curso cableado estructurado fibra óptica

Sistemas de Cableadobasados en Fibra Óptica

AGENDA

• La necesidad de la fibra óptica.• Introducción a las comunicaciones ópticas. • Tipos de fibra óptica.• Cables de fibra óptica.• Conectores de fibra óptica.• Conectorización.• Empalmadoras de fusión.• Diseño de enlaces ópticos.• Medidas de enlaces ópticos.• Reflectómetros ópticos.

EstEstáándaresndares de de CableadoCableado

• INTERNACIONAL(PERO BASADOS EN EUROPA)

• ISO INTERNATIONAL STANDARDS ORGANISATION

• IEC INTERNATIONAL ELECTRO TECHNICAL COMMISION

• ISO/IEC 11801

¿¿QUIEN ESCRIBE LOS QUIEN ESCRIBE LOS ESTANDARES?ESTANDARES?

El sistema de cableado genérico tiene una topología de estrella jerárquica.

El sistema de cableado debetener esta forma.

El número y la presencia deCD y BD depende dela situación geográfica del lugar en cuestión.

Por ejemplo, un único edificiono tiene por que necesitar un repartidor de campus.

ESTANDARES

CD

BDBDBD

FDFDFD

TO TO TO TO

CABLE TRONCALCAMPUS

CABLE TRONCALEDIFICIO

CABLEADOHORIZONTAL

Las funciones del BD y FD se pueden combinar

Están permitidos enlaces adicionales entre FD, y en algunos casos se utilizan como backup de emergencia, etc.

FD

FD

FD

TOTO

TO

CDBDFD

BD/FD

FDTO

TOTO

FD

FD

FD

ESTANDARES

EVOLUCIÓN DEL TRÁFICO DE RED

La regla 80/20

• Se aplicaba cuando los grupos de trabajo prevalecían

• 80% del tráfico se produce dentro del grupo de trabajo

• 20% del tráfico es entre distintosgrupos

• Los servidores pertenecen al grupode trabajo

Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation

Local Server Local Server Local Server

Core Switching / Routing

20%

80%80%80%

Los servicios de las compañías(como el e-mail) incrementaron

el tráfico en las troncales




60%

40%60%60%

eMail Server

Enterprise Service

40%40%

Los servicios de las compañíasse desplazaron hacia el núcleo

conforme la demandaaumentaba




40%

60%60%60%

eMail Server

Enterprise Service

40%40%

La migración de los servicioshacia el núcleo condujo a la

formación de centros de datos y granjas de servidores, pero

también incrementó la necesidad de ancho de banda

en las troncales


Enterprise Servers


80%

20%20%20%

eMail Server

Enterprise Services

80%80%

Laser printer Laser printer IBM laser printerPlotter

Laser printer ASCII Printer

Virtual LAN needed toAssign Enterprise Services

to Workgroup

Switch Principal

100 MbpsLAN

Switch

1010

1010

10

1995

10 Gbps

1 G1 G

1 G1 G

1 G

2005

LAN Switch

LAN Switch

1 Gbps

100100

100100

100

2000

Redes de Area Local

ARQUITECTURA LAN

Una Planta

Otra Planta

servidores

1000

router

El mundoexterior

RTC, RDSI, lineasdedicadas

Otro Edificio10 Gigabit ethernet

Troncal de Campus

Un Edificio

100 Ethernet switch100BaseTX

Troncal de edificio

1000

Gigabit

Ethernet

Switch

COMPARADA CON EL COBRE

• La fibra tiene un ancho de banda mucho mayor

• La fibra tiene mucha menos atenuación

• La fibra no se ve afectada por las interferencias electromagnéticas

• La fibra es pequeña y ligera• La fibra es segura

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A LAS N A LAS COMUNICACIONES COMUNICACIONES

ÓÓPTICASPTICAS

¿QUE ES LA FIBRA OPTICA?

NúcleoRevestimiento

Rayo de luz

INDICE DE REFRACCIÓN

n <n <n1 2 3

n 1

n 2

n 3

REFRACCION / REFLEXION

Rayo refractado

Rayo incidente rayo incidente

rayo refractado

rayo incidente

rayo reflectado

Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3

AIRE

AGUA angulo

critico

Cono de aceptación

REVESTIMIENTO

NUCLEOEje

APERTURA NUMERICAINTRODUCIENDO LA LUZ EN LA FIBRA

El ángulo A es el Angulo Crítico.

