(57)【要約】【課題】無線ＬＡＮを使用したインターネットアクセスサービスにおいて、バースト転送を抑制し、公平にサービス提供する。【解決手段】無線ＬＡＮ基地局とインターネットとを接続するアクセスルータにおいて、受信したＩＰパケットに適用されているトランスポート層のプロトコルと転送速度に基づいて、バースト通信されているＩＰパケットを特定し、ＩＰパケットの転送を抑制するＩＰパケット特定部と、転送速度を算出するデータ転送レート計測部とを備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信したＩＰパケットに適用されているトランスポート層のプロトコルとＩＰパケット受信時の転送速度に基づいて、バースト通信されているＩＰパケットを特定し、上記ＩＰパケットの転送を抑制するＩＰパケット特定部と、
上記転送速度を算出する転送速度計測部とを備えたルータ装置。
【請求項２】
ＩＰパケット特定部は、トランスポート層のプロトコルにＴＣＰが適用されているＩＰパケットについては、上記ＩＰパケットの受信時の転送速度が規定値を超えている場合に、送信元の端末が転送速度を規定値以下に調節するように上記ＩＰパケットを破棄することを特徴とする請求項１記載のルータ装置。
【請求項３】
ＩＰパケット特定部は、トランスポート層のプロトコルにＵＤＰが適用されているＩＰパケットについては、上記ＩＰパケットの受信時の転送速度が規定値を超えたら、以後、同一セッションを指定するＩＰパケットをすべて破棄することを特徴とする請求項１または請求項２記載のルータ装置。
【請求項４】
ＩＰパケット特定部は、トランスポート層のプロトコルにＲＴＰが適用されているＩＰパケットを優先的に転送し、相対的に他のプロトコルが適用されているＩＰパケットの転送を抑制することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のルータ装置。
【請求項５】
転送速度計測部は、以前のＩＰパケットの受信にかかった時間が規定時間を超過していないセッションについてのみ転送速度を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のルータ装置。
【請求項６】
転送速度計測部は、ルータ装置内に蓄積されたセッション数に基づいて、規定値を動的に設定することを特徴とする請求項２記載のルータ装置。
【請求項７】
転送速度計測部は、ルータ装置内に蓄積された転送データ量に応じて、規定値を動的に設定することを特徴とする請求項２記載のルータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＰ網における中継装置であるルータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる技術が普及し、オフィス内のみならず様々な場所で、無線ＬＡＮによるインターネットアクセスサービスの利用への需要は急速に高まっている。例えば、駅構内やホテルのロビー等の公共スペースにおいても、携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）に比較してより高速なデータアクセスを提供することが可能である。
【０００３】
現在、広く普及している無線ＬＡＮは、標準規格「ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ」に基づくものである。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）と呼ばれるメディアアクセスプロトコルを採用している。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、基地局を含めた全てのデバイスは共有する無線帯域上で同等であり、お互いにキャリア信号の送出を監視し、衝突が発生しない限りどのデバイスも信号を送出することができる。
【０００４】
ＩＥＥＥ８０２．１１ｂに基づくシステムは、最大１００ｍ程度の通信到達距離を持ち、最大で１１Ｍｂｐｓの転送が可能である。一般に、屋内に設置した１つの基地局によって、１０人前後のユーザに同時にサービスを提供できるのが望ましいと考えられるが、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂの場合、全てのユーザが電子メールやＷＥＢアクセス、または音声通信を行なっても、サービスを提供出来るだけのデータ転送能力があると考えられる。
【０００５】
しかし、ＣＳＭＡ／ＣＡでは送信するデータ量に制限がないため、例えば、ユーザがＦＴＰ（Ｆｉｌｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）によるファイル転送を無線端末において実行した場合、網側が十分に高速であれば、データをまとめて一気に転送するバースト転送が実行され、当該無線帯域の殆どを１つのバースト転送が占有するという事態が発生する。このため、本来、最大で１１Ｍｂｐｓのデータ転送性能があり、モデム相当の転送速度の通信セッションが十数本維持できる性能を有するにも関わらず、いずれかの無線端末がバースト転送を実行すると他の無線端末は通信不能になり、他のユーザはサービスを利用できないという事態が発生する。
