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NGN中资源接纳控制研究进展
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摘要：下一代网业务控制和传送功能相分离后，为了保证业务的服务质量(QoS)，引入了资源接纳控制的概念。通过实行资源接纳控制，资源接纳控制子系统 (RACS)向上向业务层屏蔽传送网络的具体细节，支持业务控制与传送功能相分离；向下感知传送网络的资源使用情况，确保正确合理地使用传送网络资源，从而保证业务的服务质量(QoS)，并防止带宽和业务盗用现象发生。功能架构、涉及的实体和参考点、接入类型和终端、资源控制模式、功能实体之间的选择机制、不同域之间的互联、和传送控制功能中其他功能之间的交互是资源接纳控制的核心内容。由于TISPAN RACS和ITU-T资源接纳控制功能(RACF)的研究重点有差异，因此统一不同组织定义的架构将是各个组织今后研究的重点。
接纳控制是人们在NGN中引入的一个全新的概念，位于业务控制层和承载传送层之间。通过实行资源接纳控制，向上向业务层屏蔽传送网络的具体细节，支持业务控制与传送功能相分离，向下感知传送网络的资源使用情况，通过接纳和资源控制，确保正确合理地使用传送网络资源，从而保证业务的服务质量(QoS)，并防止带宽和业务被盗用的现象发生。
对资源接纳控制的研究已成为国内外标准化组织的热点课题，ITU-T、TISPAN、3GPP、3GPP2以及中国标准化协会(CCSA)都对其进行了不同程度的研究。各组织对资源接纳控制的称谓不同，功能架构和研究的范围等也有一定程度的差别。资源接纳控制首先在TISPAN中明确提出，其相关功能称为资源接纳控制子系统(RACS)，目前已经发布了R1阶段的规范ETSI ES 282 003 v1.6.8。ITU-T中相关功能称为资源接纳控制功能(RACF)，在2004年6月启动的下一代网络热点组(FGNGN)中展开研究，2005年11月FGNGN工作结束后，相关工作继续在ITU-T的其他研究组中进行。ITU-T SG13研究组主要研究RACF的功能架构，其R1阶段的草案Y.RACF已经在2006年7月份的会议上通过；SG11组对RACF涉及到的物理实体之间的接口和协议进行研究，目前已经制订了5个接口的7个规范草案，还有两个规范已经纳入计划。3GPP中与资源接纳控制相关功能被称为策略和计费控制(PCC)，目前已经发布了3GPP R7版本的规范3GPP TS 23.203 v1.0.0。中国对资源接纳控制功能的研究基本上与ITU和TISPAN的研究保持同步，在2006年的3月召开的网络总体工作组(WG1)13次会议和信令与协议工作组7次会议上分别通过了《电信级IPQoS体系架构》和涉及的3个接口协议的技术报告，部分成果已经转化为文稿提交给TISPAN和ITU-T中的相关研究组。
1 功能架构和实体
1.1 TISPAN RACS的功能架构
TISPAN RACS R1阶段的功能架构如图1所示[1]。
RACS由两个实体组成：基于业务的策略决策功能(SPDF)和接入资源接纳控制功能(A-RACF)。SPDF向应用层提供统一的接口，屏蔽底层网络拓扑和具体的接入类型，提供基于业务的策略控制。SPDF根据应用功能(AF)的请求选择本地策略，并将请求映射成IPQoS参数，发送给A-RACF和边界网关功能(BGF)，以请求相应的资源。
A-RACF位于接入网中，具有接纳控制和网络策略汇聚的功能。从SPDF接收请求，然后基于所保存的策略实现接纳控制，接受或拒绝对传送资源的请求。A-RACF通过e4参考点从网络附着子系统(NASS)获得网络附着信息和用户QoS清单信息，从而可以根据网络位置信息(例如接入用户的物理节点的地址)确定可用的网络资源，同时在处理资源分配请求时参考用户QoS清单信息。
传送层中包含3种功能实体，其中BGF是一个包到包(Packet-to-packet)网关，可位于接入网和核心网之间(实现核心边界网关功能)，也可以位于两个核心网之间(实现互联边界网关功能)。BGF在SPDF的控制下完成网络地址转换(NAT)、门控、QoS标记、带宽限制、使用测量以及资源同步功能。资源控制执行功能(RCEF)实施A-RACF通过Re参考点传送过来的接入运营商定义的二层/三层(L2/L3)媒体流策略，完成门控、QoS标记、带宽限制等功能。二层终结功能(L2TF)是接入网中终结二层连接的功能实体。RCEF和L2TF是两个不同的功能实体，通常在物理设备IP边缘(Edge)上一起实现。R1阶段没有对接入节点进行研究。