La N.A.( Apertura Numérica de la fibra ) = SINθ.

Cuanto mayor sea el valor de N.A., más fácil es introducir luz en la fibra

A

θ

Dispersion Modal

Multimodo Salto de Indice

Pulso de Entrada Pulso de Salida

T kT

Transmisión de SeñalesOn Off On On Off On

On Off On

On On On

Off Off Off

Umbral delReceptor

Dispersión excesiva

Dispersión excesiva + atenuación

Bit Error

Bit Error

1 0 11 0 1

1 1 1

0 0 0

Pérfiles del Indice de Refraccióndel núcleo

125

0Dia

met

ro(µ

m)

1 .46

125

0

Indice de Refracción

1.00

1.00

1.46

1.48

1.48

Dia

met

ro(µ

m)

MM Saltode Indice

MM IndiceGradual

Dispersion ModalPulso de Entrada Pulso de Salida

Multimodo Indice GradualRapido

RapidoLento

T k’T

DISPERSION - ANCHO DE BANDA

Sección de la fibra refracción entrada del pulso salidaíndice de Pulso a la Propagación Pulso a la

Tipo : monomodo

125 um n10um

Tipo : multimodo de salto de indice

125 um n100 um

Tipo : multimodo de indice gradual

125 umn50um

Diferentes Tipos de Fibra

62.5 um 125 um 125 um50 um

9 um 125 um

TIPOS DE FIBRA

¿Porqué hay diferentes tipos de fibra(multimodo/monomodo)?

Cuando más pequeño es el núcleo,menor atenuaciónmayor ancho de banda

Peromás difícil de conectorizar y medirrequiere el uso de laser

LEDLED

LaserLaser

Led vs Laser

Ventanas de Longitud de Onda

Longitud de Onda

1ª Ventana850nm

2ª Ventana1300nm

3ª Ventana1550nm

800 1000 1200 1400 1600

At e

buac

i ón

• 850nm y 1300nm/multimodo-LED• 1310nm y 1550nm/monomodo-Laser

LED vs. Laser paraMultimodo

• Velocidad máxima de transmisión de un LED ~ 622 Mbps

• Las velocidades de Gigabit requierenlasers

• ¿Porqué no utilizar entoncesmonomodo…?

• Laser de Emisión por superficie de cavidad vertical (Vertical CavitySurface Emitting Laser - VCSEL)– Similar al Laser Fabry-Perot, pero…

• Reduce drásticamente el coste de los lasers acercandolos a los LEDs

• Disponible sólo en 850 nm

VCSEL

Fuentes de Luz

1550nmLASER

1310nmMonomodo

LASERLASERLED1300nm

VCSELVCSELLED850nmMultimodo

10Gbps1 Gbps10/100 Mbps

Tipo Ancho de Banda Atenuación Dispersión IndiceFibra Mhz - km dB/km ps/nm - km Refracción

850nm 1300nm 850nm 1300nm 1310nm 1550nm

50/125 400 600 3 1 1.488

62.5/125 200 500 3.5 1 1.499

1310nm 1550nm

Monomodo 0.45 0.30 3.5 18 1.468

ESPECIFICACION DE FIBRA OPTICA

GIGABIT ETHERNETGIGABIT ETHERNETFIBRAFIBRA ANCHO DE BANDAANCHO DE BANDA DISTANCIADISTANCIA

MHz.kmMHz.km mm850/1300 nm850/1300 nm 850nm 1300nm850nm 1300nm

•• 62.5/12562.5/125 160/500 160/500 220220 550550•• 62.5/12562.5/125 200/500200/500 275275 550550

•• 50/12550/125 400/400400/400 500500 550550•• 50/12550/125 500/500500/500 550550 550550IEEE 802.3z aprobado el 25 de Junio de 1998

NUEVAS PROPUESTAS PARA FIBRA DE ISO 11801

ISO 11801 2ª Ed PROPONE ‘CLASES’ DE FIBRA PARA DIFERENTES APLICACIONES

ISO 11801 2ª Ed. Tipos de Fibra Optica

2000500150050/125OM3

ND50050050/125OM2

ND50020062.5/125OM18501300850

Efectivo(LASER)

