《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 🌐》
50/100 📌 第 5 周：核心網設計 -行動網路的中樞大腦 。
50. 第五周核心網設計 -行動網路的中樞大腦 總結
📘 第五章複習：核心網設計
本週主題是行動網路的「大腦」——核心網設計。它負責所有的通話、上網、認證與控制，是整個行動通訊系統的智慧中樞。從 1G 的 MSC 電路交換，到 4G 的 EPC 全 IP 化，再到 5G 的 服務化架構（SBA），核心網歷經了從「語音」到「數據」、從「集中」到「雲原生」的重大轉型。如今，5G 的 AMF、SMF、UPF、PCF 模組化設計，加上 MEC 邊緣運算與 Cloud-Native 容器化技術，使網路具備更高彈性、低延遲與智慧調度能力，真正讓行動網從「連線」邁向「智慧」。
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🧠 一、單元知識總結
• 📞 41. MSC（1G/2G）：語音交換核心，負責電路交換，像「總機」幫你接電話。
👉 核心重點：代表傳統電路交換時代，僅能處理語音通話。
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• 🌐 42. SGSN/GGSN（2.5G）：數據核心網初登場，開始支援行動上網，連接外部 Internet。
👉 核心重點：開啟行動網路「語音 + 數據並行」的新時代。
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• ⚙️ 43. EPC（4G LTE）：核心三巨頭 → MME（信令） / SGW（數據中繼） / PGW（數據出口），全面 IP 化。
👉 核心重點：EPC 是行動網核心全面轉向 IP 架構的關鍵轉折點。
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• 🎥 44. IMS：支撐 VoLTE、VoWiFi、視訊通話，多媒體核心控制平台。
👉 核心重點：IMS 讓語音、影像與訊息統一在 IP 網路上運作。
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• 🚀 45. 5GC SBA（5G 核心）：採用服務化架構，功能模組化，彈性高。
👉 核心重點：5GC 以微服務化架構取代傳統功能塊，實現高度靈活與開放。
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• ⚽ 46. AMF/SMF/UPF/PCF：像足球隊一樣分工 → AMF（接入）、SMF（會話）、UPF（數據）、PCF（策略）。
👉 核心重點：功能分離讓控制面與使用者面解耦，提升可擴展性。
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• 🛣️ 47. 網路切片：像專屬高速公路，給不同應用（自駕車、工業 IoT、AR/VR）獨立資源。
👉 核心重點：實現同一網路上多服務並存的虛擬化隔離能力。
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• 🏙️ 48. MEC（多接取邊緣運算）：把雲端計算下沉到邊緣，支援 <10 ms 延遲應用。
👉 核心重點：MEC 是實現低延遲、高即時性的關鍵技術。
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• ☁️ 49. 雲原生（Cloud-Native）：核心網功能容器化 + K8s，自動化擴展、快速升級，讓電信網像雲端一樣靈活。
👉 核心重點：雲原生讓核心網具備自動化、彈性化與 DevOps 整合能力。
核心進化路徑：
語音交換 (MSC) → 數據核心 (SGSN/GGSN) → 全 IP (EPC) → 多媒體 (IMS) → 模組化 5GC (SBA) → 雲原生、網路切片、MEC 驅動的智慧核心網。
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📝 二、測驗題
1️⃣ 單選題
(1) 在 4G EPC 中，哪個元件負責「連接外部 Internet」？
A. MME B. SGW C. PGW D. AMF
👉 答案：C（PGW）
解析： PGW（Packet Data Network Gateway）是 EPC 的出口閘道，負責 IP 位址分配與外部網路連線。
(2) 在 LTE 核心網中，哪個元件負責使用者的「移動性與連線管理」？
A. SGW B. PGW C. MME D. PCRF
👉 答案：C（MME）
解析： MME（Mobility Management Entity）是控制面核心，負責用戶附著、認證與切換控制。
(3) 在 5G SBA 架構中，哪一個元件相當於 EPC 中的 MME？
A. AMF B. SMF C. UPF D. PCF
👉 答案：A（AMF）
解析： AMF（Access and Mobility Management Function）負責用戶接入與移動管理，是 MME 的演進版本。
(4) 哪個 5G 核心模組負責建立與管理使用者的資料承載（Session）？
A. AMF B. SMF C. UPF D. NSSF
👉 答案：B（SMF）
解析： SMF（Session Management Function）負責會話建立、IP 分配與 QoS 參數下發。
(5) 在 5G 網路中，若要提供高可靠、低延遲的 URLLC 專網，最應用到哪項技術？
A. VoLTE B. Network Slicing C. EPC D. PCRF
👉 答案：B（Network Slicing）
解析： 網路切片允許針對不同應用建立獨立邏輯網路，確保 URLLC 類型的低延遲、高可靠性。
(6) 在 MEC（多接取邊緣運算）架構中，主要目的是什麼？
