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PTT业务在TD-SCDMA网络的应用特色
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在欧美等发达国家，随着手机普及率的日渐提高和市场的日益成熟，移动运营商都面临着价格下滑、客户转网、ARPU值下降等难题。即使在中国，移动新用户的增幅也开始放缓，随着小灵通的介入，联通CDMA网的大规模放号，移动通信市场的竞争也越来越激烈。
在这种情况下，技术和业务创新越来越受到运营商的重视。移动短信业务的崛起可以说是中国网络股盈利的决定性因素，同时也给运营商带来了丰厚的利润，由此可见业务创新对于运营商的重要性。2003年，在法国举行的3GSM世界大会和在美国举行的CTIA 无线大会上，一种类似对讲机的 “Push-To-Talk”的移动通信业务开始浮出水面，引起了移动通信界极大关注。
提到Push-To-Talk技术，就不能不提到美国的第五大无线运营商Nextel公司，他们早在1996年就在摩托罗拉的iDEN集群网上就推出了称之为Direct Connect的PTT服务。业界普遍认为正是由于拥有该项服务，Nextel的拥有最高的ARPU值和最低的客户流失率。Nextel的客户70%都在使用这项业务。
我们所说的PTT技术是指在手机上实现类似对讲机的功能，更准确的说法应该是PoC (Push to talk on Cellular)技术。手机用户只要按下一个专用键就可以和预先设定的一个组内的人进行一对多的通话。PTT功能在专用的无线集群网上是一种基本的功能，但是在公用网上的实现还是一个崭新的技术。由于分组数据交换网络的出现，才使该服务成为一种可能。
一、POC技术简介
PTT原本是一种类似对讲机功能的业务，只能提供单向的通话能力。它允许用户可以通过按下一个按键就可以立刻和一个或者多个用户进行通信。其基本的业务特点是：
·半双工的通信方式
·不需要进行拨号呼叫，单键按下就能通话
·通信资费比较便宜
这种通信方式是集群移动通信网络的一个基本业务。但是1G或者2G的公众网中，就不能有效的提供这种应用。这是因为这类的移动网络是面向电路交换的网络，在用户通话之前之必须通过拨号进行呼叫建立过程，相对集群通信来说，呼叫建立的时延大；此外，在用户通话过程中，本次呼叫始终占据上行和下行两个方向的资源，这样通话的费用无法降低。
而在2.5G和3G的移动通信网络中，这种应用变得可实现了。这主要因为这些网络能够有效的提供分组业务，而分组业务的永远在线和对上下行链路的不对称处理特点使得很容易实现PTT的业务需求。目前，北美的Verizon公司已经开始在自己的CDMA2000网络中商用化该业务。而且，国内的运营商也在积极的进行这方面的试验。目前，业界普遍看好PTT这项业务，并且认为这是未来3G系统提供多媒体业务的一个开始。
为了解决多种移动接入网络使用PTT业务的互操作性，同时也为了避免市场的过度分散，OMA统一进行了PoC的标准化工作。这项工作的目标就是利用已经存在的3GPP IP Multimedia Subsystem (IMS)的通信能力，或者3GPP2 Multimedia Domain (MMD)的通信能力来实现在公网上开展PTT业务，并且保证各个PoC系统的互通性。此外，OMA制定的PoC标准的另外一个目的是提供开展多媒体应用的一个业务平台。在OMA制定的PoC结构中，既可以实现诸如一对一、一对多和在线列表等简单业务，也可实现语音短信、家庭会议等复杂业务，而且未来还可以提供诸如即时语音短信、即时视频短信、即时多媒体流等更具诱惑的应用。OMA的标准化工作得到了众多运营商、设备商的支持，诺基亚，爱立信，摩托罗拉，西门子等是主要的成员。
二、OMA标准的PoC架构介绍
OMA对于PoC架构的建议如下图所示：
在该架构中，包含了这几个功能实体：
1.PoC客户
PoC客户是位于手机终端上的软件。用户使用带PoC客户功能的手机享受PTT业务
2.PoC服务器：
