(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対のペア線を伝送路とし、マルチポイント接続される複数の構内有線通信装置であるマスター装置及びスレーブ装置を有し、かつ同一周期で繰り返される時分割多重方式において、
先頭に網全体の同期を行うために前記マスター装置が送信する網同期信号と、次に予め許可された前記マスター装置または前記スレーブ装置が一定長のデータを順次送信するバーストデータと、最後尾に前記バーストデータのチャネルを前記マスター装置またはスレーブ装置が確保することを主目的とする制御信号と、前記網同期信号と前記複数のバーストデータと前記制御信号のそれぞれの直後に全ての装置が送信を停止する時間を確保するために付加した送信休止時間とを１周期とする多重フォーマットを構成し、更に前記複数のバーストデータ内と前記制御信号内にデータ同期信号を付加すると共に、順次送信される前記バーストデータの２番目以降の全てのバーストデータの前に網同期信号と送信休止時間を確保し、前記バーストデータの最後のバーストデータよりも前のバーストデータの全ての後ろに前記制御信号よりも短い制御信号と送信休止時間とを付加したことを特徴とする時分割多重方式。
【請求項２】
前記制御信号をスレーブ装置が送信する上り制御信号と、マスター装置が送信する下り制御信号に分割し、前記上り制御信号と下り制御信号の間に送信休止時間を付加したことを特徴とする請求項１記載の時分割多重方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、１対のペア線を伝送路とし、マルチポイントで複数接続される構内有線通信装置における時分割多重方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のデータを周期的に時分割多重する方式のトポロジーとして、ループ伝送路が知られている。以下、その伝送方式について図６及び図７を参照しながら説明する。
【０００３】
図７において、２１は同期信号の発生とタイムスロットの管理を行う制御ノードであり、２２乃至２４は同期信号の発生とタイムスロットの管理機能を有しない通信ノードである。制御ノード２１及び通信ノード２２乃至２４は、図７に示すようにループ状に接続される。
【０００４】
図６において、１４は多重された信号の１フレームを示し、１１はフレーム１４を同期させるためのフレーム同期信号、１３−１乃至１３−ｎは伝送されるバーストデータであり、１２はバーストデータ１３−１乃至１３−ｎまでのデータのタイムスロット管理を行うためのタイムスロット予約チャネルである。
【０００５】
図７の矢印に示すようにフレーム１４は、制御ノード２１から送信された通信ノード２２で受信される。受信した通信ノード２２はタイムスロット予約チャネル１２を基にバーストデータ１３−１乃至１３−ｎの中からデータを抽出し、または送信用に多重し、フレーム１４を通信ノード２３に送信する。同様にして、通信ノード２３から通信ノード２４、制御ノード２１へと送受信され、再び制御ノード２１から通信ノード２２へと送信されていく。
【０００６】
以上の様にして、例えば通信ノード２４からバーストデータ１３−２のタイムスロットを介して通信ノード２２へと定期的にデータを送信できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の時分割多重通信方式をマルチポイントで接続されるトポロジーに適用した場合のフレームの伝送経路は図８に示すようになる。以下、図８を参照しながら説明する。
【０００８】
図８において、３１は前記制御ノード２１と同じ機能を有するマスター装置であり、３２乃至３４は前記通信ノード２２乃至２４と同じ機能を有するスレーブ装置である。
【０００９】
上記従来の時分割多重方式を図８に示すマルチポイントのトポロジーに適用した場合、マスター装置３１がデータを多重送信したい時は、矢印に示すように、フレーム１４が各スレーブ装置を１周してマスター装置３１に戻るまで送信できない。このようにフレーム１４はマスター装置３１からスレーブ装置３４、スレーブ装置３４からスレーブ装置３３、スレーブ装置３３からスレーブ装置３２、スレーブ装置３２からマスター装置３１というように一巡するため、１周の遅延時間として、それぞれの装置間を経由する伝送路の遅延時間の和分の遅延時間が発生する。更に各装置の送信による衝突を回避するために、各装置はフレーム１４を全て受信してからのみ送信可能となる。従って、少なくともフレーム１４が各装置を一巡するのに要する遅延時間は、（それぞれの装置間を経由する伝送路の遅延時間の和）と、（各装置が一度フレーム１４を取り込む時間）×装置数の総和となる。つまり、装置数が増えるほど遅延時間は比例して大きくなり、伝送効率を低下させてしまう。
