L'Allemagne pionnière | Réseaux 5G sur les campus plutôt que le Wi-Fi : pourquoi l'industrie allemande construit désormais sa propre infrastructure de communications mobiles

Piège des coûts ou avantage concurrentiel ? Le système nerveux de l’industrie 4.0 : pourquoi les réseaux 5G privés détermineront l’avenir de la production

L'introduction de la norme de communication mobile 5G est souvent perçue par le grand public comme une simple augmentation des débits de téléchargement pour les smartphones. Cependant, au-delà du marché grand public, une transformation bien plus profonde est en cours : la 5G devient la couche système d'exploitation fondamentale de l'industrie moderne. Au cœur de cette évolution se trouvent les réseaux de campus – des réseaux mobiles exclusifs et limités localement qui offrent aux entreprises une indépendance vis-à-vis des opérateurs publics et des performances garanties.

Alors que les technologies conventionnelles comme le Wi-Fi ou les solutions Ethernet filaires atteignent leurs limites physiques dans un monde de plus en plus flexible et automatisé, les réseaux 5G privés promettent une nouvelle ère de connectivité. Ils permettent une latence de l'ordre de la milliseconde, une densité de réseau massive pour l'Internet des objets (IoT) et la fiabilité essentielle aux commandes de machines critiques. L'Allemagne occupe une position unique au niveau mondial à cet égard : grâce à la décision stratégique de l'Agence fédérale des réseaux de réserver des bandes de fréquences dédiées à l'industrie, la République fédérale est devenue un pôle d'innovation majeur en matière de 5G industrielle.

Cet article propose une analyse approfondie du monde des infrastructures 5G privées. Nous y analysons le bond technologique entre la 4G et les architectures autonomes complexes d'aujourd'hui, mettons en lumière des cas d'usage concrets, des robots logistiques autonomes à la réalité augmentée dans la maintenance, et examinons de manière critique les obstacles économiques. La mise en place d'un réseau privé est loin d'être simple : coûts d'investissement élevés, exigences de sécurité complexes et pénurie de main-d'œuvre qualifiée constituent autant de défis stratégiques pour les entreprises. Découvrez pourquoi le réseau 5G de campus représente bien plus qu'une simple mise à niveau technique et comment, en tant que précurseur des technologies futures telles que la 6G et l'intelligence artificielle, il garantit la compétitivité de l'industrie au XXIe siècle.

Convient à:

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Les fondements de la connectivité : une introduction à l'ère de la 5G

L'arrivée de la cinquième génération de communications mobiles représente bien plus qu'une simple amélioration de la vitesse de téléchargement sur les appareils grand public. La 5G incarne un changement de paradigme dans la manière dont les infrastructures industrielles et institutionnelles sont interconnectées. Alors que les technologies précédentes étaient principalement axées sur la communication humaine et le haut débit mobile, la 5G a été conçue dès le départ pour la communication machine-à-machine et les applications industrielles critiques. Dans ce contexte, les réseaux de campus constituent l'une des innovations les plus disruptives. Un réseau de campus 5G est un réseau mobile exclusif et localisé, spécifiquement adapté aux besoins d'une entreprise, d'une administration ou d'un institut de recherche. Contrairement aux réseaux mobiles publics, où des milliers d'utilisateurs partagent la bande passante d'une cellule et se disputent les ressources, un réseau de campus offre des performances garanties, une souveraineté totale des données et un environnement de communication déterministe.

L'importance de ce sujet découle de la numérisation et de l'automatisation croissantes de l'économie mondiale. À l'heure où les sites de production doivent gagner en flexibilité, les chaînes logistiques en transparence et les procédures médicales en précision, les technologies de connectivité classiques, telles que le Wi-Fi ou l'Ethernet câblé, atteignent leurs limites physiques et économiques. Ce livre blanc du TÜV Rheinland offre une base solide pour analyser cette avancée technologique majeure. Il met en lumière non seulement les spécifications techniques qui confèrent à la 5G sa supériorité – latence de l'ordre de la milliseconde et densité de réseau massive – mais aussi le cadre réglementaire spécifique en Allemagne qui a permis le développement de cette infrastructure privée. Cet article vise à faire le lien entre les données techniques et leur importance stratégique pour les décideurs. Nous retracerons l'évolution de la 5G, des premiers essais 4G aux architectures autonomes très complexes, nous analyserons des mécanismes tels que le découpage de réseau et la formation de faisceaux, et nous examinerons de manière critique les obstacles économiques qui freinent encore son adoption à grande échelle. L'objectif est de dresser un tableau complet qui dépasse le simple effet de mode et révèle la réelle valeur ajoutée de cette technologie.

