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软交换技术的应用与发展
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摘要：IMS技术的逐渐兴起，对软交换技术的发展产生了新的挑战。与IMS相比软交换更适合于实现传统的窄带话音业务，因此软交换后续的发展应该定位于在分组交换网络上继承和发展传统语音业务。在这一定位的基础上，软交换可以应用于公共交换电话网(PSTN)长途网以及网络智能化改造当中，同时软交换的一般网络架构也会随着业务的发展和提高服务质量的需求而有所变化。
通信领域内，下一代网络(NGN)的概念，可以说是随着软交换技术的兴起而逐渐为人们所熟知的，曾几何时NGN几乎就是软交换网络的代名词。但是由于各种原因，软交换网络并没有像人们当初想象的那样得到迅速普及，而新的网络技术——IP多媒体子系统(IMS)的出现，使软交换不再成为NGN的全部。那么，软交换今后将如何定位，又会如何发展，值得探讨[1-5]。
1 软交换的定位
事实上，对于软交换应该遵循什么样的路线发展，电信行业一直没有形成统一的认识。与传统电路交换网相比较，软交换网络具备基于IP分组网、控制与承载层分离等特性，无疑是更为先进的。实践也证明，在相同容量下，软交换网络比基于电路交换的传统网络具备更低的运维成本，软交换机的容量也比传统交换机更大。软交换技术没能获得大规模的发展，主要是人们对分组网络实现话音业务的安全性和服务质量(QoS)保障能力存在疑虑。
随着各种IP话音(VoIP)应用的普及，现在人们对基于分组网络提供语音业务的疑虑已经基本消除或逐渐淡化了，但是IMS技术的兴起又让软交换的发展前景变得扑朔迷离。那么，软交换技术在IMS时代是否能够继续发展以及应该如何发展呢？要弄清这个问题，首先需要对IMS与软交换进行全面的比较和分析。
如果从采用的基础技术上来看，软交换和IMS有很大的相似性：都是基于IP分组网；都实现了控制与承载的分离；大部分的协议栈都是相似或完全相同的；许多网关设备和终端设备甚至是可以通用的。
IMS与软交换最大的区别在于以下几个方面：
·在软交换控制与承载分离的基础上，IMS更进一步地实现了呼叫控制层和业务控制层的分离。
·IMS起源于移动通信网络的应用，因此充分考虑了对移动性的支持，并增加了外置数据库——归属用户服务器(HSS)，用于用户鉴权和保存用户业务触发规则。
·IMS全部采用会话初始协议(SIP)作为呼叫控制和业务控制的信令，而在软交换中，SIP只是可用于呼叫控制的多种协议的一种，更多地使用媒体网关控制协议(MGCP)和H.248协议。
总体来讲，IMS与软交换的区别主要是在网络构架上，IMS的网络架构相比于软交换更为先进，因为IMS比软交换进行了更充分的网络解聚。网络各个层面的不断解聚是电信网络发展的总体趋势，从传统电路交换网到智能网出现，再到软交换以及IMS，无不符合这种趋势。网络的解聚使得垂直业务模式被打破，有利于业务的发展；另外，不同类型网络的解聚也为网络在不同层面上重新聚合创造了条件。这种重新聚合，就是网络融合的过程。由此可见，IMS的网络架构相比于软交换也更有利于实现固定与移动的网络融合。
但是，并不能说IMS出现以后，软交换就可以完全消失了。在提供基本的话音业务方面，软交换较IMS仍然具有优势。
IMS中全部采用SIP协议，这种协议在多媒体应用中已经展现出了它的优势。虽然SIP也能够实现最基本的VoIP，但是可以说SIP天生就是为多媒体业务而生。相比之下，在软交换中使用的MGCP和H.248协议则更多地关注语音业务，在制订这些协议时充分地考虑了保留传统电话业务中的一些特性。这使得MGCP和H.248协议比SIP更容易继承传统的电话业务。虽然SIP可以通过许多扩展来增强电话业务能力(如拍叉、二次拨号)，但是，第一，这并不是发展SIP的初衷；第二，即使经过扩展，某些业务仍然无法实现(例如热线业务)。