【００１０】
また、上記従来の時分割多重通信方式では、伝送路の伝送レートが低く充分にタイムスロット予約チャネル１２のデータ長が確保できない場合に加えて、更にタイムスロット予約チャネル１２にタイムスロット管理以外のシステム制御を行いたい場合、各装置間の通信は前記タイムスロット予約チャネル１２を複数回送受信して初めて通信が確立するが、タイムスロット予約チャネルは、フレーム１４に１チャネルしかないため、フレーム１４の周期が遅くなるほど、各装置間の通信確立までの応答速度が長くなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、伝送路の使用効率を向上でき、かつ低いクロック精度で各装置間の通信確立までの時間を短くできる時分割多重方式を提供することを目的とする
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、１対のペア線を伝送路とし、マルチポイント接続される複数の構内有線通信装置であるマスター装置及びスレーブ装置を有し、かつ同一周期で繰り返される時分割多重方式において、先頭に網全体の同期を行うために前記マスター装置が送信する網同期信号と、次に予め許可された前記マスター装置または前記スレーブ装置が一定長のデータを順次送信するバーストデータと、最後尾に前記バーストデータのチャネルを前記マスター装置またはスレーブ装置が確保することを主目的とする制御信号と、前記網同期信号と前記複数のバーストデータと前記制御信号のそれぞれの直後に全ての装置が送信を停止する時間を確保するために付加した送信休止時間とを１周期とする多重フォーマットを構成し、更に前記複数のバーストデータ内と前記制御信号内にデータ同期信号を付加すると共に、順次送信される前記バーストデータの２番目以降の全てのバーストデータの前に網同期信号と送信休止時間を確保し、前記バーストデータの最後のバーストデータよりも前のバーストデータの全ての後ろに前記制御信号よりも短い制御信号と送信休止時間とを付加したものである。
【００１３】
これにより、装置の接続台数が増えることによる影響を受けることがなく、伝送路の使用効率を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、１対のペア線を伝送路とし、マルチポイント接続される複数の構内有線通信装置であるマスター装置及びスレーブ装置を有し、かつ同一周期で繰り返される時分割多重方式において、先頭に網全体の同期を行うために前記マスター装置が送信する網同期信号と、次に予め許可された前記マスター装置または前記スレーブ装置が一定長のデータを順次送信するバーストデータと、最後尾に前記バーストデータのチャネルを前記マスター装置またはスレーブ装置が確保することを主目的とする制御信号と、前記網同期信号と前記複数のバーストデータと前記制御信号のそれぞれの直後に全ての装置が送信を停止する時間を確保するために付加した送信休止時間とを１周期とする多重フォーマットを構成し、更に前記複数のバーストデータ内と前記制御信号内にデータ同期信号を付加すると共に、順次送信される前記バーストデータの２番目以降の全てのバーストデータの前に網同期信号と送信休止時間を確保し、前記バーストデータの最後のバーストデータよりも前のバーストデータの全ての後ろに前記制御信号よりも短い制御信号と送信休止時間とを付加したものであり、マスター装置及びスレーブ装置は、予め許可されたタイミングで直接全装置にバーストデータを周期的に送信可能となり、また直接目的の装置からバーストデータを周期的に受信可能となり、伝送路の使用効率を向上させることができ、更に、制御信号が各バーストデータ直後に確保され、制御信号の周期が短くなることによって、低いクロック精度で各装置間の通信確立までの時間を短くできる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記制御信号をスレーブ装置が送信する上り制御信号と、マスター装置が送信する下り制御信号に分割し、前記上り制御信号と下り制御信号の間に送信休止時間を付加したものであり、網全体を管理するマスター装置が送信できる周期が、必ず１バーストデータ周期ごとに確保されるという作用を有して、通信確立までの時間を更に短くできる。