【０００６】
従来の通信トラフィックの管理方法としては、バースト転送を含むトラフィック評価を行なって、通信機器増設等の指標としているものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１１８５５７公報（図５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、例えばＣＳＭＡ／ＣＡによる無線ＬＡＮでは、送信データ量に制限がないためバースト転送が発生し、本来十分な転送性能があるにも関わらず、他の端末が通信不能になるという問題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、バースト転送を抑制し、公平にサービス提供することを可能とするルータ装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るルータ装置は、受信したＩＰパケットに適用されているトランスポート層のプロトコルと受信時の転送速度に基づいて、バースト通信されているＩＰパケットを特定し、ＩＰパケットの転送を抑制するＩＰパケット特定部と、転送速度を算出する転送速度計測部とを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の様々な形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるルータ装置が配されるネットワークの構成図である。無線ＬＡＮ基地局（無線基地局）１０３はアクセスルータ（ルータ装置）１０２を介してインターネット１０１に接続されている。移動端末１０５は無線ＬＡＮに接続可能な端末であり、無線ＬＡＮ基地局１０３を介してインターネット１０１に接続し、同じくインターネット１０１に接続されたＦＴＰ（Ｆｉｌｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）サーバ１０４にアクセスし、ＦＴＰサーバ１０４を利用してファイル転送を行う。
【００１２】
図２は、この発明の実施の形態１によるアクセスルータ１０２の構成を示すブロック図である。アクセスルータ１０２は、基地局側インタフェース２０６によって無線ＬＡＮ基地局１０３に接続する。また、インターネット１０１には、ＩＰ網側インタフェース２０５によって接続する。ここでは、基地局側インタフェース２０６およびＩＰ網側インタフェース２０５には１００ＢａｓｅＴＸイーサネット（登録商標）が使用されている。
【００１３】
アクセスルータ１０２が受信したＩＰパケットは、ＩＰ網側インタフェース２０５および基地局側インタフェース２０６を介して入力バッファ２０３に格納される。入力バッファ２０３はキューを使用しており、受信したＩＰパケットは順次キューイングされる。入力バッファ２０３にキューイングされた各ＩＰパケットは、ＩＰパケット特定部２０１によって、受信時の転送レートを吟味された後、出力バッファ２０４へ出力される。受信時の転送レートはデータ転送レート計測部（転送速度計測部）２０２によって算出される。ＩＰパケット特定部２０１は、バースト転送であると認めたＩＰパケットについては、ＩＰパケットの破棄などにより、出力バッファ２０４への出力を抑制する。
【００１４】
出力バッファ２０４もキューを使用しており、無線ＬＡＮ基地局１０３へ送信されるＩＰパケットがキューイングされる基地局側インタフェース２０６側のバッファと、インターネット１０１へ送信されるＩＰパケットがキューイングされるＩＰ網側インタフェース２０５側のバッファが含まれる。キューイングされたＩＰパケットは、優先度に従って順次それぞれのインタフェースに送出される。
【００１５】
統計情報テーブル２０７には、実行中のセッションの転送データ量や転送レート等の情報が格納されている。
【００１６】
次に、アクセスルータ１０２における入力バッファ２０３にキューイングされたＩＰパケットの処理方法について説明する。図３は、ＩＰパケット特定部２０１が実行するＩＰパケット特定処理のフローチャートである。まず、入力バッファ２０３にキューイングされた処理対象ＩＰパケットについて統計情報テーブル２０７を参照し、当該セッションの統計情報格納フィールドの有無をチェックする（ステップＳＴ３０１）。
【００１７】
図４は、統計情報テーブル２０７の構成を示す図である。図に示すように、ＩＰパケットが指定する送信先ＩＰアドレスをハッシュキーとして、送信元ＩＰアドレス、および宛先ポート番号によって特定されるセッション毎に、統計情報格納フィールドが保持されている。統計情報格納フィールドは、「一時データ量積算領域」、「通算データ量積算領域」、「即時平均転送レート格納領域」、「通算平均転送レート格納領域」、「処理済みフラグ」、「領域確保時タイムスタンプ格納領域」、「最終パケット到達タイムスタンプ領域」を含む。「一時データ量積算領域」は単位時間あたりに転送された当該セッションのＩＰパケットのデータ量を保持し、「通算データ量積算領域」はセッションの最初のＩＰパケット受信時からの転送データ量を保持する。「即時平均転送レート格納領域」はデータ転送レート計測部２０２が算出する単位時間あたりのデータ転送速度を格納し、「通算平均転送レート格納領域」はセッション開始時からの通算の平均データ転送速度を格納する。「処理済みフラグ」は、ＴＣＰセッションの場合に、当該セッションのＩＰパケットを最低１個でも破棄したかどうかを示す。「領域確保時タイムスタンプ格納領域」はセッションの最初のＩＰパケット受信時刻を記録し、「最終パケット到達タイムスタンプ領域」は、当該セッションにおいて最後にＩＰパケットを受信した時刻を記録する。