A. 提高電池續航 B. 將運算靠近使用者端以降低延遲 C. 增加頻譜效率 D. 減少核心網節點
👉 答案：B
解析： MEC 將雲端服務下沉到網路邊緣（如基地台旁），縮短資料路徑以支援即時應用。
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2️⃣ 判斷題
(1) 5G 的 5GC 採用 SBA 架構，可以把核心網功能模組化並容器化。
👉 答案：✅ 正確。
解析： SBA 架構支援微服務與雲原生設計，可動態啟停與自動擴展。
(2) LTE 的 EPC 已完全支援服務化與雲原生部署。
👉 答案：❌ 錯誤。
解析： EPC 是節點導向（Node-based），功能集中於固定設備，缺乏彈性與雲原生特性。
(3) 網路切片僅能用於 eMBB（高速數據）服務，不能支援 IoT。
👉 答案：❌ 錯誤。
解析： 網路切片可針對 eMBB、URLLC、mMTC 各類業務分別建立專屬邏輯網路。
(4) MEC 技術可與 Network Slicing 並用，進一步縮短關鍵應用的端到端延遲。
👉 答案：✅ 正確。
解析： MEC 與切片結合可讓延遲敏感型應用（如自駕車、遠距手術）更穩定快速。
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3️⃣ 問答題
(1) 請比較 EPC（LTE 核心網）與 5GC（5G 核心網）在「架構」與「應用能力」上的差異。
👉 答案重點：
EPC 是節點導向、固定功能架構；5GC 採 SBA 服務化設計，以 API 互通、模組化、雲原生運行。
EPC 主要支援行動上網與語音；5GC 則支援多場景（eMBB、URLLC、mMTC），具備切片、MEC、AI 管理等新能力。
(2) 為什麼 5G 網路要引入「雲原生（Cloud-Native）」設計？
👉 答案重點：
為了讓核心網功能能以容器（Container）部署，透過 K8s 自動化管理、快速擴展與滾動升級，提高彈性與效率，降低維運成本。
(3) 請說明 Network Slicing 如何支援智慧工廠或醫療應用。
👉 答案重點：
透過 NSSF 建立獨立切片，並設定低延遲、高可靠 QoS；結合 PCF 制定策略與 MEC 邊緣節點部署，確保資料安全與反應即時。
(4) 簡述 SBA（服務化架構）的主要優點。
👉 答案重點：
模組化、彈性部署、支援雲原生、易升級、易擴充。讓核心網能像雲服務一樣靈活管理與擴展。
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💡 三、知識圖
核心網進化圖（31–39 單元）
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1G/2G → MSC（語音交換）
↓
2.5G → SGSN + GGSN（數據核心）
↓
4G → EPC（三巨頭：MME/SGW/PGW，全 IP）
↓
IMS → VoLTE、視訊（多媒體平台）
↓
5G → 5GC SBA（AMF/SMF/UPF/PCF 模組化）
+ 網路切片（專屬資源）
+ MEC（邊緣運算）
+ 雲原生（容器/K8s，自動擴展）
📶 行動網路核心的演進歷程
從 1G/2G 的 MSC 電路交換時代，只能處理語音通話；到 2.5G 的 SGSN/GGSN，首次引入數據核心網，開啟行動上網；再到 4G 的 EPC，以 MME、SGW、PGW 三巨頭實現全 IP 化，讓語音與數據完全融合。隨後 IMS 平台支撐 VoLTE、VoWiFi 與多媒體服務，成為 IP 語音的核心。進入 5G 時代，核心網轉為 服務化架構（SBA），功能模組化為 AMF、SMF、UPF、PCF，同時引入 網路切片（專屬虛擬資源）、MEC（邊緣低延遲運算）與 雲原生技術（容器 + K8s），讓行動網路邁向智慧化、模組化與高度彈性的雲端世代。
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🧩 四、比較題：LTE vs 5G 核心誰更強？
1️⃣ 架構
• LTE EPC：專用設備架構，由 MME / SGW / PGW 組成。
• 5GC (SBA)：模組化、服務化設計（AMF / SMF / UPF / PCF），以 API 互通。
2️⃣ 彈性
• LTE EPC：固定架構，升級需更換設備。
• 5GC (SBA)：雲原生容器化，可自動擴展與動態部署。
3️⃣ 語音技術
• LTE EPC：透過 IMS 實現 VoLTE（Voice over LTE）。
• 5GC (SBA)：延伸為 VoNR（Voice over New Radio），真正原生 5G 語音。
4️⃣ 延遲表現
• LTE EPC：平均約 10～50 ms。
• 5GC (SBA)：可低於 10 ms，URLLC 類型應用可達 1 ms 級反應。
5️⃣ 傳輸速率
• LTE EPC：百 Mbps 級，透過 CA（載波聚合）與 MIMO 可達約 1 Gbps。
• 5GC (SBA)：Gbps 級以上，支援太赫茲頻段與大規模 MIMO。
6️⃣ 主要應用
• LTE EPC：行動上網、影音串流、社群、行動支付等。
• 5GC (SBA)：自駕車、遠距手術、工業自動化、AR/VR 沉浸式體驗。
7️⃣ 策略與控制能力
• LTE EPC：僅提供基本 QoS 優先權設定。
• 5GC (SBA)：可進行精細化策略控制，支援網路切片與動態資源配置。
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✅ 總結：
5GC 不只是 LTE 的升級版，而是從「專用設備網路」躍升為「雲端服務平台」的全面進化核心，具備更高速度、更低延遲與更強彈性。
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👉 結論：
• EPC 開啟了「智慧手機 + App 生態」的時代。
• 5GC 讓網路成為 產業基礎設施（醫療、製造、交通、城市）。
• 可以說：LTE 改變了生活，5G 正在改變世界。