PTT业务的主要后台处理器，功能包括：PoC会话处理功能，媒体分发功能，floor control信令处理功能，提供SIP会话处理功能(比如SIP会话发起和结束等)，提供加入组会话的策略管理，提供户入PoC会话的策略处理，提供会话参与者信息，收集、提供媒体质量信息，提供计费报告。
3. 在线服务器
在线服务器主要提供目前用户的状态和可用信息。
4. GLMS
PoC用户使用GLMS来管理PoC服务所需要的组和列表信息。具体来说就是提供列表管理操作来创建、修改、获取或者删除组和列表；提过组和列表的存储。
5. SIP CORE：
SIP core包括一些SIP Proxy和SIP registrar。主要的功能包括：在PoC客户和PoC服务器之间路由SIP信令；提供地址发现和地址解析服务；提供SIP压缩功能；提供PoC客户的认证和鉴权；维护用户的SIP注册信息；提供计费信息。
该架构中的一个典型PTT业务流程为：
用户A首先注册到SIP core上，同时获得事先实现定义了的其他组成员信息(是否在线)。然后，选择一个在线用户B进行PTT呼叫(按下PTT按键)。这时的呼叫流程是采用SIP协议(经过SIP core中转)，建立到PoC服务器的呼叫链路(该链路只能是从A到PoC服务器的单向通道)。PoC接收到该连接后，从GLMS中查出被叫用户的地址信息，应用SIP协议建立到被叫用户的呼叫链路(从PoC服务器到B的单向通道)。建立成功后，A就可以进行说话，其中语音数据采用RTP/IP方式传送到PoC服务器处，再由PoC服务器转发到B处，此时B只能听。当A释放PTT按键，则表示释放说话权。这时，双方可以抢说话权，如果这时B想说话，按下PTT按键，而且抢到说话权，则变成主叫用户，而A变成听众。如此循环。其中，说话权的处理流程是通过floor control信令来完成的。
三、TD-SCDMA网络中实现PTT业务
TD-SCDMA是我国第一个拥有自主知识产权的国际通信标准，也是为国际接纳和完整标准化的一个技术，是世界唯一主流的TDD模式的国际3G标准。TD-SCDMA技术采用了同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测、接力切换、低码片速率、多时隙TD-SCDMA、直接扩频CDMA、自适应功率调整等一系列技术，具有频谱利用率高，系统容量大，系统成本的特点，能够提供高速的分组数据传送能力。正是由于TD-SCDMA采了多种的先进技术，相对于其他技术来说，TD-SCDMA更加适合PTT业务的开展。
1) 在TD-SCDMA中实现PTT业务的网络部署结构
根据OMA的标准，本文提出了一种在TD-SCDMA网络中的PTT业务具体实现方案，基本结构如下图所示：
在该实现中，PoC服务器放在运营商IP网络中。SIP CORE在TD-SCDMA网络IMS域的CSCF中实现。PoC业务(包括语音，文字等)数据由TD-SCDMA的分组业务传送方式提供：语音采用RTP/IP支持的VOIP方式提供，呼叫连接信令部分采用SIP协议(需要经过CSCF)，而floor control信令采用VOIP带内的DTMF方式。其中，各个功能实体完全遵守OMA的标准。
2) POC服务器和终端之间的接口描述
1. 用户平面
PoC服务器和终端之间的用户平面走TD-SCDMA的分组域(经过核心网络的GGSN互相连接)。其中，在终端和GGSN之间，分组数据(语音的IP数据包)作为用户的净荷封装在相关的协议中传送。
floor control信令采用DTMF，作为分组数据一起传送(一般称为带内信令)。在PoC服务器或者终端的地方，才开始区分和处理。
2. 控制平面
控制平面主要处理的是PTT业务的首次呼叫信令处理过程，一般采用SIP协议。主要包括两方面的过程：
·终端到CSCF的SIP注册过程
·终端到PoC服务器的SIP呼叫：终端到PoC服务器的SIP呼叫信令首先在CSCF处被终结；然后CSCF发起到PoC服务器的SIP呼叫。