【００１８】
ステップＳＴ３０１で、当該セッションの統計情報格納フィールドが存在しなければ、当該セッション用の初期化した統計情報格納フィールドを、統計情報テーブル２０７に挿入する（ステップＳＴ３０２）。
【００１９】
ステップＳＴ３０１で当該セッションの統計情報格納フィールドの存在が確認された場合は、「一時データ量積算領域」、「通算データ量積算領域」のそれぞれに対象ＩＰパケットのデータ量を加算する。また、「最終パケット到達タイムスタンプ領域」に当該パケットの到達時刻を格納する（ステップＳＴ３０３）。
【００２０】
次に、当該ＩＰパケットに適用されているトランスポートプロトコルを判定する（ステップＳＴ３０４、ステップＳＴ３０５）。ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が適用されていると判定された場合はＴＣＰパケット処理を行う（ステップＳＴ３０６）。ＲＴＰ（Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が適用されていると判定された場合はＲＴＰパケット処理を行う（ステップＳＴ３０７）。それ以外の場合は、ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ  Ｄａｔａｇｒａｍ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケット処理を行う（ステップＳＴ３０８）。各処理の詳細については後述する。
【００２１】
図５はデータ転送レート計測部２０２が１秒毎に実行する計測処理の一部のフローチャートである。当処理は、統計情報テーブル２０７に格納された各セッションの統計情報格納フィールドに対して実行される。まず、統計情報格納フィールド中の「最終パケット到達タイムスタンプ領域」を参照し、そのセッションの最後のパケット受信から２０秒以上経過しているかどうか判定する（ステップＳＴ４０１）。
【００２２】
ステップＳＴ４０１で、２０秒を経過したと判定された場合には期限切れなので、当該セッションの統計情報フィールドを削除する（ステップＳＴ４０２）。
【００２３】
ステップＳＴ４０１で、２０秒経過していないと判定された場合には、当該セッションの統計情報フィールドの「一時データ量積算領域」に格納された内容をルータに設けられた負荷計測用フィールドに加算する。また、同じくルータに記憶された有効セッション数を１加算する（ステップＳＴ４０３）。
【００２４】
次に、当該セッションの即時平均転送レートを「一時データ量積算領域」に格納されたデータ量から算出し、「即時平均転送レート格納領域」に格納する（ステップＳＴ４０４）。
【００２５】
さらに、次の１秒間の即時平均転送レートを算出するため、「一時データ量積算領域」を「０」にリセットする（ステップＳＴ４０５）。
【００２６】
次に、図６のフローチャートを用いて、ＴＣＰパケット処理（ステップＳＴ３０６、図３参照）について説明する。まず、当該セッションの「即時平均転送レート格納領域」を参照し、既定値を上回っているかどうかをチェックする。ここでは、既定値は固定値が設定されている（ステップＳＴ５０１）。
【００２７】
ステップＳＴ５０１で即時平均転送レートが既定値を超過していた場合には、当該セッションの統計情報格納フィールドの「処理済みフラグ」を参照する（ステップＳＴ５０２）。「処理済みフラグ」は、当該セッションのＩＰパケットの破棄を行ったかどうかを表している。
【００２８】
ステップＳＴ５０２でフラグの値が「偽」と判断した場合には、当該ＩＰパケットを破棄し、「処理済みフラグ」を「真」とする（ステップＳＴ５０３）。
【００２９】
一方、ステップＳＴ５０１で即時平均転送レートが既定値に達していない場合、または、ステップＳＴ５０２で「処理済みフラグ」が「真」と判断した場合には、当該ＩＰパケットを出力バッファ２０４にキューイングし、順次、転送を行なう（ステップＳＴ５０４）。
【００３０】
このように、即時平均転送レートが規定値を超過している場合（バースト転送）にはＩＰパケットが破棄されるので、移動端末１０５においてＴＣＰのデータ転送速度の調節機構に奏効し、移動端末１０５上のＴＣＰスタックの転送速度が調整されて無線通信帯域の占有が防止される。
【００３１】
なお、データ転送量が非常に大きい通信の場合には、「即時平均転送レート格納領域」の代わりに「通算平均転送レート格納領域」の値を用いる。「通算平均転送レート格納領域」は、「通算データ量積算領域」の値を「領域確保時タイムスタンプ格納領域」に格納された時刻から現在時刻までの時間で割ることにより算出される。
