(57)【要約】【課題】Ｃ／Ｕ分離した通信ネットワークにおいて、伝送遅延時間の考慮が不要で通信のレスポンスが向上する暗号化通信方法を提供する。【解決手段】ＲＮＣサーバはＭＧおよび端末に対して秘匿開始指示を出し、秘匿開始指示を受けたＭＧおよび端末は、Ｕ−Ｐｌａｎｅ情報を所定の秘匿用の鍵で暗号化するとともに所定の秘匿開始ビットを付加して相手側へ送信し、相手側は秘匿開始情報を検出すると所定の秘匿鍵で受信したＵ−Ｐｌａｎｅ情報を復号する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の端末装置と、制御プレーン（以下、Ｃ−Ｐｌａｎｅという。）に関与する通信制御装置と、ユーザ・プレーン（以下、Ｕ−Ｐｌａｎｅという。）  に関与するデータ通信装置と、を有し、前記通信制御装置と前記データ通信装置とが分離した形態の通信ネットワークにおける暗号化通信方法であって、
任意の端末装置と前記データ通信装置との間で少なくとも１つの秘匿用の鍵を共有し、
前記通信制御装置は秘匿制御情報を前記データ通信装置および前記端末の少なくとも一方へ送信し、
前記秘匿制御情報を受信した前記データ通信装置および前記端末の一方の装置は、前記秘匿制御情報の内容に従って、他方の装置へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を前記共有された秘匿用鍵の１つを用いて暗号化するとともに、前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に秘匿制御情報を付加して前記他方の装置へ送信し、
前記秘匿制御情報が付加された前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を受信した前記他方の装置は、前記共有された秘匿用鍵の１つを用いて前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を復号する、
ことを特徴とする暗号化通信方法。
【請求項２】
複数の端末装置と、制御プレーン（以下、Ｃ−Ｐｌａｎｅという。）に関与する通信制御装置と、ユーザ・プレーン（以下、Ｕ−Ｐｌａｎｅという。）  に関与するデータ通信装置と、を有し、前記通信制御装置と前記データ通信装置とが分離した形態の通信ネットワークにおける暗号化通信方法であって、
任意の端末装置と前記データ通信装置との間で秘匿用の鍵を共有し、
前記通信制御装置は秘匿開始指示を前記データ通信装置および前記端末の少なくとも一方へ送信し、
前記秘匿開始指示を受信した前記データ通信装置および前記端末の一方の装置は、他方の装置へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を前記秘匿用鍵を用いて暗号化するとともに、前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に秘匿開始情報を付加して前記他方の装置へ送信し、
前記秘匿開始情報が付加された前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を受信した前記他方の装置は、前記秘匿用鍵を用いて前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を復号する、
ことを特徴とする暗号化通信方法。
【請求項３】
複数の端末装置と、制御プレーン（以下、Ｃ−Ｐｌａｎｅという。）に関与する通信制御装置と、ユーザ・プレーン（以下、Ｕ−Ｐｌａｎｅという。）  に関与するデータ通信装置と、を有し、前記通信制御装置と前記データ通信装置とが分離した形態の通信ネットワークにおける暗号化通信方法であって、
任意の端末装置と前記データ通信装置との間で、使用中の秘匿用の鍵とは別の秘匿用鍵を共有し、
前記通信制御装置は秘匿鍵更新指示を前記データ通信装置および前記端末の少なくとも一方へ送信し、
前記秘匿鍵更新指示を受信した前記データ通信装置および前記端末の一方の装置は、他方の装置へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を前記別の秘匿用鍵を用いて暗号化するとともに、前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に秘匿鍵更新情報を付加して前記他方の装置へ送信し、
前記秘匿鍵更新情報が付加された前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を受信した前記他方の装置は、前記別の秘匿用鍵を用いて前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を復号する、
ことを特徴とする暗号化通信方法。
【請求項４】
前記秘匿開始情報が付加された前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を受信した前記他方の装置は、前記秘匿開始指示を受信した時に、前記秘匿用鍵を用いて前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を復号することを特徴とする請求項２または３に記載の暗号化通信方法。