【００１６】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるバーストデータの伝送経路を示す配線形態（トポロジー）の一例である。同図において、４１はシステムの基準クロックを生成しているマスター装置、４２乃至４４はマスター装置４１のクロックにより同期しているスレーブ装置である。各装置４１乃至４４は１対のペア線でマルチポイント接続されるトポロジーを構成している。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態１における時分割多重通信方式のフォーマットを示す。この図２において、１はマスター装置から送信される網同期信号、４は網同期信号１の送信後、各装置間の送信による衝突を避けるために確保された信号休止時間、２−１乃至２−ｎは予め許可されたマスター装置又はスレーブ装置が送信するバーストデータであり、このバーストデータ２−１乃至２−ｎの送信後は、それぞれ前記網同期信号１と同様に送信休止時間４が確保される構成になっている。また３はバーストデータ２−ｎの送信後に前記各装置４１乃至４４のいずれかが送信する制御信号であり、この制御信号３の送信後も前記網同期信号１と同様に送信休止時間４が確保される構成になっている。５は以上の多重フォーマットを１周期とする周期である。また６は前記バーストデータ２−１乃至２−ｎ及び前記制御信号３が送信装置以外の装置で直接受信するためのデータ同期信号である。
【００１８】
図３は、図２の時分割多重方式のフォーマットを実現するためのブロック図である。
【００１９】
図３において、５１はペア線上の多重データを受信してディジタルデータに復調するための受信復調部、５２は送信データ多重部で生成されたデータを変調してペア線上に送信するための送信変調部である。５３はスレーブ装置側に付加されるもので、マスター装置から送信された網同期信号からスレーブ装置内のマスタークロックを生成するための網同期クロック生成部、５４はスレーブ装置側に付加されるもので、マスター装置から送信された網同期信号を検出するための網同期検出部、５５はバーストデータ２−１乃至２−ｎ、及び制御信号３に付加されたデータ同期信号を検出するためのデータ同期信号検出部である。また、５６は伝送路で多重されている各データのタイミングを管理し、受信バーストデータチャネルを制御するとともに各種送信データのタイミングを管理制御するタイムスロット管理部、５７は目的のバーストデータを抽出するための受信データ抽出部、５８は送信用のバーストデータ及び制御信号を制御するための送信データ制御部である。
【００２０】
また、５９はマスター装置側に付加されるもので、網同期信号１を生成するための網同期信号生成部、６０はバーストデータ及び制御信号を送信する際に付加するデータ同期信号を生成するためのデータ同期信号生成部、６１は網同期信号、データ同期信号、送信バーストデータ、制御信号をタイムスロット管理部５６に従って多重する送信データ多重部であり、この送信データ多重部６１で生成されたデータは送信変調５２に送出される。６２は装置全体を制御し、バーストデータチャネルを確保するとともに、その他のシステム制御を行うための制御データを生成し、かつ受信した制御信号の解析し、送受信チャネルを制御するための制御部である。６３はバーストデータ間隔で受信した音声などのデータを一時記憶し、同時に受信した伝送レートよりも低く一定レートで送出するための受信記憶装置であり、６４は一定レートで生成された音声などのデータを一時記憶し、同時に受信した伝送レートよりも高い伝送レートでバーストデータ間隔によって送出するための送信記憶装置である。
【００２１】
次に、上記のように構成された実施の形態１についてスレーブ装置４２と４３の双方向通信を例に説明する。
【００２２】