1.2 ITU-T RACF的功能架构
ITU-T RACF的功能体系架构如图2所示[2]。
和TISPAN RACS的功能架构一样，RACF也由两部分组成：策略决策功能实体(PD-FE)和传送资源控制功能实体(TRC-FE)。PD-FE和传送技术无关，和业务控制功能(SCF)也无关。PD-FE基于网络策略规则、SCF提供的业务信息、网络附着属功能(NACF)提供的传送层签约信息，以及TRC-FE提供的资源接纳决策结果，然后作出网络资源接纳控制的最后决策。PD-FE基于每个流对PE-FE进行门控制，基于业务使用策略规则。TRC-FE和业务无关，但和传送技术相关。TRC-FE负责收集和维护传送网的拓扑和资源状态信息，基于拓扑、连接性、网络和节点资源的可用性，以及基于接入网中传送层签约信息等网络信息控制资源的使用，对传送网络实行接纳控制。PD-FE通过Rt参考点请求TRC-FE检测或者决定所请求的媒体流路径上的QoS资源。
传送层由策略执行功能实体(PE-FE)和传送资源执行功能实体(TRE-FE)组成。PE-FE是包到包网关，可以位于用户终端设备(CPE)和接入网络之间、接入网和核心网之间或者不同运营商网络之间，是支持动态QoS控制、端口地址转换(NAPT)控制和NAT穿越的关键节点。TRE-FE执行TRC-FE指示的传送资源策略规则，其范围和功能以及Rn参考点有待进一步研究，不在R1阶段的研究范围之内。
2 TISPAN RACS和ITU-T RACF的异同点
2.1 功能实体和参考点
从功能上看，PD-FE和SPDF相对应，但SPDF还包括TRC-FE的部分功能，如收集传送层资源使用情况。TRC-FE和A-RACF相对应，但不完全相同，TRC-FE的位置更加灵活，可以位于接入网络中，也可以位于核心网络中，而A-RACF是接入网中的一个功能。根据在网络中位置的不同，PE-FE分别和核心边界网关功能(C-BGF)、互联边界网关功能(I-BGF)以及RCEF相对应[3]。
由于功能定义的差异，在参考点方面相应地也有一些不同。首先，由于RACF架构中PD-FE可能需要给PE-FE推送一些关于底层网络的信息，如物理连接标识符和逻辑连接标识符，而这些信息需从NACF中获取，因此RACF和NACF的连接点为PD-FE，而TISPAN架构中RACS和NASS的连接点为A-RACF[4]。
ITU-T RACF的架构考虑了接入网、核心网以及外部网络全程的QoS控制，而TISPAN RACS架构在R1中只考虑对接入网进行控制，对IP核心网、外部网络等未定义。为此，相对于RACS，RACF增加了新的参考点，包括同一个运营商网络内多个PD-FE实例之间的Rd参考点，不同运营商之间PD-FE实例之间的Ri参考点，同一运营商核心网中多个TRC-FE实例之间的Rp参考点。RACF架构中涉及的参考点和RACS之间的对应关系，如表1所示。
2.2 接入网类型和终端
RACF定义了3种类型的终端，第1类是没有QoS协商能力的CPE，在发起业务请求的时候不能直接请求QoS资源；第2类是具有业务层QoS协商能力的CPE，如能发出会话描述的支持会话初始协议(SIP)的电话，通过业务层信令执行QoS的协商；第3类是具有传送层QoS协商能力的CPE，如通用移动通信系统(UMTS)终端，支持资源预留协议(RSVP)或者其他传送层信令(如PDP上下文、ATM PNNI/Q.931等信令)，能通过传送设备，如不对称数字用户线接入复用器(DSLAM)、服务通用分组无线业务支持节点/网关通用分组无线业务支持节点(SGSN/GGSN)等，直接执行传送层QoS的协商。因此，RACF中的CPE考虑了移动这种情况，而目前TISPAN RACS中只考虑了数字用户线(xDSL)方式的接入网，终端类型包括上述的第1类和第2类。
2.3 资源控制模式
RACF支持“拉(Pull)”和“推(Push)”两种方式的QoS资源控制模式[5]，以适应不同类型的CPE。
