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테트라 무전기

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목차

1. 개요

테트라 무전기는 시분할 다중 접속(TDMA) 방식을 사용하여 음성 및 데이터를 전송하는 디지털 이동 무선 통신 시스템이다. 2010년 '테트라 2.0' 규격이 공개되어 데이터 전송 속도가 향상되었으며, TEDS 표준을 통해 데이터 용량과 처리량이 더욱 개선되었다. 테트라는 25kHz 간격의 4개 사용자 채널을 제공하며, 보안을 위해 무선 인터페이스 암호화 기술을 사용한다. 다양한 주파수 대역에서 사용되며, 특히 공공 안전, 교통, 유틸리티, 군사 등 보안과 안정성이 중요한 분야에서 활용된다. P25와 비교되며, 아마추어 무선 통신에도 사용되지만, 암호화 사용 제한 등의 제약이 있다. 2023년에는 보안 취약점이 발견되기도 했다.

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테트라 무전기 - [회사]에 관한 문서
개요
TETRA 로고
TETRA 로고
종류전문 이동통신
표준유럽 통신 표준 협회
주파수 대역380–400 MHz, 410–430 MHz, 450–470 MHz, 800 MHz, 900 MHz
채널 간격25 kHz
변조 방식DQPSK, QAM
데이터 속도7.2 kbit/s (채널당)
출시1995년
개발유럽
기술적 특징
액세스 방식TDMA
통신 방식반이중
전이중
암호화지원
서비스음성 통신
데이터 통신
단문 메시지 서비스 (SMS)
특징그룹 통화
우선 순위 통화
긴급 통화
활용 분야
공공 안전경찰
소방
구급
운송대중교통
철도
공항
산업유틸리티
석유 및 가스
광업
관련 단체
협회TETRA 협회(TETRA 협회)

2. 역사

테트라는 1989년 유럽전기통신표준협회(ETSI)가 제정한 유럽 통합 무선통신 표준이다. 1995년 최초로 상용화되었으며, 2000년대에 들어 유럽, 아시아, 남미 등 전 세계 100여 개 국가에서 널리 사용되고 있다.[17]

초기에는 음성 통신 위주로 개발되었으나, 2000년대 후반부터 데이터 통신 기능이 강화된 테트라 2.0 표준이 개발되었다.

2. 1. 테트라 2.0

2010년 싱가포르에서 개최된 세계 최대 테트라 콘퍼런스인 테트라 월드 콩그레스(TWC) 2010에서 차세대 테트라 규격인 "테트라 2.0"이 공개되었다. 기존의 음성통신 위주인 1.0에 비해 데이터 전송 기능이 대폭 강화되었다. 데이터 전송속도가 기존 28.8kbps에서 540kbps까지 향상되었고, 50㎑의 주파수 대역폭 사용 시 데이터 전송속도 최고 160kbps까지 나오며, 150㎑ 대역폭을 이용하면 전송속도가 최고 538kbps까지 나온다.[17]

TETRA 협회는 ETSI와 협력하여 TEDS 표준을 개발했다. TEDS 표준은 광대역 데이터 솔루션으로, TETRA의 데이터 용량과 처리량을 훨씬 향상시킨다. TEDS는 TETRA가 제공하는 기능 외에도 다양한 적응형 변조 방식과 25kHz에서 150kHz에 이르는 다양한 캐리어 크기를 사용한다. TEDS의 초기 구현은 기존 TETRA 무선 주파수 대역에서 이루어질 것이며, 음성 및 TEDS 서비스에 동일한 커버리지 범위를 제공할 수 있도록 50kHz 채널 대역폭을 사용할 가능성이 높다. TEDS 성능은 광대역 데이터 속도, 광역 커버리지 및 주파수 효율에 최적화되어 있다.[17]

DSP 기술의 발전으로 QAM 변조를 사용하는 다중 캐리어 전송 표준이 도입되었다. WiMAX, Wi-Fi 및 TEDS 표준은 이 계열에 속한다.