図１において、マスター装置４１から送信された網同期信号１により、スレーブ装置４２乃至４４は網同期される。初期においては、その後順次確保されているバーストデータ２−１乃至２−ｎはどの装置も許可されていないため未送信状態となる。次にマスター装置からスレーブ装置の全てにポーリングするために制御信号３を送信し、１周期５が終了する。スレーブ装置４２乃至４４は各周期５ごとに制御信号３を送信し、マスター装置に対して要求情報を伝達する。
【００２３】
このようにして、スレーブ装置４２乃至４４はマスター装置４１との通信を繰り返し、マスター装置を介してスレーブ装置４２と４３がそれぞれデータを送受信することを認識する。加えてスレーブ装置４２はバーストデータ２−１を送信チャネルと認識し、かつバーストデータ２−２を受信チャネルと認識する。同様にスレーブ装置４３はバーストデータ２−２を送信チャネルと認識し、かつバーストデータ２−１を受信チャネルと認識する。互いにバーストデータの送受信タイミングを認識したそれぞれのスレーブ装置は、網同期信号を基準としたバーストデータ２−１、２−２のタイミングで送受信を繰り返す。
【００２４】
次に、上記時分割多重方式の信号処理について説明する。図３において、マスター装置４１ではタイムスロット管理部５６にて、自己の持つマスタークロックを基準に多重フォーマットの全てを管理する。網同期信号生成部５９で生成された網同期信号１は送信データ多重部６１を介して送信変調部５２により送信される。スレーブ装置４２乃至４４は、ほぼ同時に受信復調部５１で網同期信号１を受信する。網同期クロック生成部５３は網同期信号からスレーブ装置内のマスタークロックを生成する。同時に網同期信号検出部５４によって網同期信号が検出される。スレーブ装置のタイムスロット管理部５６は網同期検出信号とマスタークロックを基に多重フォーマットを管理する。
【００２５】
制御信号３の送受信においては、マスター装置４１、スレーブ装置４２乃至４４まで全て同様の動作であり、送信時には、制御部６２から送信された制御信号に送信データ制御部５８、送信データ多重部６１を介してデータ同期信号生成部６０により生成されたデータ同期信号６を付加して送信変調部５２によりペア線上に送信される。逆に受信時には、受信変調部５１で受信された信号からデータ同期信号検出部５５によって受信タイミングを検出し、タイムスロット管理部５６を基に受信データ抽出部５７により制御信号を分離して制御部６２へ送出する。
【００２６】
このようにして送受信された制御信号により前記スレーブ４２と４３の通信を確立され、バーストデータ２−１，２−２が送受信されるが、そのデータの信号処理経路は、受信記憶装置６３、送信記憶装置６４以外は同様である。異なるのは送信タイミング及びデータ長である。
【００２７】
以上のような構成により、スレーブ装置４２と４３はバーストデータ２−１、２−２により、他の装置を介さずに直接双方向通信を行うことができる。
【００２８】
（実施の形態２）
図４は、前記図１に示すトポロジーに多重される本発明の実施の形態２による時分割多重方式のフォーマットである。
【００２９】
図４において、７１はマスター装置から送信される網同期信号であり、７２は網同期信号７１を送信した後、各装置間の送信による衝突を避けるために確保された送信休止時間である。また、７３−１は予め許可されたマスター装置又はスレーブ装置が送信するバーストデータであり、このバーストデータ７３−１の送信後は、前記網同期信号７１と同様に送信休止時間７２が確保される構成になっている。また、７４はバーストデータ７３−１の送信後の送信休止時間７２後に前記各装置４１乃至４４のいずれかが送信する制御信号であり、制御信号７４の送信後も前記網同期信号７１同様に送信休止時間７２が確保される構成になっている。７８は以上を１周期とするフォーマット周期である。更にフォーマット周期７８はバーストデータが多重されている数ｎだけ繰り返され、データ周期７５を構成する。更にバーストデータ７３−１乃至７３−ｎ及び前記制御信号７４には、本発明の実施の形態１と同様に、送信装置以外の装置で直接受信するためのデータ同期信号が付加される。
【００３０】
図４に示す時分割多重方式のフォーマットを実現するためのブロック図は図３に示すブロック図と同様に構成される。
【００３１】
次に、上記のように構成された実施の形態２について、スレーブ装置４２と４３の双方向通信を例に説明する。
【００３２】