所谓Pull方式是指SCF为CPE发起的业务向RACF请求QoS资源授权和资源预留，传送功能收到传送层QoS信令消息时主动向RACF请求决策。这种方式适用于第3类具有传送层QoS协商能力的CPE，可以通过传送层QoS信令显式地请求QoS资源预留。
所谓Push方式是指SCF为CPE发起的业务向RACF请求QoS资源授权和资源预留，如果该请求能够满足，则RACF主动将决策推送给传送实体(TE)以获得相应的传送资源。这种方式适用于第1类和第2类CPE，对于第1类CPE，SCF代表CPE决定所请求的业务的QoS需求；对于第2类CPE，SCF从应用层信令中提取QoS需求。
目前RACS只支持Push模式。
2.4 选择机制
为了能够在相关功能实体之间传递QoS请求，功能实体首先需要选择通信方，RACF定义了两种机制：静态机制和动态机制[5]。所谓静态机制是指功能实体通过静态配置的本地信息确定对端实体(例如SCF到PD-FE，PD-FE到PE-FE、TRC-FE)的IP地址或者域名。所谓动态机制是指功能实体通过动态信息(如根据业务类型和业务属性组合)确定对端实体和对应的网络地址，或使用用户标识查询域名服务器(DNS)。目前RACF要求必须支持静态机制，动态机制任选。
RACS中AF可以通过与NASS的接口或者本地配置获得SPDF的IP地址或者域名，SPDF通过本地配置获取A-RACF和BGF的地址。
2.5 组网和互联
ITU-T考虑了两种引入RACF之后实现端到端QoS的组网模式[6]，当接入网和核心网属于不同运营商时，可以由应用层SCF完成不同运营商之间的QoS协商，SCF分别和接入网以及核心网的PD-FE通过Rs参考点进行交互，接入网和核心网的PD-FE之间没有交互；也可以在RACF层完成QoS协商，SCF通过Rs参考点仅仅和核心网的PD-FE交互，接入网和核心网的PD-FE之间通过Ri参考点互通。不同运营商的核心网之间的互联与上述一致。
TISPAN是在假设核心网络部分的QoS可以得到保证的情况下，专注于解决接入网部分的QoS，因此未涉及到端到端的QoS实现。核心网和接入之间通过C-BGF进行互联，核心网之间通过I-BGF进行互联。
2.6 和NACF/NASS的交互
ITU-T RACF和NACF之间交互的信息描述目前不清晰，而TISPAN中明确规定了A-RACF如何对应来自NASS和SPDF的信息，从而完成对资源接纳的控制。
3 未来研究重点
总的来说，TISPAN RACS的研究比ITU-T RACF启动早，但是ITU-T RACF的研究范围更全面，因此统一不同组织定义的架构将是各个组织今后研究的重点。
TISPAN RACS在R2阶段提出的研究内容包括：完善和ITU-T、3GPP一致的功能架构，支持多域多运营商情况下可实施的场景，支持NGN中出固定宽带接入外的其他接入方式，实现NASS和SPDF间的信息交换，支持端到端的QoS等。
ITU-T RACF中需要进一步研究的问题包括：完善和TISPAN、3GPP以及3GPP2定义的资源控制架构的一致性，统一不同运营商之间Ri参考点上传送的网络QoS信息，实现端到端的信令流，完成TRE-FE的功能定位以及TRC-FE和TRE-FE之间参考点Rn的定义，对在线计费的支持，和NASF之间的交互等。
参考文献
[1] ETSI ES 282 003 V1.6.8 Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN), Resource and Admission Control Subsystem (RACS) functional architecture[S].
[2] ITU-T Draft Recommendation Y.RACF Version 9.2 Functional architecture and requirements for resource and admission control functions in next generation networks[S].
[3] ITU-T Kobe-Q04-13-014 Comparison of TISPAN RACF and ITU-T RACF[S].
