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  Nel sistema 5G (NR), AMF e SMF sono due unità funzionali di rete core indipendenti. Sono direttamente connesse tramite l'interfaccia N11; il terminale 5G (UE) si connette a loro direttamente o indirettamente tramite le interfacce N1, N2, N3, N4 e N11, e le informazioni scambiate sono le seguenti:   I. Messaggi scambiati con l'SMF tramite l'interfaccia N1 includono: Un singolo punto di terminazione N1 si trova nell'AMF; l'AMF inoltra le informazioni NAS relative alla gestione della sessione (SM) all'SMF in base all'ID della sessione PDU nel messaggio NAS. I successivi scambi SM NAS (ad esempio, le risposte ai messaggi SM NAS) ricevuti dall'AMF tramite l'accesso (ad esempio, accesso 3GPP o non-3GPP) vengono trasmessi tramite lo stesso accesso. Il PLMN di servizio assicura che i successivi scambi SM NAS (ad esempio, le risposte ai messaggi SM NAS) ricevuti dall'AMF tramite l'accesso (ad esempio, accesso 3GPP o non-3GPP) vengano trasmessi tramite lo stesso accesso. L'SMF gestisce la parte di gestione della sessione della segnalazione NAS scambiata con l'UE. L'UE può avviare l'istituzione della sessione PDU solo nello stato RM-REGISTERED. Quando viene selezionato un SMF per servire una specifica sessione PDU, l'AMF deve assicurare che tutta la segnalazione NAS relativa a quella sessione PDU sia gestita dalla stessa istanza SMF. Dopo l'istituzione della sessione PDU, l'AMF e l'SMF memorizzano il tipo di accesso associato a quella sessione PDU.   II. Messaggi scambiati con l'SMF tramite l'interfaccia N11 includono: L'AMF segnala la raggiungibilità dell'UE all'SMF in base all'abbonamento dell'SMF, includendo: informazioni sulla posizione dell'UE rispetto all'area di interesse indicata dall'SMF. L'SMF indica all'AMF quando la sessione PDU viene rilasciata. Dopo l'istituzione della sessione PDU, l'AMF memorizza l'identificatore dell'SMF che serve l'UE e l'SMF memorizza l'identificatore dell'AMF che serve l'UE, incluso il set AMF. Quando si tenta di connettersi all'AMF che serve l'UE, l'SMF potrebbe dover applicare il comportamento descritto nella Sezione 5.21 per "altri CP NF".   III​. Messaggi scambiati con l'SMF tramite l'interfaccia N2 includono: Una certa segnalazione N2 (ad esempio, la segnalazione relativa al handover) può richiedere l'azione congiunta dell'AMF e dell'SMF. In questo caso, l'AMF è responsabile di garantire il coordinamento tra l'AMF e l'SMF. L'AMF può inoltrare la segnalazione SM N2 all'SMF corrispondente in base all'ID della sessione PDU nella segnalazione N2. L'SMF dovrebbe fornire il tipo di sessione PDU e l'ID della sessione PDU all'NG-RAN in modo che l'NG-RAN possa applicare l'appropriato meccanismo di compressione dell'header ai pacchetti di diversi tipi di PDU. Vedere TS 38.413 [34] per i dettagli.   IV. Messaggi di interazione dell'interfaccia N3 con l'SMF includono: L'attivazione e la disattivazione selettive delle connessioni UP della sessione PDU esistenti sono definite nella clausola 5.6.8 di TS 23.501.   V. Messaggi di interazione dell'interfaccia N4 con l'SMF includono: Quando l'UPF apprende che un UE ha ricevuto dati in downlink ma non ci sono informazioni sul tunnel N3 in downlink, l'SMF interagirà con l'AMF per avviare una procedura di richiesta di servizio attivata dalla rete. In questo caso, se l'SMF apprende che l'UE è irraggiungibile, o che l'UE è raggiungibile solo per i servizi di priorità normativa, e la sessione PDU non è per i servizi di priorità normativa, l'SMF non dovrebbe inviare una notifica di dati in downlink all'AMF;