図１において、スレーブ装置４２乃至４４はマスター装置４１から送信された図４に示す網同期信号７１により網同期される。ここでフォーマット周期７８ごとに確保されているバーストデータ７３−１乃至７３−ｎは通信が確立されるまでは未送信状態となる。次にマスター装置からスレーブ装置の全てにポーリングするために制御信号７４を送信し、１フォーマット周期７８が終了する。スレーブ装置４２乃至４４は各フォーマット周期７８ごとに制御信号７４を送信しマスター装置に対して要求情報を伝達する。
【００３３】
このようしてスレーブ装置４２乃至４４はマスター装置４１との通信を繰り返し、マスター装置を介してスレーブ装置４２と４３がそれぞれデータを送受信することを認識する。加えてスレーブ装置４２はバーストデータ７３−１を送信チャネルと認識し、かつバーストデータ７３−２を受信チャネルと認識する。同様にスレーブ装置４３はバーストデータ７３−２を送信チャネルと認識し、かつバーストデータ７３−１を受信チャネルと認識する。互いにバーストデータの送受信タイミングを認識したそれぞれのスレーブ装置は、それぞれ網同期信号の後に続くバーストデータ７３−１、７３−２のタイミングで送受信を繰り返す。
【００３４】
上記時分割多重方式の信号処理については図３と同様である。異なるところはタイムスロット管理部５６で管理するタイムスロットを図４に示すような構成になるようにした点である。
【００３５】
以上のような構成により、制御信号７４のデータ長は本発明の実施の形態１の図２に示す制御信号３よりも短くなるが、制御信号の周期を短くすることができる。
【００３６】
（実施の形態３）
図５は、前記図１に示すトポロジーに多重される本発明の実施の形態３による時分割多重方式のフォーマットである。
【００３７】
図５において、図４と異なる点は、図４の制御信号７４の部分のみであり、その他は全く同様である。すなわち、図４の制御信号７４のデータ長を図５において、更に制御信号７６と７７との間に送信休止時間７２が確保される構成にした点が異なる。制御信号７６はスレーブ装置４２から４４のいずれかがマスター装置４１に送信するための上り制御信号であり、制御信号７７はマスター装置４１がスレーブ装置に対して送信する下り制御信号である。上り制御信号７６及び下り制御信号７７には、本発明の実施の形態１と同様に、送信装置以外の装置で直接受信するためのデータ同期信号が付加される。
【００３８】
図５の時分割多重方式のフォーマットを実現するためのブロック図は図３に示すブロック図と同様に構成される。
【００３９】
次に、上記のように構成された実施の形態３について、スレーブ装置４２と４３の双方向通信を例に説明する。
【００４０】
図１において、スレーブ装置４２乃至４４はマスター装置４１から送信された図５に示す網同期信号７１により網同期される。ここでフォーマット周期７８ごとに確保されているバーストデータ７３−１乃至７３−ｎは通信が確立されるまでは未送信状態となる。また、上り制御信号７６もマスター装置から送信要求を受信するまでは未送信状態となる。次にマスター装置からスレーブ装置の全てにポーリングするために下り制御信号７７を送信し、１フォーマット周期７８が終了する。スレーブ装置４２乃至４４は各フォーマット周期７８ごとに上り制御信号７６を送信しマスター装置に対して要求情報を伝達する。マスター装置４１は各スレーブ装置からの上り制御信号７６を受信しつつ、次の応答を各装置に対して順次下り制御信号を送信していく。
【００４１】
このようにしてスレーブ装置４２乃至４４はマスター装置４１との通信を繰り返し、マスター装置を介してスレーブ装置４２と４３がそれぞれデータを送受信することを認識する。加えてスレーブ装置４２はバーストデータ７３−１を送信チャネルと認識し、かつバーストデータ７３−２を受信チャネルと認識する。同様にスレーブ装置４３はバーストデータ７３−２を送信チャネルと認識し、かつバーストデータ７３−１を受信チャネルと認識する。互いにバーストデータの送受信タイミングを認識したそれぞれのスレーブ装置は、それぞれ網同期信号の後に続くバーストデータ７３−１、７３−２のタイミングで送受信を繰り返す。
【００４２】
上記時分割多重方式の信号処理については図３と同様である。異なるところはタイムスロット管理部５６で管理するタイムスロットにおいて制御信号を上りと下りに分けて図５に示すように構成した点にある。
【００４３】
