Improving the Routing Layer of Ad Hoc Networks Through Prediction Techniques

Cada dia és més evident el paper clau que juguen la informàtica/computació mòbil i les tecnologies sense fils a les nostres activitats diàries. Estar sempre connectat, en qualsevol moment i lloc, és actualment més una necessitat que un luxe. Els escenaris de computació ubics creats en base a aquests avenços tecnològics, permeten a les persones proporcionar i consumir informació compartida. En aquests escenaris, les xarxes que donen suport a aquestes comunicacions són típicament sense fils i ad hoc. Les característiques dinàmiques i canviants de les xarxes ad hoc, fan que el treball realitzat per la capa d'enrutament tingui un gran impacte en el rendiment d'aquestes xarxes. És molt important que la capa d'enrutament reaccioni ràpidament als canvis que es produeixen, i fins i tot s'avanci als que es produiran en un futur proper, mitjançant l'aplicació de tècniques de predicció. Aquesta tesi investiga si les tècniques de predicció poden millorar la capa d'enrutament de les xarxes ad hoc. Com a primer pas en aquesta direcció, explorem la potencialitat d'una estratègia de Predictor-Basat-en-Història (HBP) per predir la Informació de Control Topològic (TCI) generada pels protocols d'enrutament. Demostrem que hi ha una gran oportunitat per predir TCI, i aquesta predicció pot centrar-se en un petit subconjunt de missatges. En base a les nostres troballes, implementem el predictor OLSR-HBP i l'avaluem respecte al protocol Optimized Link State Routing (OLSR). OLSR-HBP aconsegueix disminucions importants de TCI (sobrecàrrega de senyalització), sense afectar el funcionament de la xarxa i necessita una quantitat de recursos petita i assequible. Finalment, en referència a l'impacte de la predicció en les dades d'enrutament tant de la informació de Qualitat d'Enllaç como de Ruta (o Extrem-a-Extrem), demostrem que l'Anàlisi de Sèries Temporals és un enfocament prometedor per predir amb precisió, tant la Qualitat d'Enllaç como la Qualitat d'Extrem a Extrem en Xarxes Comunitàries.Cada día es más evidente el papel clave que juegan la informática/computación móvil y las tecnologías inalámbricas en nuestras actividades diarias. Estar siempre conectado, en cualquier momento y lugar, es actualmente más una necesidad que un lujo. Los escenarios de computación ubicuos creados en base a estos avances tecnológicos, permiten a las personas proporcionar y consumir información compartida. En estos escenarios, las redes que dan soporte a estas comunicaciones son típicamente inalámbricas y ad hoc. Las características dinámicas y cambiantes de las redes ad hoc, hacen que el trabajo realizado por la capa de enrutamiento tenga un gran impacto en el rendimiento de estas redes. Es muy importante que la capa de enrutamiento reaccione rápidamente a los cambios que se producen, e incluso se adelante a los que sucederán en un futuro cercano, mediante la aplicación de técnicas de predicción. Esta tesis investiga si las técnicas de predicción pueden mejorar la capa de enrutamiento de las redes ad hoc. Como primer paso en esta dirección, exploramos la potencialidad de una estrategia de Predictor-Basado-en-Historia (HBP) para predecir la Información de Control Topológico (TCI) generada por los protocolos de enrutamiento. Demostramos que hay una gran oportunidad para predecir TCI, y esta predicción puede centrarse en un pequeño subconjunto de mensajes. En base a nuestros hallazgos, implementamos el predictor OLSR-HBP y lo evaluamos con respecto al protocolo Optimized Link State Routing (OLSR). OLSR-HBP consigue disminuciones importantes de TCI (sobrecarga de señalización), sin afectar al funcionamiento de la red, y necesita una cantidad de recursos pequeña y asequible. Finalmente, en referencia al impacto de la predicción en los datos de enrutamiento tanto de la información de Calidad de Enlace como de Ruta (o Extremo-a-Extremo), demostramos que el Análisis de Series Temporales es un enfoque prometedor para predecir con precisión, tanto la Calidad de Enlace como la Calidad de Extremo a Extremo en Redes Comunitarias.Everyday becomes more evident the key role that mobile computing and wireless technologies play in our daily activities. Being always connected, anytime, and anywhere is today more a necessity than a luxury. The ubiquitous computing scenarios created based on these technology advances allow people to provide and consume shared information. In these scenarios, the supporting communication networks are typically wireless and ad hoc. The dynamic and changing characteristics of the ad hoc networks, makes the work done by the routing layer to have a high impact on the performance of these networks. It is very important for the routing layer to quickly react to changes that happen, and even be advanced to what will happen in the near future, by applying prediction techniques. This thesis investigates whether prediction techniques can improve the routing layer of ad hoc networks. As a first step in this direction, in this thesis we explored the potentiality of a History-Based Predictor (HBP) strategy to predict the Topology Control Information (TCI) generated by routing protocols. We demonstrated that there is a high opportunity for predicting theTCI, and this prediction can be just focused on a small subset of messages. Based on our findings we implemented the OLSR-HBP predictor and evaluated it with regard to the Optimized Link State Routing (OLSR) protocol. OLSR History-Based Predictor (OLSR-HBP) achieved important decreases of TCI (signaling overhead), without disturbing the network operation, and requiring a small and affordable amount of resources. Finally, regarding the impact of Prediction on the routing data for both Link and Path (or End-to-End) Quality information, we demonstrated that Time-series analysis is a promising approach to accurately predict both Link and End-to-End Quality in Community Networks

