史先辉 1024智能小区三网合一的设计与实现2.docx
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史先辉1024智能小区三网合一的设计与实现2
编号
淮安信息职业技术学院
毕业论文
题目
智能小区三网合一的设计与实现
学生姓名
史先辉
学号
72091025
系部
计算机与通信工程学院
专业
通信技术
班级
790920
指导教师
龚佑红讲师、工程师
顾问教师
杜文龙讲师、工程师
二〇一一年十
摘要
2010年1月13日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合。
会议上明确了三网融合的时间表。
三网融合打破了此前广电在内容输送、电信在宽带运营领域各自的垄断，明确了互相进入的准则——在符合条件的情况下，广电企业可经营增值电信业务、比照增值电信业务管理的基础电信业务、基于有线电网络提供的互联网接入业务等；而国有电信企业在有关部门的监管下，可从事除时政类节目之外的广播电视节目生产制作、互联网视听节目信号传输、转播时政类新闻视听节目服务，IPTV传输服务、手机电视分发服务等。
本文首先简要阐述了智能小区和三网合一的相关基础，通过分析各网的现状，阐明了三网合一的可能性及必要性，并在此基础上总结了三网合一现有的技术要点。
接着通过剖析各种接入网技术的特点，选择HFC网络，并将HFC双向网络的原理应用于智能小区的设计中。
然后针对基于HFC技术的智能小区三网合一的设计方案及功能实现作了详细介绍，在设计中遵循软件工程的系统开发原则，具有超前意识，使小区的技术处于先进地位。
作为对基于HFC技术的智能小区三网合一的可行性验证，论文的最后以某小区的三网合一工程为应用实例，通过实践表明了其设计具有相当的应用价值，并获得好评。
关键词：
三网合一网络服务通信技术应用HFC
目录
摘要II
第一章绪论1
1.1智能小区1
1.2三网合一在我国的发展历程2
1.3有线技术平台统一的重要性2
1.4三网合一的意义4
1.5三网合一带来的好处4
第二章三网合一及接入网转型的需要6
2.1中国接入网面临的问题6
2.2业务转型要求接入网的转型6
2.3宽带接入业务的新特点7
2.4宽带接入网发展趋势7
第三章三网合一目前的主要状况及问题9
3.1各网目前的状况9
3.1.1电信网9
3.1.2有线电视网9
3.1.3计算机互联网10
3.2三网合一的可能性和必要性10
第四章基于HFC网的智能小区三网合一的设计方案12
4.1网络设计的原则12
4.2网络设计的目标12
4.3网络设计的总体概述13
4.4网络设计的总体结构分析14
4.4.1智能化住宅小区系统的组成14
4.4.2小区双向HFC网络的工作原理14
4.5网络设计中的若干体会14
4.5.1传输体制的确定14
4.5.1光节点的确定14
4.5.3光纤网络结构的确定15
4.5.4同轴网络15
第五章三网合一主要技术17
5.1数字用户环路（XDSL）接入技术17
5.2光纤同轴电缆混合接入网技术18
5.3全光纤（FTTX）接入网技术18
5.4三网合一的关键技术19
第六章总结与展望21
6.1总结21
致谢23
参考文献24
第一章绪论
“三网融合”又叫“三网合一”（即FTTX），是当代热门技术及热门话题之一。
意指电信网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透、互相兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。
“三网融合”是为了实现网络资源的共享，避免低水平的重复建设，形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。
其表现为技术上一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。
三网融合，在概念上从不同角度和层次上分析，可以涉及到技术融合、业务融合、行业融合、终端融合及网络融合。
目前更主要的是应用层次上互相使用统一的通信协议。
IP优化光网络就是新一代电信网的基础，是我们所说的三网融合的结合点。
数字技术的迅速发展和全面采用，使电话、数据和图像信号都可以通过统一的编码进行传输和交换，所有业务在网络中都将成为统一的“0”或“1”的比特流。
光通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输高质量，成为三网业务的理想平台。
软件技术的发展使得三大网络及其终端都通过软件变更，最终支持各种用户所需的特性、功能和业务。
统一的TCP/IP协议的普遍采用，将使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通。
人类首次具有统一的为三大网都能接受的通信协议，从技术上为三网融合奠定了最坚实的基础.