另一方面，传统电话业务已经非常成熟，不会再有太多的业务扩展，这让IMS的架构无法发挥出业务部署灵活的优势。现有的IMS实现传统电话业务的方法是使用专用的传统电话业务应用服务器，所有呼叫都必须通过呼叫控制层进行转发，并且还要考虑用SIP去适配各种终端和协议，这些无疑都会降低业务实现的效率，这还没有考虑软交换相对于IMS的成本优势。
还有一个不可忽略的因素，就是在软交换架构下非常容易重用传统的智能网资源，而在IMS架构下实现起来有一定的难度。
由此可见，在仅需要提供传统电话业务的环境下，软交换相比于IMS具有一定的优势。软交换未来的发展，应该主要定位于传统电话业务，即通常所说的窄带话音业务。只要传统的话音业务形式不消失，软交换技术就有其存在下去的理由。
2 软交换的发展与应用
2.1 软交换网络架构的发展
尽管软交换的网络架构并没有形成一整套的国际标准，但是在软交换技术的发展过程中逐步形成了相对统一的网络架构，这个网络架构中主要包括软交换机、媒体网关、信令网关、媒体服务器、应用服务器等设备。软交换的架构应该说是非常成熟和稳定的，但是随着业务的发展以及对服务质量增长的需求，人们对这个构架提出了新的要求。其中，引入业务接入控制设备就是变化之一。
在原有的软交换架构下，用户之间的媒体流建立是不受控的，通信双方以及用户与核心交换设备之间相互暴露IP地址，这就可能导致非法攻击、盗用带宽以及非法建立连接等一系列问题。业务接入控制设备(SAC)主要部署于软交换核心网络与接入网络之间，主要包括信令流代理、媒体流代理、地址翻译、资源控制、媒体流监控和管理等功能。增加SAC设备后，软交换核心设备的IP地址对于终端用户来说不可见，通信双方也无法看到对方的IP地址，这样能够有效地防止非法攻击和非法建立连接；另外，所有媒体流都必须通过SAC转发，可以有效地控制用户对带宽资源的占用，并实现对媒体流的监控。
增加SAC设备可能引起软交换架构的另一种变化，就是将用户的鉴权认证功能从软交换设备中分离出来，形成独立的鉴权、认证、计费(AAA)服务器。这是由于SAC设备也需要访问AAA服务器，检查用户的鉴权信息，内置于软交换设备中难以满足这种需求。AAA服务器保存用户接入层面的计费、认证和鉴权信息，并负责密钥的分发和管理，同时AAA服务器还要保存和软交换用户相关的信息，如位置信息或IP地址信息等。
事实上，还有一个争论点，就是软交换是否需要支持外置的用户签约属性集中数据库。这种需求来源于固网智能化改造。外置用户签约属性集中数据库主要用于触发智能网业务。如果用户签约属性数据库外置，并且与AAA服务器合设，这个集中数据库在网络中的功能定位就非常相似于IMS中的HSS了，所不同的是两种网络采用不同的鉴权、认证算法，另外HSS保存的是适用于SIP的初始过滤规则，而用户签约属性数据库保存的是以码号前缀形式保存的智能网触发规则。
SAC、AAA服务器、外置用户签约属性数据库等功能实体的引入，无疑会提高软交换网络的安全性和业务灵活性，可能是软交换网络架构的发展方向。但是由于现在电信网设备制造商的开发重心已经向IMS网络迁移，对软交换网络架构的继续发展产生了不利影响。
2.2 软交换业务的发展
在软交换刚刚流行的时候，人们曾经希望软交换支持所有可以预见到的业务，包括语音业务、视频多媒体业务、数据业务等。随着时间的推移以及IMS的出现，人们应该更理性地对待软交换所支持的业务。
软交换的业务应该首先定位于对传统电话业务的继承。这些业务包括：传统的长途话音业务、传统的C5端局本地话音业务、各种公共交换电话网(PSTN)的补充业务，以及传真、综合业务数字网(ISDN)接入、调制解调器(Modem)接入等基本的窄带数据业务。
软交换的业务还可以在传统电话业务基础上进行增强和扩充。比如同样是呼叫前转类业务，在软交换上可以实现更为复杂的功能，只需要借助媒体服务器或者软交换上的媒体资源处理板，就可以很容易地实现语音的混音，因此会议电话业务一般都成为了软交换业务中的标准配置。