3. 기술적 특징

테트라(TETRA)는 하나의 무선 반송파에 4개의 사용자 채널을 사용하는 시분할 다중 접속(TDMA) 방식을 사용하며, 반송파 간 간격은 25kHz이다.[71] 정보를 전송하기 위해 π/4 DQPSK 변조 방식을 사용한다.[71]

점대점 통신과 점대다중 통신이 모두 가능하며, 낮은 데이터 전송 속도를 위한 디지털 데이터 전송도 표준에 포함되어 있다.[71] 테트라는 음성 통신 외에도 상태 메시지, ''단문 데이터 서비스''(SDS), 패킷 데이터 통신 등 다양한 유형의 데이터 통신을 지원한다.[8]

테트라 암호화 알고리즘(TEA) 암호 중 하나를 사용하여 무선 인터페이스 암호화(TEA) 및 종단 간 암호화를 통해 도청을 방지하고 높은 수준의 보안을 제공한다.[71]

테트라의 변조 방식은 차동 직교 위상 편이 변조 (DQPSK)를 사용한다. 심볼(보) 속도는 초당 18,000 심볼이며, 각 심볼은 2비트에 매핑되므로 36,000 비트/초가 된다. 기지국은 일반적으로 다양한 반송파 주파수에서 다양한 모바일 장치로부터 지속적으로 전송하고 (동시에) 지속적으로 수신한다. 따라서 TETRA 시스템은 주파수 분할 이중화(FDD) 시스템이며 GSM과 같은 FDMA/TDMA도 사용한다. 모바일 장치는 일반적으로 1 슬롯/4에서만 전송하고 1 슬롯/4에서 수신한다(GSM의 1 슬롯/8이 아님).

TETRA의 음성 신호는 8kHz로 샘플링된 다음, ''대수적 코드 여기 선형 예측''(ACELP)을 사용하여 보코더로 압축되어 4.567 kbit/s의 데이터 스트림이 생성된다. 이 데이터 스트림은 전송 전에 오류 보호 인코딩되어, 잡음이 있는(오류가 있는) 채널에서도 올바르게 디코딩될 수 있다. 코딩 후의 데이터 속도는 7.2 kbit/s이다.

1개의 슬롯은 255개의 사용 가능한 심볼로 구성되며, 나머지 시간은 동기 시퀀스 및 온/오프 등으로 소모된다. 1개의 ''프레임''은 4개의 슬롯으로 구성되며, ''멀티프레임'' (지속 시간 1.02초)은 18개의 프레임으로 구성된다. 하이퍼프레임도 존재하지만, 주로 암호화 알고리즘에 대한 동기를 제공하는 데 사용된다.

다운 링크(기지국의 출력)는 일반적으로 모바일 장치와의 특정 통신, 동기화 또는 기타 일반적인 브로드캐스트 중 하나로 구성되는 연속적인 전송이다. 일반적으로 모든 슬롯은 ''아이들''(연속 모드) 상태에서도 버스트로 채워진다. 시스템은 초당 18 프레임을 사용하지만, 그 중 17개만 트래픽 채널에 사용되며, 18번째 프레임은 시그널링, 단문 데이터 서비스 메시지(GSM의 SMS 등) 또는 동기화용으로 예약되어 있다. TETRA의 프레임 구조(17.65 프레임/초)는 18,000 심볼/초, 255 심볼/슬롯, 4 슬롯/프레임으로 구성되며, 이는 17Hz에서 ''인식되는'' "진폭 변조"의 원인이다. 특히 1 슬롯/4에서만 전송하는 모바일/휴대용 장치에서 두드러지며, 나머지 3개의 슬롯을 사용하여 주파수를 전환하고, 2개의 슬롯 후에 기지국으로부터 버스트를 수신하며, 전송 주파수(TDMA)로 돌아간다.

TETRA는 다양한 주파수 대역에서 운용될 수 있으며, 각 국가마다 할당된 주파수가 다르다. 다음은 남아메리카와 기타 국가의 TETRA 주파수 할당 표이다.

