(57)【要約】【課題】無線LAN 通信環境下でMC/BC 通信に対する送達確認ACK の返信を行うことが可能な無線通信装置を提供する。【解決手段】無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠し、親局から特定多数の端末へ一斉送信するマルチキャスト通信および不特定多数の端末に一斉送信するブロードキャスト通信を行う機能を具備した無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、親局からマルチキャストあるいはブロードキャストのデータフレームを送信する時に、送信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームの返信の有無を識別する値をMAC ヘッダへ付与する機能を具備する。【選択図】    図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠し、親局から特定多数の端末へ一斉送信するマルチキャスト通信および不特定多数の端末に一斉送信するブロードキャスト通信を行う機能を具備した無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
前記親局から前記マルチキャストあるいはブロードキャストのデータフレームを送信する時に、送信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームの返信の有無を識別する値をMAC ヘッダへ付与する機能を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記親局から前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によりデータフレームを送信する時に、さらに、前記ACK フレームの返信順に則した返信を期待する固定長の端末の識別子を前記MAC ヘッダに付加する機能を具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記親局から前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によりデータフレームを送信する時に、さらに、前記ACK フレームの返信順に則した返信を期待する可変長の端末の識別子とその端末数を前記MAC ヘッダに付加する機能を具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項４】
無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠し、親局から特定多数の端末へ一斉送信するマルチキャスト通信および不特定多数の端末に一斉送信するブロードキャスト通信を行う機能を具備した無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
前記端末が前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によるデータフレームを受信した時に、受信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームを予め定められた間隔と順序を遵守して返信する機能を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】
無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠し、親局から特定多数の端末へ一斉送信するマルチキャスト通信および不特定多数の端末に一斉送信するブロードキャスト通信を行う機能を具備した無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
前記親局から前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によりデータフレームを送信する時に、送信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームの返信の有無を識別する値、および、前記ACK フレームの返信順に則した返信を期待する固定長の端末識別子または可変長の端末識別子とその端末数をMAC ヘッダへ付与する機能を具備し、
前記端末が前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によるデータフレームを受信した時に、前記ACK フレームを返信するまでの待機時間を変更して前記ACK フレームを送信する機能を具備することを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に係り、特に無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠した無線LAN システムにおけるMAC 層プロトコルのフレームフォーマットおよびプロトコルシーケンスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線LAN 通信においては、IEEE802.11（非特許文献１，２参照）で規定されたフレームフォーマットおよび通信制御用プロトコルにしたがって通信する。この無線LAN 通信の規格におけるMAC レイヤでのデータ通信方式として、３種類の方法が定義されている。すなわち、ある特定の一台の端末に対して送信を実施するユニキャスト(UniCast;UC)方式、全ての端末に対してデータ送信を実施するブロードキャスト(BroadCast;BC)方式、1 台以上の特定の端末に対してデータ送信を実施するマルチキャスト(MultiCast;MC)方式である。このうち、UC方式はデータ送信に対して送達確認(ACK) を実施する仕組みが導入されているが、後者のBC/MC 方式にはデータ送信に対するACK の仕組みが導入されていない。