【請求項５】
前記通信ネットワークは移動通信ネットワークであり、前記通信制御装置は無線ネットワーク制御（ＲＮＣ）サーバであり、前記データ通信装置はメディアゲートウエイ（ＭＧ）であることを特徴とする請求項２または３に記載の暗号化通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動体通信ネットワークなどの通信ネットワークにおける暗号化通信技術に係り、特に制御プレーン（以下、Ｃ−Ｐｌａｎｅという。）とユーザ・プレーン（以下、Ｕ−Ｐｌａｎｅという。）  とが分離した構成の通信ネットワークにおける暗号化通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、ＩＭＴ−２０００論理システム構成を用いた移動通信システムを例にとって、従来の暗号化通信技術について説明する。
【０００３】
図４は移動通信システムの構成例を示すブロック図である。ここでは、無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ：Ｒａｄｉｏ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）１００’と複数の端末２００’とを含む移動通信システムが例示されている。ＲＡＮ１００’は、端末２００’と交信可能な複数の基地局１０１ａ’、１０１ｂ’、１０１ｃ’・・・と、これら基地局に回線接続された無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ：Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１０５とを含む。ＲＮＣ１０５  は、適宜、コアネットワーク３００  に接続される。
【０００４】
無線アクセスネットワークＲＡＮ１００’と端末２００’とは同期が取れており、ＣＦＮ（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｆｒａｍｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）と呼ばれる共通のフレーム番号を有している。たとえば、ドコモテクニカルジャーナルＶｏｌ．９，Ｎｏ．１，ｐ６２〜（非特許文献１）を参照されたい。
【０００５】
このようなシステムにおいては、暗号化に際してＲＮＣ１０５が秘匿開始タイミングをＣＦＮを用いて指定し、同期の取れた基地局と端末とが同一タイミング（同一ＣＦＮ）で秘匿を開始する。
【０００６】
図５は、従来の暗号化手順を示すシーケンス図である。なお、事前に秘匿用の鍵がＲＮＣ１０５と端末２００’との間で共有されているものとする。図５に示すように、従来の秘匿開始処理手順は次のようになる。
・ステップＳ１−１：ＲＮＣ  が端末に秘匿開始タイミングを示すＣＦＮｓ値を指示する。後述するように、ＣＦＮｓは現在のＣＦＮより大きい値である。
・ステップＳ１−２：ＲＮＣ  は、ＣＦＮがＣＦＮｓに一致したらユーザ信号の秘匿を開始するように端末対応機能部を設定する。
・ステップＳ１−２’：端末内部でも、ＣＦＮがＣＦＮｓに一致したらユーザ信号の秘匿を開始するよう設定する。
・ステップＳ１−３：時間が経過して、ＣＦＮ＝ＣＦＮｓになると、ＲＮＣと端末とで同期して秘匿を開始する。
【０００７】
ここでステップＳ１−１で指示されるＣＦＮｓは、当該ステップＳ１−１の時点でのＣＦＮよりも大きな値に設定する必要がある。すなわち、ＣＦＮｓの値は、ＲＮＣと端末との間の伝送遅延とＲＮＣ／端末内部での処理遅延とを吸収するだけの時間的余裕を見て決定される。
【０００８】
これに類した暗号化通信方法は、特開平６−２３７２４８号公報（特許文献１）に開示されている。この従来の方法では、暗号化を開始する時間的位置情報を通信相手に予め送信し、その確認後、指定した時間的位置において双方で暗号化鍵を変更する。これにより通信中でも通信を中断することなく暗号化演算処理を変更することができる（明細書段落番号００１２〜００１４、図３を参照）。
【０００９】
ところで、移動通信ネットワークの構成には、ネットワークの呼設定／切断などのシグナリンを行うＣ−Ｐｌａｎｅに関与する通信装置とユーザデータの送受信を行うＵ−Ｐｌａｎｅに関与する通信装置とが分離（Ｃ／Ｕ分離）しているものもある。
【００１０】
このようなＣ／Ｕ分離ネットワークシステムでは、上述したＲＮＣは、Ｃ−Ｐｌａｎｅに関与するＲＮＣサーバとＵ−Ｐｌａｎｅに関与するメディアゲートウェイ（ＭＧ）とに分割されている。すなわち、ＲＡＮ１００’は、複数の基地局、ＲＮＣサーバおよびＭＧがＩＰネットワークを通して互いに接続された構成を有し、ＩＰネットワークはさらにコアネットワークに接続されている。
【００１１】