最后，在软交换网络中还可以适当引入一些IP多媒体类业务，例如基于SIP的点对点可视电话。虽然基于SIP的业务更多地会在IMS中实现，但是对于同样支持SIP的软交换而言，提供某些基本的SIP业务非常容易，所增加的成本也不高。
2.3 软交换的应用
伴随着软交换多年的发展，现网上已经出现了很多的软交换应用。在这些应用中，有两类应用非常符合软交换以分组交换为基础提供传统话音业务的定位。这两类应用分别是：软交换在语音长途网中的应用以及软交换在固网智能化改造中的应用。
事实上还有一类应用，就是3GPP系统网络结构中的电路域(CS)应用。因为3GPP R4和R5等版本系统网络结构中的CS控制实体——移动交换中心服务器(MSC Server)，采用的就是移动软交换技术。
2.3.1 软交换在语音长途网中的应用
软交换在语音长途网中的应用，最能够体现出软交换的技术优势。
首先，软交换应用于语音长途网相比于传统电路交换具有如下优势：(1)更大的系统容量使得网络结构更简单。(2)资源调配效率更高。软交换设备的呼叫处理能力大于传统交换机，因此在部署语音长途网时，可以设置更少的交换节点。交换节点的减少所带来的优势是非常明显的，最直接的好处是网络结构变得简单，路由的配置和维护也更为容易。间接的好处还有减少了机房的占用面积，降低了传输资源配置的难度等等。由于软交换网络是基于分组交换的，并且实现了控制与承载分离，因此相对于电路交换来说对资源进行重新调配更为简单，效率也更高。在调整承载资源时，网络结构以及信令路由等都不需要做相应的变化。
其次，软交换应用于语音长途网，回避了这种技术在其他场景应用所遇到的问题。第一，长途网软交换不携带终端用户，避免了安全攻击、用户资源控制等问题；第二，长途网不涉及城域网或接入网，而骨干IP传输网的带宽又比较容易保障，因此也不存在QoS保障问题。
正是基于上述原因，软交换在PSTN语音长途网的改造和扩容中获得了广泛的应用。
2.3.2 软交换在网络智能化改造中的应用
在PSTN网络智能化改造过程中使用软交换机也是软交换应用的一个方向。在这种应用中，软交换机主要用于替代PSTN汇接局交换机。
用软交换替代传统汇接局交换机，可以为网络带来更低的维护成本。另外得益于软交换网络容量大、扩容方便的优势，在今后本地网规模不断扩大的情况下，在承载资源充足的前提下，只需在端局层面放置更多接入网关(AG)或中继网关(TG)，在软交换设备中相应地增加处理板，对网络的架构没有任何影响。
另一方面，软交换对智能网的支持也使得其足以胜任这一角色。对智能网应用协议(INAP)的支持已经成为软交换设备的一种必备能力，无论采用IP承载INAP(INAP over IP)的方式，还是通过信令网关(SG)进行信令转接的方式，软交换都可以很容易地实现与传统智能网设备的对接，同时软交换本身还可以具备业务交换点(SSP)的功能。
当然，正如前面讨论软交换网络架构部分中提及的，软交换在应用于网络智能化改造时，可能需要支持外置的用户签约属性集中数据库，因为使用外置的签约属性数据库是实现网络智能化业务触发的主流方式。
3 结束语
在未来的发展中，软交换应该主要定位于继承传统的话音业务，同时可以适当地发展一些基本的IP多媒体业务。在此定位的基础上，软交换仍然可以在PSTN长途网、网络智能化改造等方面获得大量的应用。同时，基于业务发展及服务质量提高的需求，软交换网络架构也将不断向前发展。总之，只要人们理性地看待软交换，并以实用为原则，即使在IMS已经大行其道的今天，软交换仍然能够获得足够的发展空间。
参考文献
[1] 洪钧, 李爱军, 李明基. 基于软交换的多媒体应用方案[J]. 中兴通讯技术, 2002,8(2): 1-5.
[2] 刘继明. 软交换技术[J]. 中兴通讯技术, 2001,7(2): 10-15.
[3] 倪明, 朱越, 雷海强. 软交换在PSTN网络演进中的应用策略[J]. 中兴通讯技术, 2002,8(5): 27-30.
[4] 赵慧玲. NGN和软交换[J]. 中兴通讯技术, 2005,11(3): 30-33.