Predicting topology propagation messages in mobile ad hoc networks: The value of history

This research was funded by the Spanish Government under contracts TIN2016-77836-C2-1-R,TIN2016-77836-C2-2-R, and DPI2016-77415-R, and by the Generalitat de Catalunya as Consolidated ResearchGroups 2017-SGR-688 and 2017-SGR-990.The mobile ad hoc communication in highly dynamic scenarios, like urban evacuations or search-and-rescue processes, plays a key role in coordinating the activities performed by the participants. Particularly, counting on message routing enhances the communication capability among these actors. Given the high dynamism of these networks and their low bandwidth, having mechanisms to predict the network topology offers several potential advantages; e.g., to reduce the number of topology propagation messages delivered through the network, the consumption of resources in the nodes and the amount of redundant retransmissions. Most strategies reported in the literature to perform these predictions are limited to support high mobility, consume a large amount of resources or require training. In order to contribute towards addressing that challenge, this paper presents a history-based predictor (HBP), which is a prediction strategy based on the assumption that some topological changes in these networks have happened before in the past, therefore, the predictor can take advantage of these patterns following a simple and low-cost approach. The article extends a previous proposal of the authors and evaluates its impact in highly mobile scenarios through the implementation of a real predictor for the optimized link state routing (OLSR) protocol. The use of this predictor, named OLSR-HBP, shows a reduction of 40–55% of topology propagation messages compared to the regular OLSR protocol. Moreover, the use of this predictor has a low cost in terms of CPU and memory consumption, and it can also be used with other routing protocols.Peer ReviewedPostprint (published version

A low-cost and do-it-yourself device for pumping monitoring in deep aquifers

Water crises due to climate change, high population growth and increasing demands from industry and agriculture claim for increasing efficiency and universalizing water resources management strategies and techniques. Water monitoring helps providing necessary evidences for making sound decisions about managing water resources both now and in the future. In this work, a low cost and “do it yourself” communication device is proposed to record water production and energy consumption of electric pumpings from deep boreholes/wells, and to predict the impact of the ongoing and previous pumpings in the evolution of the water level in the aquifer. The proposal incorporates an edge-computing approach for the simulation of the aquifer response in real-time. Computation of results of interest is performed at the sensor, minimizing communication requirements and ensuring almost immediate results. An approximated solution to physically based modeling of aquifer response is computed thanks to the a priori expression of the water level time evolution in a reduced basis. The accuracy is enough to detect deviations from expected behaviour. The energy consumption of the device is very much reduced with respect to that of a full modelling, which can be computed off-line for calibrating reduced model parameters and perform detailed analyses. The device is tested in a real scenario, in a mountain subbasin of the Ebro river in Spain, obtaining a good trade-off between performance, price, and energy consumption.This research has been partly supported by EU under grant agreement N. 825184 and funded by the Government of Spain under contracts PID2019-106774RB-C21, PID2019-106774RB-C22, and PID2020-113172RB-I00 and by the Government of Catalonia as Consolidated Research Groups 2017-SGR-688 and 2017-SGR-990, and Pre-consolidated Research Group 2017-SGR-1496. The APC was funded by the Open program from Universitat Rovira i Virgili.Peer ReviewedPostprint (published version