[4] ITU-T Kobe-Q04-13-007 Proposed modifications to Ru reference point and RACF architecture[S].
[5] ETSI TISPAN 10bTD107 Current technical analysis of RACF and RACS[S].
[6] ETSI TISPAN 10tTD069 Comparison of some issues of RACS-RACF-PCC architectures[S].
作者：黄荷仙 邓东风 来源：泰尔网
接纳控制是人们在NGN中引入的一个全新的概念，位于业务控制层和承载传送层之间。通过实行资源接纳控制，向上向业务层屏蔽传送网络的具体细节，支持业务控制与传送功能相分离，向下感知传送网络的资源使用情况，通过接纳和资源控制，确保正确合理地使用传送网络资源，从而保证业务的服务质量(QoS)，并防止带宽和业务被盗用的现象发生。
对资源接纳控制的研究已成为国内外标准化组织的热点课题，ITU-T、TISPAN、3GPP、3GPP2以及中国标准化协会(CCSA)都对其进行了不同程度的研究。各组织对资源接纳控制的称谓不同，功能架构和研究的范围等也有一定程度的差别。资源接纳控制首先在TISPAN中明确提出，其相关功能称为资源接纳控制子系统(RACS)，目前已经发布了R1阶段的规范ETSI ES 282 003 v1.6.8。ITU-T中相关功能称为资源接纳控制功能(RACF)，在2004年6月启动的下一代网络热点组(FGNGN)中展开研究，2005年11月FGNGN工作结束后，相关工作继续在ITU-T的其他研究组中进行。ITU-T SG13研究组主要研究RACF的功能架构，其R1阶段的草案Y.RACF已经在2006年7月份的会议上通过；SG11组对RACF涉及到的物理实体之间的接口和协议进行研究，目前已经制订了5个接口的7个规范草案，还有两个规范已经纳入计划。3GPP中与资源接纳控制相关功能被称为策略和计费控制(PCC)，目前已经发布了3GPP R7版本的规范3GPP TS 23.203 v1.0.0。中国对资源接纳控制功能的研究基本上与ITU和TISPAN的研究保持同步，在2006年的3月召开的网络总体工作组(WG1)13次会议和信令与协议工作组7次会议上分别通过了《电信级IPQoS体系架构》和涉及的3个接口协议的技术报告，部分成果已经转化为文稿提交给TISPAN和ITU-T中的相关研究组。
1 功能架构和实体
1.1 TISPAN RACS的功能架构
TISPAN RACS R1阶段的功能架构如图1所示[1]。
RACS由两个实体组成：基于业务的策略决策功能(SPDF)和接入资源接纳控制功能(A-RACF)。SPDF向应用层提供统一的接口，屏蔽底层网络拓扑和具体的接入类型，提供基于业务的策略控制。SPDF根据应用功能(AF)的请求选择本地策略，并将请求映射成IPQoS参数，发送给A-RACF和边界网关功能(BGF)，以请求相应的资源。
A-RACF位于接入网中，具有接纳控制和网络策略汇聚的功能。从SPDF接收请求，然后基于所保存的策略实现接纳控制，接受或拒绝对传送资源的请求。A-RACF通过e4参考点从网络附着子系统(NASS)获得网络附着信息和用户QoS清单信息，从而可以根据网络位置信息(例如接入用户的物理节点的地址)确定可用的网络资源，同时在处理资源分配请求时参考用户QoS清单信息。
传送层中包含3种功能实体，其中BGF是一个包到包(Packet-to-packet)网关，可位于接入网和核心网之间(实现核心边界网关功能)，也可以位于两个核心网之间(实现互联边界网关功能)。BGF在SPDF的控制下完成网络地址转换(NAT)、门控、QoS标记、带宽限制、使用测量以及资源同步功能。资源控制执行功能(RCEF)实施A-RACF通过Re参考点传送过来的接入运营商定义的二层/三层(L2/L3)媒体流策略，完成门控、QoS标记、带宽限制等功能。二层终结功能(L2TF)是接入网中终结二层连接的功能实体。RCEF和L2TF是两个不同的功能实体，通常在物理设备IP边缘(Edge)上一起实现。R1阶段没有对接入节点进行研究。
1.2 ITU-T RACF的功能架构
ITU-T RACF的功能体系架构如图2所示[2]。