Núcleo Saturado (LED)Tipo de Fibra

Clase Optica

Ancho de Banda (MHz-Km)

ISO 11801 2ª Ed. Clases de Fibra Optica

Velo

cida

dde

Tra

nsm

isió

n(M

bps)

Distancia (M)

OS1OS1OM310000

OS1OM2OM11000

OM1OM1OM1100

OM1OM1OM110

2000500300

CABLES DEFIBRA OPTICA

Brand-Rex Ltd

CONSTRUCCION TIPICA DE FIBRA

Núcleo

Revestimiento 125um

Protección primaria 250um

Fibra óptica con protección primaria

CONSTRUCCIÓN DEL CABLE

• Protección de la fibra

• Elementos de refuerzo

• Barreras anti humedad

• Armaduras

• Cubiertas

Brand-Rex Ltd

Brand-Rex Ltd

Latiguillo Duplex"T2ZL"

Duplex plano "T2L"

900um Fibra ajustadaCubierta LSF/0H

CABLES DE FIBRA OPTICAPROTECCIÓN AJUSTADA

Universal, distribución “C-NMLU”

Brand-Rex Ltd

Cubierta LSF/0H

Barrera antihumedad

Hasta 24 fibras de protecciónajustada

Fibras de aramida

CABLES DE FIBRA OPTICAPROTECCIÓN AJUSTADA

Supertubo “LU”

Brand-Rex Ltd

Cubierta Exteriormaterial LSF/0H

Hasta 12 fibras en un tuborelleno con gel

Capa de fibras de aramidacomo elementos de refuerzo

CABLES DE FIBRA OPTICAUNITUBO

Armadura de hilos de acero “S-MB-SWA”

Brand-Rex Ltd

Cubierta Polietileno

Atadura

Cubierta PVC

Armadura de hilosde acero galvanizado

.

Relleno de gel

Elemento central de acero

Cinta de AluminioBarrera antihumedad

6 tubos rellenos de gelcolocados helicoidalmentealrededor del elemento centralhasta 12 fibras por tubo

CABLES DE FIBRA OPTICAMULTITUBO

PRUEBAS DEL CABLEIEC 794 / EN 187 000

• TRACCIÓN MÁXIMA• APLASTAMIENTO• IMPACTO• FLEXIBILIDAD• TORSION• RADIO DE CURVATURA• RANGO DE TEMPERATURAS• PENETRACION DE AGUA

CONECTORES ÓPTICOS

CONECTORES

• El propósito de los conectores esenfrentar dos fibras ópticas.

• Tienen que cumplir correctamente sufunción:– Conectar y desconectar

• Un buen conector debe ofrecerresultados repetitivos.

PROTECTOR DEL CABLE

CASQUILLO DE CRIMPADO

FERRULECUERPO

DIAGRAMA DE UN CONECTOR

Dos conectores ópticos se conectan utilizando un pequeño accesorio llamado de múltiples formas: las mas usuales son “adaptador” y “acoplador”.

ADAPTADOR SC ADAPTADOR ST

ADAPTADORES

ENFRENTAMIENTO

• En realidad pretendemos alinear los núcleos de las dos fibras.

• La concentricidad es fundamental:– Núcleo-Revestimiento– Revestimiento-Capilar– Capilar-Ferrule– Ferrule-Guías de alineamiento

PARÁMETROS

• Existen dos parámetros básicos para definir la calidad de un conector.

• Pérdidas de Inserción: es la atenuación del conector en dB (menor valor, mejor)

• Pérdidas de Retorno: expresa la cantidad de luz reflejada por el conector (mayor valor, mejor). Es más importante en monomodo.

