📘 《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 12周: ☁️ 星鏈雲原生架構：LEO × vGateway × O-SAT × Kubernetes
114／150單元： SC-plane / SD-plane 分離
📡 控制 × 數據分流架構，強化 LEO/6G 的穩定性**
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🎯 單元導讀
在 6G × LEO NTN × O-SAT（Open Satellite Architecture）裡，
**控制（Control）與資料（Data）**不能再混在一起。
為什麼？
因為：
✔ LEO 星座瞬間切換
✔ Satellite handover 每 20–60 秒
✔ 雷雨/雲層造成 FSO/Ka/Ku 失效
✔ 多軌道（LEO/MEO/GEO/UAV）並存
✔ 地面站虛擬化（vGateway）帶來動態路由
✔ Mobile backhaul 流量巨大
若「控制訊號」跟「資料通道」綁死在一起：
❌ handover 容易失敗
❌ 雨衰會影響控制面
❌ 中斷資料 = 中斷整條鏈
❌ 衛星 Mesh 不穩定
6G 的答案：
⭐ SC-plane / SD-plane 分離（Satellite Control / Satellite Data Split）
這是 6G NTN 的基石，也是 Starlink Phase II、Kuiper、OneWeb 全面採用的架構。
一句話：
📡 掌握控制面 → 才能穩住整個太空網路。
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🧠 一、SC-plane / SD-plane 是什麼？
SC-plane = Satellite Control Plane
→ 處理連線、切換、路由、時序、授權等「大腦」功能
SD-plane = Satellite Data Plane
→ 真正承載用戶資料的高速傳輸通道
簡單比喻：
• SC-plane：指揮交通
• SD-plane：載運貨物
兩者獨立後：
✔ 資料再怎麼爆量，都不會拖垮控制
✔ 控制不受雨衰、遮蔽影響
✔ Handover 更快、更穩
✔ 多軌道協作（LEO/GEO/UAV）不會互相干擾
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🧠 二、為什麼 NTN 一定要控制/數據分離？
🌍 1. LEO 衛星頻繁切換
每個 UE 對同一顆衛星的連線壽命只有 20–60 秒。
如果控制流量跟資料綁死：
→ 任何小干擾都可能造成 Session Reset。
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☁️ 2. vGateway / vSAT 雲原生化
控制面需要跑在 Cloud（集中 / 分散），
資料面常走 FSO、Ka、Ku、Laser Link，
兩者的最佳位置完全不同。
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🛰 3. 多軌道混合架構（LEO × GEO × UAV）
控制面可以走 GEO / 地面 5G Core，
資料面跑 LEO（高速）或 FSO（極高速）。
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🌧 4. 雨衰、雲霧、水氣（Ka/FSO）
THz/FSO/Ka 對水氣敏感 → 容易掉封包
如果控制面也走這些高頻：
❌ 系統直接死機
分離後：
✔ 控制走 sub-6、VHF、S-band（可靠）
✔ 數據走高速波束（不穩也沒關係）
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🧠 三、SC-plane / SD-plane 的架構示意（ASCII）
🛰 LEO Satellite
┌───────────┬───────┐
│ SC-plane │ SD-plane │
│ (Control) │ (Data) │
└─────┬─────┴─────┬─┘
│ │
(可靠鏈路 Sub-6/S-band) │ (高速鏈路 Ka/Ku/FSO/THz)
│ │
┌───────────┐ ┌──────────┐
│ SC Core │ │ Data Gateway │
│ vSC-Cloud │ │ vGateway │
└───────────┘ └──────────┘
│ │
└──────┬────┘
v
Internet
這張 SC-plane / SD-plane 架構示意圖 說明了 LEO 星鏈系統中「控制面」與「資料面」的明確分工設計：SC-plane（Service / Signaling / Control Plane） 負責連線建立、資源配置、切換管理與可靠性控制，因此採用 Sub-6 / S-band 等穩定、低干擾的鏈路，確保系統在高速移動與遮蔽情況下仍能維持可控性；而 SD-plane（Service / Data Plane） 專注於大量資料的高速傳輸，透過 Ku / Ka / FSO / THz 等高頻寬鏈路，將使用者流量快速送往 Data Gateway 並接入 Internet。這種「控制穩定、資料爆量」的雙平面架構，是 LEO 衛星網路能同時兼顧可靠性、低延遲與高吞吐的關鍵設計核心。
控制走穩定通道 → 資料走高速通道。
核心思想：
⭐ 控制「不能斷」
⭐ 資料「可以抖」
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🧠 四、6G NTN 的 SC-plane 功能（六大任務）
1. Beam management（波束管理）
2. Handover control（衛星切換）
3. Service continuity（不中斷服務）
4. Time sync（星間 / 地面同步）
5. Routing strategy（LEO Mesh/NTN Routing）
6. Authentication / Access Control
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🧠 五、SD-plane 功能（資料面三大任務）
1. 高速傳輸（Ka/Ku/FSO/THz）
2. 前向糾錯（FEC / LDPC / Polar）
3. Flow/QoS Scheduling
資料面以「吞吐量最大化」為目標。
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🧠 六、與 5G/6G 架構接軌：
CP/UP Split → SC-plane/SD-plane Split
在 5G：
✔ 5GC 分為控制面 AMF + 資料面 UPF
在 NTN：
✔ 衛星也要做同樣的分割
✔ SC-plane 對應 AMF/SMF
✔ SD-plane 對應 UPF/TSN/Segment Routing
星鏈 Phase II 正是采用：
▶ 控制面走地面 Core
▶ 數據面由 Laser Link × LEO Mesh 提供
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🧠 七、AI 在 SC/SD 分離中的角色
AI-native NTN 負責：
✔ 波束選擇（beam selection）
✔ 預測雨衰 → 控制面轉向備援 S-band
✔ 預測衛星軌道 → 動態調整切換計畫
✔ Routing AI 決定資料走哪條 laser link
✔ 自動修補失效路徑
AI 的本質角色：
⭐ 讓 SC-plane 永不斷線
⭐ 讓 SD-plane 始終走最強通道
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🧠 八、實務應用（Starlink Phase II / Kuiper / OneWeb）
✔ 控制面走：
• S-band / sub-6
• 地面 5G Core
• Low-rate laser control channel
✔ 資料面走：
• Ka / Ku
• laser inter-satellite link
• FSO terrestrial
• THz backhaul（一部分原型）
→ 即使 Ka/Ku 全被暴雨打穿，
控制面仍穩固。
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🧠 九、模擬題
1️⃣ 若雨衰使 Ka SNR -25 dB，控制面是否會失效？
→ 分析控制面是否走 Ka 或低頻備援。
2️⃣ 設計一個 SC-plane / SD-plane 兩路徑的 NTN 拓樸。
3️⃣ 模擬 LEO handover（30 秒一次）下，SC-plane 的負載模型。
4️⃣ 比較「合併面 vs 分離面」的 E2E 可靠度。
5️⃣ 建構 AI 模型預測 SD-plane 最佳通道（Ka/Ku/FSO）。
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🧠 十、小結
✔ SC-plane = 控制大腦，不追求速度，只追求「永不斷線」
✔ SD-plane = 資料高速公路，追求巨大吞吐
✔ 兩者分離 → 換來穩定性 + 可預測性 + 高效能
✔ 6G NTN、星鏈 Phase II、O-SAT 都採用此架構
✔ AI-native NTN 讓兩者動態協作更強
一句話：
📡 SC-plane / SD-plane 分離
= LEO × 6G × NTN 的生存基石。
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