IMS系统架构和基本原理.ppt

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1、IMS系统架构和基本原系统架构和基本原理理ISIM 的部分结构ADF: Application Dedicated FileEF: Elementary FileEFkeys :包含CK和IKEFimpi：包含用户的保密身份EFdomain:包含用户所属域的域名(SIP URI)，这个域名可以不同于用户保密身份的管辖域EFimpu:包含用户的一个或多个公开身份EFad：包含管理数据EFapr:包含接入（查询和操作）卡数据的规则参考ISIMADFEFKEYS0 x6F01EFIMPI0 x6F02EFDOMAIN0 x6F03EFIMPU0 x6F04EFAD0 x6F05EFAPR0 x6F0

2、6UMTS网络用户的IMS接入GGSNSGSNBGBGGGSNSGSNBGBGI/S-CSCFP-CSCFPDFP-CSCFPDFP-CSCF发现流程GGSNSGSNUE1. Activate PDP Context Request5. Activate PDP Context Accept3. Obtain IP addressesof P-CSCF(s)2. Create PDP Context Request4. Create PDP Context ResponseDNS server1. PDP Context Activation ProcedureDHCP serverGGSNU

3、E 3. DNS-Query/Response2. DHCP Query/ResponseIMS注册流程示意GGSNSGSNS-CSCFP-CSCFI-CSCFSIP-ASThird-Party SIP-ASService Provider1GGSNSGSNS-CSCFP-CSCFI-CSCFSIP-ASThird-Party SIP-ASService Provider1IMS会话流程示意GGSNSGSNS-CSCFP-CSCFPDFI-CSCFSIP-ASThird-Party SIP-ASService Provider1GGSNSGSNS-CSCFP-CSCFPDFI-CSCFSIP-

4、ASI-CSCFThird-Party SIP-ASService Provider1IMSCS会话流程示意GGSNSGSNS-CSCFP-CSCFPDFI-CSCFSIP-ASThird-Party SIP-ASService Provider1MGCFIM-MGWBGCFGMSCServerGMGWBGCFIMS AKA认证过程UEP-CSCFI-CSCFHSSS-CSCF12345678910111213141516OK【1】 P-CSCF的地址通过的地址通过P-CSCF发发现过程获得。现过程获得。需要注册的归属域名通过需要注册的归属域名通过ISIM中中获得。获得。携带携带IMPI和和I

5、MPU进行注册尝试。进行注册尝试。【2】 此时此时P-CSCF收到消息的没有一收到消息的没有一致性安全保护。致性安全保护。P-CSCF通过根据通过根据Request-URI路由注册消息到用户归属域的接路由注册消息到用户归属域的接口口I-CSCF。I-CSCF从用户归属的从用户归属的HSS中获中获取能够为用户服务的取能够为用户服务的S-CSCF信信息，并将注册消息转发给该息，并将注册消息转发给该S-CSCF。【3】 由于用户当前没有在由于用户当前没有在S-CSCF中中注册，所以需要向注册，所以需要向HSS设置设置Registration Flag （pending)，指示正在注册。指示正在注册。

6、S-CSCF以用户的以用户的IMPI为关键字，为关键字，向向HSS索取鉴权向量索取鉴权向量5元组，包元组，包括括RAND, AUTH, XRES, CK和和IK。【4】 S-CSCF保存全部鉴权向量保存全部鉴权向量5元元组。组。将将RAND, AUTH, CK和和IK在在SIP 4XX应答中发给应答中发给I-CSCF，由其，由其转发给转发给P-CSCF。【5】 P-CSCF收到该收到该SIP 4XX应答之应答之后，保存后，保存CK和和IK，将其余部分，将其余部分转发给转发给UE。CK和和IK的扩展将用做的扩展将用做IPsec ESP传输模式下安全联盟需要的传输模式下安全联盟需要的保密密钥和一致