其中，终端到PoC服务器的SIP呼叫在CSCF处被终结的主要原因是在TD-SCDMA网络内的SIP信令采用SIP头压缩的处理，而且需要独立的鉴权验证。而从CSCF到PoC服务器的SIP采用的是IETF的相关标准。
3) TD-SCDMA网络中实现PTT业务的优势
TD-SCDMA的技术特点尤其适合PTT的应用。在TDD的工作模式中，上下行数据的传输通过控制上、下行的发送时间长短来决定，可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例，这尤其适合单工及半双工通信等非对称业务的高效传输。智能天线技术提供终端定位和跟踪能力、频率分配的灵活性、上下行数据不对称性等等，带来PTT技术实现的低成本和业务灵活能力。具体来说有以下几点：
1. 频率选择容易，易于开展PTT业务
由于TD-SCDMA采用TDD方式，在开展PTT业务方面，相对于其他3G技术，很容易选择合适的频段。TD-SCDMA只需要一个独立的1.6M频段就可以开展业务，而不需要象FDD必须满足上下行对称的频段使用。在目前频率资源紧缺的情况下。TD-SCDMA更适合运营商针对一些特殊需求的行业用户(军队、公安等)提供多频段手机的PTT业务的快速开展和规划。
2. 传输速率高，提高PTT业务质量
TD-SCDMA的分组数据传送能够达到384kbps。而在PoC业务中，语音业务的能力是重要的指标。在分组域上，提高通话能力有两种途径：一是提高语音的编码(压缩比)，二是提供更高的传输速率。目前，在语音的压缩技术比较成熟的基础上，TD-SCDMA的高速率传输能力意味着可以提供更好的通话质量。
3. 传输速率可变，支持PTT业务中多种QoS要求
因为PoC业务提供的业务包括语音，文字，甚至包括视频(未来)等等。而这些业务要求的QoS是完全不一样的：比如语音业务需要的带宽高于文字，低于视频；而要求的时延上，语音业务要高于文字；在可靠性上，文字要求的可靠性更高，而语音允许一定的传输错误率。
TD-SCDMA在不同的环境中，可以提供不同的传输速率。这种传输速率可变的特点更加适合PoC业务媒体流的传输。
4. 支持半双工通信的能力强，提高PTT业务的频率使用效率
PoC业务的语音服务是半双工的，也就是说，一个用户同时只能说或者听。TD-SCDMA采用TDD双工方式，可以通过灵活的调整上下行的转换点来提供单向业务，而且这种应用方式的频谱利用率更高。
5. 智能天线准确定位，拓展PTT业务的行业应用范围
TD-SCDMA采用了智能天线技术，可以方便，简单，快速的提供较为精确的定位能力，完全可以结合presence服务提供更多基于位置的准确信息。而这些位置可以集成进PoC的业务平台中，使得用户在移动环境下，在通话的同时准确定位对方的地理位置，这种功能在一些PoC业务的行业应用中非常重要。
6. 系统容量大，支持更多的PTT业务用户
TD-SCDMA的容量要大于其他的3G系统，远高于目前的2G/2.5G的系统。容量大意味着，可以提供的PoC的用户数目多。同时从另外一方面讲，大容量的特点可以使得系统在提供PoC业务的同时，仍然可以保证提供一定的其他业务的能力，也就是说，PoC对其他业务的影响小。
7. 自主知识产权，提供PTT业务更好的信息安全能力
采用TD-SCDMA承载PTT业务，不仅适合于以公众运营为目的的公共网络，而且也适用于军队、电力、油田、水利等专用通信网络，使得这些专用领域的通信和信息化能力有大的飞跃。在这方面，中国自主知识产权的TD-SCDMA具有得天独厚的优势，包括核心芯片在内，国内厂商基本掌握其核心技术，又拥有相关的自主知识产权，因此，针对专用网络的应用特点，可以为其业务应用进行量身定制，例如提供加密功能、提供各种调度应用功能等。
四、结论
集群通信在未来几年中的应用前景广大，而应用公众移动网络提供PTT业务是利用公网提供集群业务的一个很好的技术。更为重要的是，PTT业务对于移动多媒体业务的发展是一个试金石，很有可能成为未来3G网络的杀手级应用，获得了运营商、设备商和广大SP,CP的大力支持。