Convient à:

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Du câble au cloud : le développement des réseaux mobiles privés

Pour bien saisir l'importance des réseaux 5G sur les campus aujourd'hui, il est essentiel d'examiner l'histoire des communications sans fil dans un contexte industriel. Pendant longtemps, les câbles ont été le seul support capable de garantir la fiabilité et la latence nécessaires aux processus de contrôle industriels. Les technologies sans fil étaient perçues avec scepticisme, car considérées comme sensibles aux interférences et peu sécurisées. Le premier pas significatif vers une technologie cellulaire standardisée à usage privé, abandonnant les câbles, a eu lieu à l'ère de la 4G/LTE. Avant même la définition officielle de la 5G, des entreprises pionnières et des instituts de recherche ont commencé à construire des réseaux LTE privés. Cependant, ces premières installations étaient souvent complexes et coûteuses, reposant sur des équipements d'opérateurs modifiés et opérant dans des zones grises réglementaires ou utilisant des fréquences de test. Elles ont néanmoins déjà démontré leur potentiel : une meilleure couverture que le Wi-Fi, notamment dans des environnements difficiles comme les halls en béton armé ou les ports à conteneurs, et une mobilité fluide des véhicules sans les coupures de connexion typiques du Wi-Fi lors du changement de point d'accès.

Le véritable tournant a eu lieu en 2015, lorsque l'Union internationale des télécommunications (UIT) a publié sa vision IMT-2020. Ce document définissait, pour la première fois, des objectifs quantifiables allant bien au-delà des capacités de la 4G : une latence inférieure à la milliseconde, des débits de données jusqu'à 20 gigabits par seconde et une densité de connexion d'un million d'appareils par kilomètre carré. Ces exigences ne se concentraient plus uniquement sur les utilisateurs humains, mais anticipaient l'avènement de l'Internet des objets. Parallèlement, le 3GPP (3rd Generation Partnership Project), organisme mondial de normalisation des communications mobiles, travaillait sur les spécifications techniques. La Release 15 a vu l'adoption de la première norme 5G officielle, jetant les bases des réseaux actuels. Cependant, ce n'est qu'avec les versions suivantes, notamment les Releases 16 et 17, que les fonctionnalités essentielles pour l'industrie – telles que la communication ultra-fiable à faible latence (uRLLC) et le positionnement précis – ont été pleinement spécifiées.

En Allemagne, cette évolution technologique s'est accompagnée d'une décision politique visionnaire. Lors des préparatifs de la vente aux enchères des fréquences 5G en 2019, l'Agence fédérale des réseaux a décidé de ne pas attribuer l'intégralité du spectre disponible aux principaux opérateurs de réseaux mobiles. Elle a plutôt réservé stratégiquement 100 mégahertz dans la bande de 3,7 à 3,8 gigahertz, spécifiquement pour les applications locales. Cette décision, qui a propulsé l'Allemagne au rang de pionnière à l'échelle internationale, a permis aux entreprises, pour la première fois, de demander directement des fréquences et d'exploiter leurs réseaux indépendamment des grands groupes de télécommunications. Elle a marqué la naissance du réseau de campus moderne tel que nous le connaissons aujourd'hui : un accès démocratisé à la technologie haute fréquence qui réduit la dépendance vis-à-vis des fournisseurs externes et redonne aux utilisateurs le contrôle des infrastructures critiques.