[5] 雷震洲. 关注NGN的两大走向：网络融合和机对机应用[J]. 中兴通讯技术, 2005,11(4): 6-10.
作者：曹远 来源：泰尔网
通信领域内，下一代网络(NGN)的概念，可以说是随着软交换技术的兴起而逐渐为人们所熟知的，曾几何时NGN几乎就是软交换网络的代名词。但是由于各种原因，软交换网络并没有像人们当初想象的那样得到迅速普及，而新的网络技术——IP多媒体子系统(IMS)的出现，使软交换不再成为NGN的全部。那么，软交换今后将如何定位，又会如何发展，值得探讨[1-5]。
1 软交换的定位
事实上，对于软交换应该遵循什么样的路线发展，电信行业一直没有形成统一的认识。与传统电路交换网相比较，软交换网络具备基于IP分组网、控制与承载层分离等特性，无疑是更为先进的。实践也证明，在相同容量下，软交换网络比基于电路交换的传统网络具备更低的运维成本，软交换机的容量也比传统交换机更大。软交换技术没能获得大规模的发展，主要是人们对分组网络实现话音业务的安全性和服务质量(QoS)保障能力存在疑虑。
随着各种IP话音(VoIP)应用的普及，现在人们对基于分组网络提供语音业务的疑虑已经基本消除或逐渐淡化了，但是IMS技术的兴起又让软交换的发展前景变得扑朔迷离。那么，软交换技术在IMS时代是否能够继续发展以及应该如何发展呢？要弄清这个问题，首先需要对IMS与软交换进行全面的比较和分析。
如果从采用的基础技术上来看，软交换和IMS有很大的相似性：都是基于IP分组网；都实现了控制与承载的分离；大部分的协议栈都是相似或完全相同的；许多网关设备和终端设备甚至是可以通用的。
IMS与软交换最大的区别在于以下几个方面：
·在软交换控制与承载分离的基础上，IMS更进一步地实现了呼叫控制层和业务控制层的分离。
·IMS起源于移动通信网络的应用，因此充分考虑了对移动性的支持，并增加了外置数据库——归属用户服务器(HSS)，用于用户鉴权和保存用户业务触发规则。
·IMS全部采用会话初始协议(SIP)作为呼叫控制和业务控制的信令，而在软交换中，SIP只是可用于呼叫控制的多种协议的一种，更多地使用媒体网关控制协议(MGCP)和H.248协议。
总体来讲，IMS与软交换的区别主要是在网络构架上，IMS的网络架构相比于软交换更为先进，因为IMS比软交换进行了更充分的网络解聚。网络各个层面的不断解聚是电信网络发展的总体趋势，从传统电路交换网到智能网出现，再到软交换以及IMS，无不符合这种趋势。网络的解聚使得垂直业务模式被打破，有利于业务的发展；另外，不同类型网络的解聚也为网络在不同层面上重新聚合创造了条件。这种重新聚合，就是网络融合的过程。由此可见，IMS的网络架构相比于软交换也更有利于实现固定与移动的网络融合。
但是，并不能说IMS出现以后，软交换就可以完全消失了。在提供基本的话音业务方面，软交换较IMS仍然具有优势。
IMS中全部采用SIP协议，这种协议在多媒体应用中已经展现出了它的优势。虽然SIP也能够实现最基本的VoIP，但是可以说SIP天生就是为多媒体业务而生。相比之下，在软交换中使用的MGCP和H.248协议则更多地关注语音业务，在制订这些协议时充分地考虑了保留传统电话业务中的一些特性。这使得MGCP和H.248协议比SIP更容易继承传统的电话业务。虽然SIP可以通过许多扩展来增强电话业务能力(如拍叉、二次拨号)，但是，第一，这并不是发展SIP的初衷；第二，即使经过扩展，某些业务仍然无法实现(例如热线业务)。
另一方面，传统电话业务已经非常成熟，不会再有太多的业务扩展，这让IMS的架构无法发挥出业务部署灵活的优势。现有的IMS实现传统电话业务的方法是使用专用的传统电话业务应用服务器，所有呼叫都必须通过呼叫控制层进行转发，并且还要考虑用SIP去适配各种终端和协议，这些无疑都会降低业务实现的效率，这还没有考虑软交换相对于IMS的成本优势。
还有一个不可忽略的因素，就是在软交换架构下非常容易重用传统的智能网资源，而在IMS架构下实现起来有一定的难度。