I. Accesso NTN: Il Random Access Channel (RACH) è un processo fondamentale per la connessione iniziale, la sincronizzazione uplink e l'autorizzazione di scheduling tra l'apparecchiatura terminale (UE) e la rete. Sebbene questo sia un processo maturo e ben compreso nelle tradizionali reti di accesso radio terrestri (RAN), la sua implementazione nelle reti non terrestri (NTN) presenta una serie di sfide tecniche uniche e più complesse. Nelle RAN terrestri, i segnali a radiofrequenza si propagano tipicamente su distanze brevi e prevedibili e l'ambiente di propagazione è relativamente stabile; tuttavia, nelle reti NTN che coinvolgono satelliti in orbita terrestre bassa (LEO), orbita terrestre media (MEO) e orbita geostazionaria (GEO), i segnali a radiofrequenza sono influenzati da distanze di propagazione estremamente lunghe, rapido movimento dei satelliti, aree di copertura dinamiche e condizioni del canale variabili nel tempo. Tutti questi fattori influiscono in modo significativo sulla temporizzazione, sulla frequenza e sull'affidabilità del canale su cui si basano i tradizionali processi RACH.   II. Caratteristiche NTN: A causa delle distanze di trasmissione estremamente lunghe, del rapido movimento dei satelliti e delle condizioni di copertura e canale variabili nel tempo, NTN presenta svantaggi critici unici (ad esempio, grande ritardo di propagazione, lungo tempo di andata e ritorno, effetto Doppler, mobilità del fascio e ampio dominio di contesa) che sfidano e influenzano gravemente il comportamento e le prestazioni del canale di accesso casuale (RACH) del terminale. Inoltre, i satelliti sono soggetti a severe limitazioni in termini di disponibilità dello spettro e budget di potenza, rendendo particolarmente cruciali meccanismi di accesso casuale efficienti e robusti.   III. Impatti e soluzioni: Per superare le difficoltà che NTN presenta per l'accesso al terminale, 3GPP ha affrontato alcuni problemi nelle sue specifiche, ma i seguenti aspetti richiedono attenzione:   3.1 Sfide TA (Timing Advance) Impatto: Nelle reti NTN, a causa delle ampie aree di celle, del movimento dei satelliti e delle distanze variabili tra l'UE e il satellite, la stima del timing advance è molto più complessa rispetto ai sistemi terrestri. Una stima TA errata può causare la caduta delle trasmissioni uplink al di fuori della finestra di ricezione del satellite, con conseguenti collisioni o fallimento completo della ricezione. Meccanismi efficienti di scoperta del fascio, tracciamento del fascio e commutazione del fascio senza interruzioni sono essenziali per garantire un'esecuzione RACH affidabile nei sistemi NTN basati su fascio. Sono necessarie tecniche avanzate di stima TA, come l'utilizzo di dati di effemeridi satellitari, assistenza GNSS o algoritmi predittivi, per regolare dinamicamente l'allineamento temporale dell'UE e mantenere la sincronizzazione uplink.   3.2 Effetti Doppler Impatto: Il movimento relativo tra il satellite e l'UE introduce significativi spostamenti Doppler, specialmente nei sistemi a orbita terrestre bassa (LEO). Questi spostamenti di frequenza riducono l'accuratezza del rilevamento del preambolo, compromettono la sincronizzazione di frequenza e aumentano la probabilità di errori nei tentativi RACH. Meccanismi efficienti di scoperta del fascio, tracciamento del fascio e commutazione del fascio senza interruzioni sono essenziali per garantire un'esecuzione RACH affidabile nei sistemi NTN basati su fascio. Sono necessari robusti meccanismi di pre-compensazione Doppler e di tracciamento della frequenza sia sul lato UE che su quello della rete per mantenere prestazioni RACH affidabili in condizioni di elevata mobilità.   3.3 Variazioni delle condizioni del canale: Impatto: I collegamenti NTN sono soggetti ad attenuazione atmosferica, ombreggiamento, scintillazione e perdita di percorso a lunga distanza. Questi fattori aumentano il tasso di errore di blocco e possono influire sulla capacità dell'UE di ricevere correttamente i messaggi RAR dopo aver trasmesso con successo il preambolo. Soluzione: Sono necessari la modulazione e la codifica adattive, il controllo della potenza e una progettazione robusta dello strato fisico per mantenere il rilevamento e l'elaborazione RACH affidabili in varie condizioni del canale.   