En coulisses : Architecture et fonctionnalité des réseaux de campus

La supériorité technologique de la 5G sur les normes concurrentes telles que le WLAN (même dans sa variante moderne WiFi 6) ou le LoRaWAN repose sur un certain nombre de mécanismes complexes profondément intégrés à son architecture. Pour comprendre le fonctionnement d'un réseau de campus, il est essentiel de distinguer les différents modèles de mise en œuvre. D'une part, on trouve le réseau privé totalement isolé, souvent appelé réseau autonome non public (SNPN). Dans ce cas, l'entreprise installe à la fois le réseau d'accès radio (RAN) et le réseau cœur sur son propre site. Ceci garantit qu'aucune donnée sensible ne quitte l'enceinte de l'entreprise – un facteur crucial pour les secteurs où l'espionnage industriel représente un risque réel. Le réseau cœur agit comme le cerveau du système : il gère l'authentification des utilisateurs, le routage des paquets de données et l'application des politiques de qualité de service (QoS). Grâce à sa localisation physique sur site, les longs temps de propagation du signal vers les centres de données distants sont éliminés, ce qui permet d'atteindre des latences extrêmement faibles.

Un modèle alternatif est le découpage de réseau. Dans ce cas, l'entreprise utilise l'infrastructure physique d'un opérateur de réseau mobile public, mais bénéficie de ressources virtuellement séparées : une tranche du réseau. Techniquement, cela est rendu possible grâce à des techniques de virtualisation telles que les réseaux définis par logiciel (SDN) et la virtualisation des fonctions réseau (NFV). L'opérateur peut ainsi garantir que le trafic de données de l'entreprise est totalement distinct du trafic public de YouTube ou Netflix et qu'il est prioritaire. Si cela permet de réduire les coûts d'investissement liés au matériel propriétaire, cela implique que les données transitent potentiellement par une infrastructure tierce, et la latence peut être limitée par la distance au réseau central de l'opérateur.

Au niveau de la technologie radio, la 5G utilise des techniques avancées telles que le MIMO massif et la formation de faisceaux. Alors que les antennes conventionnelles diffusent souvent leur signal de manière large et indiscriminée, les antennes 5G peuvent concentrer le faisceau avec précision sur un utilisateur ou un véhicule en superposant des formes d'onde. Ceci augmente non seulement la portée et le débit de données pour l'appareil concerné, mais réduit également les interférences avec les appareils environnants. Pour les réseaux de campus dans des environnements riches en métaux, comme les chaînes de production, où les réflexions sont fréquentes et perturbatrices, ce contrôle précis du signal représente un atout considérable. Autre caractéristique clé : la flexibilité de la trame 5G. Le réseau peut adapter dynamiquement les ressources allouées au téléchargement et à l'envoi. Dans les applications industrielles, où, par exemple, les systèmes de caméras envoient d'importants volumes de données vidéo pour le contrôle qualité, le ratio peut être modifié en faveur de l'envoi – un scénario qui constitue souvent un goulot d'étranglement pour les réseaux mobiles traditionnels, optimisés pour la consommation de contenu (téléchargement).

De plus, la norme distingue trois profils d'application principaux pouvant coexister au sein d'un réseau de campus. Le haut débit mobile amélioré (eMBB) fournit le débit de données brut nécessaire aux applications telles que la réalité augmentée ou les flux vidéo 4K. La communication massive de type machine (mMTC) permet la mise en réseau de milliers de capteurs dans un espace très réduit sans saturation du réseau, un atout essentiel pour l'Internet des objets (IoT). Enfin, la communication ultra-fiable à faible latence (uRLLC) est le mode de communication privilégié pour les applications critiques en temps réel, comme le contrôle de robots, où la perte d'un paquet de données pourrait entraîner des dommages matériels. La possibilité d'exécuter ces profils en parallèle sur le même matériel fait de la 5G la boîte à outils universelle de l'industrie moderne.

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Mesurer le présent : état du marché et dynamique d’adoption

L'état actuel des réseaux 5G sur les campus témoigne d'une croissance dynamique, mais aussi d'une adoption inégale. L'Allemagne s'est imposée comme un pôle d'excellence mondial pour les réseaux 5G privés grâce à l'attribution précoce du spectre 3,7-3,8 GHz. En avril 2025, l'Agence fédérale des réseaux recensait 465 attributions de fréquences dans cette bande. Ce chiffre est loin d'être une simple statistique : il représente des centaines d'entreprises, d'universités et d'hôpitaux qui ont franchi le pas et sont devenus leur propre opérateur de réseau. La répartition par secteur d'activité est particulièrement intéressante. La recherche et le développement, ainsi que les institutions publiques, arrivent en tête avec 31 %, suivis de près par le secteur des technologies de l'information et des télécommunications (27 %) et les industries métallurgiques et électriques (23 %). Cela suggère que nous sommes encore dans une phase dominée par l'innovation et les projets pilotes, même si l'utilisation productive dans le secteur manufacturier rattrape rapidement son retard.