1.1智能小区
智能小区是在智能化大楼的基本含义中扩展和延伸出来的，它通过对小区建筑群四个基本要素（结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联）的优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的居住环境。
为此，科技人员经反复考察论证，结合国内外智能住宅现状和发展趋势，集成国内外先进的监测、控制和布线产品设备，推出了适合我国国情的住宅小区智能化系统。
同时根据《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则》的要求，小区智能化系统可具体分解成以下几个子系统，其每个子系统均具有一项具体功能：
家庭智能化系统；小区综合布线系统；小区网络、通讯系统；小区CATV系统；小区设备自控（BA）系统；小区安全防范系统：
小区对讲系统：
小区智能三表抄表系统；小区物业管理及一卡通消费系统；小区停车库管理系统；小区增值服务管理系统。
1.2三网合一在我国的发展历程
1994年，当时的电子部联合铁道部、电力部以及广电部成立了中国联通，被赋予打破“老中国电信”垄断地位的重任。
1998年3月，邮电部和电子工业部完成合并，信息产业部正式成立；同时，广电部改为目前的广电总局。
将原广播电影电视部的广播电视传送网（包括无线和有线电视网）的统筹规划与行业管理、组织制订广播电视传送网络的技术体制与标准的职能，交给信息产业部。
”
1998年3月，以原体改委体改所副所长、时任粤海企业集团经济顾问王小强博士为首的“经济文化研究中心电信产业课题组”，提出《中国电讯产业的发展战略》研究报告，随后展开了“三网合一”还是“三网融合”的大辩论。
三网合一问题摘我国正式开始了
1999年9月17日，国办发[1999]82号文件的出台，“电信部门不得从事广电业务，广电部门不得从事通信业务。
”
2001年3月15日通过的十五计划纲要，第一次明确提出“三网融合”：
“促进电信、电视、计算机三网融合。
2006年3月14日通过的十一五规划纲要，再度提出“三网融合”：
积极推进“三网融合”。
建设和完善宽带通信网，加快发展宽带用户接入网，稳步推进新一代移动通信网络建设。
建设集有线、地面、卫星传输于一体的数字电视网络。
构建下一代互联网，加快商业化应用。
制定和完善网络标准，促进互联互通和资源共享
2008年1月1日，国务院办公厅提出“以有线电视数字化为切入点，加快推广和普及数字电视广播，加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进“三网融合”，形成较为完整的数字电视产业链，实现数字电视技术研发、产品制造、传输与接入、用户服务相关产业协调发展。
”
2010年1月13日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合。
会议上明确了三网融合的时间表。
2010年6月底，三网融合12个试点城市名单和试点方案正式公布，三网融合终于进入实质性推进阶段。
在总体方案历经15稿修改和两年多的博弈，试点方案再经五稿修改和谈判几乎破裂的危险后，2010年7月1日，三网融合的12个试点城市名单终于在国家意志的强势干预下正式出
1.3有线技术平台统一的重要性
“整合是大势所趋，”三网融合研究专家、融合网主编吴纯勇在接受《上海证券报》记者采访时坦言，“在三网融合推进之初，人们更多关注的是传输通道的整合，实际上三网融合的成功不仅取决于传输层的整合，更是内容与技术的深层次整合；随着三网融合的推进，资本市场对这类投资机会将更加关注。
”