3.4 Ampia copertura e alta densità di terminali: Impatto: I fasci satellitari coprono tipicamente aree geografiche molto ampie, servendo potenzialmente migliaia di UE contemporaneamente. Ciò aumenta significativamente il livello di contesa RACH e la probabilità di collisioni, soprattutto in scenari di accesso su larga scala. Meccanismi efficienti di scoperta del fascio, tracciamento del fascio e commutazione del fascio senza interruzioni sono essenziali per garantire un'esecuzione RACH affidabile nei sistemi NTN basati su fascio. Sono necessari un'efficiente partizione delle risorse RACH, il controllo dell'accesso consapevole del carico e meccanismi intelligenti di gestione della contesa per scalare le prestazioni dell'accesso casuale.   3.5 Aumento RTT (latenza e tempo di andata e ritorno): Impatto: La sincronizzazione iniziale in NTN è complicata da grandi incertezze temporali e offset di frequenza. Il mancato raggiungimento di una sincronizzazione accurata può impedire all'apparecchiatura utente (UE) di avviare del tutto il processo Random Access Channel (RACH).La grande distanza fisica tra l'UE e il satellite introduce un significativo ritardo di propagazione unidirezionale e un RTT più lungo. Ad esempio, il tempo di andata e ritorno (RTT) per un collegamento satellitare in orbita geostazionaria (GEO) può raggiungere centinaia di millisecondi. Questi ritardi influiscono direttamente sulla temporizzazione dello scambio di messaggi di Random Access Response (RAR), portando potenzialmente a timeout prematuri del timer, aumento dei tassi di errore di accesso e ritardi di accesso prolungati. Meccanismi efficienti di scoperta del fascio, tracciamento del fascio e commutazione del fascio senza interruzioni sono essenziali per garantire un'esecuzione RACH affidabile nei sistemi NTN basati su fascio. I timer relativi a RACH, come la finestra Random Access Response (RAR) e i timer di risoluzione delle collisioni, devono essere progettati in base ai valori RTT specifici di NTN. La configurazione del timer consapevole di NTN è fondamentale per prevenire ritrasmissioni e errori di accesso non necessari.   3.6 Aumento delle collisioni: Impatto: Un gran numero di apparecchiature utente (UE) che competono per un numero limitato di preamboli RACH aumenta la probabilità di collisioni di preamboli, riducendo così l'efficienza di accesso e aumentando la latenza. Meccanismi efficienti di scoperta del fascio, tracciamento del fascio e commutazione del fascio senza interruzioni sono essenziali per garantire un'esecuzione RACH affidabile nei sistemi NTN basati su fascio. Schemi avanzati di risoluzione delle collisioni, allocazione dinamica dei preamboli e tecniche di blocco dell'accesso ottimizzate per NTN sono fondamentali per ridurre la probabilità di collisione.   3.7 Sfide di sincronizzazione: Impatto: La sincronizzazione iniziale in NTN è complicata da grandi incertezze temporali e offset di frequenza. Il mancato raggiungimento di una sincronizzazione accurata può impedire all'apparecchiatura utente (UE) di avviare del tutto il processo Random Access Channel (RACH).Soluzioni: Sono necessarie tecniche di sincronizzazione avanzate, che combinino l'acquisizione temporale precisa, la compensazione Doppler e la consapevolezza della posizione del satellite, per un accesso casuale riuscito.3.8 Controllo della potenza   Impatto: I sistemi NTN si basano fortemente su architetture multi-fascio. Gli UE potrebbero dover eseguire l'acquisizione o la commutazione del fascio durante il processo RACH, il che aumenta la complessità e la latenza. Soluzione: Meccanismi efficienti di scoperta del fascio, tracciamento del fascio e commutazione del fascio senza interruzioni sono essenziali per garantire un'esecuzione RACH affidabile nei sistemi NTN basati su fascio.3.9 Gestione del fascio   Impatto: I sistemi NTN si basano fortemente su architetture multi-fascio. Gli UE potrebbero dover eseguire l'acquisizione o la commutazione del fascio durante il processo RACH, il che aumenta la complessità e la latenza. Soluzione: Meccanismi efficienti di scoperta del fascio, tracciamento del fascio e commutazione del fascio senza interruzioni sono essenziali per garantire un'esecuzione RACH affidabile nei sistemi NTN basati su fascio.