Un regard au-delà des frontières nationales révèle des différences de vitesse et de modèles. Si l'Allemagne s'appuie sur un système de licences locales, d'autres pays industrialisés, comme les États-Unis, le Japon et le Royaume-Uni, ont adopté des modèles similaires, mais avec de subtiles différences. Les États-Unis, par exemple, utilisent la bande CBRS (Citizens Broadband Radio Service) avec un système complexe de partage dynamique des fréquences qui, bien que flexible, est techniquement plus exigeant en termes de coordination. La Chine, quant à elle, mise fortement sur une étroite collaboration entre l'industrie et les opérateurs de réseaux mobiles publics, les réseaux privés étant souvent mis en œuvre comme des segments dédiés des réseaux publics plutôt que par l'attribution directe de fréquences aux entreprises. Néanmoins, l'Europe, sous l'impulsion de l'Allemagne, demeure la région leader avec 39 % des réseaux mobiles privés dans le monde, devançant l'Amérique du Nord et la région Asie-Pacifique.

Malgré ces succès, force est de constater que le potentiel théorique du marché est loin d'être épuisé. Les prévisions annonçant des milliers de réseaux d'ici 2025 se sont révélées trop optimistes. L'écart entre les 465 licences et les dizaines de milliers d'entreprises industrielles potentiellement concernées en Allemagne démontre que les réseaux 5G de campus ne constituent pas encore un produit grand public pour les petites et moyennes entreprises (PME). Un facteur clé réside dans la disponibilité des terminaux. Si la technologie réseau est facilement accessible, l'écosystème des modules, capteurs et actionneurs 5G industriels est souvent en retard ou d'un coût prohibitif pour les petites entreprises. Par ailleurs, la bande des ondes millimétriques (26 GHz), qui promet des débits de données extrêmement élevés, a été jusqu'à présent très peu exploitée, avec seulement 24 demandes déposées en avril 2025. Ceci laisse présager des défis techniques en matière de portée et de couverture dans cette gamme de fréquences.

Convient à:

• Couverture de téléphonie mobile avec 4G, 5G et 6G pour l’Industrie 4.0 et le Metaverse industriel – Expansion et développement des réseaux futurs et campus

De la théorie à la réalité : projets Lighthouse et expérience opérationnelle

Les avantages théoriques de la 5G se manifestent pleinement dans des applications concrètes qui démontrent comment cette technologie surmonte les limitations existantes. Un exemple classique en est l'intralogistique moderne, notamment dans les grands ports maritimes ou sur les vastes sites industriels. Dans ce contexte, des véhicules à guidage automatique (AGV) sont utilisés pour déplacer des conteneurs ou des composants de manière autonome. Auparavant, ces systèmes s'appuyaient souvent sur le Wi-Fi. Le problème résidait dans la gestion des transitions : lorsqu'un véhicule quittait la portée d'un point d'accès Wi-Fi pour se connecter au suivant, de brèves interruptions de connexion ou des pics de latence survenaient fréquemment. Si cela reste tolérable pour un véhicule isolé, pour une flotte de centaines de robots opérant en essaim coordonné, cela représente un risque pour la sécurité. Les véhicules doivent s'arrêter, se recalibrer, et l'ensemble du flux est immobilisé. Les réseaux 5G de campus résolvent ce problème grâce à une gestion transparente de la mobilité. Le réseau anticipant les mouvements des appareils, la transition entre les cellules radio s'effectue sans interruption de la connexion de données. Cela permet non seulement d'atteindre des vitesses de véhicule plus élevées, mais aussi de déplacer l'intelligence : la puissance de calcul peut être déportée du véhicule vers un serveur périphérique central, ce qui rend les robots plus légers, moins chers et plus économes en énergie.

