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    RFID技术标准与通讯协定.ppt

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    RFID技术标准与通讯协定.ppt

    初稿第五章RFID技術標準與通訊協定1初稿教學目標n介紹目前主要的幾個制定RFID標準的組織,解其組織所制定的標準內容,包含:主要的標準規格其規範的項目以及所應用的領域這些標準規格下,取器與標籤之間的通訊方式、錯誤偵測與防碰撞的方法2初稿大綱nRFID的標準規範nEPCglobal標準介紹標籤的分類標籤與取器間之通訊協定nISO標準介紹動物別標準非接觸式智慧卡標準品項管標準其他應用所使用的標準ISO與EPCglobal標準的比較n其他推動標準的組織uID中國AIMglobalANSIAIAGIPICOn小結3初稿RFID的標準規範4初稿RFID的標準規範n目前國際上提出RFID標準的主要組織EPCglobal標準化國際組織(InternationalOrganizationforStandardization;ISO)UbiquitousID(uID)n目前國際上提出RFID標準的其他組織中國自動別和行動技術協會(AssociationforAutomaticIdentificationandMobility;AIM)美國國家標準學會(AmericanNationalStandardsInstitute;ANSI)美國汽車工業行動集團(AutomotiveIndustryActionGroup;AIAG)IPICO5初稿EPCglobal6初稿標準介紹n產品電子碼(ElectronicProductCode;EPC)n1999年麻省工學院(MassachusettsInstituteofTechnology)成Auto-ID中心發展產品電子碼與相關的技術來用於全球供應鏈中進行產品的別與追蹤n2003年統一編碼協會(UniformCodeCouncil;UCC)與歐洲商品條碼(EuropeanArticleNumber;EAN)所成的非營組織接替Auto-ID中心的工作,負責產品電子碼的研發與管,目標是將產品電子碼發展成全球通用標準產品電子碼的註冊管與維護產品電子碼的編碼及網路nEPCglobal系統是一種基於EAN/UCC編碼的系統n採用的公司:零售巨頭渥爾瑪(Wal-Mart)、強生(Johnson&Johnson)、寶僑(P&G)、特易購(Tesco)7初稿EPCglobal所制定的標準8初稿已發布的EPCglobal標準EPCglobal標準版本功用概述EPCTagDataStandard1.3.11.31.1,Rev.1.27不同編碼系統下,如何編碼成產品電子碼標籤資EPCTagDataTranslation(TDT)1.0一個取器如何就取的標籤資轉換成與網際網路相容的資格式Class1Generation2UHFAirInterfaceProtocol(Gen2)1.1.01.0.9以超高頻為空中溝通介面,RFID標籤如何與取器進行通訊來交換資ReaderProtocol(RP)1.1取器如何與中介軟體運作(以資收集)之通訊協定LowLevelReaderProtocol(LLRP)1.0.11.0第二代的EPCglobal取器協定,提供取器與中介軟體之間更完整通訊協定9初稿已發布的EPCglobal標準(續)EPCglobal標準版本功用概述ReaderManagement(RM)1.0.1如何管多家或多個產品電子碼取器的標準ApplicationLevelEvents(ALE)1.0基於特定條件下,如何從多個取器別對應的事件資訊EPCIS-EPCInformationServices1.0.11.0對於一個產品電子碼如何儲存與擷取相關資ObjectNamingService(ONS)1.0根據一個產品電子碼,到哪裡可以取得更多資訊Pedigree1.0藥品供應鏈中,如何維護與交換藥品履歷資CertificateProfile1.0確保EPCglobal會員在EPCglobalNetwork上都能安全互通資的認證標準10初稿標籤的分類Class0身分別用標籤(IdentityTag)n被動式(Passive)n唯(RO,Readonly)n在出廠時寫入產品電子碼(EPC)n發射訊號能來自取器n取範圍:最遠到