“简言之，如果有某一厂商可以提供一套地域适用性强且具有全国有线行业可复制、可推广的技术解决方案，不仅可以解决未来国家级有线电视网络公司在各地有线电视网络公司技术体系参差不齐、难以全国统一运营的这个技术难题，更能以此为产品吸引到不同层面的关注，甚至于可以概念上市，进入资本市场。
”吴纯勇表示。
未来的百视通将不仅仅做一个内容的平台提供商、运营商，更重要的是一个应用平台的构建者。
三网融合研究专家、融合网主编吴纯勇以上海百视通上市及优酷网上市为例表示，上述两家公司成功登陆资本市场对于正在进行市场化的中国广电行业（如有线行业、CMMB行业、各大电视台进行中的新媒体探索）而言，是一个很大的启示。
截止2010年9月，优酷在短短的三年多时间内成功融到了1.6亿美元，巨额的资本促使优酷在目前赢利空间仍不看好的网络视频行业中能够存活下来并由此概念成功上市。
吴纯勇认为，对于优酷网、酷6网在资本层面获取到的成功，我们其实可以看到是这个行业及其相依托行业的诸多因素促使其成功的，他们是有共性的，如，网络视频行业是依托于成熟稳定的互联网行业、IT行业、通信行业的基础上再次诞生出来的。
上述行业在技术层面、运营模式、内容建设标准等方面都有一个统一的游戏规则。
举一个很简单的例子，全世界及中国的网民如果想欣赏到优酷网、酷6网中的精彩内容，可以直接在其浏览器中输入相应网址，就可以在任何一个角落观看到自己想到的视频。
在上述一个看似很平常的应用背后，我们可以看到这其实是一系列技术标准统一规范（如开放的互联网标准、浏览器的统一标准、互联网IP地址的标准、视音频及文字显示的标准、交换机路由器的标准等等）所造成的结果。
三网融合研究专家、融合网主编吴纯勇表示，相对而言，正在发展的广电行业尤其是数字电视行业，在技术层面却没有实现统一的技术标准，数字电视的封闭技术不仅包括智能卡CA系统，还包括中间件、VOD等增值业务软件。
在确定了以CA或中间件为中心的封闭技术体系后，在网上开放的代码到了广电技术提供者手里就变成封闭的了，只有签订过严格保密协议的工程师才能看到。
基于此，吴纯勇表示，因为没有开放的平台可供第三方软件公司开发使用，几乎所有的基础应用都被分别锁定到了原始的CA、中间件和机顶盒提供商，极大地限制了技术创新。
这就是广电在招标前是甲方，招标后就变成了乙方的根本原因。
打破封闭，建立开放统一的数字电视技术体系已成为一些有线电视网络运营商的共识，如果作为行业相关主管政府部门对这种趋势加以引导，将会使数字电视技术具有中国的特色，进而摆脱源自欧洲的封闭技术体系的束缚，中国广电产业界将因此对世界数字电视技术格局产生影响。
站在广电未来发展的角度，封闭混乱的技术体系是第一个要面临的解决的问题，这恰恰是广电向三网融合发展的最大技术障碍。
1.4三网合一的意义
它不仅是将现有网络资源有效整合、互联互通，而且会形成新的服务和运营机制，并有利于信息产业结构的优化，以及政策法规的相应变革。
融合以后，不仅信息传播、内容和通信服务的方式会发生很大变化，企业应用、个人信息消费的具体形态也将会有质的变化。
三网融合将会从根本上改变我国文化信息资源保存、管理、传播、使用的传统方式和手段，为知识创新和两个文明建设营造一个汲取文化信息的良好环境。
1.5三网合一带来的好处
（1）．信息服务将由单一业务转向文字、话音、数据、图像、视频等多媒体综合业务通过手机视频看到客户货物的大致情况，并立即决定派什么样的车去提货，发完货以后，客户也能随时自主追。
（2）．有利于极大地减少基础建设投入，并简化网络管理，降低维护成本。
（3）．将使网络从各自独立的专业网络向综合性网络转变，网络性能得以提升，资源利用水平进一步提高。
（4）．三网融合是业务的整合，它不仅继承了原有的话音、数据和视频业务，而且通过网络的整合，衍生出了更加丰富的增值业务类型，如图文电视、VOIP、视频邮件和网络游戏等，极大地拓展了业务提供的范围。