7、性密钥。保密密钥和一致性密钥。【6】 UE获得获得AUTH后，提取后，提取MAC和和SQN，并自行利用共享密钥，并自行利用共享密钥IK计算计算XMAC ，判断，判断XMAC是否是否和和MAC一致，一致，SQN是否在合理是否在合理数值范围，以辨别数值范围，以辨别IMS网络是否网络是否合法。合法。UE利用共享密钥和利用共享密钥和RAND计算计算鉴权响应鉴权响应RES，并重新发起注册，并重新发起注册过程。过程。新的注册过程使用的新的注册过程使用的IP地址不变，地址不变，但端口号须选择但端口号须选择SA中协商的一中协商的一致。选择的致。选择的P-CSCF和和S-CSCF必须与初始注册过程一样。必须与初

8、始注册过程一样。【7】 S-CSCF比较从比较从UE获得的获得的RES和曾从和曾从HSS获得的获得的XRES，如果一致，则，如果一致，则UE认证鉴权通过。可以享受认证鉴权通过。可以享受服务。服务。S-CSCF向向HSS设置设置Registration Flag (registered)，并从，并从HSS中中获取用户属性和业务信息。获取用户属性和业务信息。最后向最后向UE发送发送SIP 2XX注注册完成响应。册完成响应。Early IMS认证过程UEP-CSCFI-CSCFHSSS-CSCF123456710Radius-SRadius-C【2】 I-CSCF根据根据SIP注册消息中注册消息中P

9、ublic User ID向向HSS查询能够查询能够提供服务的提供服务的S-CSCF名字。并将名字。并将注册消息转发给该注册消息转发给该S-CSCF。89【3】 S-CSCF收到注册消息后，根据收到注册消息后，根据Public User ID向向HSS查询用户查询用户的合法登记的的合法登记的IP地址。地址。HSS需要将该需要将该IMPU映射成映射成msISDN或或IMSI，而后获得登记，而后获得登记的的IP地址。地址。S-CSCF比较合法登记的比较合法登记的IP地址地址与与SIP注册消息注册消息Received or Sent-by信息中的信息中的IP地址做比较，地址做比较，如果一致，则用户合

10、法，通过认如果一致，则用户合法，通过认证。证。【4】 S-CSCF向向HSS请求下载用户数请求下载用户数据和业务数据。完成据和业务数据。完成UE临时临时IMPU所在隐含注册集中所有所在隐含注册集中所有IMPU的注册。并向的注册。并向UE发送发送SIP 200 OK消息，完成消息，完成UE注册流程。注册流程。H-GGSNHSS关键区别：关键区别：1，依靠合法分配的，依靠合法分配的IP地址建立地址建立IMSI/IP/IMPU/IMPI之间绑定关系；之间绑定关系；2，UE和和P-CSCF之间没有之间没有IPsec的连接；的连接；3，GGSN根据根据IMS APN(for early IMS)确定需要

11、确定需要IP绑定；绑定；P-CSCF根据根据SIP中无中无Authorization Header确定确定Early IMS流程；流程；4，依据，依据IMSI衍生归属域，衍生归属域，IMPI和和IMPU。11【1】 GGSN负责检查负责检查UE发出的所有发出的所有IP包，防止包，防止IP Spoofing。保证。保证UE使用的源使用的源IP地址是地址是GGSN分分配的合法地址。配的合法地址。P-CSCF负责检查负责检查SIP注册消息注册消息中的中的sent-by信息中信息中UE填写的源填写的源IP地址是否与地址是否与IP包的实际包的实际IP地址地址一致。一致。如果有不一致，如果有不一致，P-C

12、SCF在在SIP注册消息中填写注册消息中填写Received信息（实际信息（实际IP地址）。地址）。HTTP Digest认证过程UEP-CSCFI-CSCFHSSS-CSCF12345678910111213141516OK【1】 P-CSCF的地址通过静态配置获的地址通过静态配置获得。用户的归属域名和得。用户的归属域名和IMPI也通也通过静态配置获得。过静态配置获得。携带用户选择的携带用户选择的IMPU进行注册进行注册尝试。尝试。SIP注册消息中携带注册消息中携带Authorization Header。SIP注册消息中不携带注册消息中不携带Security Client Header。【