和TISPAN RACS的功能架构一样，RACF也由两部分组成：策略决策功能实体(PD-FE)和传送资源控制功能实体(TRC-FE)。PD-FE和传送技术无关，和业务控制功能(SCF)也无关。PD-FE基于网络策略规则、SCF提供的业务信息、网络附着属功能(NACF)提供的传送层签约信息，以及TRC-FE提供的资源接纳决策结果，然后作出网络资源接纳控制的最后决策。PD-FE基于每个流对PE-FE进行门控制，基于业务使用策略规则。TRC-FE和业务无关，但和传送技术相关。TRC-FE负责收集和维护传送网的拓扑和资源状态信息，基于拓扑、连接性、网络和节点资源的可用性，以及基于接入网中传送层签约信息等网络信息控制资源的使用，对传送网络实行接纳控制。PD-FE通过Rt参考点请求TRC-FE检测或者决定所请求的媒体流路径上的QoS资源。
传送层由策略执行功能实体(PE-FE)和传送资源执行功能实体(TRE-FE)组成。PE-FE是包到包网关，可以位于用户终端设备(CPE)和接入网络之间、接入网和核心网之间或者不同运营商网络之间，是支持动态QoS控制、端口地址转换(NAPT)控制和NAT穿越的关键节点。TRE-FE执行TRC-FE指示的传送资源策略规则，其范围和功能以及Rn参考点有待进一步研究，不在R1阶段的研究范围之内。
2 TISPAN RACS和ITU-T RACF的异同点
2.1 功能实体和参考点
从功能上看，PD-FE和SPDF相对应，但SPDF还包括TRC-FE的部分功能，如收集传送层资源使用情况。TRC-FE和A-RACF相对应，但不完全相同，TRC-FE的位置更加灵活，可以位于接入网络中，也可以位于核心网络中，而A-RACF是接入网中的一个功能。根据在网络中位置的不同，PE-FE分别和核心边界网关功能(C-BGF)、互联边界网关功能(I-BGF)以及RCEF相对应[3]。
由于功能定义的差异，在参考点方面相应地也有一些不同。首先，由于RACF架构中PD-FE可能需要给PE-FE推送一些关于底层网络的信息，如物理连接标识符和逻辑连接标识符，而这些信息需从NACF中获取，因此RACF和NACF的连接点为PD-FE，而TISPAN架构中RACS和NASS的连接点为A-RACF[4]。
ITU-T RACF的架构考虑了接入网、核心网以及外部网络全程的QoS控制，而TISPAN RACS架构在R1中只考虑对接入网进行控制，对IP核心网、外部网络等未定义。为此，相对于RACS，RACF增加了新的参考点，包括同一个运营商网络内多个PD-FE实例之间的Rd参考点，不同运营商之间PD-FE实例之间的Ri参考点，同一运营商核心网中多个TRC-FE实例之间的Rp参考点。RACF架构中涉及的参考点和RACS之间的对应关系，如表1所示。
2.2 接入网类型和终端
RACF定义了3种类型的终端，第1类是没有QoS协商能力的CPE，在发起业务请求的时候不能直接请求QoS资源；第2类是具有业务层QoS协商能力的CPE，如能发出会话描述的支持会话初始协议(SIP)的电话，通过业务层信令执行QoS的协商；第3类是具有传送层QoS协商能力的CPE，如通用移动通信系统(UMTS)终端，支持资源预留协议(RSVP)或者其他传送层信令(如PDP上下文、ATM PNNI/Q.931等信令)，能通过传送设备，如不对称数字用户线接入复用器(DSLAM)、服务通用分组无线业务支持节点/网关通用分组无线业务支持节点(SGSN/GGSN)等，直接执行传送层QoS的协商。因此，RACF中的CPE考虑了移动这种情况，而目前TISPAN RACS中只考虑了数字用户线(xDSL)方式的接入网，终端类型包括上述的第1类和第2类。
2.3 资源控制模式
RACF支持“拉(Pull)”和“推(Push)”两种方式的QoS资源控制模式[5]，以适应不同类型的CPE。
所谓Pull方式是指SCF为CPE发起的业务向RACF请求QoS资源授权和资源预留，传送功能收到传送层QoS信令消息时主动向RACF请求决策。这种方式适用于第3类具有传送层QoS协商能力的CPE，可以通过传送层QoS信令显式地请求QoS资源预留。
所谓Push方式是指SCF为CPE发起的业务向RACF请求QoS资源授权和资源预留，如果该请求能够满足，则RACF主动将决策推送给传送实体(TE)以获得相应的传送资源。这种方式适用于第1类和第2类CPE，对于第1类CPE，SCF代表CPE决定所请求的业务的QoS需求；对于第2类CPE，SCF从应用层信令中提取QoS需求。