10公尺n由Symbol(前身是Matrics)製造n與Class1使用不同協定n應用於商品電子防盜系統Class1身分別用標籤(IdentityTag)n被動式n一寫多n由使用者寫入產品電子碼n發射訊號能來自取器n取範圍:最遠達10公尺n主要製造廠商有Alien等n應用於商品別11初稿標籤的分類(續)Class2多功能標籤(HigherFunctionalityTag)n被動式n具有65KB可重複寫記憶體n具備感測器的能力n取範圍:最遠到10公尺Class3半被動式標籤(Semi-PassiveTag)n具備電池供應感測器進行運作,如記錄溫、濕等外在環境的變化n擁有筆Class2多的可用記憶體n感測器n取範圍:最遠達30公尺12初稿標籤的分類(續)Class4主動式標籤(ActiveTag)n可寫n相較於Class3功能較多電池電力較多可用記憶體較多n取範圍:大於100公尺Class5主動式RFID標籤(ActiveRFIDTag)n可寫n內建電源n可與其他Class5標籤或設備傳送訊號n應用於遠距無線網路系統上13初稿標籤的分類(續)nUHF Class 1 Gen1 在Auto-ID中心時期所制定包括Class0和Class1nUHF Class 1 Gen2由加入EPCglobal組織的主要公司於2004年12月16日合作開發完成Gen2標準是制定推動新的RFID硬體產品開發的標準接口和協議的一項基礎要素,能夠在供應鏈內提供準確的、有成本效益的訊息可見,使企業間可以共享貨物在供應鏈中傳輸的相關訊息標籤的訊息儲存增大、準確性提高、符合全球許多條例的要求於2006年6月被ISO組織批准併入ISO/IEC18000-6c標準裡,使得全球UHFRFID技術發展得到規範渥爾瑪於2006年9月正式開始用Gen2標籤替代Gen1標籤,所有新進入渥爾瑪配送網路的貨物都必須貼上Gen2標籤,當前許多新的供應商都決定支持Gen2,這樣製造商就可以在統一標準的基礎上充分發揮各種標籤、晶片、印表機或者編碼器通用性的優點14初稿標籤與取器間之通訊協定nUHFClass1Gen2協定之概述PhysicalLayernDouble-sidebandAmplitudeShiftKeying(DSB-ASK)nSingle-sidebandAmplitudeShiftKeying(SSB-ASK)nPhase-reversalAmplitudeShiftKeying(PR-ASK)Tag-identificationLayer三個基本的操作nSelectnInventorynAccess15初稿標籤與取器間之通訊協定(續)nSelect指令nInventory指令QueryQueryAdjustQueryRepACKNAKnAccess指令Req_RNReadWriteKillLockAccess(選擇性操作)BlockWrite(選擇性操作)BlockErase(選擇性操作)16初稿標籤與取器間之通訊協定(續)n目前最常見的搜尋標籤之機制二元搜尋法(BinarySearch)n將資範圍切半,運用到除法運算來減少搜尋範圍反碰撞搜尋法(Anti-Collision):EPC所採行n在每個標籤中建一個獨的亂數產生器,當進行多個標籤取時,每個標籤的亂數產生器會各產生一組亂數,而此亂數會載入計數器並用命令同時進行往下數的動作,直到哪個標籤先數到零,則取器就會跟此標籤進行取上的溝通17初稿標籤與取器間之通訊協定(續)nUHFClass1Gen1防碰撞nBinaryTreeWalkingProtocol錯誤偵測nCRC-16nUHFClass1Gen2防碰撞nQueryTreeProtocol(QProtocol):Aloha-basedn取器對標籤發出查詢時,會送出此標籤ID最前面的位元,如果這個標籤的ID符合他所送出的資訊,此標籤才會做出回應,如果發生碰撞,取器會將送出的資增加1個bit的長直到沒有碰撞發生為止錯誤偵測nCRC-1618初稿標籤與取器通訊時所使用的參數19初稿UHFClass1Gen1vs.UHFClass1Gen2特性Class1Gen2Class1Gen1頻860-960MHz860-930MHz固定記憶體鎖定可無讀取速度(每秒)880個標籤(美國)450個標籤(歐洲)230個標籤(美國)115個標籤(歐洲)寫入速度(96-bitEPC)(每秒)5個標籤3個標籤讀取對應標籤的方式“Q”Protocol“Symmetric”狀態BinaryTreeWalkingProtocolSleep/Wake狀態ID長度512位元96位元標籤資料檢驗讀寫皆有16-bitCRC來檢驗訊息正確性讀取有16-bitCRC來檢驗訊息正確性安全性Read、Write、Lock與Kill皆有32-bit的密碼保護Write、Kill有8-bit的密碼保護20初稿ISO21初稿標準介紹n動物別標準:ISO11784、ISO11785和ISO14223n非接觸式智慧卡標準:ISO10536、ISO14443和ISO15693n品項管(ItemManagement)標準:ISO18000、ISO24710n其他相關的標準22初稿動物別標準nISO11784:定義編碼結構(CodeStructure)nISO11785:定義技術概念(TechnicalConcept)詢答器(Transponder)可設計成適合於所涉及動物的各種形式,如玻璃管狀、耳標或項圈等一種長在2毫米至數十毫米之間(視其取距離而定)的可注射之玻璃管造型的標籤被用來注射在像牛羊等動物的脂肪組織內,以該動物的追蹤與管,此晶片內儲存64位元的唯別碼,飛浦所生產的HITAG2和HITAGS詢答器晶片符合此標準23初稿動物別標準(續)nISO11784定義64位元的別碼位元資訊說明11:動物應用0:無動物應用設定此標籤是作為動物別還是其他別用途215保留保留給未來的應用來使用161:允許額外的資塊被傳送0:無設定當傳送完動物別碼後是否有額外的資快要被傳送1726依照ISO3166編制的國碼設定哪一個國家在使用,當此碼是999時表示為測試用2764國家別碼該國設定的一個唯一的註冊編號,由各國自行管,ex.動物種類、飼養地區等之資訊,這部分無標準格式24初稿動物別標準(續)nISO11785定義取器與標籤間的資傳輸方式全雙工(FullDuplex,FDX)半雙工(HalfDuplex,HDX)序列式(Sequential,SEQ)25初稿動物別標準(續)nISO14223:規範進階的標籤(AdvancedTransponders)規範使用於動物身上之RFID標籤的標準為ISO11784/11785的延伸能直接取動物的資而不需透過資庫,例如可以讓接種資直接儲存在標籤上包含三個部分n第一部份:空中介面。定義連接到寫裝置硬體的主要介面參數,如程式類型與調變類型n第二部分:編碼與命令的結構n第三部分:應用26初稿非接觸式智慧卡標準n非接觸式智慧卡(ContactlessSmartCard)ISO10536:近耦合卡(CloseCouplingCard)ISO14443:近傍型卡(ProximityCard)ISO15693:近距型卡(VicinityCard)n涵蓋項目智慧卡的實際特性智慧卡的測試方法射頻介面和調變結構(OSI的實體層)初始化和防碰撞(OSI傳輸和資鏈結層)傳輸協定、命令與資結構27初稿非接觸式智慧卡標準(續)nISO10536此標準主要發展於1992到1995年間這種卡的成本高,與接觸式IC卡相比優點很少,同時也因為ISO14443與ISO15693擁有更進階的技術,業者較少以此標準來開發產品,目前此一標準也沒有再發佈新的技術標準允許標籤與取器之間在兩公分內使用電容耦合或感應耦合進行資的存取存在共鳴或無線電干擾的問題28初稿非接觸式智慧卡標準(續)nISO14443由以下四部分所組成實際的特性(2000/4/15發佈)射頻功和訊號介面(20001/7/1發佈)初始化和防碰撞(Anti-collision)協定(2001/2/1發佈)取器和智慧卡之間的傳輸協定(2001/2/1發佈)29初稿非接觸式智慧卡標準(續)nISO14443定義下列的標準智慧卡的尺寸大小:寬5.4公分,長8.56公分,厚0.076公分智慧卡表面具有可印刷的特質可抗應力、防紫外線與X光易受周遭磁場的影響30初稿非接觸式智慧卡標準(續)nISO14443射頻功和訊號介面非接觸式近傍型智慧卡(ContactlessProximitySmartCards)此標準描述感應偶合功傳輸的特性以及取器和智慧卡之間的通訊方式取器使用一個13.56MHz7KHz的操作頻所產生的RF電磁場來傳輸功給10公分以內的智慧卡當操作電源用定義TypeA與TypeB兩種通訊訊號介面(位元編碼方式)此標準設定一個半雙工區塊傳輸協定以定義資如何交換,此協定可提供相容產品間的互通性31初稿非接觸式智慧卡標準(續)nISO14443射頻功和訊號介面之特定術語ASK:幅移鍵控(Amplitude