Un autre exemple frappant nous vient du secteur manufacturier, souvent résumé par l'expression « Industrie 4.0 ». Dans une usine moderne, la flexibilité est un atout précieux. Les lignes de production doivent pouvoir être rapidement reconfigurées pour s'adapter aux nouvelles variantes de produits ou aux fluctuations de la demande. Le réseau câblé représente une contrainte majeure à cet égard. Chaque modification de l'agencement nécessite un recâblage coûteux et chronophage. La 5G permet de mettre en place une usine sans fil. Machines, bras robotisés et outils sont connectés sans fil. Une ligne de production peut ainsi être entièrement reconfigurée du jour au lendemain. Un cas d'usage concret est l'utilisation de la réalité augmentée (RA) pour les techniciens de maintenance. Un technicien intervenant sur une machine complexe porte des lunettes de RA qui superposent les plans de construction et les étapes de maintenance à l'image en temps réel de la machine. Les lunettes étant trop légères pour supporter un ordinateur lourd, les données graphiques sont traitées sur un serveur local et diffusées en temps réel via la 5G. Le débit de données élevé (eMBB) garantit une image nette, tandis que la faible latence (uRLLC) évite au technicien les nausées dues aux mouvements de la tête. De tels scénarios sont difficilement réalisables avec une qualité industrielle en utilisant le Wi-Fi conventionnel en raison des fluctuations de la bande passante et de la latence.

Les premières applications transformatrices émergent également dans le secteur de la santé. Les hôpitaux universitaires testent des réseaux de campus pour permettre le déploiement flexible d'équipements médicaux volumineux, tels que des scanners IRM mobiles ou des appareils de radiographie, et pour transmettre instantanément d'importantes quantités de données d'imagerie au médecin traitant sans saturer le réseau Wi-Fi de l'hôpital. L'isolation du réseau de campus offre également un avantage crucial en matière de sécurité des données : les données des patients ne quittent jamais la zone protégée de l'infrastructure hospitalière, ce qui facilite le respect des réglementations strictes en matière de protection des données.

Au-delà du battage médiatique : obstacles, risques et piège des coûts

Malgré ses indéniables avantages techniques, le déploiement d'un réseau 5G sur un campus n'est pas chose aisée. Les inconvénients de cette technologie résident moins dans ses performances que dans sa complexité et les obstacles économiques. Pour une entreprise manufacturière, exploiter son propre réseau mobile revient de fait à devenir un petit opérateur de télécommunications. Cela requiert une expertise souvent absente des services informatiques traditionnels des PME. La gestion des cartes SIM, la planification du réseau radio et la configuration du réseau central sont fondamentalement différentes de la gestion d'un routeur Wi-Fi. Il en résulte une nouvelle dépendance vis-à-vis d'intégrateurs spécialisés ou de fournisseurs de services gérés, ce qui compromet quelque peu l'indépendance promise. La pénurie de personnel qualifié dans ce domaine coïncide avec un marché de niche : les experts maîtrisant à la fois les technologies d'automatisation industrielle (technologies opérationnelles, OT) et les architectures de réseau mobile sont rares et coûteux.

Un autre point crucial est le coût. L'investissement initial (CapEx) pour un réseau 5G privé est nettement supérieur à celui d'installations Wi-Fi comparables. Si les redevances dues à l'Agence fédérale des réseaux sont souvent abordables – les formules favorisant les zones industrielles par rapport aux zones urbaines –, le coût du matériel (stations de base et serveurs centraux) est considérable. À cela s'ajoutent les coûts d'exploitation (OpEx) liés à la maintenance, aux mises à jour logicielles et à la surveillance de la sécurité. De nombreuses entreprises peinent à calculer un retour sur investissement (ROI) précis, car les avantages de la 5G – tels qu'une flexibilité ou une fiabilité accrues – sont souvent difficiles à quantifier directement en euros avant qu'une panne ne survienne.

La sécurité est une arme à double tranchant. Si la 5G offre un niveau de sécurité supérieur au Wi-Fi grâce à l'authentification par carte SIM et à un chiffrement robuste, la complexité de sa configuration engendre des risques. Un réseau central mal configuré ou des interfaces insuffisamment sécurisées avec les réseaux externes peuvent constituer des points d'entrée pour les cyberattaques. Les réseaux 5G contrôlant souvent directement le fonctionnement physique des machines, les incidents de sécurité peuvent entraîner non seulement des pertes de données, mais aussi des dommages matériels ou des arrêts de production. De plus, le risque de dépendance vis-à-vis d'un fournisseur unique est bien réel. Bien que des initiatives comme l'Open RAN (Radio Access Network) promettent de rendre compatibles les matériels et logiciels de différents fabricants, la réalité est souvent encore marquée par la prédominance des solutions propriétaires de bout en bout proposées par les principaux fournisseurs d'équipements réseau. Une fois le fournisseur choisi, changer de fournisseur s'avère souvent très coûteux.