【０００３】
図１５は、従来から利用されているUC利用時のACK 返信方法を示す。データフレームを受け取ると、無線LAN におけるデータ送信間隔の最小単位(short interframe space;SIFS) 後にACK を返信する規格になっている。ここで、IEEE802.11a ではSIFSは16μs 、IEEE802.11b ではSIFSは10μs と規定されている。このように、UCに対しては規格が定められているが、MC/BC に対しては規格が定められておらず、ACK を返信する必要もない。
【０００４】
しかし、送信データの内容によってはACK の返信が重要となる場面がある。例えば株価情報の配布など全員に同時に確実に株価を知らせなければ不平等が生じる場合、MC/BC 通信とその確認応答であるACK は必須である。
【０００５】
そこで、図１６に示すように、MC/BC で送信されたデータフレームに対する確認応答として、UCで利用されるACK 返信方式をそのまま利用することを考えると、次のような問題が生じる。図１６から分かるように、全ての端末(STA) においてACK の送信タイミングが同一であるので、複数のSTA から送信されてくるフレームが衝突し、情報が壊れてしまい、受信者は誰から送信されたフレームか識別できない。つまり、UCで利用されるACK 返信方式を工夫なしにMC/BC で利用することはできない。
【０００６】
上記したように、IEEE802.11で規定されている制御および管理フレームを使用したプロトコルシーケンスによるBC/MC のフレーム送信方法では、相手端末側でフレームを受信したことを送信端末側で認識する仕組みが存在せず、フレームによるACK 送信を行うことができない。そのため、下記のような問題が発生する。
【０００７】
（ａ）フレームロスが発生し、相手端末側でフレームを受信できなかったとしても、送信端末側ではそれを認識することができず、フレームの再送処理を行うことができない。
【０００８】
（ｂ）仮に、UC通信のフレームにおける送達確認の仕組みを単純にBC/MC 通信のフレームの送達確認に適用すると、無線区間で送達確認フレームの衝突が発生し、送達確認フレームを相手端末へ正常に送信することができない。
【非特許文献１】インターネット<URL: http://grouper.ieee.org/groups/802/11>
【非特許文献２】IEEE Std 802.11,1999 Edition
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現状では、無線LAN 通信環境下において、MC/BC 通信を利用して送信されたデータフレームに対してACK を如何に上手く返信するかが課題である。
【００１０】
本発明は前記したように無線LAN 通信規格においてMC/BC 通信に対するACK の返信方法は定められていない現状に鑑みてなされたもので、無線LAN 通信環境下でMC/BC 通信に対する送達確認ACK の返信を行うことが可能な無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の無線通信装置の第１の態様は、無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠し、親局から特定多数の端末へ一斉送信するマルチキャスト通信および不特定多数の端末に一斉送信するブロードキャスト通信を行う機能を具備した無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、前記親局から前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によりデータフレームを送信する時に、送信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームの返信の有無を識別する値をMAC ヘッダへ付与する機能を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明の無線通信装置の第２の態様は、無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠し、親局から特定多数の端末へ一斉送信するマルチキャスト通信および不特定多数の端末に一斉送信するブロードキャスト通信を行う機能を具備した無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、前記端末が前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によるデータフレームを受信した時に、受信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームを予め定められた間隔と順序を遵守して返信する機能を具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の無線通信装置の第３の態様は、無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠し、親局から特定多数の端末へ一斉送信するマルチキャスト通信および不特定多数の端末に一斉送信するブロードキャスト通信を行う機能を具備した無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、前記親局から前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によりデータフレームを送信する時に、送信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームの返信の有無を識別する値、および、前記ACK フレームの返信順に則した返信を期待する固定長の端末の識別子または可変長の端末の識別子とその端末数をMAC ヘッダへ付与する機能を具備し、前記端末が前記マルチキャスト通信あるいはブロードキャスト通信によるデータフレームを受信した時に、前記ACK フレームを返信するまでの待機時間を変更して前記ACK フレームを送信する機能を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の無線通信装置によれば、無線LAN 通信環境下でMC/BC 通信に対する送達確認ACK の返信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置を用いた無線LAN 通信システムの一例を示す。