《AI時代系列(5)：掌握AI + 6G無線行動通訊網路 —— 超高速、零延遲、智慧城市全攻略 🌐》
43/100 📌 第 5 周：核心網設計 -行動網路的中樞大腦 。
43. EPC 📦
LTE 三巨頭：MME、SGW、PGW！
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🎯 單元導讀
在 2.5G/3G 時代，數據核心網由 SGSN/GGSN 處理，但語音仍靠 MSC。
到了 4G LTE，網路全面邁向 全 IP 化，不再區分語音與數據：
👉 語音 = VoLTE → 走 IP 封包
👉 數據 = Internet → 走 IP 封包
因此，核心網演進為 EPC（Evolved Packet Core，演進型分組核心網），由三大巨頭組成：
• MME（Mobility Management Entity） → 控制面核心
• SGW（Serving Gateway） → 數據承載中繼
• PGW（Packet Data Network Gateway） → 網路出口
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🧠 一、MME（控制大腦）
• 功能：
o UE 接入控制（認證、位置更新）。
o 負責移動性管理（handover 控制）。
o 與 HSS（Home Subscriber Server）互通。
• 特點：只處理 控制面（Signaling），不處理實際的數據流量。
👉 類比：像是「交通警察」，管誰能上路、怎麼切換車道。
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🧠 二、SGW（承載中繼）
• 功能：
o 負責用戶數據在無線網與核心網間的轉送。
o 處理 handover 時的數據轉發。
o 與 MME、PGW 連接，維持數據通路。
• 特點：只處理 使用者面（User Plane）。
👉 類比：像是「高速公路休息站」，數據一定要先經過這裡再轉送。
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🧠 三、PGW（出口閘道）
• 功能：
o 分配 IP 位址給 UE。
o 連接外部 PDN（Packet Data Network, 例如 Internet）。
o 負責計費、資費策略。
• 特點：是 UE 上網的「最後一跳」。
👉 類比：像是「國際機場海關」，決定誰能出境上網、分配「護照」（IP 位址）。
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💻 四、ASCII 示意圖
LTE EPC 架構
📱 UE
|
📡 eNodeB
|
┌─────── 控制面 ────────┐
│ MME (認證/位置/切換) │
└─────────┬────────┘
│
┌─────────┴─────────┐
│ SGW (數據中繼) │
└─────────┬─────────┘
│
PGW (網路出口/IP分配)
│
🌐 Internet
📱UE（使用者設備） 透過無線訊號連線至 eNodeB（演進型基地台），eNodeB 不僅負責收發資料，還內建無線資源控制功能。接著信號進入核心網的兩大層面：
• 控制面（Control Plane）：
由 MME（Mobility Management Entity） 負責，用來處理用戶的登入認證、位置更新、切換（handover）與安全控制等。
• 用戶面（User Plane）：
資料封包經由 SGW（Serving Gateway） 作為中繼節點，再傳遞至 PGW（Packet Data Network Gateway），PGW 負責分配 IP 位址並連接至外部網路或企業 VPN。
最終，數據封包通往 🌐 Internet，完成高速上網。
👉 簡言之：
eNodeB 負責無線接取，MME 管控行動與認證，SGW 傳遞數據，PGW 負責出口與 IP。
整個 EPC 架構讓 4G 網路實現「全 IP 化、高速率、低延遲」的關鍵目標。
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🧩 五、模擬題
1️⃣ 專業題
問題：
請解釋 MME、SGW、PGW 在 LTE EPC 架構中的分工，為何要分成三個功能實體？
說明：
EPC（Evolved Packet Core）是 LTE 網路的全 IP 核心，主要負責用戶的數據傳輸與移動管理。
其中，MME 是控制面的核心節點，負責使用者的登入認證、位置更新與切換控制；SGW 是使用者面的中繼節點，負責封包轉送與行動中繼（Mobility Anchor）；PGW 則是整個網路通往外部的出口，負責分配 IP 位址、進行流量過濾，並與外部網路（如 Internet 或 IMS）相連。
為何要分成三個實體：
第一，控制面與使用者面分離，可以讓系統在高流量下維持穩定，且易於擴充。
第二，這樣的分層設計能讓各節點可根據負載彈性部署，提升資源利用率。
第三，安全性更高，控制信令與資料傳輸互不干擾。
第四，這樣的模組化結構，也為日後向 5G 的 AMF、SMF、UPF 架構演進奠定基礎。
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2️⃣ 應用題
問題：
假設一名用戶搭高鐵，如何透過 MME 與 SGW 協作，確保數據連線不中斷？
說明：
當用戶在高速移動中，例如搭乘高鐵時，手機會不斷在不同基地台（eNodeB）之間切換連線。這時候，MME 與 SGW 的協同運作就顯得非常重要。
具體過程如下：
首先，當 eNodeB 偵測到訊號品質下降，會通知 MME 啟動切換程序。
接著，MME 負責控制面信令，先確認目標基地台可用，並指示 SGW 準備更新新的資料路徑。
然後，SGW 會在使用者面中轉數據流，把原來的傳輸路徑轉到新的 eNodeB。
在整個過程中，PGW 與外部網路的連線不會改變，因此使用者的 IP 位址與連線狀態保持一致。
當切換完成後，用戶的通話或影音串流能無縫延續，不會中斷。
簡而言之，MME 負責「控制」，SGW 負責「中繼」，兩者協同讓用戶在移動中仍能保持穩定的數據連線。
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3️⃣ 情境題
問題：
如果要針對高資費用戶提供「保證頻寬服務」，這應該在 EPC 的哪個節點實現？
（提示：PGW + PCRF）
說明：
所謂的保證頻寬服務屬於 QoS（服務品質）控制範疇。這個機制的核心在於 PGW 與 PCRF 的互動。
PGW 是整個 EPC 通往外部網際網路的閘道，它能根據策略為不同用戶建立具特定優先權與速率的資料承載（bearer）。PCRF 則是負責「策略與收費控制」的功能模組，當高資費用戶連線時，PCRF 會根據他的套餐或服務等級，動態下發對應的 QoS 規則給 PGW，例如設定最低保證速率、最高速率或優先等級。
舉例來說，當 VIP 客戶上線時，PCRF 會指示 PGW 為該客戶建立高優先級的承載通道，確保在網路壅塞時仍能維持穩定速度。
因此，「保證頻寬」的實現主要依靠 PGW 與 PCRF 的協同運作：PGW 執行，PCRF 決策。
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✅ 六、小結與啟示
• EPC = LTE 的核心網，實現語音/數據完全封包化。
• MME → 控制面，負責認證與移動管理。
• SGW → 使用者面，負責數據中繼。
• PGW → 出口閘道，負責上網與計費。
• 意義：奠定了「核心/接入分離」與「控制/使用者面分離」的基礎，直接影響 5G 的 CUPS（Control and User Plane Separation） 設計。
👉 一句話總結：EPC 是 LTE 的大腦 + 高速公路 + 國際機場，三者分工合作，讓 4G LTE 成為真正的隨身寬頻。