PÉRDIDAS INTRÍNSECAS

DIFERENTES DIÁMETROS DE NÚCLEO

DIFERENTES APERTURAS NUMÉRICAS

PÉRDIDAS EXTRÍNSECAS

DESALINEAMIENTO LATERAL

SEPARACIÓN ENTRE LAS FIBRAS

PÉRDIDAS EXTRÍNSECAS

DESALINEAMIENTO ANGULAR

PULIDO DEFECTUOSO

MT-RJ

ST

SC

LC

SC

Conectores Opticos

CONECTORES Y ADAPTADORES SC-DÚPLEX

CONECTORES Y ADAPTADORES ST

No se recomienda su utilización con fibra monomodo

Conectores y adaptadores MT-RJ

Conectores y adaptadores LC

CONECTORIZACIÓN DE FIBRA ÓPTICA

CONECTORIZACIÓN

• Existen dos formas de conectorizaruna fibra:

• Montando manualmente un conectorsobre el extremo de la fibra.

• Empalmando un pigtail por fusión a la fibra.

La conectorización (colocación de conectores en los cables de fibra óptica) se realiza mediante diferentes técnicas:

EPOXYHOT MELT (3M)ANAEROBICO Curado en fríoCRIMPADO

CONECTORIZACIÓN MANUAL

REVESTIMIENTO

FERRULE

CUERPO

PROTECCION PRIMARIA

MAL BIEN

AJUSTE DE LA FIBRA

Resina

Ferrule

Cuerpo

FibraResina

INSERCIÓN DE LA FIBRA

Ferrule

Cuerpo

Fibra

Resina

Ferrule

Cuerpo

Cuchilla Fibra

Resina

Ferrule

Cuerpo

CORTE DE LA FIBRA

A

B

C

PULIDO DE LA FIBRA

MONTAJE DE UN PANEL REPARTIDOR PARA RACK

DE 19”

PANEL REPARTIDOR COMPACTO PARA RACK

PREPARACIÓN DEL PANEL

16mm 20mm 25mm 20mm 16mm

INSTALACIÓN DE LOS ADAPTADORES

PREPARACIÓN DEL CABLE

FIRST MARKSECOND MARK

2 METRES

COMPRESSION GLAND

2 METRES

POSITION "A"

PELADO DEL CABLE

CUT YARNSBACK TO GLAND

FIJACIÓN DEL CABLE

NYLON CABLE TIE

ORDENACIÓN DE LAS FIBRAS EN EL PANEL

NYLON CABLE TIES

EMPALMADORAS DE FUSION

• Existen tres motivos para realizarempalmes en planta externa:– Sobrepasar la máxima longitud instalable.– Sobrepasar la longitud suministrada por

bobina.– Realizar segregaciones o derivaciones.

• Los empalmes deben estar protegidos porcajas.

• También empalmamos fibras al utilizarpigtails en la conectorización.

EMPALMES DE FIBRA OPTICA

1 23 4

56

7 8

CAJA DE EMPALME

CAJA DE EMPALME

Connector Front Plates

HEL-FMKIT-001

HEL-FMKIT-002

HEL-FMKIT-003

HEL-FCAS-001

HEL-FCAS-002

320mm

PANEL REPARTIDOR MODULAR PARA RACK

• Existen dos métodos para empalmarfibras ópticas:– Empalmes mecánicos (solo para

multimodo).– Empalmes de fusión (monomodo o

multimodo).

EMPALMES DE FIBRA OPTICA

FIBRES

PRECISION MADE GLASSOR ELASTOMER TUBE

INDEX MATCHING GEL

EMPALMES MECÁNICOS

EMPALME POR FUSION

Calentando las dos fibras, estas quedan unidas

VISTA MEDIANTE EL MICROSCOPIODE LA EMPALMADORA POR FUSION

FIBRAS

ELECTRODOS

EMPALME POR FUSION

Fibras alineadasesperando

a ser limpiadasmediante arco

Fibras preparadas paraser empalmadas

Fibras después de ser empalmadas

INSPECCION

PREPARACIÓN DE LAS FIBRAS

• Limpieza: limpiar completamente las fibras de cualquier residuo (gel, suciedad, etc.)

• Pelado: eliminar las protecciones de la fibra.

• Limpieza: limpiar los restos de protección por medio de alcohol isopropílico.

• Corte: cortar las fibras.

CORTAR LA FIBRA

Corte perfecto

Corte incompleto

Muesca

Recubrimiento no eliminado

CORTADORAS DE FIBRA

FUSIÓN DE LAS FIBRAS

• Las fusionadoras alinean, aproximan y calientan las fibras para obtener un empalme perfecto, de bajas pérdidas y mínimas reflexiones.