図１に示す無線LAN 通信システムは、１つのBSS(Basic Service Set)内に親局であるAP(Access Point)１００と、端末（子局）である１台以上のSTA (Station) １０１，１０２，…が存在する。APは、無線LAN 通信規格IEEE802.11に準拠し、特定多数の端末へ一斉送信するMC通信と、不特定多数の端末に一斉送信するBC通信を行う機能を具備している。STA は、無線LAN 通信規格IEEE802.11に準拠し、APおよび特定多数の端末へ一斉送信するMC通信と、APおよび不特定多数の端末に一斉送信するBC通信を行う機能を具備している。
【００１７】
図２は、図１中のAP/STAのハードウェアを示すブロック図である。図２において、２００は無線LAN ベースバンドチップ、２０１はCPU(Central Processing Unit)、２０２はMAC (Medium Access Controller)層ブロック、２０３はPHY (Physical layer)層ブロック、２０４はMEMC (Memory Controller)、２０５はPCIC (Peripheral Components Interconnect Controller)、２０６はSRAM (Static Random Access Memory)、２０７はSDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)、２０８はPCIC (Peripheral Components Interconnect Controller)、２０９はHOST PC (Host Personal Computer)、２１０は無線部(RF部) 、２１１はRFチップ、２１２はアンテナ部である。
【００１８】
ここで、図２に示したAP/STAにおける基本的な動作を説明しておく。HOSTPC２０９から送信されるデータは、ホスト側PCIC２０８および無線LAN ベースバンドチップ２００内のPCIC２０５を介してメモリ（SRAM２０６やSDRAM ２０７）に格納される。このSRAM２０６、SDRAM ２０７へのアクセスは、MEMC２０４を介して行われる。メモリ上に格納されたデータは、CPU ２０１によって処理され、その後、MAC 層ブロック２０２およびPHY 層ブロック２０３を通って無線部２１０へ出力され、RFチップ２１１からアンテナ部２１２へデータが渡り、最終的に無線LAN のフレームとして送信されることになる。また、データ受信は、前記データ送信とは逆のフローで処理される。
【００１９】
なお、本実施形態で述べた内容の処理は、ソフトウェアおよびハードウェアのどちらで実施することも可能である。ハードウェアで実施する場合にはMAC 層ブロック２０２で処理され、ソフトウェアで実施する場合には、CPU ２０１が処理することになる。
【００２０】
図３は、図１に示す無線LAN 通信システムにおいて、説明を簡易化するために、１つのBSS 内に１台のAPと３台のSTA(STA1,STA2,STA3) が存在する場合を示している。ここでは、APがMC/BC 通信によってデータフレームを送信し、それを３台のSTA1,STA2,STA3で受信し、各STA1,STA2,STA3からMC通信によってACK フレームを返信する様子を示す。
【００２１】
図４は、IEEE802.11で規定されているMAC フレームのフォーマットを示す。
【００２２】
図５は、第１の実施形態においてMC/BC 通信を利用する時のMAC フレーム中のMAC ヘッダのフォーマットを示す。
【００２３】
図６は、第１の実施形態においてMC/BC グループに参加するSTA 数が固定であり、APがSTA の新規加入を許さないと判断し、ACK の返信順をMAC ヘッダに格納する場合のフォーマットを示す。
【００２４】
図７は、第１の実施形態においてMC/BC グループに参加するSTA 数が可変であり、APがSTA の新規加入を許すと判断し、APに現在接続されているSTA の数とACK の返信順をMACヘッダに格納する場合のフォーマットを示す。
【００２５】
図８は、図６に示したMAC フレームに格納された宛先アドレスの並びにしたがってSTA がACK を返信する状態を示す。ここでは、APからMC/BC 通信によってデータフレームを送信し、STA1,STA2,STA3の順にMC通信によってACK フレームを返信する例を示している。
【００２６】
図３において、APは、MC/BC 通信におけるデータフレームを送信する時に、図５に示すように送信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームの返信の有無を識別する値10,1101 および返信の時間と順序を指定する値をMAC ヘッダへ付与する機能を具備する。
【００２７】
この際、（１）MC/BC 通信により送信されるデータフレームを受信する端末数が固定（MC/BC グループに参加するSTA 数が固定）であり、通信途中で新規端末がMC/BC グループに参加したり、既存端末が離脱することはないとユーザーが設定したシステムと、（２）MC/BC 通信により送信されるデータフレームを受信する端末数が可変（MC/BC グループに参加するSTA 数が可変）であり、通信途中で新規端末がMC/BC グループに参加したり、既存端末が離脱することはないとユーザーが設定したシステムとでは、処理が異なる。