由此可见，在仅需要提供传统电话业务的环境下，软交换相比于IMS具有一定的优势。软交换未来的发展，应该主要定位于传统电话业务，即通常所说的窄带话音业务。只要传统的话音业务形式不消失，软交换技术就有其存在下去的理由。
2 软交换的发展与应用
2.1 软交换网络架构的发展
尽管软交换的网络架构并没有形成一整套的国际标准，但是在软交换技术的发展过程中逐步形成了相对统一的网络架构，这个网络架构中主要包括软交换机、媒体网关、信令网关、媒体服务器、应用服务器等设备。软交换的架构应该说是非常成熟和稳定的，但是随着业务的发展以及对服务质量增长的需求，人们对这个构架提出了新的要求。其中，引入业务接入控制设备就是变化之一。
在原有的软交换架构下，用户之间的媒体流建立是不受控的，通信双方以及用户与核心交换设备之间相互暴露IP地址，这就可能导致非法攻击、盗用带宽以及非法建立连接等一系列问题。业务接入控制设备(SAC)主要部署于软交换核心网络与接入网络之间，主要包括信令流代理、媒体流代理、地址翻译、资源控制、媒体流监控和管理等功能。增加SAC设备后，软交换核心设备的IP地址对于终端用户来说不可见，通信双方也无法看到对方的IP地址，这样能够有效地防止非法攻击和非法建立连接；另外，所有媒体流都必须通过SAC转发，可以有效地控制用户对带宽资源的占用，并实现对媒体流的监控。
增加SAC设备可能引起软交换架构的另一种变化，就是将用户的鉴权认证功能从软交换设备中分离出来，形成独立的鉴权、认证、计费(AAA)服务器。这是由于SAC设备也需要访问AAA服务器，检查用户的鉴权信息，内置于软交换设备中难以满足这种需求。AAA服务器保存用户接入层面的计费、认证和鉴权信息，并负责密钥的分发和管理，同时AAA服务器还要保存和软交换用户相关的信息，如位置信息或IP地址信息等。
事实上，还有一个争论点，就是软交换是否需要支持外置的用户签约属性集中数据库。这种需求来源于固网智能化改造。外置用户签约属性集中数据库主要用于触发智能网业务。如果用户签约属性数据库外置，并且与AAA服务器合设，这个集中数据库在网络中的功能定位就非常相似于IMS中的HSS了，所不同的是两种网络采用不同的鉴权、认证算法，另外HSS保存的是适用于SIP的初始过滤规则，而用户签约属性数据库保存的是以码号前缀形式保存的智能网触发规则。
SAC、AAA服务器、外置用户签约属性数据库等功能实体的引入，无疑会提高软交换网络的安全性和业务灵活性，可能是软交换网络架构的发展方向。但是由于现在电信网设备制造商的开发重心已经向IMS网络迁移，对软交换网络架构的继续发展产生了不利影响。
2.2 软交换业务的发展
在软交换刚刚流行的时候，人们曾经希望软交换支持所有可以预见到的业务，包括语音业务、视频多媒体业务、数据业务等。随着时间的推移以及IMS的出现，人们应该更理性地对待软交换所支持的业务。
软交换的业务应该首先定位于对传统电话业务的继承。这些业务包括：传统的长途话音业务、传统的C5端局本地话音业务、各种公共交换电话网(PSTN)的补充业务，以及传真、综合业务数字网(ISDN)接入、调制解调器(Modem)接入等基本的窄带数据业务。
软交换的业务还可以在传统电话业务基础上进行增强和扩充。比如同样是呼叫前转类业务，在软交换上可以实现更为复杂的功能，只需要借助媒体服务器或者软交换上的媒体资源处理板，就可以很容易地实现语音的混音，因此会议电话业务一般都成为了软交换业务中的标准配置。
最后，在软交换网络中还可以适当引入一些IP多媒体类业务，例如基于SIP的点对点可视电话。虽然基于SIP的业务更多地会在IMS中实现，但是对于同样支持SIP的软交换而言，提供某些基本的SIP业务非常容易，所增加的成本也不高。
2.3 软交换的应用
伴随着软交换多年的发展，现网上已经出现了很多的软交换应用。在这些应用中，有两类应用非常符合软交换以分组交换为基础提供传统话音业务的定位。这两类应用分别是：软交换在语音长途网中的应用以及软交换在固网智能化改造中的应用。
