📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 10周: 🌆 從 RAN 到城市：E2E × Digital Twin × RIS × LEO 完整設計
6G 端到端工程全貌
93／150單元： 5GC SBA 🧩 控制面 × 用戶面分離 5G 核心網路的靈魂：模組化、抽象化、超彈性
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🎯 單元導讀：為什麼 SBA 是 6G 的地基？
在 4G / EPC 時代，核心網路是：
✔ 功能固定
✔ 模組綁死
✔ 邏輯集中
✔ 無法彈性擴充
但 5G / 6G 時代需要：
• 超低延遲（URLLC）
• Massive IoT
• 網路切片（Slicing）
• 邊緣計算（MEC）
• LEO 衛星（NTN）
• AI-native Network
所以 5GC 必須進化成：
⭐ SBA（Service-Based Architecture）服務化架構
所有功能都拆成「微服務」，以 API 互相溝通。
這就是 5GC 最大的革命。
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🧱 一、什麼是 SBA？（5G 的微服務革命）
在 5G 核心網路中，所有功能（AMF、SMF、PCF…）
都變成獨立的 Service Function（SF）。
通訊方式改成：
✔ HTTP/2
✔ RESTful API
✔ Service Registry（NF Discovery）
✔ Stateless（去狀態化）
整個網路變得像：
⭐「Netflix、Google Cloud、AWS 微服務」一樣彈性。
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🧠 二、5GC 的功能分類：CP × UP 的徹底分離
5G 最大的改變之一，就是：
⭐ 控制面（Control Plane）
⭐ 用戶面（User Plane）
完全拆開！
不像 4G EPC 裡面好多功能綁在一起（MME ≈ 多功能合體怪）。
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🧭 （1）控制面 CP（Control Plane）
負責「決策、信令、控制」。
主要包含：
• AMF（接入與行動管理）
• SMF（Session 管理）
• PCF（政策）
• AUSF（鑑權）
• UDM/UDR（用戶資料）
• NRF（功能發現）
• NSSF（切片選擇）
它們全部透過 HTTP/2 + JSON 彼此呼叫。
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📡 （2）用戶面 UP（User Plane）
負責「搬資料、傳流量」。
• UPF（User Plane Function）
UPF 負責：
✔ 封包轉送
✔ QoS
✔ 路由選擇
✔ 與 Data Network 連接（Internet、企業網）
6G 時代 UPF 更會下沉到：
• MEC
• 工廠
• 校園
• 在地網路
• LEO 衛星地面閘道
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🔗 三、SBA 的運作流程（簡化版）
以 UE 上網為例：
UE → gNB → AMF → SMF → UPF → Data Network
而 SBA 的特色是：
✔ 任何功能（NF）想找別的功能
可以用 NRF 查詢：
「哪裡有最新版本的 SMF？在哪個 IP？支援哪種切片？」
✔ 所有 NF 都是微服務
出問題可以單獨換一個容器，不會影響全網。
例如：
SMF 卡住 → 重啟該 Pod，即可。
這是 Cloud-native 5G 的靈魂。
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⚙ 四、CP/UP 分離的工程價值
📌 1. 彈性擴展（Scale-out）
CP （AMF/SMF）可以擴增
UPF 可以獨立擴增
→ 流量暴增時只增加 UPF，不用增加 AMF。
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📌 2. 低延遲（URLLC）
UPF 下沉到 MEC/區域
→ 更靠近 UE
→ 減少 10〜20ms。
這是自駕車、工廠、AR/VR 超重要。
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📌 3. 切片化（Network Slicing）
因為 CP/UP 分離
每個切片可以配自己的：
• AMF
• SMF
• UPF
• Policy
URLLC 和 eMBB 可以走完全不同的核心路徑。
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📌 4. NTN（LEO 衛星）更容易整合
當 UPF 分離後：
• LEO 閘道可以放 UPF（消低延遲）
• 地面 AMF/SMF 照常運作
• 空/地 統一 CP 控制
這是未來 6G NTN 的主架構。
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🛰 五、SBA 核心：N 接口總覽（6G 必考）
• N1：UE ↔ AMF（NAS）：UE 與核心網之間的控制信令，用於註冊、認證、連線與移動性管理。
• N2：gNB ↔ AMF（RRC／RAN）：RAN 與核心控制面的介面，傳遞 UE 控制狀態、切換與管理資訊。
• N3：gNB ↔ UPF（User Plane）：使用者資料面通道，承載實際上網與應用流量。
• N4：SMF ↔ UPF（控制）：SMF 對 UPF 下達轉送規則、QoS 與流量路由設定。
• N6：UPF ↔ DN（Internet）：核心網對外出口，連接網際網路或企業／應用網路。
• N7：SMF ↔ PCF：取得政策與計費規則，用於決定 QoS、頻寬與流量控制策略。
• N8：AMF ↔ AUSF：使用者身分驗證介面，確認 UE 是否為合法用戶。
• N10：UDM ↔ UDR：存取與管理使用者訂閱資料與設定資訊。
• N11：AMF ↔ SMF：協調連線與 Session 建立，將會話控制交由 SMF 處理。
• N22：AMF ↔ NSSF（切片）：決定 UE 應使用的網路切片，對應不同服務需求。
• Nnrf：核心 NF ↔ NRF：核心網功能向 NRF 註冊與查詢服務，實現 SBA 的服務發現機制。
如果你要考電信工程師、或進入電信核心網部門，
這張表背熟 90% 完成。
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🔍 六、模擬題
1️⃣ 專業題
5GC SBA 使用什麼協定進行 NF 之間的互動？
A. GTP
B. RRC
C. HTTP/2 + JSON ✔
D. Diameter
✔ C. SBA 採用 Web-based（RESTful）架構，各 NF 以 HTTP/2 傳遞 JSON 格式 API 訊息進行服務互動。
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2️⃣ 應用題
為什麼 5G 要做 CP/UP 分離？
A. 美觀
B. 方便管理
C. 降低延遲、彈性擴展、支援切片 ✔
D. 因為 4G 不好用
✔ C. 控制面與使用者面解耦後，可獨立水平擴充 UPF，並依不同切片需求靈活部署資源。
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3️⃣ 情境題
某企業私網需要大量流量處理，但信令負載不大，應該擴增什麼？
A. AMF
B. SMF
C. UPF ✔
D. AUSF
✔ C. UPF —— UPF 負責使用者資料面轉送與流量處理，最適合因應高吞吐、低控制信令的使用情境。
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🧪 七、實務演練
1️⃣ 用 Docker/K8s 架設模擬 5GC（free5GC / Open5GS）
2️⃣ 觀察 AMF/SMF/UPF 的日誌
3️⃣ 模擬不同切片走不同 UPF
4️⃣ 把 UPF 下沉到邊緣（MEC）觀察延遲變化
5️⃣ 用 Wireshark 抓 HTTP/2 SBA 訊息
6️⃣ 模擬 UPF scale-out
7️⃣ 將 LEO Gateway 接入 UPF（虛擬）
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✅ 小結：5GC SBA 是 AI-native Network 的基礎建築
✔ 讓 5G/6G 像雲端一樣彈性
✔ 控制面 / 用戶面完全分離
✔ 支援切片、MEC、NTN
✔ 所有功能服務化、微服務化、API 化
✔ 是未來 6G 的「核心中的核心」
一句話總結：
⭐ 沒有 SBA，就沒有 6G。
⭐ 沒有 CP/UP 分離，就沒有 URLLC、MEC、LEO 衛星。