13、2】 此时此时P-CSCF收到消息的没有收到消息的没有Proxy-Require = sec- agree，指示不需要指示不需要IPsec支持。支持。P-CSCF通过根据通过根据Request-URI路由注册消息到用户归属域的接路由注册消息到用户归属域的接口口I-CSCF。I-CSCF从用户归属的从用户归属的HSS中获中获取能够为用户服务的取能够为用户服务的S-CSCF信信息，并将注册消息转发给该息，并将注册消息转发给该S-CSCF。【3】 由于用户当前没有在由于用户当前没有在S-CSCF中中注册，所以需要向注册，所以需要向HSS设置设置Registration Flag （pending)，

14、指示正在注册。指示正在注册。S-CSCF以用户的以用户的IMPI为关键字，为关键字，向向HSS索取鉴权参数，包括索取鉴权参数，包括username, password。【4】 S-CSCF保存获取的鉴权参数。保存获取的鉴权参数。并在并在WWW-Authentication参参数中根据数中根据HTTP Digest规定向规定向UE发起发起Challenge。【5】 UE提醒用户输入密码，或者从提醒用户输入密码，或者从保密配置中获取用户密码，而后保密配置中获取用户密码，而后在在Authorization参数中根据参数中根据HTTP Digest规定向规定向S-CSCF响响应应Challenge。【

15、6】 S-CSCF比较比较UE的响应和自行的响应和自行计算的结果，如果一致，则通过计算的结果，如果一致，则通过认证。认证。向向HSS设置设置Registration Flag (registered)，指示注册完毕，指示注册完毕，并发起下载用户数据和业务数据并发起下载用户数据和业务数据的过程。的过程。S-CSCF向向UE回送回送SIP 200 OK消息。消息。REGISTER sip: SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 5555:aaa:bbb:ccc:ddd;comp=sigcomp;branch=z9hG4bKnashds7Max-Forwards: 70P-Access-N

16、etwork-Info: 3GPP-UTRAN-TDD; utran-cell-id-3gpp=234151D0FCE11From: ;tag=4fa3To: Contact: ;expires=600000Call-ID: apb03a0s09dkjdfglkj49111Authorization: Digest username=user1_, realm=, nonce=, uri=sip:, response=Security-Client: ipsec-3gpp; alg=hmac-sha-1-96; spi-c=23456789; spi-s=12345678; port-c=24

17、68; port-s=1357Require: sec-agreeProxy-Require: sec-agree CSeq: 1 REGISTERSupported: pathContent-Length: 0UE-P-CSCF注册消息P-CSCF-I-CSCF REGISTERREGISTER sip: SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP ;branch=z9hG4bK240f34.1, SIP/2.0/UDP 5555:aaa:bbb:ccc:ddd;comp=sigcomp;branch=z9hG4bKnashds7Max-Forwards: 69P-Access-Netw

18、ork-Info:Path: Require: pathP-Visited-Network-ID: Visited Network Number 1P-Charging-Vector: icid-value=AyretyU0dm+6O2IrT5tAFrbHLso=023551024From: To: Contact: Call-ID: Authorization: Digest username=user1_, realm=, nonce=, uri=sip:, response=, integrity-protected=noCSeq: Supported:Content-Length:RE

19、GISTER sip: SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP icscf1_;branch=z9hG4bK351g45.1, SIP/2.0/UDP ;branch=z9hG4bK240f34.1, SIP/2.0/UDP 5555:aaa:bbb:ccc:ddd;comp=sigcomp;branch=z9hG4bKnashds7Max-Forwards: 68P-Access-Network-Info:Path:Require: P-Visited-Network-ID: P-Charging-Vector:From: To: Contact: Call-ID: Authoriz

20、ation: CSeq: Supported:Content-Length:I-CSCF-S-CSCF REGISTERSIP/2.0 401 UnauthorizedVia: SIP/2.0/UDP icscf1_;branch=z9hG4bK351g45.1, SIP/2.0/UDP ;branch=z9hG4bK240f34.1, SIP/2.0/UDP 5555:aaa:bbb:ccc:ddd;comp=sigcomp;branch=z9hG4bKnashds7From: ;tag=4fa3To: ; tag=5ef4Call-ID: apb03a0s09dkjdfglkj49111W