【００３２】
次に、図７のフローチャートを用いて、ＲＴＰが適用されているＩＰパケットの処理（ステップＳＴ３０７、図３参照）について説明する。ＲＴＰはＩＰパケットを用いたストリーミング再生や音声通信などに用いられるトランスポートプロトコルである。ＲＴＰによるＩＰパケットは、出力バッファ２０４の優先キューにキューイングされる（ステップＳＴ６０１）。これにより、ＲＴＰパケットは優先的にアクセスルータ１０２を通過することができる。
【００３３】
次に、図８のフローチャートを用いて、ＵＤＰが適用されているＩＰパケットを受け取った場合の処理（ステップＳＴ３０８、図３参照）について説明する。ＵＤＰを用いたアプリケーションの一般的なものとしてはＮＦＳ（ネットワークファイルシステム）が知られている。また、認証セッション等のアプリケーションにも使用されている。
【００３４】
まず、当該セッションの即時平均転送レートが既定値を上回っているかどうかをチェックする（ステップＳＴ７０１）。なお、ここでは、規定値には固定値が設定されている。
【００３５】
ステップＳＴ７０１で判定した結果、既定値を超過していた場合、当該パケットを破棄する（ステップＳＴ７０２）。
【００３６】
ステップＳＴ７０１で判定した結果、既定値内であれば当該ＩＰパケットは、出力バッファ２０４にキューイングされ、順次、転送される（ステップＳＴ７０３）。
【００３７】
なお、当該セッションを使用しているアプリケーションがパケット再送機能を持つ場合は、即時平均転送レートが既定値を再び下回れば送信可能となる。無線端末がＵＤＰ送信／再送を繰り返す場合は、無線通信帯域を特定の端末に占有させないという効果は薄れるが、ＵＤＰ送信で再送が行われる場合は、送信側が主に有線網を利用していることが想定されているので、実際には、無線通信帯域の占有は回避することが出来ると考えられる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態１によれば、ＩＰパケット特定部が、入力バッファ２０３にキューイングされたＩＰパケットに適用されているトランスポート層のプロトコルと、データ転送レート計測部２０２が算出された即時平均転送レートに基づいて、バースト通信されているＩＰパケットを特定し、ＩＰパケットの転送を抑制するようにしたので、無線ＬＡＮを使用したインターネットアクセスサービスにおいて、バースト転送により、ユーザへのサービス提供が不公平になるのを防止することが出来る。
【００３９】
また、この実施の形態１によれば、ＴＣＰが適用されたＩＰパケットについては、即時平均転送レートが規定値を超えたときにＩＰパケットを適宜破棄するようにしたので、送信元の端末のトランスポート機構に奏効し、転送速度を調整させることが出来る。
【００４０】
また、この実施の形態１によれば、ＵＤＰが適用されたＩＰパケットについては、即時平均転送レートが規定値を超えたときには、以降の当該セッションのＩＰパケットを全て破棄するようにしたので、ＵＤＰによるバースト転送によって無線通信帯域が占有されることを防ぐことが出来る。
【００４１】
また、この実施の形態１によれば、ＲＴＰが適用されたＩＰパケットについては優先的に転送されるようにしたので、ＲＴＰによる通信が、ＴＣＰやＵＤＰを利用したアプリケーションによるバースト転送に阻害されることを防ぐことが出来る。
【００４２】
また、この実施の形態１によれば、データ転送レート計測部２０２は、送信元ＩＰアドレス、送信先ＩＰアドレスおよび宛先ポート番号によって特定されるセッションのうち、受信にかかった時間が一定の期限を超過していないものについてのみＩＰパケットの転送レートを算出するようにしたので、通信に失敗したセッションについては処理を行わないようにすることが出来る。
【００４３】
なお、この発明は、既存のトランスポート機構を利用することによりデータ転送量を調整し、バースト転送を抑制するようにしているので、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅ等で検討されているような無線システム自体に帯域保証機構を定義するシステムではなく、すでに普及しているＣＳＭＡ型の無線システムを使用して実現する場合に特に好適である。
【００４４】
なお、実施の形態１では、アクセスルータは、無線ＬＡＮ基地局とＩＰ網を接続しているが、有線ＬＡＮとＩＰ網との接続に用いてもよい。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態２では、ＴＣＰが適用されたＩＰパケットについての即時平均転送レートの既定値が、データ転送レート計測部２０２により動的に再設定される。図９は、ＴＣＰ既定値の再設定処理のフローチャートである。以下に示す論理は、データ転送レート計測部２０２が１秒毎に実行する計測処理の一部として実行される。
【００４６】
まず、アクセスルータ１０２の負荷状態が評価される。具体的には、アクセスルータ１０２に記憶された各プロトコルの有効セッション数を取得する（ステップＳＴ８０１）。