目前RACS只支持Push模式。
2.4 选择机制
为了能够在相关功能实体之间传递QoS请求，功能实体首先需要选择通信方，RACF定义了两种机制：静态机制和动态机制[5]。所谓静态机制是指功能实体通过静态配置的本地信息确定对端实体(例如SCF到PD-FE，PD-FE到PE-FE、TRC-FE)的IP地址或者域名。所谓动态机制是指功能实体通过动态信息(如根据业务类型和业务属性组合)确定对端实体和对应的网络地址，或使用用户标识查询域名服务器(DNS)。目前RACF要求必须支持静态机制，动态机制任选。
RACS中AF可以通过与NASS的接口或者本地配置获得SPDF的IP地址或者域名，SPDF通过本地配置获取A-RACF和BGF的地址。
2.5 组网和互联
ITU-T考虑了两种引入RACF之后实现端到端QoS的组网模式[6]，当接入网和核心网属于不同运营商时，可以由应用层SCF完成不同运营商之间的QoS协商，SCF分别和接入网以及核心网的PD-FE通过Rs参考点进行交互，接入网和核心网的PD-FE之间没有交互；也可以在RACF层完成QoS协商，SCF通过Rs参考点仅仅和核心网的PD-FE交互，接入网和核心网的PD-FE之间通过Ri参考点互通。不同运营商的核心网之间的互联与上述一致。
TISPAN是在假设核心网络部分的QoS可以得到保证的情况下，专注于解决接入网部分的QoS，因此未涉及到端到端的QoS实现。核心网和接入之间通过C-BGF进行互联，核心网之间通过I-BGF进行互联。
2.6 和NACF/NASS的交互
ITU-T RACF和NACF之间交互的信息描述目前不清晰，而TISPAN中明确规定了A-RACF如何对应来自NASS和SPDF的信息，从而完成对资源接纳的控制。
3 未来研究重点
总的来说，TISPAN RACS的研究比ITU-T RACF启动早，但是ITU-T RACF的研究范围更全面，因此统一不同组织定义的架构将是各个组织今后研究的重点。
TISPAN RACS在R2阶段提出的研究内容包括：完善和ITU-T、3GPP一致的功能架构，支持多域多运营商情况下可实施的场景，支持NGN中出固定宽带接入外的其他接入方式，实现NASS和SPDF间的信息交换，支持端到端的QoS等。
ITU-T RACF中需要进一步研究的问题包括：完善和TISPAN、3GPP以及3GPP2定义的资源控制架构的一致性，统一不同运营商之间Ri参考点上传送的网络QoS信息，实现端到端的信令流，完成TRE-FE的功能定位以及TRC-FE和TRE-FE之间参考点Rn的定义，对在线计费的支持，和NASF之间的交互等。
参考文献
[1] ETSI ES 282 003 V1.6.8 Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN), Resource and Admission Control Subsystem (RACS) functional architecture[S].
[2] ITU-T Draft Recommendation Y.RACF Version 9.2 Functional architecture and requirements for resource and admission control functions in next generation networks[S].
[3] ITU-T Kobe-Q04-13-014 Comparison of TISPAN RACF and ITU-T RACF[S].
[4] ITU-T Kobe-Q04-13-007 Proposed modifications to Ru reference point and RACF architecture[S].
[5] ETSI TISPAN 10bTD107 Current technical analysis of RACF and RACS[S].
[6] ETSI TISPAN 10tTD069 Comparison of some issues of RACS-RACF-PCC architectures[S].
作者：黄荷仙 邓东风 来源：泰尔网
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