21、WW-Authenticate: Digest realm=, nonce=base64(RAND + AUTN + server specific data), algorithm=AKAv1-MD5, ik=00112233445566778899aabbccddeeff, ck=ffeeddccbbaa11223344556677889900CSeq: 1 REGISTERContent-Length: 0S-CSCF-I-CSCF 401 RESPAV = RANDn|AUTNn|XRESn|CKn|IKn where:RAND: random number used to gener

22、ate the XRES, CK, IK, and part of the AUTN. It is also used to generate the RES at the UE.AUTN: Authentication token (including MAC and SQN).XRES: Expected (correct) result from the UE.CK: Cipher key (optional).IK: Integrity key.SIP/2.0 401 UnauthorizedVia: SIP/2.0/UDP 5555:aaa:bbb:ccc:ddd;comp=sigc

23、omp;branch=z9hG4bKnashds7From: To: Call-ID: WWW-Authenticate: Digest realm=, nonce=base64(RAND + AUTN + server specific data), algorithm=AKAv1-MD5Security-Server: ipsec-3gpp; q=0.1; alg=hmac-sha-1-96; spi-c=98765432; spi-s=87654321; port-c=8642; port-s=7531CSeq: Content-Length:AV = RANDn|AUTNn|XRESn

24、|CKn|IKn where:RAND: random number used to generate the XRES, CK, IK, and part of the AUTN. It is also used to generate the RES at the UE.AUTN: Authentication token (including MAC and SQN).XRES: Expected (correct) result from the UE.CK: Cipher key (optional).IK: Integrity key.P-CSCF-UE 401 RESPSIP/2

25、.0 200 OKVia: SIP/2.0/UDP icscf1_;branch=z9hG4bK351g45.1, SIP/2.0/UDP ;branch=z9hG4bK240f34.1, SIP/2.0/UDP 5555:aaa:bbb:ccc:ddd:1357;comp=sigcomp;branch=z9hG4bKnashds7Path: Service-Route: From: To: Call-ID: Contact: ;expires=600000CSeq: Date: Wed, 11 July 2001 08:49:37 GMTP-Associated-URI: , , Conte

26、nt-Length:S-CSCF-I-CSCF 200 OKUE-P-CSCF INVITEINVITE tel:+1-212-555-2222 SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP 5555:aaa:bbb:ccc:ddd:1357;comp=sigcomp;branch=z9hG4bKnashds7Max-Forwards: 70Route: , P-Preferred-Identity: John Doe P-Access-Network-Info: 3GPP-UTRAN-TDD; utran-cell-id-3gpp=234151D0FCE11Privacy: noneFro

27、m: ;tag=171828To: Call-ID: cb03a0s09a2sdfglkj490333 Cseq: 127 INVITERequire: precondition, sec-agreeProxy-Require: sec-agreeSupported: 100relSecurity-Verify: ipsec-3gpp; q=0.1; alg=hmac-sha-1-96; spi-c=98765432; spi-s=87654321; port-c=8642; port-s=7531Contact: Allow: INVITE, ACK, CANCEL, BYE, PRACK,

28、 UPDATE, REFER, MESSAGEContent-Type: application/sdp Content-Length: ()v=0o=- 2987933615 2987933615 IN IP6 5555:aaa:bbb:ccc:ddds=-c=IN IP6 5555:aaa:bbb:ccc:ddd t=0 0m=video 3400 RTP/AVP 98 99b=AS:75a=curr:qos local nonea=curr:qos remote nonea=des:qos mandatory local sendrecva=des:qos none remote sen

29、drecva=rtpmap:98 H263a=fmtp:98 profile-level-id=0a=rtpmap:99 MP4V-ESm=audio 3456 RTP/AVP 97 96b=AS:25.4a=curr:qos local nonea=curr:qos remote nonea=des:qos mandatory local sendrecva=des:qos none remote sendrecva=rtpmap:97 AMR a=fmtp:97 mode-set=0,2,5,7; mode-change-period=2a=rtpmap:96 telephone-even

30、ta=maxptime:20P-CSCF-S-CSCF INVITEINVITE tel:+1-212-555-2222 SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP ;branch=z9hG4bK240f34.1, SIP/2.0/UDP 5555:aaa:bbb:ccc:ddd:1357;comp=sigcomp;branch=z9hG4bKnashds7Max-Forwards: 69Route: Record-Route: P-Asserted-Identity: John Doe P-Access-Network-Info: P-Charging-Vector: icid-valu