以上のような構成により、スレーブ装置が送信する上り制御信号７６、マスター装置が送信する下り制御信号７７のデータ長はそれぞれ本発明の実施の形態２の図４に示す制御信号７４よりも短くなるが、制御信号の周期を更に短くすることができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態では、スレーブ装置は３台を例にして説明した。本発明はこれに限らず、３台以上の台数でも可能である。また、本発明の実現手段としてハードウェアを例に上げて述べたが、ソフトウェアによる処理も可能である。また、スレーブ装置間の双方向通信を例に上げて述べたがマスター装置とスレーブ装置間の通信や、一つの装置から複数の他の装置への一斉送信なども可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、マスター装置及びスレーブ装置は、予め許可されたタイミングで直接全装置にバーストデータを周期的に送信可能であり、また直接目的の装置からバーストデータを周期的に受信可能であるため、音声などの連続データの送受信を可能にすることは当然のこと、自己が送信したバーストデータが全装置を巡回することによる伝送遅延、つまり（それぞれの装置間を経由する伝送路の遅延時間の和）と、（各装置がフレーム全体取り込む時間）×装置数の総和の遅延時間を回避できるため、装置の接続台数が増えることによる影響を受けることがなく、伝送路の使用効率を高く維持することができるという効果が得られる。
【００４６】
また、本発明によれば、バーストデータの後ろに必ず制御信号を割り当てることにより、各制御信号のデータ長は短くなるが、制御信号の周期が短くなり、システムとしての応答速度を早めるという効果を有する。加えてバーストデータの前に必ず網同期信号を割り当てることにより、フォーマットはこれで１周期となるため、タイムスロット管理が単純になり、また網同期信号により生成されたクロックの自走時間が短くなり、精度の低い発振子を使用できるという効果が得られる。
【００４７】
更に、本発明によれば、制御信号を上り制御信号と下り制御信号に分割することにより、マスター装置、スレーブ装置間の通信間隔が短くなり、応答速度を更に早めるという効果を有する。また、スレーブ装置は上り制御信号を、マスター装置は下り制御信号を専用に使用できるため、マスター装置、スレーブ装置間での制御信号の衝突回避制御の必要がなくなり、容易に送受信できるといった効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における時分割多重方式をマルチポイント接続のトポロジーにした場合のバーストデータの伝送経路
【図２】本発明の実施の形態１における時分割多重通信方式のフォーマット
【図３】本発明の実施の形態における時分割多重方式の信号処理の概略ブロック図
【図４】本発明の実施の形態２における時分割多重通信方式のフォーマット
【図５】本発明の実施の形態３における時分割多重通信方式のフォーマット
【図６】従来のループ伝送路をトポロジーとする時分割多重方式のフォーマット
【図７】従来のループ伝送路をトポロジーとする配線形態を示す図
【図８】従来のループ伝送路に使用される時分割多重方式をマルチポイント接続のトポロジーにした場合のフレームの伝送経路
【符号の説明】
１  網同期信号
２  バーストデータ
３  制御信号
４  送信休止時間
５  周期
６  データ同期信号
４１  マスター装置
４２〜４３  スレーブ装置
５１  受信復調部
５２  送信変調部
５３  網同期クロック生成部
５４  網同期信号検出部
５５  データ同期信号検出部
５６  タイムスロット管理部
５７  受信データ抽出部
５８  送信データ制御部
５９  網同期信号生成部
６０  データ同期信号生成部
６１  送信データ多重部
６２  制御部
６３  受信記憶装置
６４  送信記憶装置
７１  網同期信号
７２  送信休止時間
７３−１〜７３−ｎ  バーストデータ
７４  制御信号
７５  データ周期
７６  上り制御信号
７７  下り制御信号
７８  フォーマット周期
【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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