【００４７】
ステップＳＴ８０１で得られた有効セッション数に基づいて以下の計算式によりＴＣＰ規定値を算出し、再設定する（ステップＳＴ８０２）。
ＴＣＰ既定値（ｋｂｐｓ）
＝（ａ―ｂ＊ＲＴＰセッション数）／ＴＣＰセッション数
上記の式について説明する。ａは、通信帯域におけるデータ転送可能な帯域の実効値である。この値から、優先して転送するＲＴＰセッション分の帯域を除く。ｂはＲＴＰの１セッションに必要な帯域である。データ転送可能な帯域の実効値ａからＲＴＰセッション割り当て分（ｂ＊ＲＴＰセッション数）を引いた残りの帯域をＴＣＰセッション数で割ることにより、ＴＣＰの１セッションに割り当て可能な転送レートの上限値を算出する。例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｂに基づくデバイスを使用した場合、最大のデータ転送レート１１Ｍｂｐｓからオーバヘッド分を除いた実効値（ａ）は約６０００ｋｂｐｓになる。また、例えばＲＴＰが用いられる音声通信の１セッションに必要な帯域（ｂ）は約１００ｋｂｐｓである。
【００４８】
以上のように、ＴＣＰパケットに対する即時平均転送レートの規定値を、アクセスルータに蓄積された有効セッション数に基づいて再設定できるようにしたので、通信の状況に応じた規定値を設定することが出来る。
【００４９】
実施の形態３．
実施の形態３でも実施の形態２と同様に、ＴＣＰが適用されたＩＰパケットについての即時平均転送レートの既定値が、データ転送レート計測部２０２により動的に再設定される。実施の形態３では、アクセスルータ１０２の負荷状態の評価手段としてアクセスルータ１０２のスループット値を使用する。具体的には、図９のステップＳＴ８０１において、アクセスルータ１０２に記憶された負荷計測用フィールド値を取得し、ステップＳＴ８０２において、以下の計算式を用いてＴＣＰ規定値を算出し、再設定する。
ＴＣＰ既定値（ｋｂｐｓ）＝（ａ−負荷計測用フィールド値）＊ｃ
上記の式について説明する。実施の形態２では、データ転送可能な帯域の実効値（ａ）からＲＴＰセッション分の帯域を差し引いたが、ここでは、負荷計測用フィールドに格納されたアクセスルータ１０２の積算データ量を引いた値を用いる。この値に適当な重み付け（ｃ）をすることにより、通信の混み具合に応じた適切な規定値を算出することが出来る。実施の形態２と同様にＩＥＥＥ８０２．１１ｂに基づくデバイスを使用した場合、ｃの値として０．５を用いることが出来る。規定値の再設定後、負荷計測用フィールドに格納された値は０で初期化する。
【００５０】
以上のように、ＴＣＰパケットに対する即時平均転送レートの規定値を、アクセスルータに蓄積されたデータ量に基づいて再設定できるようにしたので、通信の状況に応じた規定値を設定出来る。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、受信したＩＰパケットに適用されているトランスポート層のプロトコルと転送速度に基づいてバースト通信を構成するＩＰパケットを特定し、ＩＰパケットの転送を抑制するＩＰパケット特定部と、転送速度を算出する転送速度計測部とを備えるようにしたので、バースト転送を抑制し、ユーザに公平にサービス提供することを可能にするルータ装置を得られるという効果がある。例えば無線ＬＡＮを使用したインターネットアクセスサービスにおいては特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるルータ装置が配されるネットワークの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるルータ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ＩＰパケット特定部によるＩＰパケット特定処理のフローチャートである。
【図４】統計情報テーブルの構成を示す図である。
【図５】データ転送レート計測部による計測処理の一部のフローチャートである。
【図６】ＴＣＰが適用されているＩＰパケットの処理のフローチャートである。
【図７】ＲＴＰが適用されているＩＰパケットの処理のフローチャートである。
【図８】ＵＤＰが適用されているＩＰパケットの処理のフローチャートである。
【図９】ＴＣＰ既定値の再設定処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１０１  インターネット、１０２  アクセスルータ（ルータ装置）、１０３  無線ＬＡＮ基地局（無線基地局）、１０４  ＦＴＰサーバ、１０５  移動端末、２０１  ＩＰパケット特定部、２０２  データ転送レート計測部（転送速度計測部）、２０３  入力バッファ、２０４  出力バッファ、２０５  ＩＰ網側インタフェース、２０６  基地局側インタフェース、２０７  統計情報テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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