniente de no ser un estándar ANSI ni ETSI. DMT es una modulación multiportadora que utiliza QAM. Los datos de entrada se recogen y se distribuyen sobre un gran número de pequeñas portadoras individuales, cada una de las cuales utiliza una forma de modulación QAM. DMT crea estos canales utilizando una técnica digital denominada Transformada Fast-Fourier Discreta. Debido a que las señales de alta frecuencia en líneas de Cobre sufren más la pérdida en presencia de ruido, DMT divide de forma discreta las frecuencias disponibles en 256 subcanales ó tonos. Al igual que CAP, al arrancar existe una comprobación para determinar la capacidad de transporte de cada subcanal. Los datos de entrada se dividen en un conjunto de bits y se distribuyen a una combinación específica de subcanales en función de su capacidad para transportar la transmisión. Para hacer frente al ruido, se sitúan más datos en las frecuencias más bajas y menos en las más altas. La principal ventaja de DMT es el hecho de que es estándar ANSI, ETSI e ITU. Pero DMT también presenta inconvenientes, inicialmente es más costoso y muy complejo. Existe una variante de DMT denominada DWMT (Discrete Wavelet Multi-Tone) es una versión de modulación multiportadora en la que cada portadora se crea utilizando la Transformada de Wavelet en vez de la Transformada Rápida de Fourier; es más compleja, presenta mayor rendimiento, posee un aislamiento mayor entre subcanales, puede ser una buena elección para transmisiones a gran distancia en entornos con gran número de interferencias.

El medio físico que conecta el abonado a la Central Local se denomina "lazo ó bucle de abonado". Cada "lazo" consta de un par trenzado (dos hilos de Cobre aislados trenzados). El conjunto de todos los "lazos de abonado" se denomina colectivamente "lazo de acceso". El "lazo de acceso" permite a cualquier usuario transmitir información tanto de datos como voz a otro abonado a través de una Central (ó Conmutador Local). Los últimos kilómetros finales de cable desde el conmutador local al cliente son generalmente enlaces analógicos de frecuencia de voz. El "lazo de acceso" reúne a un conjunto de usuarios que conectan con un conmutador local utilizando cables de par trenzado de Cobre de varias longitudes y calibre/diámetro. La longitud, calibre y número de secciones de los cables utilizados varía, esto produce una variación en las características de propagación a través del lazo de acceso. Cada usuario posee su propio par de Cobre que le permite acceso al conmutador local y por tanto a otros usuarios. Los principales beneficios que proporciona ADSL son:

1. Capacidad simultánea de voz/fax e Internet sobre una única línea telefónica.
2. Acceso a Internet a alta velocidad de forma ininterrumpida, lo que permite estar siempre "en línea"; ADSL supera las prestaciones de los módem convencionales V.34/V.90..
3. Solución económica para clientes residenciales, "telecommuting", pequeñas empresas, etc.
4. Mayor seguridad de datos que supera a otras tecnologías como módem de cable. ADSL permite dos tipos generales de aplicaciones: vídeo interactivo y comunicaciones de datos a alta velocidad.

Las principales áreas de aplicación de la tecnología ADSL son:

1. "Telecommuting". Acceso a redes corporativas. Estaciones de trabajo interactivas y videoconferencia, etc..
2. Vídeo Interactivo. Entretenimiento bajo demanda. Películas/Vídeo bajo demanda, vídeo en tiempo real, catálogos de vídeo, TV interactiva, etc..

3. Servicios Profesiones Remotos. Cuidado de la salud, servicios legales, "bienes raíces".
4. Compras desde casa. Catálogos en línea, Competencia Multi-fabricante, Informes al consumidor, etc..
5. Juegos. Multimedia Interactiva. Juegos residenciales de único jugador, Juegos residenciales de múltiples jugadores, Juegos de TV.
6. Información bajo demanda. Servicios de noticias electrónicas, publicaciones a medida, etc..
7. Conocimientos de toda la vida. Lecciones de Música, Laboratorios Virtuales, Libros Electrónicos, Reentrenamiento vocacional, etc.
8. Comunicaciones de datos a alta velocidad. Acceso a Internet, accesos a LANs remotas, accesos a redes especializadas, etc. Entre las ventajas que ADSL posee en comparación a otras alternativas de transmisión de alta velocidad como módem de cable y FTTN (Fiber To The Neighborhood) figura el impresionante número de líneas telefónicas existentes. Si los precios de los servicios ADSL se parecen a los de los servicios RDSI entonces ADSL se verá favorecida por Internet y las aplicaciones de vídeo. Muchas redes de cable antiguas no pueden ofrecer un canal de retorno, por tanto necesitarán actualizarse antes de poder ofrecer servicios de banda ancha y competir con ADSL. ADSL también es una solución a tener en cuenta por parte de los Proveedores de Servicios Internet que día a día van necesitando proporcionar mejores prestaciones de velocidad a los usuarios.

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