【００２８】
前者（１）の場合には、APは、図６に示すように、ACK フレームの返信順に則した返信を期待する固定長の端末識別子をMAC ヘッダに付加する機能を具備する。これにより、図６に示すようにAPから送信されるデータフレームにはACK の返信順が追加記載される。本例では、MAC アドレス（例えば６バイト）を用い、MAC アドレス1 の端末、MAC アドレス2 の端末、MAC アドレス3 の端末の順で記載されている。ここでは、返信順を判別するためにMAC アドレスを用いたが、各端末を区別できる値であれば何でもよい。
【００２９】
これに対して、後者（２）の場合には、APは、図７に示すように、ACK フレームの返信順に則した返信を期待する可変長の端末識別子とその端末数（通常は８以下）をMAC ヘッダに付加する機能を具備する。これにより、図７に示すようにAPから送信されるデータフレームには、受信端末数とACK の返信順が記載される。本例では、受信端末数は３であり、ACK の返信順は、MAC アドレス1 の端末、MAC アドレス2 の端末、MAC アドレス3 の端末の順に追加記載されている。ここでは、返信順を判別するためにMAC アドレスを用いたが、各端末を区別できる値であれば何でもよい。図３の状態から通信の参加端末が1 台増えた場合のデータフレームのフォーマットを図９に示す。
【００３０】
一方、図３において、各STA は、MC/BC 通信におけるデータフレームを受信した時に、受信内容に対する肯定確認応答としてACK フレームを定められた間隔と順序を遵守して返信する機能を具備する。この機能を、以下に具体的に述べる。
【００３１】
（ａ）図３に示すように送信されてきたデータフレームを受信した時、APからMC/BC 通信で送信されたデータフレームであるか否かを判断する。
【００３２】
（ｂ）上記判断の結果、MC/BC 通信で送信されたデータフレームであることを認識し、ACK の返信が必要であることを知ると、その旨を図２中のＣＰＵのファームウェアに記録した後、MC通信（あるいはBC通信）によって、ACK フレームをAPおよび他のSTA へ一斉に返信する。
【００３３】
この際、（１）受信端末数が固定であり、通信途中で新規端末がMC/BC グループに参加したり、既存端末が離脱することはないシステムと、（２）受信端末数が可変であり、通信途中で新規端末がMC/BC グループに参加したり、既存端末が離脱することがあるシステムとでは、処理が異なる。
【００３４】
前者（１）の場合には、図６に示したMAC フレームに格納された宛先アドレスの並びにしたがって図８に示すようなフォーマットのACK を返信する。この時、各端末がACK を返信するまでの待機時間（ACK の返信間隔）は次のようになる。STA1はt1=(SFIS)*1 時間、STA2はt2=(SFIS+ACK)+(SFIS)時間、STA3はt3=(SFIS+ACK)*2+(SFIS)時間である。
【００３５】
以上のようにACK の返信順をAP側で設定し、各STA はACK を送信するまでの待機時間を計算処理することにより、中途参加や離脱を許可しないMC/BC 通信を用いたデータ送受信において、確認応答であるACK の衝突を避けることができる。
【００３６】
これに対して、後者（２）の場合には、図７に示したMAC フレームに格納された宛先アドレスの並びにしたがってACK を返信する。この場合、通信の中途参加と離脱を許可しているので、通信の途中でAPから図９に示すようにデータフレームが送信される可能性がある。これにより、無線LAN 通信システムの形態が変化した状態を図１０に示す。このように、MC/BC 通信に参加した端末が増えた場合、APから送信されるデータフレームを受信した端末がACK を返信するまでの待機時間は、STA1はt1、STA2はt3、STA3はt3、途中で参加した端末STA4はt3=(SFIS+ACK)*3+(SFIS)になる。
【００３７】
以上のようにACK の返信順をAP側で設定し、各STA はACK を送信するまでの待機時間を計算処理することにより、中途参加や離脱を許可するMC/BC 通信を用いたデータ送受信において、確認応答であるACK の衝突を避けることができる。
【００３８】
次に、第１の実施形態における動作例について図面を参照しながら説明する。いま、１台のAPから３台のSTA1,STA2,STA3に対してMCフレームを送信する場合を考える。この場合、１台のAPと３台のSTA1,STA2,STA3との間では、既に、通信確立用の制御プロトコルが動作し、通信できる環境(IEEE802.11 で規定されている通信可能な状態State 3)にあるものとする。
【００３９】
図１１は、第１の実施形態におけるAP側の動作例を示すフローチャートである。まず、APは、実施しようとするMC/BC 通信に対してACK を求めるか否かを判断する（ステップＳ１）。ACK を求めると判断した場合（Ｙ）には、ACK を求めることを示す識別子として、MAC ヘッダのフレーム制御部のタイプ(type)フィールドに10の値、サブタイプ(subtype)フィールドに1101の値を格納する（図５参照、ステップＳ２）。その後、STA の新規加入を許すか否かを判断する（ステップＳ３）。STA の新規加入を許さないと判断した場合（Ｎ）には、ACK の返信順を格納する（図６参照、ステップＳ４）。これに対して、前記ステップＳ３で、新規加入を許すと判断した場合（Ｙ）には、APに現在接続されているSTA の数とACK の返信順をMAC ヘッダに格納する（図７参照、ステップＳ５）。
【００４０】