-ShiftKeying)BPSK:二階相移鍵控(BinaryPhase-ShiftKeying)NRZ:不歸零編碼(Non-ReturntoZero),一種訊號之編碼方式32初稿非接觸式智慧卡標準(續)nISO14443TypeA(ISO14443A)此標準規範最遠取距離在715mm範圍內的標準,屬超短距離非接觸式RFID卡類分成以下兩派nPhillips及Infineon研製的Mifare提供快速的寫功能(使用13.56MHz工作頻)總容達1Kbytes具有卡片唯一別碼(UniqueIdentifier;UID)、安全管制、電子錢包功能nInsideContactless公司提供的PicoPassversionA33初稿非接觸式智慧卡標準(續)nISO14443TypeB(ISO14443B)用途與ISO14443A相似,但ISO14443B比ISO14443A有更多好處,包括調變的深(ModulationDepth)只有10%、與一般微型處器的基準一樣,溝通速高達847KHz、溝通碼無專問題34初稿TypeA與TypeB的比較TypeATypeB訊號調變方式ASK100%ASK10%(Dutycycle8%12%)位元編碼方式曼徹斯特碼(ManchesterCode)不歸零編碼(NRZ)同步化1位元資框(Frame)同步化每個位元組各有一個起始位元和終止位元傳輸速106KBaud106KBaud表:取器傳送給智慧卡時35初稿TypeA與TypeB的比較(續)TypeATypeB訊號調變方式調變用之次載波是847KHz、ASK調變調變用之次載波是847KHz、BPSK調變位元編碼方式曼徹斯特碼不歸零編碼同步化1位元資框(Frame)同步化每位元組各有一個起始位元和終止位元傳輸速106KBaud106KBaud表:智慧卡傳送給取器時36初稿TypeA與TypeB的比較(續)n防碰撞TypeATypeB防碰撞方法對智慧卡的唯一別碼進行二元搜尋法(BinarySearch)使用SlottedAloha37初稿非接觸式智慧卡標準(續)nISO15693非接觸式近距型智慧卡(ContactlessVicinitySmartCards)智慧卡的尺寸大小為寬5.4公分、長8.56公分、厚0.076公分取器使用一個13.56MHz7KHz的操作頻所產生的RF電磁場來傳輸功給智慧卡當操作電源用此標準規範最遠至1.5m取距離之非觸式RFID卡類在防止碰撞的方法上使用唯一別碼和應用系列產品別碼(ApplicationFamilyIdentifier;AFI)如:門禁卡38初稿ISO15693取器智慧卡智慧卡取器訊號調變方式ASK10%、ASK100%使用一或二個次載波來調變,即ASK(432.75KHz)或FSK(432.75/484.28KHz)位元編碼方式PPM1/256(長距離模式)、PPM1/4(短距離模式)曼徹斯特碼傳輸速長距離模式:1.65Kbps快速模式:26.48Kbps長距離模式:6.62Kbps快速模式:26.48Kbps39初稿ISO14443與ISO15693比較n相同點使用13.56MHz的操作頻對智慧卡寫的能力,允許使用者資訊被儲存在智慧卡的微晶片內且可隨時更新具有讓業者可處的安全功能,雖然目前並沒有一個標準的安全設定方式,但可使用常用的資加密標準支援智慧卡與取器之間的鑑定功能可以讓代商發展取器額外的安全能力,像是生物特徵(Biometric)取機為易於安裝系統,取器會提供不同的連結介面,包括一個與125KHz系統相容的Wiegand連結器或具有/寫能力的RS-232介面40初稿ISO14443與ISO15693比較(續)n相同點(續)支援多個取器混合使用,以允許單一個取器具有多重的技術操作,讓已安裝票卡系統的使用者可以存取智慧卡序號或使用舊卡中已被定義資格式的現有資訊,可以達到新、舊系統共存相容的目的,可以在不放棄就有存取系統的情況下轉移來使用非接觸式智慧卡技術n差異兩者主要差異在於取距離、資傳輸速以及技術應用之擴展性和成熟41初稿表:ISO14443與ISO15693比較功能ISO14443ISO15693取距離10公分以內11.5公尺記憶容6464KB2562KB寫能力可寫可寫資傳輸高達106KBaud(ISO)、可提高到848KBaud高達106KBaud晶片類型微控制器(MCU)或記憶體佈線邏輯(一種無MCU的電子電路)微控制器或記憶體佈線邏輯加密和鑑定功能MIFARE、DES、3DES、AES、RSA5、ECCDES、3DES或廠商自定的方法防碰撞功能有有支援接觸式介面有(ISO7810)有(ISO7810)42初稿品項管標準nISO18000:屬於品項管之標準,主要運用於供應鏈的管物系統無線通信技術的首項國際標準RFID標籤與取器間的溝通標準範圍廣,包含六部分,涵蓋不同的頻寬n如:Part3涵蓋13.56MHZ,Part6涵蓋UHF涵蓋所有類別的標籤,應用範圍廣n如:唯、可寫、一寫多43初稿品項管標準(續)18000-1n全球可接受頻的AirInterfaceCommunication(AIC)參數18000-2n135KHz以下之AIC參數n短距離的取範圍18000-3n13.56MHz之AIC參數n適合中型範圍,如貨架和倉箱18000-4n2.45GHz之AIC參數n長距離的取範圍18000-5n原本規定5.8GHZ之AIC參數,但在2003年1月成為否決之計畫書,不會成為國際標準。18000-6n860960MHz之AIC參數18000-7n433MHz之AIC參數44初稿品項管標準(續)n其中最重要的是18000-6之規定,因其規範之頻860-960MHz為物管(LogisticManagement)之最佳選擇,已成為國際供應鏈RFID應用技術的重要標準nISO18000-6基本上是經由整合一些現有之RFID廠商產品規格、EAN-UCC所提出的GlobalTAG架構及有意參與人士之意見而訂出之規範;它是以可在世界上任何地方被使用為出發點,而且經整合後,現在全球主要五個大廠所生產的產品皆有相容性nISO18000-6之標籤規格亦符合EPC的編碼架構,但ISO18000-6標籤較EPC系統有更多的應用範圍45初稿品項管標準(續)nISO24710符合18000系列的空中溝通介面規範功能較為基本,因此建議標籤容為64到256位元46初稿標準總覽ISO標準使用頻率波長應用ISO18000-2135KHz以下LF門禁卡、動物追蹤ISO11784/5135KHz以下LF畜牧或寵物的管理ISO14443A/B13.56MHzHF大眾運輸票價卡(ex.悠遊卡)ISO1569313.56MHzHF門禁卡ISO18000-313.56MHzHF物流、行李運輸識別ISO18000-7433MHzUHF貨櫃ISO18000-6860-960MHz922-928MHz(台灣)UHF全球供應鏈管理ISO18000-42.45GHzUHF及時定位系統、高速公路收費系統47初稿其它應用所使用的標準n為一些獨特的品項,所規範的各式物容器或包裝別ISO17358應用需求,包含階層式資對映(HierarchicalDataMapping)ISO17363貨物容器(棧板等)專用ISO17364可回收再用運輸品項專用ISO17365運輸系統專用ISO17366產品包裝專用ISO17367美國國防部(DoD)專用產品標籤ISO10374-2RFID專用貨物容器別專用nISO15961:規範應用系統介面之相關資訊nISO15962:規範資編碼原則48初稿EPC與ISO的比較頻標準小於135KHz 13.56MHz900MHz2.45GHzEPCglobalISO11784/5ISO14443ISO15693ISO1800049初稿其他推動標準的組織50初稿其他推動標準的組織nuIDn中國nAIMGlobalnANSInAIAGnIPICO51初稿uIDn由日本UbiquitousIDCenter(uID中心)所提出的編碼體系稱為UniqueUbiquitousIdentificationCode(ucode)n主導日本RFID標準研究與應用的組織是T-引擎壇(T-EngineForum),成員絕大多是日本的廠商,如NEC、日、東芝等,其下屬的uID中心於2002年成,以東京大學阪村健教授領的TRON專案為中心與日本的廠商如日製造所、NEC、大日本印刷等共同成nUcode的最大優勢是能包容現有編碼體系的原編碼設計,可以相容多種編碼,包括JapaneseArticleNumbercode;(JANcode)、通用產品代碼(UniversalProductCod;UPC)、國際標準書號(InternationalStandardBookNumber;ISBN)、IPv6地址、甚至是電話號碼n標準資長為128bits,視需求可擴展至256、384或512bits等長n主要採用的頻段:2.45GHz與13.56MHz52初稿uID(續)1.00-11這12bits