• Se basan en apoyar las fibras sobre unos soportes acanalados en V.

• La geometría de las fibras introduce un grado de incertidumbre respecto al alineamiento.

CANAL EN V: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

CANAL EN V: ERRORES DE ALINEAMIENTO

concentricidad núcleo/revestimientorequer. típico: > 0,8 µm

diámetro de revestimientorequer. típico: ± 1,0 µm

curvaturasrequer. típico: > 2 metros

circularidad del revestimientorequer. típico: > 1,0%

TIPOS DE FUSIONADORAS

• MANUALES• AUTOMÁTICAS DE ALINEAMIENTO

FIJO• AUTOMÁTICAS DE ALINEAMIENTO

EN 3 EJES

ALINEAMIENTO EN LOS TRES EJES

DISEÑO DE ENLACES OPTICOS

PARAMETROS DE ENLACES OPTICOS ISO/ENMULTIMODO MONOMODO

850 nm 1300 nm 1310 nm 1550 nmParametro

Atenuacion dB/km 3.5 max 1.0 max n/a n/a

BW MHz.km 200 min 500 min n/a n/a

ConectorPerdidas Insercion

Perdidas Retorno 20 min 20 min 26 min 26 min

Perdidas de empalme 0.3 max 0.3 max 0.3 max 0.3 max

0.75 max 0.75 max 0.75 max 0.75 max

Atenuacion dB

Multimodo MonomodoSubsistema de Longitudcableado máxima

850 nm 1300 nm 1310nm 1550 nm

Horizontal 100 m 2.5 2.2 2.2 2.2

Troncal edificio 500 m 3.9 2.6 2.7 2.7

Troncal campus 1500 m 7.4 3.6 3.6 3.6

ISO 11801 2nd Ed en ROJO

OF 300 300 m 2.55 1.95 1.8 1.8

OF 500 500 m 3.25 2.25 2.0 2.0

OF 2000 2000 m 8.5 4.5 3.5 3.5

PARAMETROS DE ENLACES OPTICOS ISO/EN

Pérdidas totales = 0.75 + (1.9 x 3.5) + 0.3 + 0.75 = 8.45 dB a 850 nm

Latiguillo adaptador conector panel repartidor

cable 1.9 kmconectores 0.75 0.75cable 1.9 x 3.5 empalme 0.3

empalme

Perdidas de enlace permitidas = 8.5dB

Cálculo de pérdidasTroncal de Campus

ISO 11801 2ª Ed. Clases de Fibra Optica

Velo

cida

dde

Tra

nsm

isió

n(M

bps)

Distancia (M)

OS1OS1OM310000

OS1OM2OM11000

OM1OM1OM1100

OM1OM1OM110

2000500300

APLICACIÓN LONGITUDDE ONDA

DISTANCIA62.5/125

OM1

DISTANCIA50/125OM2

DISTANCIA50/125OM3

DISTANCIAMONOMODO

OS1

10BASE-FL 850 nm 2,000 m 1,340 m 1340 m

100BASE-SX 850 nm 300 m 300 m 300 m

100 BASE-FX 1300 nm 2,000 m 2,000 m 2000 m

1000BASE-SX 850 nm 300 m 600 m 600 m

1000BASE-LX 1300 nm 600 m 600 m 600 m 5,000 m

10GBASE-SR 850 nm 26 m 82 m 300 m

10GBASE-LW 1310 nm 40,000 m

ATM 155 1300 nm 2,000 m 2,000 m

ATM 622 1300 nm 500 m 500 m 15,000 m

ATM 155 swl 850 nm 1,000 m 1,000 m

FDDI 1300 nm 2,000 m 2,000 m

Token Ring 850 nm 2,000 m 1,400 m

Fiber Channel

133

850 nm 2,000 m 2,000 m

Fiber Channel

266

850 nm 700 m 2000 m

Fiber Channel

531

850 nm 350 m 1000 m

Fiber Channel

1062

850 nm 300 m 500 m

Fiber Channel

1062

1300 nm 10,000 m

MEDIDAS DE ENLACES OPTICOS

Panel 1 con un conectordirectamente terminado yconectado al adaptador

Panel 2 con cable empalmado a un latiguillo y este conectado aladaptador

Perdida Conector Perdida Fibra Per. Conector

1.2 X 3.5 = 4.2dB0.75 dB 0.75 dB

Perdida Empalme Perd. Empalme

0.3 dB 0.3 dB

xEmpalme mecánicoo por fusión

EDIFICIO 1 EDIFICIO 2

Longitud del cable p.e.. 1.2KM

Cable fibra óptica multimodo xPanel Panel


Después de calcular la atenuación máxima del enlace y verificar que se mantienen dentro de los límites marcados por la norma, el paso siguiente es medir el enlace para comprobar que el sistema de cableado tiene la misma atenuación o más baja.