而TD-SCDMA所采用的一系列技术对于PTT业务的应用开展，与其他技术相比具有一定的优势和特色，在TD-SCDMA网络上部署PTT业务将为运营商、设备制造商和用户带来多方共赢的局面。我们也看到，TD-SCDMA作为我国第一个拥有自主知识产权的国际通信标准，起步较晚，尤其在网络业务应用研究和实践方面，还需要运营商，设备制造商及业务开发商共同携手，长期合作，不断推出新的特色业务。 来源：TDIA
在这种情况下，技术和业务创新越来越受到运营商的重视。移动短信业务的崛起可以说是中国网络股盈利的决定性因素，同时也给运营商带来了丰厚的利润，由此可见业务创新对于运营商的重要性。2003年，在法国举行的3GSM世界大会和在美国举行的CTIA 无线大会上，一种类似对讲机的 “Push-To-Talk”的移动通信业务开始浮出水面，引起了移动通信界极大关注。
提到Push-To-Talk技术，就不能不提到美国的第五大无线运营商Nextel公司，他们早在1996年就在摩托罗拉的iDEN集群网上就推出了称之为Direct Connect的PTT服务。业界普遍认为正是由于拥有该项服务，Nextel的拥有最高的ARPU值和最低的客户流失率。Nextel的客户70%都在使用这项业务。
我们所说的PTT技术是指在手机上实现类似对讲机的功能，更准确的说法应该是PoC (Push to talk on Cellular)技术。手机用户只要按下一个专用键就可以和预先设定的一个组内的人进行一对多的通话。PTT功能在专用的无线集群网上是一种基本的功能，但是在公用网上的实现还是一个崭新的技术。由于分组数据交换网络的出现，才使该服务成为一种可能。
一、POC技术简介
PTT原本是一种类似对讲机功能的业务，只能提供单向的通话能力。它允许用户可以通过按下一个按键就可以立刻和一个或者多个用户进行通信。其基本的业务特点是：
·半双工的通信方式
·不需要进行拨号呼叫，单键按下就能通话
·通信资费比较便宜
这种通信方式是集群移动通信网络的一个基本业务。但是1G或者2G的公众网中，就不能有效的提供这种应用。这是因为这类的移动网络是面向电路交换的网络，在用户通话之前之必须通过拨号进行呼叫建立过程，相对集群通信来说，呼叫建立的时延大；此外，在用户通话过程中，本次呼叫始终占据上行和下行两个方向的资源，这样通话的费用无法降低。
而在2.5G和3G的移动通信网络中，这种应用变得可实现了。这主要因为这些网络能够有效的提供分组业务，而分组业务的永远在线和对上下行链路的不对称处理特点使得很容易实现PTT的业务需求。目前，北美的Verizon公司已经开始在自己的CDMA2000网络中商用化该业务。而且，国内的运营商也在积极的进行这方面的试验。目前，业界普遍看好PTT这项业务，并且认为这是未来3G系统提供多媒体业务的一个开始。
为了解决多种移动接入网络使用PTT业务的互操作性，同时也为了避免市场的过度分散，OMA统一进行了PoC的标准化工作。这项工作的目标就是利用已经存在的3GPP IP Multimedia Subsystem (IMS)的通信能力，或者3GPP2 Multimedia Domain (MMD)的通信能力来实现在公网上开展PTT业务，并且保证各个PoC系统的互通性。此外，OMA制定的PoC标准的另外一个目的是提供开展多媒体应用的一个业务平台。在OMA制定的PoC结构中，既可以实现诸如一对一、一对多和在线列表等简单业务，也可实现语音短信、家庭会议等复杂业务，而且未来还可以提供诸如即时语音短信、即时视频短信、即时多媒体流等更具诱惑的应用。OMA的标准化工作得到了众多运营商、设备商的支持，诺基亚，爱立信，摩托罗拉，西门子等是主要的成员。
二、OMA标准的PoC架构介绍
OMA对于PoC架构的建议如下图所示：
在该架构中，包含了这几个功能实体：
1.PoC客户
PoC客户是位于手机终端上的软件。用户使用带PoC客户功能的手机享受PTT业务
2.PoC服务器：
PTT业务的主要后台处理器，功能包括：PoC会话处理功能，媒体分发功能，floor control信令处理功能，提供SIP会话处理功能(比如SIP会话发起和结束等)，提供加入组会话的策略管理，提供户入PoC会话的策略处理，提供会话参与者信息，收集、提供媒体质量信息，提供计费报告。