남아메리카의 TETRA 주파수
숫자주파수 쌍(MHz)
밴드 1밴드 2
긴급 시스템
1380〜383390〜393
2383〜385393〜395
시민 시스템
1410〜420420〜430
2870–876915〜921
3450〜460460〜470
4385〜390395〜399.9



다른 국가의 TETRA 주파수
국가할당주파수 쌍(MHz)
프랑스민간인/민간인410〜430
응급 서비스380〜400
벨기에응급 서비스/민간인380〜386.5、390〜396.5
상업410〜420
네덜란드응급 서비스380-386.5、390-396.5
민간/상업410〜430
독일응급 서비스DMO의 경우 380〜385、390〜395、406〜410
아일랜드[74]민간인/민간인385〜389.9、395〜399.9
응급 서비스380〜385、390〜395
이탈리아긴급 서비스/군대380〜390
민간인/민간인462
노르웨이[75]응급 서비스380〜385、390〜395、406.1〜426、870〜876
남아프리카 공화국응급 서비스, 공공 사업420-423
영국에어웨이브390.0125〜394.9875、380.0125〜384.9875
AirRadio454、464、460
사우디 아라비아350〜370、380〜395、385〜399.99、410〜430、450〜470、870〜921


3. 1. 통신 모드

TETRA 이동국(MS)은 TETRA 기지국(TBS)으로 구성된 스위칭 및 관리 인프라(SwMI)를 사용하여 트렁킹 무선 시스템 작동(TMO) 또는 직접 모드 작동(DMO)으로 통신할 수 있다.[8] DMO는 네트워크 커버리지가 없는 상황에서 직접 통신을 허용하며, 하나 이상의 TETRA 단말기를 중계기로 사용할 수 있다.[8] 이 기능은 DMO 게이트웨이(DMO에서 TMO로) 또는 DMO 리피터(DMO에서 DMO로)라고 한다.[8] 비상 상황에서 이 기능을 사용하면 지하 또는 커버리지가 좋지 않은 지역에서 직접 통신이 가능하다.[8]

3. 2. 셀 선택

테트라 무전기의 셀 선택 과정은 다음과 같이 여러 단계로 이루어진다.

'''초기 셀 선택:'''

이동국(MS) 전원을 켜면, 이동국은 활성화 시 초기 교환을 나타내는 기지국 중 하나를 초기 셀로 선택한다. 이동국은 다음 조건을 만족하는 셀을 선택한다.

  • C1 값이 양수 (C1 > 0): 수신 신호 레벨이 '최소 액세스 수신 레벨' 매개변수보다 커야 한다.
  • 이동국은 다운링크 데이터(예: 주 제어 채널/MCCH)를 안정적으로 디코딩할 수 있어야 한다.
  • 업링크 통신의 가능성이 높아야 한다.


'''셀 개선 가능:'''

다음 조건이 만족되면, 서비스 기지국은 개선 가능해진다.

  • 서비스 기지국의 C1 값이 5초 동안 슬로우 재선택 임계값보다 낮다.
  • 인접 기지국의 C1 또는 C2가 5초 동안 슬로우 재선택 히스테리시스에 정의된 값만큼 서비스 기지국의 C1을 초과한다.


'''셀 사용 가능:'''

인접 셀은 다음 조건을 만족하면 무선 사용 가능해진다.

  • 인접 셀은 5초 동안 빠른 재선택 임계값과 빠른 재선택 임계값보다 큰 경로 손실 매개변수 C1 또는 C2를 가진다.
  • 인접 셀에서 제공하는 서비스 수준이 서빙 셀보다 높다.
  • 이전 15초 이내에 성공적인 셀 재선택이 이루어지지 않아야 한다.


'''셀 포기 가능:'''

서빙 셀은 다음 조건이 충족될 때 포기 가능해진다.

  • 서빙 셀의 C1이 5초 동안 빠른 재선택 임계값보다 낮다.
  • 이웃 셀의 C1 또는 C2가 5초 동안 빠른 재선택 히스테리시스에 정의된 값만큼 서빙 셀의 C1을 초과한다.
  • 이동성 관리(MM)가 셀 재선택을 요청하지 않는 한, 이전 15초 이내에 성공적인 셀 재선택이 이루어져서는 안 된다.


'''무선 링크 실패:'''

FRT 임계값을 초과하면, 이동국은 서비스를 제공하는 셀을 포기하고 최소한 "사용 가능한" 품질의 다른 셀을 획득해야 한다. 이동국 무선 신호가 최소 수신 레벨을 초과하면, 무선은 더 이상 사용자에게 허용 가능한 통신을 유지할 수 없는 상태가 되며, 무선 링크가 끊어진다.