（5）、三网融合打破了电信运营商和广电运营商在视频传输领域长期的恶性竞争状态，各大运营商将在一口锅里抢饭吃，看电视、上网、打电话资费可能打包下调。
三网融合应用广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。
以后的手机可以看电视、上网，电视可以打电话、上网，电脑也可以打电话、看电视。
三者之间相互交叉,形成你中有我、我中有你的格局。
”北京邮电大学教授曾剑秋说。
汉能投资董事总经理赵小兵很生动地描述在三网融合的背景下，用户的消费生活：
未来，我们可以用电视遥控器打电话，在手机上看电视剧，随需选择网络和终端，只要拉一条线、接入一张网，甚至可能完全通过无线接入的方式就能搞通信、电视、上网等各种应用需求了。
而对于物流行业来说，亿博物流咨询介绍到，以后客户发货可以随时随地用手机迅速查到合适的物流公司，并立即下单，物流公司可以通过手机视频看到客户的货的大致情况，并立即决定派什么样的车去提货，发完货以后，客户也能随时自主追踪货物状态，直到货物安全到达最终用户手里。
随着三网时代的到来，我们的生活将会更美好。
第二章三网合一及接入网转型的需要
2.1中国接入网面临的问题
当前中国接入网面临的问题，包括如下几点：
1．业务主体发生历史性变化，固定电话逐渐被移动和ＩＰ分流，且分流日益呈现加速的势头。
移动和宽带业务成为发展的重心。
2．语音业务收入持续下降，业务发展逐渐走向ＩＰ化、无线化，语音业务成为互连网上的一种应用。
3．电信业由垄断逐渐走向竞争，接入网特别是驻地网络日趋开放。
前几年出现的成都泰龙事件就是这种日益开放的驻地网的竞争。
4．激烈竞争导致资费剧降，业务和收入增长困难。
5．技术进步和用户量的增长使接入网建设成本逐渐下降，新业务和新应用的实
6．新技术和新业务发展成为可预期的新的增长点。
例如ＩＰＴＶ（互联网电视）等，已逐渐被国人认识、业务需求也日益发展起来。
作为中国最大的固网运营商，中国的接入网面临的问题，同样是中国电信面临的问题。
必须克服此类问题，才能在业务收入上和技术上取得更大的进步。
传统的语音服务已经式微，必须转型才能得到发展。
而宽带接入方面的转型，已经成为日益受到重视的转型方向之一。
2.2业务转型要求接入网的转型
中国电信业务转型的方向为从传统的语音服务为主转向话音、数据、视频的融合业务转变、从固话业务向移动业务扩展、从传统公网业务市场向企事业市场渗透、从电信业务向包括有线电视业务在内的广义全业务发展。
电信业务的转型要求，必然也要求接入网的转型适应业务的转型。
接入网转型的内涵是适应业务转型的需求，通过网络和技术转型为业务转型提供基础和先导，其要求包括：
1．基于ＩＰ的话音、数据、视频融合业务开展需要更多网络功能的支持。
2．宽带实时业务提供需要更高的接入带宽。
3．固定移动业务融合的无缝接入需要需要多样化的接入手段来提供统一的业务体验。
4．用户细分和业务多元化的市场策略需要多样化的组网模式。
5．提高网络管理效率，降低接入网运营维护成本需要有效的接入网运营支撑系统。
6．家庭和企业信息化提出了家庭和企业联网的需求，同时可以延伸运营商的网络范围，促进宽带综合应用的发展，加强运营商对应用终端的控制，提高用户忠诚度。
2.3宽带接入业务的新特点
1、宽带业务作为近几年呈现爆炸性发展的业务之一，其发展过程中，呈现出许多特点，主要包括以下几点：
1）通信边缘化、ＩＴ通信化：
普通话音通信已经不能满足人们生活的需要，人们希望通过通信获得更多的信息量，更快捷、更个人化的信息服务。
2）宽带不再是固网的专利，也不再是运营商的专利：
随着竞争的日益发展，市场日益开放、竞争日渐激烈。
宽带接入提供上越来越多的在市场上出现。
3）宽带市场的竞争是用户的竞争、业务的竞争：
如何以更低廉、高速的宽带接入服务、如何提高用户的忠诚度，是宽带市场必须面对的。