3. 在线服务器
在线服务器主要提供目前用户的状态和可用信息。
4. GLMS
PoC用户使用GLMS来管理PoC服务所需要的组和列表信息。具体来说就是提供列表管理操作来创建、修改、获取或者删除组和列表；提过组和列表的存储。
5. SIP CORE：
SIP core包括一些SIP Proxy和SIP registrar。主要的功能包括：在PoC客户和PoC服务器之间路由SIP信令；提供地址发现和地址解析服务；提供SIP压缩功能；提供PoC客户的认证和鉴权；维护用户的SIP注册信息；提供计费信息。
该架构中的一个典型PTT业务流程为：
用户A首先注册到SIP core上，同时获得事先实现定义了的其他组成员信息(是否在线)。然后，选择一个在线用户B进行PTT呼叫(按下PTT按键)。这时的呼叫流程是采用SIP协议(经过SIP core中转)，建立到PoC服务器的呼叫链路(该链路只能是从A到PoC服务器的单向通道)。PoC接收到该连接后，从GLMS中查出被叫用户的地址信息，应用SIP协议建立到被叫用户的呼叫链路(从PoC服务器到B的单向通道)。建立成功后，A就可以进行说话，其中语音数据采用RTP/IP方式传送到PoC服务器处，再由PoC服务器转发到B处，此时B只能听。当A释放PTT按键，则表示释放说话权。这时，双方可以抢说话权，如果这时B想说话，按下PTT按键，而且抢到说话权，则变成主叫用户，而A变成听众。如此循环。其中，说话权的处理流程是通过floor control信令来完成的。
三、TD-SCDMA网络中实现PTT业务
TD-SCDMA是我国第一个拥有自主知识产权的国际通信标准，也是为国际接纳和完整标准化的一个技术，是世界唯一主流的TDD模式的国际3G标准。TD-SCDMA技术采用了同步CDMA、智能天线、软件无线电、联合检测、接力切换、低码片速率、多时隙TD-SCDMA、直接扩频CDMA、自适应功率调整等一系列技术，具有频谱利用率高，系统容量大，系统成本的特点，能够提供高速的分组数据传送能力。正是由于TD-SCDMA采了多种的先进技术，相对于其他技术来说，TD-SCDMA更加适合PTT业务的开展。
1) 在TD-SCDMA中实现PTT业务的网络部署结构
根据OMA的标准，本文提出了一种在TD-SCDMA网络中的PTT业务具体实现方案，基本结构如下图所示：
在该实现中，PoC服务器放在运营商IP网络中。SIP CORE在TD-SCDMA网络IMS域的CSCF中实现。PoC业务(包括语音，文字等)数据由TD-SCDMA的分组业务传送方式提供：语音采用RTP/IP支持的VOIP方式提供，呼叫连接信令部分采用SIP协议(需要经过CSCF)，而floor control信令采用VOIP带内的DTMF方式。其中，各个功能实体完全遵守OMA的标准。
2) POC服务器和终端之间的接口描述
1. 用户平面
PoC服务器和终端之间的用户平面走TD-SCDMA的分组域(经过核心网络的GGSN互相连接)。其中，在终端和GGSN之间，分组数据(语音的IP数据包)作为用户的净荷封装在相关的协议中传送。
floor control信令采用DTMF，作为分组数据一起传送(一般称为带内信令)。在PoC服务器或者终端的地方，才开始区分和处理。
2. 控制平面
控制平面主要处理的是PTT业务的首次呼叫信令处理过程，一般采用SIP协议。主要包括两方面的过程：
·终端到CSCF的SIP注册过程
·终端到PoC服务器的SIP呼叫：终端到PoC服务器的SIP呼叫信令首先在CSCF处被终结；然后CSCF发起到PoC服务器的SIP呼叫。
其中，终端到PoC服务器的SIP呼叫在CSCF处被终结的主要原因是在TD-SCDMA网络内的SIP信令采用SIP头压缩的处理，而且需要独立的鉴权验证。而从CSCF到PoC服务器的SIP采用的是IETF的相关标准。
3) TD-SCDMA网络中实现PTT业务的优势