'''셀 선택 관련 파라미터:'''

  • '''RSSI (Received Signal Strength Indication):''' 수신 신호 강도 표시
  • '''SRT (Slow Reselection Threshold):''' 느린 재선택 임계값
  • '''FRT (Fast Reselection Threshold):''' 빠른 재선택 임계값


인프라 TETRA 파라미터 가이드
커버리지파라미터거리 (km)통신 유형
도시< 4< 8보행자/지하철
교외10–1820–36버스/기차
농촌18–3136–62광역 기차
공중> 32> 64비행 중


4. 보안 취약점

2023년 7월, Midnight Blue사는 테트라(TETRA) 표준 및 암호화 알고리즘에 대한 심층 검토를 통해 여러 보안 취약점(TETRA:BURST)을 발견했다.[5] 이러한 취약점들은 테트라(TETRA)가 암호화 알고리즘의 정의를 공개하지 않아 오랫동안 공개되지 않았다. 주요 취약점은 다음과 같다.


  • 에어 인터페이스 암호화(AIE) 키스트림 생성기는 공개적으로 방송되는 네트워크 시간을 사용하기 때문에 복호화 오라클 공격에 취약하며, 키스트림 재사용을 유발할 수 있다.[5][7]
  • TEA1은 비밀 감소 단계를 포함하여 암호 강도를 80비트에서 32비트로 효과적으로 낮추어, 일반 노트북을 사용하여 1분 만에 암호를 해독하고 신호를 해독할 수 있다.[6]
  • AIE는 암호문에 대한 인증 태그가 없어 가변성 공격이 가능하다.[5]
  • 암호화된 익명화 방식은 취약하며 사용자를 추적하기 위해 부분적으로 역전될 수 있다.[5]
  • 인증 알고리즘을 통해 공격자는 파생 암호 키(DCK)를 0으로 설정하여[5] 세션 인증을 우회할 수 있다.[7]


Midnight Blue 팀은 케르크호프스 원리를 따라 시스템 구조가 공개적으로 알려졌을 때 더 안전했을 것이라고 주장했다.[7]

5. 대한민국 현황

한국은 유럽의 테트라를 도입했다. 그러나 주한미군은 APCO25를 사용하기 때문에 서로 통신이 되지 않는다는 문제점이 지적되었다.

국내 지자체들이 주로 사용하는 모토로라의 테트라 단말기는 MTP-850 기종으로, 800㎒ 주파수 대역을 사용하며 GPS 자동추적 기능이 탑재되어 있다. MTP-850은 국내에서 OEM(주문자상표부착) 방식으로 생산한다.

경찰청 통합무선망은 2002년 월드컵을 대비해 2001년부터 구축되기 시작했으며, 서울특별시지방경찰청과 부산지방경찰청, 대구지방경찰청, 광주지방경찰청, 대전지방경찰청 등 4개 지방청의 무선망을 통합하기 위해 테트라 시스템이 도입되었다.

6. 활용 분야

테트라(TETRA) 무전기는 다양한 분야에서 활용되며, 특히 높은 수준의 보안과 안정성이 요구되는 환경에서 그 진가를 발휘한다. 주요 활용 분야는 다음과 같다.

분야세부 내용비고
공공 안전경찰, 소방, 구급, 해안 경비대 등높은 보안 수준, 안정적인 통신망
교통철도, 지하철, 버스, 공항 등효율적인 운영 및 안전 관리
유틸리티전력, 가스, 수도 등안정적인 설비 관리 및 긴급 상황 대처
군대국방 및 보안 통신기밀 유지 및 작전 수행
기타광업, 석유 및 가스 산업, 대규모 이벤트 등극한 환경, 넓은 지역 통신 지원


  • 공공 안전: 테트라 무전기는 경찰, 소방, 구급, 해안 경비대 등 공공 안전을 책임지는 기관에서 주로 사용된다. 테트라 시스템은 높은 수준의 보안을 제공하여 도청을 방지하고, 긴급 상황 발생 시 안정적인 통신망을 보장한다.[12][13][14][15][16] 예를 들어, 홍콩 소방서에서는 소방 및 구급 활동에 테트라 무전기를 활용하고 있다.[24][25]

  • 교통: 철도, 지하철, 버스, 공항 등 교통 분야에서도 테트라 무전기가 널리 사용된다. 중화인민공화국의 선양 지하철[22], 홍콩 국제 공항[24][27], 인도의 델리 지하철[28] 등에서 테트라 시스템을 도입하여 운영 효율성을 높이고 승객의 안전을 확보하고 있다.