Minimulticomputador de bajo coste

En la mayoría de los estudios de Grado en Ingeniería Informática hay asignaturas que abordan el tema de la supercomputación. Uno de sus objetivos es adquirir competencias en programación paralela. Para realizar ejercicios y prácticas se suelen usar estándares como OpenMP, MPI y CUDA. Para programar con dichos estándares se usan sistemas de elevado precio, lo que hace que el presupuesto disponible limite el número de procesadores. Por lo tanto, el acceso a un supercomputador con cientos de procesadores (que supone centenares de miles de euros) no parece estar justificado para realizar prácticas con los estudiantes. Sin embargo, y siguiendo la tendencia de usar muchos procesadores pero poco potentes basados en ARM, se puede construir un minimulticomputador de bajo coste por un precio equivalente a un servidor de memoria compartida. Este trabajo presenta un recurso docente basado en placas de HardKernel, que integran 64 placas Odroid y que mediante Gigabit-Ethernet permiten montar un servidor de programación MPI con 256 procesadores. Si bien se trata de un recurso de bajas prestaciones, es interesante el hecho de tener acceso a centenares de procesadores para poder hacer estudios de escalabilidad, manteniendo un buen compromiso entre prestaciones, precio y consumo.Este trabajo ha contado con la financiación del Gobierno de España bajo los contratos TIN2016-77836-C2-1-R, TIN2016-77836-C2-2-R, TIN2016-75344-R y DPI2016-77415-R, y también de la Generalitat de Catalunya como Grupos de Investigación Consolidados 2017-SGR-688 y 2017-SGR-990Peer ReviewedPostprint (published version

Detection and elimination of pulse train instabilities in broadband fibre lasers using dispersion scan

[EN]We use self-calibrating dispersion scan to experimentally detect and quantify the presence of pulse train instabilities in ultrashort laser pulse trains. We numerically test our approach against two different types of pulse instability, namely second-order phase fluctuations and random phase instability, where the introduction of an adequate metric enables univocally quantifying the amount of instability. The approach is experimentally demonstrated with a supercontinuum fibre laser, where we observe and identify pulse train instabilities due to nonlinear propagation effects under anomalous dispersion conditions in the photonic crystal fibre used for spectral broadening. By replacing the latter with an all-normal dispersion fibre, we effectively correct the pulse train instability and increase the bandwidth of the generated coherent spectrum. This is further confirmed by temporal compression and measurement of the output pulses down to 15 fs using dispersion scan.The authors acknowledge funding from the Junta de Castilla y León (SA287P18) and FEDER funds; Spanish Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) (FIS2017-87970-R, EQC2018-004117-P, DI-15-07461, PTQ-15-07708); European EUREKA program CDTI-INNO-20171026; CCDR-N via the project Nanotechnology-based functional solutions (NORTE-01-0145-FEDER-000019); Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), Portugal (grants ‘UltraGraf’ M-ERA-NET2/0002/2016, M-ERA-NET2/0004/2016, UID/NAN/50024/2013, PTDC/FIS-OTI/32213/2017); Network of Extreme Conditions Laboratories - NECL and CCDR-N (NORTE-07-0124-FEDER-000070, NORTE-01-0145-FEDER-022096); PT2020 (program 05/SI/2017 – SI I&DT Empresarial - DI, grant no. 33573; program 04/SI/2019 Projetos de I&D Industrial à Escala Europeia, grant no. 045932). BA acknowledges funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No. 798264

Development of a Tabletop Setup for the Transient Current Technique Using Two-Photon Absorption in Silicon Particle Detectors