図６は、Ｃ／Ｕ分離した移動通信アクセスネットワークにおける従来の秘匿開始処理手順を示すシーケンス図である。ただし、ここでは同期確立手順は省略されている。なお、事前に秘匿用の鍵がＭＧと端末との間で共有されているものとする。
【００１２】
図６に示すように、従来の秘匿開始処理手順は次のようになる。
・Ｓ２−１：ＲＮＣサーバはＭＧに秘匿開始タイミングＣＦＮｓを指示する。後述するように、ＣＦＮｓは現在のＣＦＮより大きい値である。
・Ｓ２−１’：ＲＮＣサーバは端末に上記秘匿開始タイミングＣＦＮｓを指示する。
・Ｓ２−２：ＭＧは、ＣＦＮの値がＣＦＮｓとなったらユーザ信号の秘匿を開始するように端末対応機能部を設定する。
・Ｓ２−２’：端末内部でも、ＣＦＮの値がＣＦＮｓとなったらユーザ信号の秘匿を開始するよう設定する。
・Ｓ２−３：時間が経過して、ＣＦＮがＣＦＮｓとなると、ＭＧと端末との双方で同期して秘匿を開始する。
【００１３】
ここで指示されるＣＦＮｓは、図２に示す例と同様に、ステップＳ２−１の時点でのＣＦＮよりも大きな値に設定する必要がある。ただし、Ｃ／Ｕ分離ネットワークシステムでは、実際に秘匿を行うＭＧと端末とが確実に同タイミングで動作できるように、ＲＮＣサーバと端末との間の伝送遅延、ＲＮＣサーバとＭＧとの間の伝送遅延、および、ＭＧ内部／端末内部での処理遅延の差を考慮して決定されなければならない。
【００１４】
【非特許文献１】
ドコモ・テクニカル・ジャーナルＶｏｌ．９，Ｎｏ．１（６２ページ以降）
【特許文献１】
特開平６−２３７２４８号公報（明細書段落番号００１２〜００１４、図３）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｃ／Ｕ分離ネットワークシステムでは処理遅延だけでなくネットワークの伝送遅延も考慮する必要があるために、図２に示すシステムに比べて、秘匿開始タイミングＣＦＮｓに、より大きな余裕値を見込む必要がある。特に、ＩＰネットワーク１０２としてインターネットを用いた場合には、伝送遅延のゆらぎが大きくなるため、更に大きな余裕値を見込む必要がある。その結果、ＭＧと端末とが実際に暗号化を開始するまでに常に長い待機時間を必要とし、レスポンスの悪化を招いていた。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、Ｃ／Ｕ分離ネットワークシステムにおいてレスポンスを改善した暗号化通信方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の端末装置と、制御プレーン（以下、Ｃ−Ｐｌａｎｅという。）に関与する通信制御装置と、ユーザ・プレーン（以下、Ｕ−Ｐｌａｎｅという。）  に関与するデータ通信装置と、を有し、前記通信制御装置と前記データ通信装置とが分離した形態の通信ネットワークにおいて、任意の端末装置と前記データ通信装置との間で少なくとも１つの秘匿用の鍵を共有し、前記通信制御装置は秘匿制御情報を前記データ通信装置および前記端末の少なくとも一方へ送信し、前記秘匿制御情報を受信した前記データ通信装置および前記端末の一方の装置は、前記秘匿制御情報の内容に従って、他方の装置へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を前記共有された秘匿用鍵の１つを用いて暗号化するとともに、前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に秘匿制御情報を付加して前記他方の装置へ送信し、前記秘匿制御情報が付加された前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を受信した前記他方の装置は、前記共有された秘匿用鍵の１つを用いて前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を復号する、ことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１の側面によれば、前記通信制御装置は秘匿開始指示を前記データ通信装置および前記端末の少なくとも一方へ送信し、前記秘匿開始指示を受信した前記データ通信装置および前記端末の一方の装置は、他方の装置へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を前記秘匿用鍵を用いて暗号化するとともに、前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に秘匿開始情報を付加して前記他方の装置へ送信し、前記秘匿開始情報が付加された前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を受信した前記他方の装置は、前記秘匿用鍵を用いて前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を復号する、ことを特徴とする。
【００１９】