是存放別碼2.12-63這52bits是存放JANcode3.64-127這64bits是存放唯一的別碼nJANcode用來別產品的類別n唯一別碼(UniqueID)針對相同的產品用來作為別的編號CodeIdentifierJANCodeSegmentUniqueID12bits52bits64bits53初稿uID(續)n將標籤分為9級Class0:光學ID標籤n如條碼,讓原本的條碼改用UID的新編碼法Class1:低階RFID標籤(LowLevelRFIDTag)n唯用的被動式標籤,在出廠時植入編碼,不可變更Class2:高階RFID標籤(HighLevelRFIDTag)n可供寫的被動式標籤,Class3:低階智慧標籤(LowLevelSmartTag)n被動式的標籤,具備專有的金鑰可供加密Class4:高階智慧標籤(HighLevelSmartTag)n被動式的標籤,具有通用的金鑰供加密54初稿uID(續)Class5:低階主動式標籤n內建電池與發電裝置,可自行傳送資訊Class6:高階主動式標籤n內建電池與發電裝置,可自行傳送資訊,可提供加密傳輸Class7:安全盒(SecurityBox)/低階資訊防護儲存箱n可儲存大容資的的伺服器,具備有線通訊的功能以及防竄改的功能,並支援eTRON規格的安全處Class8:安全伺服器(SecurityServer)/高階資訊防護儲存箱n除Class7的功能外,還具有安全驗證的能力55初稿中國n致力於開發自己的編碼系統:國家產品代碼(NationalProductCode;NPC)n基於國家產品代碼提出D-NPCRFID標準n中國已將RFID技術應用於鐵路車號別、身分證和票證管、動物標、特種設備與危險品管、公共交通以及生產過程管等多個領域n中國標準化管部門(StandardizationAdministrationofChina;SAC)正著手建RFID標準參照ISO/IEC18000系列標準制定國家標準於2007/4/20制定800/900MHz頻段RFID技術應用試行之相關規定n840MHz845MHz和920MHz925MHz為800/900MHz頻段RFID技術的具體使用頻56初稿AIMGlobalnAIDC(AutomaticIdentificationandDataCapture)組織原本是制定通行全球的條碼標準nAIDC另外成自動別和行動技術協會組織來進行RFID標準的推行57初稿ANSIn美國國家標準學會(AmericanNationalStandardsInstitute)nANSINCITS256-2001規定設備間的兼容性,定義RFID標籤和寫器件軟體的通用應用程式界面(API)nANSINCITS371即時定位系統第一部分:2.4GHz空中介面協定第二部分:433MHz空中介面協定第三部分:應用程式介面nANSMH10.8.4用於可回收的集裝箱(PlasticContainer)別,建在ISO基礎上,也就是ISO1736458初稿AIAGn美國汽車工業行動集團(AutomotiveIndustryActionGroup)1982年由克萊斯勒、福特和通用汽車三大汽車公司共同成的著名組織,其任務為提出工業標準並為汽車工業提供指導方針為非營組織,該組織的創宗旨在於降低汽車供應鏈的成本與複雜性,改善上市速、產品品質、勞工健康安全和環境保護等nAIAGB-11以RFID技術為基礎的輪胎及鋼圈別標準其組織為汽車輪胎所提出的RFID標準,它所提供的資訊包括製造、輪胎的尺寸、樣式(包括DepartmentofTransportationData)以及額外的操作資訊59初稿IPICOnIPICO公司提出RFID空中接口協定:IP-XnIP-X標籤可以使用多種頻段868-928MHz,2.4GHz和125KHzn進入IP-X取器射頻區域後,IP-X標籤會將其攜帶的ID碼以連續但隨機間隔的方式傳輸出去,這樣可以保證取器可以同時取多個標籤的資60初稿小結61初稿小結n目前RFID標準的主仍以EPCglobal、ISO與日本的uID為主n目前中國也正大力推動RFID在國內的應用,也希望能制定自己的標準n未來RFID標準會朝向開放以及互通62初稿參考資nAlienTechnology,“EPCglobalClass1Gen2RFIDSpecification,”http:/

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