I. Raggiungibilità Nelle reti di comunicazione mobile, raggiungibilità dell'UE si riferisce alla capacità della rete di localizzare un dispositivo terminale (UE) per trasmettere dati, il che è particolarmente importante per gli UE in stato idle. Coinvolge stati come CM-IDLE, modalità come MICO (Mobile Initiated Connection Only) e il processo attraverso il quale l'UE o la rete (AMF, UDM, HSS) notifica ad altre parti quando l'UE è attivo o ha accesso a servizi specifici (ad esempio, SMS o dati). Durante questo processo, i dati vengono bufferizzati e il terminale (UE) viene paginato quando necessario per ottenere il risparmio energetico del terminale (PSM/eDRX). 3GPP lo definisce in TS23.501 come segue:   II. CM-IDLE Stato Per reti di accesso non-3GPP (non affidabili, affidabili non-3GPP) e W-5GAN, dove l'UE corrisponde a 5G-RG nel caso di W-5GAN e W-AGF nel caso di supporto FN-RG. Per i dispositivi N5CW che accedono a 5GC tramite una rete di accesso WLAN affidabile, i loro UE corrispondono a TWIF. Nello specifico, l'UE non può essere paginato tramite una rete di accesso non-3GPP. Se lo stato dell'UE nell'AMF è CM-IDLE o RM-REGISTERED per la rete di accesso non-3GPP, potrebbero esserci chiamate PDU in cui l'ultimo percorso era attraverso la rete di accesso non-3GPP e mancano risorse del piano utente. Se l'AMF riceve un messaggio dall'SMF contenente un'indicazione del tipo di accesso non-3GPP, corrispondente a una sessione PDU di un UE nello stato CMIDLE di accesso non-3GPP, e questo UE si è registrato per l'accesso 3GPP nella stessa PLMN dell'accesso non-3GPP, allora, indipendentemente dal fatto che l'UE sia nello stato CM-IDLE o CM-CONNECTED sull'accesso 3GPP, può eseguire richieste di servizio attivate dalla rete tramite l'accesso 3GPP. In questo caso, l'AMF fornirà l'indicazione che il processo è correlato all'accesso non-3GPP (come descritto nella Sezione 5.6.8) – il comportamento dell'UE alla ricezione di tale richiesta di servizio attivata dalla rete è specificato nella Sezione 5.6.8.   III. Stato CM-CONNECTED per reti di accesso non-3GPP (non affidabili, affidabili non-3GPP) e W-5GAN, dove l'UE corrisponde a 5G-RG nel caso di W-5GAN e W-AGF nel caso di supporto FN-RG. Per i dispositivi N5CW che accedono a 5GC tramite una rete di accesso WLAN affidabile, l'UE corrisponde a TWIF. Un UE nello stato CM-CONNECTED è definito dove:   l'AMF conosce la posizione dell'UE a livello di granularità dei nodi N3IWF, TNGF, TWIF e W-AGF. Quando l'UE è irraggiungibile dalla prospettiva di N3IWF, TNGF, TWIF e W-AGF, ovvero quando la connessione di accesso non-3GPP viene rilasciata, N3IWF, TNGF, TWIF e W-AGF rilasceranno la connessione N2.