2、业务应用成为宽带规模化后的热点问题：
1）综合业务模式，能提供语音、数据、视频等服务的综合业务模式。
2）融合的固定、移动电信业务：
用户个性化、移动化、宽带化需求越来越强烈。
3）个性化可定制的解决方案：
个性化日益成为服务的主要提供目标，如何解决用户的个性化要求成为服务等级化和差异化的要求。
4）客户群进一步细分：
客户差异化服务成为必须重视的服务模式。
3、企业／家庭逐步走向信息化
1）宽带数字生活体验步入家庭：
家庭对信息的要求越来越高，不仅仅是工作上的需要。
生活上的信息化要求也逐渐增长。
2）宽带终端突破ＰＣ的限制，更加多样化：
机顶盒的出现，让电视机成为终端；还有其他许多的终端设备。
3）业务分布式管理、终端与业务互动。
5）内容和速度成为宽带接入发展的两大主题
2.4宽带接入网发展趋势
1、宽带化：
从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求，每用户至少需要10Mbit/s带宽。
但是，带宽的需求永远没有满足的时候。
2、业务综合化：
基于各种传统网络技术的业务接入逐步走向融合，要求在一个接入网内实现专线等；这不仅要求接入网络能够实现各种接入技术，更需要一个有机的平台能够很好地承载各类业务，并保证业务质量。
3、无线化及移动化：
无线及移动提供了接入方便性。
根据场合的不同，对无线／移动的技术要求也不同，相应技术对业务的支持能力也不同。
WIMAX成为最新的热门话题。
4、光纤化：
随着光纤在长途网、城域网乃至接入网主干段的大量应用，合理的发展是：
将光纤继续线接入网的配线段和引入线部分延伸，最终实现光纤到用户，FTTH实现有一个渐进的过程，如从FTTC—FTTB—FTTH。
由此引出的，接入网的发展方向，已经逐步向FTTH发展并且日益实现这个目标。
第三章三网合一目前的主要状况及问题
3.1各网目前的状况
3.1.1电信网
目前，全球的电信网已拥有８亿用户，我国的电信网用户已超过２亿，成为世界第二电信网。
电信网覆盖面广、管理严密，具有长期积累的大型网络设计运营经验，与用户有长期的服务关系。
电信网尽管已能传送多种业务，但仍主要以传送电话业务为主，其网络特点是能在任意两个用户之间实现一对一的、双向的、实时的连接；通常使用电路交换系统和面向连接的通信协议，通信期间每个用户都占用一个单独的通信线路或信道；用户之间可以实时地交换话音、传真或数据等各种信息；服务质量有保证；64Kbit/s的恒定带宽；呼叫成本基于距离和时间。
但电信网也存在问题，其主要表现为：
（1）整个网络受到双绞线传输容量这一瓶颈的抑制，成为制约由单一的电信服务向综合宽带多媒体服务转变的“瓶颈”，即“最后一公里＂问题；
（2）由于通信系统的资源是有限的，每个用户都占用了一个单独的通信线路或信道，因此用户需要根据其所占用资源的种类、数目和时间而支付较高的费用。
3.1.2有线电视网
有线电视网目前在全世界有9.4亿以上的用户。
在美国，有线电视用户达6500万；我国有线电视起步较晚，但发展很快，目前我国有线电视用户约8000万，拥有世界第一大有线电视网。
有线电视网的优势是普及率高、接入带宽最宽、掌握着重要的信息源、成本低、可双向性、抗干扰能力强、支持多种业务。
其网络特点是一个信息源以单向、实时及一点对多点的方式连接到众多的用户，用户只能在当时被动地选择是否接收此种信息（主要是语音和图像的广播）。
如果将有线电视网从目前的广播式网络改造为双向的交互式网络，让电视与电信业务集成一体，将使有线电视网成为一种新的计算机接入网。
由此可见，有线电视网正向社会综合信息网发展，从只传输单向的电视广播业务发展到有条件开展双向语音、数据和视频等业务，成为将来信息化社会的基础设施之一。
但有线电视网的主要问题是：