本発明の第２の側面によれば、任意の端末装置と前記データ通信装置との間で、使用中の秘匿用の鍵とは別の秘匿用鍵を共有し、前記通信制御装置は秘匿鍵更新指示を前記データ通信装置および前記端末の少なくとも一方へ送信し、前記秘匿鍵更新指示を受信した前記データ通信装置および前記端末の一方の装置は、他方の装置へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を前記別の秘匿用鍵を用いて暗号化するとともに、前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に秘匿鍵更新情報を付加して前記他方の装置へ送信し、前記秘匿鍵更新情報が付加された前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を受信した前記他方の装置は、前記別の秘匿用鍵を用いて前記暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報を復号する、ことを特徴とする。
【００２０】
上述したように、Ｕ−Ｐｌａｎｅ情報に、秘匿開始情報あるいは秘匿鍵更新情報を付加することにより、端末に対する秘匿開始／更新タイミング指定が不要となる。これにより、通信制御装置とデータ通信装置との間の伝送遅延時間の変動が大きい場合でも、遅延時間の最悪値に備えて余裕値を設けることなく秘匿開始／秘匿鍵更新を行うことが可能となり、通信のレスポンスを大幅に向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による暗号化通信方法を適用するＣ／Ｕ分離した移動通信システムの一例を示すブロック図である。このシステムでは、図２に示すＲＮＣがＣ−Ｐｌａｎｅに関与するＲＮＣサーバ１０３とＵ−Ｐｌａｎｅに関与するメディアゲートウェイ（ＭＧ）１０４とに分割されている。無線アクセスネットワークＲＡＮ１００は、複数の基地局１０１ａ〜１０１ｎ、ＲＮＣサーバ１０３およびＭＧ１０４がＩＰネットワーク１０２を通して互いに接続された構成を有し、ＩＰネットワーク１０２はさらにコアネットワーク３００に接続されている。
【００２２】
図２は、本発明の第１実施形態による暗号化通信方法を示すシーケンス図である。ただし、簡略化のために同期確立手順は省略している。
【００２３】
本実施形態による暗号化通信方式において、ＭＧ１０４と端末２００との間で事前に所定の秘匿用の鍵が共有され、続いて秘匿開始処理が次の手順で実行される。
・ステップＳ３−１：ＲＮＣサーバ１０３は、ＭＧ１０４に対して秘匿開始指示を行う。
・ステップＳ３−２：ＭＧ１０４は、ＲＮＣサーバ１０３から秘匿開始指示を受信すると、事前に端末２００との間で共有している秘匿用の鍵を用いて端末２００へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を暗号化し、かつ、Ｕ−Ｐｌａｎｅ情報に付加される秘匿開始ビットを「０」から「１」に変更する。「１」にセットされた秘匿開始ビットは、秘匿開始指示を意味する。
・ステップＳ３−３：ＭＧ１０４は、暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に「１」にセットされた秘匿開始ビットを付加して端末２００へ送信する。
【００２４】
端末２００は、受信信号に含まれる秘匿開始ビットをチェックし、秘匿開始ビットが「０」から「１」  に変更されていたら、事前にＭＧ１０４との間で共有している秘匿用の鍵を用いて、ＭＧ１０４から受信したＵ−Ｐｌａｎｅ  情報を復号する。
・ステップＳ３−１’：ＲＮＣサーバ１０３は、端末２００に対して秘匿開始指示を行う。
・ステップＳ３−２’：端末２００は、ＲＮＣサーバ１０３から秘匿開始指示を受信すると、事前にＭＧ１０４との間で共有している秘匿用の鍵を用いてＭＧ１０４へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を暗号化し、かつ、Ｕ−Ｐｌａｎｅ情報に付加される秘匿開始ビットを「０」から「１」に変更する。
・ステップＳ３−３’：端末２００は、暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に「１」にセットされた秘匿開始ビットを付加してＭＧ１０４へ送信する。
【００２５】
ＭＧ１０４は、受信信号に含まれる秘匿開始ビットをチェックし、秘匿開始ビットが「０」から「１」  に変更されていたら、事前に端末２００との間で共有している秘匿用の鍵を用いて、端末２００から受信したＵ−Ｐｌａｎｅ  情報を復号する。
【００２６】
同様の手順を用いて、ＭＧ１０４および端末２００の間で共有している秘匿用の鍵の変更を行うことができる。
【００２７】
図３は、本発明の第２実施形態による暗号化通信方法を示すシーケンス図である。ただし、簡略化のために同期確立手順は省略している。本実施形態による暗号化通信方式では、ＭＧ１０４と端末２００との間で所定の秘匿用鍵を用いて暗号化通信が行われているときに、次の手順により他の秘匿用鍵への変更処理が実行される。