Demain et après-demain : la 6G, l’IA et le réseau de capteurs

Pour l'avenir, la 5G n'est que le point de départ d'une transformation bien plus profonde. La recherche sur la 6G, dont le lancement est prévu autour de 2030, est déjà en cours. Toutefois, les évolutions à venir de la 5G (souvent appelées 5G-Advanced) et la transition vers la 6G vont radicalement transformer le concept de réseau de campus. L'une des tendances majeures est l'intégration de l'intelligence artificielle directement dans l'interface radio. Les futurs réseaux ne se contenteront plus de transmettre des données ; ils utiliseront également l'IA pour optimiser le canal radio en temps réel, prédire les interférences et s'auto-réparer. Le réseau deviendra une « IA native », ce qui signifie que les modèles d'IA ne seront plus de simples applications exécutées sur le réseau, mais une composante essentielle du contrôle du réseau lui-même.

Un autre aspect révolutionnaire réside dans l'intégration des capteurs et des communications, souvent désignée par l'acronyme « ISAC » (Integrated Sensing and Communication). Les futurs réseaux 6G utiliseront non seulement les ondes radio pour la transmission de données, mais analyseront également leur environnement, à la manière d'un radar. Un réseau de campus au sein d'une usine pourrait ainsi détecter la position d'un chariot élévateur ou la présence d'une personne dans une zone dangereuse, simplement en analysant les réflexions des signaux radio, sans nécessiter de capteurs supplémentaires. Le réseau devient alors un véritable organe sensoriel pour l'usine.

Sur le plan technologique, la convergence avec les réseaux sensibles au temps (TSN) progresse également. Ceci permet à la 5G de s'intégrer parfaitement aux protocoles Ethernet filaires temps réel utilisés dans l'automatisation industrielle, rendant possible le contrôle sans fil, même pour des mouvements de robots très dynamiques, à des intervalles inférieurs à la milliseconde et sans gigue. Enfin, l'expansion vers la troisième dimension grâce aux réseaux non terrestres (NTN), c'est-à-dire l'intégration de satellites, permettra de déployer des réseaux de campus même dans les endroits les plus reculés – tels que les mines à ciel ouvert dans le désert ou les plateformes offshore – qui étaient auparavant totalement coupés du monde numérique.

Le système nerveux de l'industrie : pourquoi les réseaux 5G sur les campus sont désormais essentiels

Les réseaux 5G pour campus représentent bien plus qu'une simple infrastructure. Ils constituent un levier stratégique pour la souveraineté numérique et la compétitivité des entreprises au XXIe siècle. Les analyses ont démontré que leurs avantages en termes de fiabilité, de latence et de sécurité des données surpassent largement ceux des alternatives technologiques. Grâce à une réglementation progressive de l'Agence fédérale des réseaux, l'Allemagne a créé un environnement favorable à cette technologie, comme en témoigne le nombre élevé de licences octroyées. Toutefois, la complexité et le coût demeurent des obstacles. Les réseaux pour campus ne sont pas une solution clé en main ; ils nécessitent une décision stratégique réfléchie et le développement de nouvelles compétences.

Pour les entreprises, l'attentisme n'est plus une option. La mise en œuvre de cette technologie exige un apprentissage approfondi, et les organisations qui acquièrent dès maintenant de l'expérience grâce à des projets pilotes bénéficieront d'un avantage décisif à l'ère de la production entièrement automatisée et pilotée par l'IA. Le réseau 5G sur campus n'est donc pas une fin en soi, mais bien le système nerveux indispensable à l'économie de demain. Il transforme la connectivité, d'un simple outil, en un facteur de production essentiel. Celui qui maîtrise ce système nerveux contrôle le rythme de sa propre création de valeur.

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