The transient current technique (TCT) is widely used in the field of silicon particle detector development. So far, only laser wavelengths with a photon energy larger than or similar to the silicon bandgap (single photon absorption) were used. Recently, measurements using two-photon absorption (TPA) for silicon detector testing have been carried out for the first time. Excess carriers are only created at the focal point of the laser beam and thus resolution in all three spatial directions could be achieved. The resolution perpendicular to the incident laser beam could be increased roughly by a factor of 10. First measurements using this new method were performed at the Singular Laser Facility of Universidad del Pais Vasco (UPV)/Euskal Herriko Unibertzitatea (EHU). Following the initial success of the method, a compact TPA-TCT setup is under development. A first description of the setup and laser system is presented in this articleThis work was supported in part by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) under Grant FPA2013-48387-C6-1-P and in part by the Wolfgang Gentner Programme of the German Federal Ministry of Education and Research under Grant 05E15CH

Improving the Routing Layer of Ad Hoc Networks Through Prediction Techniques

Cada dia és més evident el paper clau que juguen la informàtica/computació mòbil i les tecnologies sense fils a les nostres activitats diàries. Estar sempre connectat, en qualsevol moment i lloc, és actualment més una necessitat que un luxe. Els escenaris de computació ubics creats en base a aquests avenços tecnològics, permeten a les persones proporcionar i consumir informació compartida. En aquests escenaris, les xarxes que donen suport a aquestes comunicacions són típicament sense fils i ad hoc. Les característiques dinàmiques i canviants de les xarxes ad hoc, fan que el treball realitzat per la capa d'enrutament tingui un gran impacte en el rendiment d'aquestes xarxes. És molt important que la capa d'enrutament reaccioni ràpidament als canvis que es produeixen, i fins i tot s'avanci als que es produiran en un futur proper, mitjançant l'aplicació de tècniques de predicció. Aquesta tesi investiga si les tècniques de predicció poden millorar la capa d'enrutament de les xarxes ad hoc. Com a primer pas en aquesta direcció, explorem la potencialitat d'una estratègia de Predictor-Basat-en-Història (HBP) per predir la Informació de Control Topològic (TCI) generada pels protocols d'enrutament. Demostrem que hi ha una gran oportunitat per predir TCI, i aquesta predicció pot centrar-se en un petit subconjunt de missatges. En base a les nostres troballes, implementem el predictor OLSR-HBP i l'avaluem respecte al protocol Optimized Link State Routing (OLSR). OLSR-HBP aconsegueix disminucions importants de TCI (sobrecàrrega de senyalització), sense afectar el funcionament de la xarxa i necessita una quantitat de recursos petita i assequible. Finalment, en referència a l'impacte de la predicció en les dades d'enrutament tant de la informació de Qualitat d'Enllaç como de Ruta (o Extrem-a-Extrem), demostrem que l'Anàlisi de Sèries Temporals és un enfocament prometedor per predir amb precisió, tant la Qualitat d'Enllaç como la Qualitat d'Extrem a Extrem en Xarxes Comunitàries.Cada día es más evidente el papel clave que juegan la informática/computación móvil y las tecnologías inalámbricas en nuestras actividades diarias. Estar siempre conectado, en cualquier momento y lugar, es actualmente más una necesidad que un lujo. Los escenarios de computación ubicuos creados en base a estos avances tecnológicos, permiten a las personas proporcionar y consumir información compartida. En estos escenarios, las redes que dan soporte a estas comunicaciones son típicamente inalámbricas y ad hoc. Las características dinámicas y cambiantes de las redes ad hoc, hacen que el trabajo realizado por la capa de enrutamiento tenga un gran impacto en el rendimiento de estas redes. Es muy importante que la capa de enrutamiento reaccione rápidamente a los cambios que se producen, e incluso se adelante a los que sucederán en un futuro cercano, mediante la aplicación de técnicas de predicción. Esta tesis investiga si las técnicas de predicción pueden mejorar la capa de enrutamiento de las redes ad hoc. Como primer paso en esta dirección, exploramos la potencialidad de una estrategia de Predictor-Basado-en-Historia (HBP) para predecir la Información de Control Topológico (TCI) generada por los protocolos de enrutamiento. Demostramos que hay una gran oportunidad para predecir TCI, y esta predicción puede centrarse en un pequeño subconjunto de mensajes. En base a nuestros hallazgos, implementamos el predictor OLSR-HBP y lo evaluamos con respecto al protocolo Optimized Link State Routing (OLSR). OLSR-HBP consigue disminuciones importantes de TCI (sobrecarga de señalización), sin afectar al funcionamiento de la red, y necesita una cantidad de recursos pequeña y asequible. Finalmente, en referencia al impacto de la predicción en los datos de enrutamiento tanto de la información de Calidad de Enlace como de Ruta (o Extremo-a-Extremo), demostramos que el Análisis de Series Temporales es un enfoque prometedor para predecir con precisión, tanto la Calidad de Enlace como la Calidad de Extremo a Extremo en Redes Comunitarias.Everyday becomes more evident the key role that mobile computing and wireless technologies play in our daily activities. Being always connected, anytime, and anywhere is today more a necessity than a luxury. The ubiquitous computing scenarios created based on these technology advances allow people to provide and consume shared information. In these scenarios, the supporting communication networks are typically wireless and ad hoc. The dynamic and changing characteristics of the ad hoc networks, makes the work done by the routing layer to have a high impact on the performance of these networks. It is very important for the routing layer to quickly react to changes that happen, and even be advanced to what will happen in the near future, by applying prediction techniques. This thesis investigates whether prediction techniques can improve the routing layer of ad hoc networks. As a first step in this direction, in this thesis we explored the potentiality of a History-Based Predictor (HBP) strategy to predict the Topology Control Information (TCI) generated by routing protocols. We demonstrated that there is a high opportunity for predicting theTCI, and this prediction can be just focused on a small subset of messages. Based on our findings we implemented the OLSR-HBP predictor and evaluated it with regard to the Optimized Link State Routing (OLSR) protocol. OLSR History-Based Predictor (OLSR-HBP) achieved important decreases of TCI (signaling overhead), without disturbing the network operation, and requiring a small and affordable amount of resources. Finally, regarding the impact of Prediction on the routing data for both Link and Path (or End-to-End) Quality information, we demonstrated that Time-series analysis is a promising approach to accurately predict both Link and End-to-End Quality in Community Networks