・ステップＳ４−１：ＲＮＣサーバ１０３は、ＭＧ１０４に対して秘匿鍵更新指示を行う。
・ステップＳ４−２：ＭＧ１０４は、ＲＮＣサーバ１０３から秘匿鍵更新指示を受信すると、事前に端末２００との間で共有された他の秘匿用の鍵を用いて端末２００へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を暗号化し、かつ、Ｕ−Ｐｌａｎｅ情報に付加される秘匿鍵更新ビットを「０」から「１」に変更する。「１」にセットされた秘匿鍵更新ビットは、秘匿鍵更新指示を意味する。
・ステップＳ４−３：ＭＧ１０４は、暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に「１」にセットされた秘匿鍵更新ビットを付加して端末２００へ送信する。
【００２８】
端末２００は、受信信号に含まれる秘匿鍵更新ビットをチェックし、秘匿鍵更新ビットが「０」から「１」  に変更されていたら、前記他の秘匿用の鍵を用いて、ＭＧ１０４から受信したＵ−Ｐｌａｎｅ  情報を復号する。
・ステップＳ４−１’：ＲＮＣサーバ１０３は、端末２００に対して秘匿鍵更新指示を行う。
・ステップＳ４−２’：端末２００は、ＲＮＣサーバ１０３から秘匿鍵更新指示を受信すると、前記他の秘匿用の鍵を用いてＭＧ１０４へ送信すべきＵ−Ｐｌａｎｅ情報を暗号化し、かつ、Ｕ−Ｐｌａｎｅ情報に付加される秘匿鍵更新ビットを「０」から「１」に変更する。
・ステップＳ４−３’：端末２００は、暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ情報に「１」にセットされた秘匿鍵更新ビットを付加してＭＧ１０４へ送信する。
【００２９】
ＭＧ１０４は、受信信号に含まれる秘匿鍵更新ビットをチェックし、秘匿鍵更新ビットが「０」から「１」  に変更されていたら、前記他の秘匿用の鍵を用いて、端末２００から受信したＵ−Ｐｌａｎｅ  情報を復号する。
【００３０】
上記実施形態では、秘匿の開始あるいは秘匿鍵の更新に際して、Ｕ−Ｐｌａｎｅ  情報中の所定「秘匿開始ビット  」あるいは「秘匿鍵更新ビット  」の値を変更することにより、秘匿の開始あるいは秘匿鍵の更新が行われているが、これに限らず、Ｕ−Ｐｌａｎｅ  情報中に別な形で当該メッセージを重畳させることによって同じ効果を得ることもできる。
【００３１】
また、ＲＮＣサーバが、ＭＧおよび端末の双方に対して秘匿開始指示／秘匿鍵更新指示を行っているが、ＲＮＣサーバが、ＭＧまたは端末のいずれかに対して秘匿開始指示／秘匿鍵更新指示を行う手順も可能である。秘匿開始ビット／秘匿鍵更新ビットを受信した側は、それによって秘匿開始／秘匿鍵更新を知ることができるからである。
【００３２】
さらに、暗号化されたＵ−Ｐｌａｎｅ  情報に、秘匿開始ビットおよび秘匿鍵更新ビットからなる秘匿制御情報を付加して、図２および図３に示す秘匿開始および秘匿鍵変更の制御を行うこともできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｕ−Ｐｌａｎｅ情報に、秘匿開始情報あるいは秘匿鍵更新情報を付加することにより、端末に対する秘匿開始／更新タイミング指定が不要となる。これにより、Ｃ／Ｕ分離したネットワークで、Ｃ−Ｐｌａｎｅに関与するＲＮＣサーバとＵ−Ｐｌａｎｅに関与するＭＧとの間の伝送遅延時間の変動が大きい場合でも、遅延時間の最悪値に備えて余裕値を設けることなく秘匿開始／秘匿鍵更新を行うことが可能となり、また、通信中に鍵更新の手順だけで秘匿鍵を更新することができるために、通信のレスポンスが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による暗号化通信方法を適用するＣ／Ｕ分離した移動通信システムの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による暗号化通信方法を示すシーケンス図である。
【図３】本発明の第２実施形態による暗号化通信方法を示すシーケンス図である。
【図４】移動通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図５】従来の暗号化手順を示すシーケンス図である。
【図６】Ｃ／Ｕ分離した移動通信アクセスネットワークにおける従来の秘匿開始処理手順を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
１０１ａ〜１０１ｎ…基地局
１０２  …ＩＰネットワーク
１０３  …ＲＮＣサーバ
１０４  …メディアゲートウエイＭＧ
２００  …端末
３００  …コアネットワーク
【図１】
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【図２】
2004343579.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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