  • 유틸리티: 전력, 가스, 수도 등 유틸리티 분야에서도 테트라 무전기는 중요한 역할을 한다. 중화인민공화국의 광저우 전력[23], 홍콩의 CLP 파워 홍콩 유한 회사와 홍콩 전기 회사 유한 회사, 대한민국의 한국전력공사 (KEPCO)[35] 등에서 테트라 시스템을 활용하여 설비 관리, 원격 측정, 긴급 상황 대처 등에 활용하고 있다.

  • 군대: 테트라 무전기는 국방 및 보안 통신을 위해 군대에서도 사용된다. 인도의 통신 공학 군사 대학 (MCTE), 대만의 해안 경비대 등에서 테트라 시스템을 도입하여 작전 수행 능력을 강화하고 있다.

  • 기타: 광업, 석유 및 가스 산업, 대규모 이벤트 등 극한 환경이나 넓은 지역에서 안정적인 통신이 필요한 다양한 분야에서도 테트라 무전기가 활용된다.


테트라 시스템은 2009년 12월 기준으로 유럽, 중동, 아프리카, 아시아 태평양, 카리브해, 라틴 아메리카 등 전 세계 114개 국가에서 사용되고 있다.[21]

7. 다른 기술과의 비교

프로젝트 25(P25)와 테트라(TETRA)는 전 세계적으로 공공 안전 무선 통신망과 민간 부문 무선 통신망에 사용되지만, 기술적 특징과 기능 면에서 몇 가지 차이점이 있다.[18][19][20]

테트라는 GSM과 비교하여 다음과 같은 주요 장점을 가진다.


  • 사용 주파수가 낮아 범위가 길어, 적은 수의 송신기로 넓은 지역을 커버할 수 있어 인프라 비용이 절감된다.
  • 음성 통화 중 기지국 이동 시에도 통신이 중단되지 않는다. 이는 dPMR 네트워크가 일반적으로 제공하는 고유한 기능이다.
  • 네트워크가 없는 경우, "다이렉트 모드"를 통해 단말기 간 직접 통신이 가능하다.
  • "게이트웨이 모드"를 통해 네트워크에 연결된 단말기가 범위를 벗어난 다른 단말기의 중계기 역할을 할 수 있다.
  • 지점 간 통신 기능을 제공하여, 운영자나 디스패처 없이 단말기 간 1:1 통신이 가능하다.
  • 1:1, 1:다, 다:다 통신을 지원하여 공공 안전 및 전문 사용자에게 적합하다.
  • 재해 구호 및 임시 용량 제공을 위한 신속한 배포(이동식) 네트워크 솔루션을 사용할 수 있다.
  • 안정적인 회선 교환 및 플랫 IP 아키텍처를 모두 지원하는 네트워크 솔루션을 제공한다.


자세한 내용은 [http://www.tandcca.com/ TETRA 협회]에서 확인할 수 있으며, 표준은 ETSI에서 무료로 다운로드할 수 있다.

7. 1. Project 25 (P25)

APCO25는 북미 지역을 중심으로 사용되는 공공 안전 무선 통신 표준이다. P25와 테트라(TETRA)는 전 세계적으로 공공 안전 무선 통신망과 민간 부문 무선 통신망에 사용되지만, 기술적 특징과 기능 면에서 몇 가지 차이점이 있다.[18][19][20]

  • P25: 인구 밀도가 낮은 넓은 지역의 커버리지에 최적화되어 있으며 동시 방송을 지원한다. 하지만 데이터 지원에 제한이 있다. (1단계 P25 무선 시스템은 12.5 kHz 아날로그, 디지털 또는 혼합 모드로 작동하며, 2단계 P25는 12.5 kHz 채널에서 2 타임 슬롯 TDMA 구조를 사용한다.)
  • 테트라(TETRA): 인구 밀도가 높은 지역에 최적화되어 있으며, 높은 주파수 효율성(25 kHz 대역에서 4개의 타임 슬롯: 25 kHz 채널당 4개의 통신 채널, 효율적인 스펙트럼 사용)을 제공한다. 인구 밀도가 높은 지역에 적합하며 전이중 음성, 데이터 및 메시징을 지원한다. 하지만 일반적으로 동시 방송을 지원하지 않으며, VHF 대역에서도 사용할 수 없다. 그러나 특정 공급업체는 테트라 플랫폼에 동시 방송 및 VHF를 도입했다.