由于我国有线电视网是由多个处于孤岛状态的城域规模的电视信号分配网络组成的，网络分散，各自为政，制式太多，网间互联的难度较大：
缺乏通信与数据业务方面的知识和运营管理经验；由于ＣＡＴＶ主要是面向家庭用户，在企事业网方面尤显不足。
3.1.3计算机互联网
目前，越来越多的人已经感受到互联网对社会发展的巨大推动力量，及其对传统观念的冲击。
正是互联网的飞速发展，才迫使人们开始思考建立真正的信息高速公路和高速宽带信息网络，以满足用户对通信信道带宽能力日益增长的需求。
互联网的主要特点是采用分组交换形式和面向无连接的通信协议，适于传送数据业务，带宽不定。
在互联网中，用户之间的连接可以是一对一的，也可以是一点对多点的；用户之间的通信在某种情况下可以认为是实时的，而在大多数情况下却是非实时的，采用的是存储转发的方式；通信方式可以是双向交互式的，也可以是单向的。
互联网络的结构非常简单，以前其传输网主要依靠电信网或有线电视网，现在有些地方已开始独立兴建以ＩＰ为主要业务对象的新型骨干传送网。
互联网的最大优势在于ＴＣＰ／ＩＰ协议是目前惟一可被三大网共同接受的通信协议，互联网没有电信公司的巨大铜缆网包袱，技术更新快、成本低，并试图逐渐吸收和融合公众电话和图像业务。
而互联网最大的问题是缺乏大型网络与电话业务方面的技术和运营经险；由于其具有开放性的特点，缺乏对全网有效的控制能力，很难实现统一网管；还无法保证提供高质量的实时业务。
3.2三网合一的可能性和必要性
三网合一已成为国际化的大趋势，形成这种趋势是有多种原因的。
首先，三网合一的技术条件已经“水到渠成”
（1）数字技术将不同物理信号统一为二进制比特流，在信息的传输、交换、选路和处理过程中已经实现了融合。
数字技术的迅速发展和全面采用，使得语音、数据和图像信号都可以通过信号在网络间进行传输和交流，而无任何区别，为在信息传输、交换和处理过程中实现融合奠定了基础。
（2）利用波分复用技术在单一光纤上传输320Gbit/ｓ的系统已经商用。
具有巨大可持续发展容量的光纤传输网是三网各类业务的理想传输平台。
大容量光纤通信技术为各种综合业务信息传送提供了宽敞、廉价、高质量的信息通道。
光通信的发展使得传输成本大幅度下降，也使得通信成本与距离无关。
因而从传输平台上具备了三网合一的技术条件。
（3）TCP/IP协议的普遍使用，使得各种以ＩＰ为基础的业务都能实现互通。
TCP/IP协议不仅成为占主导地位的通信协议，而且还为三大网络找到了统一的通信协议，从而在技术上为三网合一奠定了最坚实的联网基础。
（4）软件技术正以计算机为中心向以多媒体信息服务为对象的方向发展，软件开发与芯片设计相互融合和渗透，将人机充分自然地结合起来，为”三网合一”提供支持。
由上所述，从三网的角度来讲，三网在技术上逐渐趋向一致：
网络层可实现互联互通；业务层互相渗透和交叉；应用层使用统一的TCP/IP协议；电话、计算机和电视等终端最终将融合为统一的信息终端。
三网合一在技术上已是顺理成章，水到渠成。
其次，市场需求是三网合一的源动力：
（1）用户需求的必然要求。
随着经济和技术的发展，用户需要能有更多、更快、更直接的信息交流，同时包括语音、图像和数据在内的多媒体技术。
然而目前电信网、有线电视网和计算机互联网在网络资源、信息资源和接入技术方面虽各有特点、优势，但建设之初均是面向特定业务的（电信网面向话音，电视网面向视频，计算机互联网面向数据），任何一方基于现有的技术都不能满足用户宽带接入、综合接入的需求，用户只能从不同的服务提供商处获得所需的各类业务，造成用户使用不便和资费负担重。
另一方面，由于各网间不能互通，也造成重复投资和通信资源的浪费。
因此，三网合一是现实的需求，也是用户的需
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