TD-SCDMA的技术特点尤其适合PTT的应用。在TDD的工作模式中，上下行数据的传输通过控制上、下行的发送时间长短来决定，可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例，这尤其适合单工及半双工通信等非对称业务的高效传输。智能天线技术提供终端定位和跟踪能力、频率分配的灵活性、上下行数据不对称性等等，带来PTT技术实现的低成本和业务灵活能力。具体来说有以下几点：
1. 频率选择容易，易于开展PTT业务
由于TD-SCDMA采用TDD方式，在开展PTT业务方面，相对于其他3G技术，很容易选择合适的频段。TD-SCDMA只需要一个独立的1.6M频段就可以开展业务，而不需要象FDD必须满足上下行对称的频段使用。在目前频率资源紧缺的情况下。TD-SCDMA更适合运营商针对一些特殊需求的行业用户(军队、公安等)提供多频段手机的PTT业务的快速开展和规划。
2. 传输速率高，提高PTT业务质量
TD-SCDMA的分组数据传送能够达到384kbps。而在PoC业务中，语音业务的能力是重要的指标。在分组域上，提高通话能力有两种途径：一是提高语音的编码(压缩比)，二是提供更高的传输速率。目前，在语音的压缩技术比较成熟的基础上，TD-SCDMA的高速率传输能力意味着可以提供更好的通话质量。
3. 传输速率可变，支持PTT业务中多种QoS要求
因为PoC业务提供的业务包括语音，文字，甚至包括视频(未来)等等。而这些业务要求的QoS是完全不一样的：比如语音业务需要的带宽高于文字，低于视频；而要求的时延上，语音业务要高于文字；在可靠性上，文字要求的可靠性更高，而语音允许一定的传输错误率。
TD-SCDMA在不同的环境中，可以提供不同的传输速率。这种传输速率可变的特点更加适合PoC业务媒体流的传输。
4. 支持半双工通信的能力强，提高PTT业务的频率使用效率
PoC业务的语音服务是半双工的，也就是说，一个用户同时只能说或者听。TD-SCDMA采用TDD双工方式，可以通过灵活的调整上下行的转换点来提供单向业务，而且这种应用方式的频谱利用率更高。
5. 智能天线准确定位，拓展PTT业务的行业应用范围
TD-SCDMA采用了智能天线技术，可以方便，简单，快速的提供较为精确的定位能力，完全可以结合presence服务提供更多基于位置的准确信息。而这些位置可以集成进PoC的业务平台中，使得用户在移动环境下，在通话的同时准确定位对方的地理位置，这种功能在一些PoC业务的行业应用中非常重要。
6. 系统容量大，支持更多的PTT业务用户
TD-SCDMA的容量要大于其他的3G系统，远高于目前的2G/2.5G的系统。容量大意味着，可以提供的PoC的用户数目多。同时从另外一方面讲，大容量的特点可以使得系统在提供PoC业务的同时，仍然可以保证提供一定的其他业务的能力，也就是说，PoC对其他业务的影响小。
7. 自主知识产权，提供PTT业务更好的信息安全能力
采用TD-SCDMA承载PTT业务，不仅适合于以公众运营为目的的公共网络，而且也适用于军队、电力、油田、水利等专用通信网络，使得这些专用领域的通信和信息化能力有大的飞跃。在这方面，中国自主知识产权的TD-SCDMA具有得天独厚的优势，包括核心芯片在内，国内厂商基本掌握其核心技术，又拥有相关的自主知识产权，因此，针对专用网络的应用特点，可以为其业务应用进行量身定制，例如提供加密功能、提供各种调度应用功能等。
四、结论
集群通信在未来几年中的应用前景广大，而应用公众移动网络提供PTT业务是利用公网提供集群业务的一个很好的技术。更为重要的是，PTT业务对于移动多媒体业务的发展是一个试金石，很有可能成为未来3G网络的杀手级应用，获得了运营商、设备商和广大SP,CP的大力支持。
而TD-SCDMA所采用的一系列技术对于PTT业务的应用开展，与其他技术相比具有一定的优势和特色，在TD-SCDMA网络上部署PTT业务将为运营商、设备制造商和用户带来多方共赢的局面。我们也看到，TD-SCDMA作为我国第一个拥有自主知识产权的国际通信标准，起步较晚，尤其在网络业务应用研究和实践方面，还需要运营商，设备制造商及业务开发商共同携手，长期合作，不断推出新的特色业务。 来源：TDIA