현재 P25는 53개국 이상에서, 테트라는 114개국 이상에서 사용되고 있다.

8. 아마추어 무선 활용

지난 10년 동안, 아마추어 무선 통신 커뮤니티에서 테트라(TETRA)의 사용이 증가하고 있다. 다른 디지털 음성 모드에 비해 더 나은 것으로 인식되는 음질, 패킷 데이터 전송 능력, SDS, 단일 주파수 DMO 중계기, UHF(430-440MHz) 아마추어 무선 대역과의 근접성, 그리고 TMO에서의 전이중 오디오는 이 기술을 이용한 통신 실험에 대한 동기를 부여하는 요인이다.

아마추어 무선 서비스에 테트라를 사용할 때는 여러 제약 사항에 유의해야 한다.


  • 대부분의 국가에서 암호화를 사용할 수 없다.
  • 대부분의 구형(2010년 이전) 단말기는 원래 지역 1 아마추어 무선 주파수 대역(430-440MHz)을 지원하지 않으며, RF 성능에 영향을 미칠 수 있는 소프트웨어를 통해 수정해야 한다.[64]


유럽 전역에 여러 아마추어 DMO[65] 및 TMO[66] 네트워크가 구축되어 있다.

또한, 오픈 소스 프로젝트는 작동하는 DMO 중계기 개념 증명을 통해 완전한 SDR 기반 테트라 스택을 만들 것을 목표로 한다.[67]

참조

[1] 간행물 ETSI EN 300 392-2 v3.2.1
[2] 웹사이트 TETRA Association https://web.archive.[...] TETRA Association 2012-03-28
[3] 뉴스 TETRA - PST https://web.archive.[...] 2017-01-25
[4] 웹사이트 Guide to the R&TTE Directive 1999/5/EC (April 20, 2009) http://www.ero.dk/B8[...]
[5] 웹사이트 TETRA:BURST https://www.tetrabur[...]
[6] 뉴스 Tetra radio users' comms may have been exposed for years https://www.computer[...] 2023-07-26
[7] 학회자료 All Cops Are Broadcasting: Breaking TETRA after decades in the shadows (slideshow) https://i.blackhat.c[...] 2023-08
[7] 학회자료 All cops are broadcasting: TETRA under scrutiny (paper) https://uploads-ssl.[...] 2023-08
[8] 웹사이트 Smartphone app/apps over TETRA https://web.archive.[...] 2013-07-16
[9] 웹사이트 Radio Spectrum - Table of frequency allocations http://www.comreg.ie[...]
[10] 웹사이트 National Table of Frequency Allocations https://web.archive.[...]
[11] 웹사이트 Table of Frequency Allocations of Hong Kong https://www.ofca.gov[...] 2022-05-25
[12] 웹사이트 Cryptographic security for the new trans-European trunked radio (TETRA) standard https://ieeexplore.i[...] 1994-06
[13] 논문 TETRA Security 2001-07-01
[14] 잡지 Code Kept Secret for Years Reveals Its Flaw—a Backdoor https://www.wired.co[...] 2023-07-24
[15] 기타 An Overview of TETRA http://portal.etsi.o[...]
[16] 논문 Cryptographic algorithms in telecommunications systems
[17] 웹사이트 Walasey Components Ltd - Beijing http://www.cmlmicro.[...]
[18] 웹사이트 Pros and Cons of TETRA vs. P25 and the Benefits of a Multi-technology Platform for TETRA, P25 Phase I / Phase II, and Mobile WiMax https://www.powertru[...]
[19] 웹사이트 P25 and TETRA Technology Roundtable https://psc.apcointl[...] 2012-05-03
[20] 링크 https://tandcca.com/[...]
[21] 웹사이트 TETRA Industry Group - TETRA around the world - Countries https://web.archive.[...] Tetrahealth.info 2012-03-28
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