事实上还有一类应用，就是3GPP系统网络结构中的电路域(CS)应用。因为3GPP R4和R5等版本系统网络结构中的CS控制实体——移动交换中心服务器(MSC Server)，采用的就是移动软交换技术。
2.3.1 软交换在语音长途网中的应用
软交换在语音长途网中的应用，最能够体现出软交换的技术优势。
首先，软交换应用于语音长途网相比于传统电路交换具有如下优势：(1)更大的系统容量使得网络结构更简单。(2)资源调配效率更高。软交换设备的呼叫处理能力大于传统交换机，因此在部署语音长途网时，可以设置更少的交换节点。交换节点的减少所带来的优势是非常明显的，最直接的好处是网络结构变得简单，路由的配置和维护也更为容易。间接的好处还有减少了机房的占用面积，降低了传输资源配置的难度等等。由于软交换网络是基于分组交换的，并且实现了控制与承载分离，因此相对于电路交换来说对资源进行重新调配更为简单，效率也更高。在调整承载资源时，网络结构以及信令路由等都不需要做相应的变化。
其次，软交换应用于语音长途网，回避了这种技术在其他场景应用所遇到的问题。第一，长途网软交换不携带终端用户，避免了安全攻击、用户资源控制等问题；第二，长途网不涉及城域网或接入网，而骨干IP传输网的带宽又比较容易保障，因此也不存在QoS保障问题。
正是基于上述原因，软交换在PSTN语音长途网的改造和扩容中获得了广泛的应用。
2.3.2 软交换在网络智能化改造中的应用
在PSTN网络智能化改造过程中使用软交换机也是软交换应用的一个方向。在这种应用中，软交换机主要用于替代PSTN汇接局交换机。
用软交换替代传统汇接局交换机，可以为网络带来更低的维护成本。另外得益于软交换网络容量大、扩容方便的优势，在今后本地网规模不断扩大的情况下，在承载资源充足的前提下，只需在端局层面放置更多接入网关(AG)或中继网关(TG)，在软交换设备中相应地增加处理板，对网络的架构没有任何影响。
另一方面，软交换对智能网的支持也使得其足以胜任这一角色。对智能网应用协议(INAP)的支持已经成为软交换设备的一种必备能力，无论采用IP承载INAP(INAP over IP)的方式，还是通过信令网关(SG)进行信令转接的方式，软交换都可以很容易地实现与传统智能网设备的对接，同时软交换本身还可以具备业务交换点(SSP)的功能。
当然，正如前面讨论软交换网络架构部分中提及的，软交换在应用于网络智能化改造时，可能需要支持外置的用户签约属性集中数据库，因为使用外置的签约属性数据库是实现网络智能化业务触发的主流方式。
3 结束语
在未来的发展中，软交换应该主要定位于继承传统的话音业务，同时可以适当地发展一些基本的IP多媒体业务。在此定位的基础上，软交换仍然可以在PSTN长途网、网络智能化改造等方面获得大量的应用。同时，基于业务发展及服务质量提高的需求，软交换网络架构也将不断向前发展。总之，只要人们理性地看待软交换，并以实用为原则，即使在IMS已经大行其道的今天，软交换仍然能够获得足够的发展空间。
参考文献
[1] 洪钧, 李爱军, 李明基. 基于软交换的多媒体应用方案[J]. 中兴通讯技术, 2002,8(2): 1-5.
[2] 刘继明. 软交换技术[J]. 中兴通讯技术, 2001,7(2): 10-15.
[3] 倪明, 朱越, 雷海强. 软交换在PSTN网络演进中的应用策略[J]. 中兴通讯技术, 2002,8(5): 27-30.
[4] 赵慧玲. NGN和软交换[J]. 中兴通讯技术, 2005,11(3): 30-33.
[5] 雷震洲. 关注NGN的两大走向：网络融合和机对机应用[J]. 中兴通讯技术, 2005,11(4): 6-10.
作者：曹远 来源：泰尔网
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