上記ステップＳ４またはステップＳ５の後、MC/BC 通信を用いてデータを送信して処理を終了する（ステップＳ６）。なお、ステップＳ１でACK を求めないと判断した場合（Ｎ）にも、ステップＳ６に移る。
【００４１】
図１２は、第１の実施形態におけるSTA 側の動作例を示すフローチャートである。STA1は、図３に示すように送信されてきたデータフレームを受信した時、APからMC/BC 通信で送信されたデータフレームであるか否かを判断する（ステップＳ１）。MC/BC 通信で送信されたデータフレームであると判断した場合（Ｙ）には、MAC ヘッダのtypeフィールドに10の値、subtype フィールドに1101の値が格納されているか（図５参照）判断する（ステップＳ２）。上記の値が格納されていると判断した場合（Ｙ）には、受信データのMAC ヘッダに格納されている自身のアドレス位置から、自身が何μｓ後にACK を返信するか算出する（ステップＳ３）。その後、別のSTA が送信したACK を受信済みか否かを判断する（ステップＳ４）。
【００４２】
上記ステップＳ４で受信済みであると判断した場合（Ｙ）には、予定時間がきたらACKを送信する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ２で所定の値が格納されていないと判断した場合（Ｎ）には、ステップＳ５に移る。
【００４３】
一方、ステップＳ４で別のSTA が送信したACK を受信済みでないと判断した場合（Ｎ）には、自身の直前にACK を返信すべきSTA が何らかの理由によりACK を返信できないと判断し、自身がACK を返信すべき予定時間を前倒しにしてACK を送信する（ステップＳ６）。
【００４４】
上記ステップＳ５またはステップＳ６の後、処理を終了する。なお、ステップＳ１でMC/BC 通信で送信されたデータフレームでないと判断した場合（Ｎ）にも処理を終了する。
【００４５】
上記した第１の実施形態によれば、APはMC/BC 通信の開始と終了を参加者に知らせ、各STA はMC/BC 通信の確認応答としてACK をAPへ返信する方式を実施することが可能となる。これにより、MC/BC 通信におけるデータ送信のスループットを向上させ、無線帯域の有効活用を図ることができる。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、前述した第１の実施形態においてMC/BC 通信を行っていた際、例えば図１３に示すように一部のSTA が不通に陥り、ACK を返信できない状態になった場合の例である。
【００４７】
図１４は、図８に示したようにACK を返信する際、例えばSTA2が不通となり、ACK を返信できなった場合に後続の端末（本例ではSTA3）のACK 返信間隔が短くなる様子を示す。STA2が健在であれば、STA3はt2=(SFIS+ACK)+(SFIS)〜t3=(SFIS+ACK)*2+(SFIS)の間、STA2のACK を検知し続けるはずであるが、この間にSTA2のACK を検知できなければ、STA2が不通状態に陥っていると判断し、STA3は=(SFIS+ACK)+(SFIS)＋α時間待機して送信する。つまり、待機時間を変更して送信する。
【００４８】
上記した第２の実施形態によれば、MC/BC 通信を行っていた際、一部のSTA が不通に陥り、ACK を返信できない状態になった場合に、待機時間を変更してACK を送信することにより、無駄な待機時間を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置を用いた無線LAN 通信システムの一例を示す構成図。
【図２】図１中のAP/STAのハードウェアの一例を示すブロック図。
【図３】図１に示す無線LAN 通信システムにおいて説明を簡易化するために、１つのBSS 内に１台のAPと３台のSTAが存在する場合の構成図。
【図４】IEEE802.11で規定されているMAC フレームのフォーマットを示す図。
【図５】第１の実施形態においてMC/BC 通信を利用する時のMAC フレーム中のMAC ヘッダのフォーマットを示す図。
【図６】第１の実施形態においてAPがSTA の新規加入を許さないと判断し、ACK の返信順をMAC ヘッダに格納する場合のフォーマットを示す図。
【図７】第１の実施形態においてAPがSTA の新規加入を許すと判断し、APに現在接続されているSTA の数とACK の返信順をMAC ヘッダに格納する格納する場合のフォーマットを示す図。
【図８】図６に示したMAC フレームに格納された宛先アドレスの並びにしたがってSTA がACK を返信する状態を示すタイミング図。
【図９】第１の実施形態においてAPがSTA の新規加入を許すシステムにおいて通信途中で参加端末が１台増えた場合のデータフレームのフォーマットを示す図。
【図１０】図９のフレームを受け取った場合に無線LAN 通信システムの形態が変化した状態を示す図。
【図１１】第１の実施形態におけるAP側の動作例を示すフローチャート。
【図１２】第１の実施形態におけるSTA 側の動作例を示すフローチャート。
【図１３】第１の実施形態において通信途中で一部の端末が不通となり、ACK を返信できない様子を示す図。
【図１４】図１３においてSTA2が不通となった場合に後続の他の端末のACK 返信間隔が短くなる様子を示す図。
【図１５】従来から利用されているUC利用時のACK 返信方法を示す図。
【図１６】MC/BC で送信されたデータフレームに対する確認応答としてUC通信で利用されるACK 返信方式をそのまま適用した場合の不具合を説明するために示す図。
【符号の説明】
【００５０】
AP…親局、STA1,STA2,STA3…端末。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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