Improving the Routing Layer of Ad Hoc Networks Through Prediction Techniques

Cada dia és més evident el paper clau que juguen la informàtica/computació mòbil i les tecnologies sense fils a les nostres activitats diàries. Estar sempre connectat, en qualsevol moment i lloc, és actualment més una necessitat que un luxe. Els escenaris de computació ubics creats en base a aquests avenços tecnològics, permeten a les persones proporcionar i consumir informació compartida. En aquests escenaris, les xarxes que donen suport a aquestes comunicacions són típicament sense fils i ad hoc. Les característiques dinàmiques i canviants de les xarxes ad hoc, fan que el treball realitzat per la capa d'enrutament tingui un gran impacte en el rendiment d'aquestes xarxes. És molt important que la capa d'enrutament reaccioni ràpidament als canvis que es produeixen, i fins i tot s'avanci als que es produiran en un futur proper, mitjançant l'aplicació de tècniques de predicció. Aquesta tesi investiga si les tècniques de predicció poden millorar la capa d'enrutament de les xarxes ad hoc. Com a primer pas en aquesta direcció, explorem la potencialitat d'una estratègia de Predictor-Basat-en-Història (HBP) per predir la Informació de Control Topològic (TCI) generada pels protocols d'enrutament. Demostrem que hi ha una gran oportunitat per predir TCI, i aquesta predicció pot centrar-se en un petit subconjunt de missatges. En base a les nostres troballes, implementem el predictor OLSR-HBP i l'avaluem respecte al protocol Optimized Link State Routing (OLSR). OLSR-HBP aconsegueix disminucions importants de TCI (sobrecàrrega de senyalització), sense afectar el funcionament de la xarxa i necessita una quantitat de recursos petita i assequible. Finalment, en referència a l'impacte de la predicció en les dades d'enrutament tant de la informació de Qualitat d'Enllaç como de Ruta (o Extrem-a-Extrem), demostrem que l'Anàlisi de Sèries Temporals és un enfocament prometedor per predir amb precisió, tant la Qualitat d'Enllaç como la Qualitat d'Extrem a Extrem en Xarxes Comunitàries.Cada día es más evidente el papel clave que juegan la informática/computación móvil y las tecnologías inalámbricas en nuestras actividades diarias. Estar siempre conectado, en cualquier momento y lugar, es actualmente más una necesidad que un lujo. Los escenarios de computación ubicuos creados en base a estos avances tecnológicos, permiten a las personas proporcionar y consumir información compartida. En estos escenarios, las redes que dan soporte a estas comunicaciones son típicamente inalámbricas y ad hoc. Las características dinámicas y cambiantes de las redes ad hoc, hacen que el trabajo realizado por la capa de enrutamiento tenga un gran impacto en el rendimiento de estas redes. Es muy importante que la capa de enrutamiento reaccione rápidamente a los cambios que se producen, e incluso se adelante a los que sucederán en un futuro cercano, mediante la aplicación de técnicas de predicción. Esta tesis investiga si las técnicas de predicción pueden mejorar la capa de enrutamiento de las redes ad hoc. Como primer paso en esta dirección, exploramos la potencialidad de una estrategia de Predictor-Basado-en-Historia (HBP) para predecir la Información de Control Topológico (TCI) generada por los protocolos de enrutamiento. Demostramos que hay una gran oportunidad para predecir TCI, y esta predicción puede centrarse en un pequeño subconjunto de mensajes. En base a nuestros hallazgos, implementamos el predictor OLSR-HBP y lo evaluamos con respecto al protocolo Optimized Link State Routing (OLSR). OLSR-HBP consigue disminuciones importantes de TCI (sobrecarga de señalización), sin afectar al funcionamiento de la red, y necesita una cantidad de recursos pequeña y asequible. Finalmente, en referencia al impacto de la predicción en los datos de enrutamiento tanto de la información de Calidad de Enlace como de Ruta (o Extremo-a-Extremo), demostramos que el Análisis de Series Temporales es un enfoque prometedor para predecir con precisión, tanto la Calidad de Enlace como la Calidad de Extremo a Extremo en Redes Comunitarias.Everyday becomes more evident the key role that mobile computing and wireless technologies play in our daily activities. Being always connected, anytime, and anywhere is today more a necessity than a luxury. The ubiquitous computing scenarios created based on these technology advances allow people to provide and consume shared information. In these scenarios, the supporting communication networks are typically wireless and ad hoc. The dynamic and changing characteristics of the ad hoc networks, makes the work done by the routing layer to have a high impact on the performance of these networks. It is very important for the routing layer to quickly react to changes that happen, and even be advanced to what will happen in the near future, by applying prediction techniques. This thesis investigates whether prediction techniques can improve the routing layer of ad hoc networks. As a first step in this direction, in this thesis we explored the potentiality of a History-Based Predictor (HBP) strategy to predict the Topology Control Information (TCI) generated by routing protocols. We demonstrated that there is a high opportunity for predicting theTCI, and this prediction can be just focused on a small subset of messages. Based on our findings we implemented the OLSR-HBP predictor and evaluated it with regard to the Optimized Link State Routing (OLSR) protocol. OLSR History-Based Predictor (OLSR-HBP) achieved important decreases of TCI (signaling overhead), without disturbing the network operation, and requiring a small and affordable amount of resources. Finally, regarding the impact of Prediction on the routing data for both Link and Path (or End-to-End) Quality information, we demonstrated that Time-series analysis is a promising approach to accurately predict both Link and End-to-End Quality in Community Networks

A low-cost multicomputer for teaching environments

© 2020 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other worksWe propose a teaching resource that uses Hard Kernel boards to build an MPI server with 256 cores. Although this system has a relatively low performance, the aim is to provide access to hundreds of cores for carrying out scalability analyses, while obtaining a good trade-off between performance, price, and energy consumption. Here, we give details about the implementation of this system at both the hardware and software levels. We also explain how it was used to teach parallel programming in a university degree course, and discuss the teachers’ and students’ comments about using this new system.This work has been funded by the Government of Spain undercontractsTIN2016-77836-C2-1-R, TIN2016-77836-C2-2-R,TIN2016-75344-R and DPI2016-77415-R, and by the Governmentof Catalonia as Consolidated Research Groups 2017-SGR-688 and 2017-SGR-990Peer ReviewedPostprint (published version

Synchronous interferometric broadband measurement of dispersion applied to manufacturing optimization of microstructured optical fibers

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