Para esta medición se utiliza un OTDR o una fuente de luz y un medidor de potencia óptica.


CALIBRATEDLIGHT SOURCE

OPTICALPOWER METER

LENGTH OF CABLE UNDER TEST

MEDIDOR DE POTENCIA Y FUENTE DE LUZ CALIBRADA

Fuentede luz

Medidorde

potencia

Latiguillo de Test

Conectores

adaptadores

CALIBRADO DEL MEDIDOR DE POTENCIA

Latiguillode Test

Enlace a medirA A

MEDIDAS DE ENLACES

Fuentede luz

Medidorde

potencia

Conectores

adaptadores

Latiguillode Test

REFLECTOMETROS OPTICOS

OTDR• El OTDR es un Reflectómetro Óptico en el

Dominio del Tiempo:– Óptico: las medidas se realizan transmitiendo

pulsos de luz.– Dominio del tiempo: las medidas se realizan en

el dominio temporal. Representamos gráficamente el nivel de señal en función del retardo.

– Reflectómetro: La señal recibida y analizada es causada por las reflexiones que se producen en conectores, empalmes y en la propia fibra.

APLICACIONES DEL OTDR

• Para medir las pérdidas totales de un enlace.

• Para medir las pérdidas de una sección.• Para medir las pérdidas de un empalme o

un conector.• Para medir las reflexiones de un conector

o un empalme mecánico.• Para localizar defectos o roturas de la

fibra.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• El OTDR transmite un pulso de luz muy corto.

• Mide el tiempo que tardan en llegar las reflexiones.

• Mide el nivel de señal de esas reflexiones.• Las reflexiones se producen por dos

fenómenos:– Reflexiones de Fresnel– Dispersión de Rayleigh

REFLEXIONES DE FRESNEL

• Cuando la luz se encuentra con un cambio en la densidad del material (por ejemplo el aire) parte de la energía se refleja (hasta un 4%).

• La cantidad de luz reflejada depende de:– La magnitud del cambio de la densidad de los

dos medios.– El ángulo de incidencia de la luz con la

frontera de separación entre los dos medios.

Fibra

conectorferrule Pérdidas de

transmisión= 0.04dB.

Pulso de luzPérdidas de Retorno = 35dB.

CristalRI = 1.5

AireRI = 1

Reflexión < 4%

CONECTOR CON PULIDO PC

REFLEXIONES DE FRESNEL

Cambio en el Indice de Refracción

DISPERSION DE RAYLEIGH

• Cuando se envía un pulso de luz por una fibra óptica, parte de la luz choca con unas partículas microscópicas y se dispersa en todas direcciones.

• Parte de esa dispersión se transmite en dirección opuesta a la del pulso luminoso.

• Es la principal causa de la atenuación de las fibras ópticas.

• Es mayor cuanto menor es la longitud de onda.

DISPERSION DE RAYLEIGH

OTDRProlongador

Conectores

Empalme

Conectores

Prolongador

Cursor

Cursor

CONFIGURACION DE TEST

PerdidasdB

Distancia en Km 0.4 0.8

A B

MEDIDAS DE DISTANCIA

Distancia Km 0.4 0.8

Perdidasdb

C

MEDIDAS DE ATENUACION DE LA FIBRA

Distancia Km. 0.4 0.8

PerdidasdB.

FGH

MEDIDAS DE PERDIDAS EN EMPALMES

PerdidasdB.


J

K

MEDIDAS DE PERDIDAS EN CONECTORES

PerdidasdB


M

MEDIDAS DE PERDIDAS DE RETORNO

Sistemas de Cableadobasados en Fibra Óptica

curso cableado estructurado fibra óptica

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