31、e=AyretyU0dm+6O2IrT5tAFrbHLso=023551024Privacy:From: To: Call-ID: Cseq: Require: preconditionSupported:Contact: Allow: Content-Type: Content-Length: ()v=o=s=c=t=m=b=a=a=a=a=a=a=a=m=b=a=a=a=a=a=a=a= a=汇报提纲pIP多媒体的引入与发展pIMS架构与流程pIMS业务提供模式pOffline/Online计费模式传统电信业务提供模式 标准业务，设备集成 智能业务，平台集中 标准业务接口，标准网络业务能力

32、 集中业务提供平台ApplicationServiceControlTransportAccessApplicationServiceControlTransportAccessTransportAccessApplicationServiceControlCircuit Switched智能网络现状 多种标准并存 针对不同网络，由不同的标准化组织制定标准； CAMEL(ETSI), WIN(ANSI), INAP(ITU-T, ETSI), PINT/SPRIRITS(IETF)； 多种专有应用并存，技术壁垒严重； 技术分散，协议互通困难； 封闭式业务提供过程 业务平台接口未全部细化到信息流

33、； 从业务的创建、管理到提供是一个封闭的过程； 集中式业务体系结构 业务控制点SCP集中控制业务处理； 基于电路交换网络 单一媒体业务能力，语音或短消息； 业务能力存在局限性； 不适合提供数据业务，但可以提供智能控制；智能网络演进 设计思想和目标 为所有的通信网络服务； 快速、灵活、经济、有效的生成和实现各种新业务； 基于电路交换的传统智能网没有完成其预定目标。 智能网的设计精髓为业界认可 业务和控制分离； 网络发展趋势 开放、融合、不断演进； 综合性、分布性、开放性体系结构。 IMS体系结构是新一代“智能”网络的代表 基于包交换网络； 分布式开放平台； 避免IMS成为第二个“传统智能网” （

34、期望值 vs 实际能力）IMS多媒体业务提供模式 开放性、综合性、分布性； 基于包交换，提供多媒体业务；ApplicationServiceControlTransportAccessPacket SwitchedApplicationServiceTransportAccessApplicationServiceControlInnerExternalIMS业务平台架构I/S-CSCFHSSBillingEnablersIMS业务平台架构HSSDiameterDiameterMAPMSClientServerApplicationMSPeerMSPeerIMS的业务触发机制 Applicat

35、ion Server Service Logic Service Platform Trigger Points Service Platform Trigger Points SIP Interface HSS S - CSCF S P T P Filter Criteria sFC SIP SIP SIP iFC Outgoing Call leg Incoming Call leg HSS SIP Interface Service Logic Service Logic AS 1 AS 2 ISC ISC Sh Sh Cx 1 2 4.b 3 SIP message possibly

36、with modification by AS1 SIP Interface S P I 4.a INVITE Match Initial Filter Criteria S-CSCF Filter Criteria XAS1 Filter Criteria YAS2 5a SIP message possibly with modification by AS2 6a SIP message forwarded by S-CSCF SIP message forwarded by S-CSCF Trigger PointConditionTypeCNF: booleanApplication

37、 ServerServerName: SIP URLDefault Handling: enumeratedInitial Filter CriteriaPriority: integerService InformationServiceInfo: string0.11.nService Point TriggerConditionNegated: booleanGroup: list of integer0.1ProfilePartIndicator: enumeratedTrigger PointConditionTypeCNF: booleanApplication ServerSer

38、verName: SIP URLDefault Handling: enumeratedInitial Filter CriteriaPriority: integerService InformationServiceInfo: string0.11.nService Point TriggerConditionNegated: booleanGroup: list of integer0.1ProfilePartIndicator: enumeratedIMS的业务触发机制 SIP Header Header: string Content: string Service Point Tr

39、igger ConditionNegated: boolean Group: list of integer RegistrationType: list of enumerated SIP Method Method: string Session Description Line: string Content: string Session Case SessionCase: enumerated Request-URI RequestURI: string Service Profile Public Identification Core Network Service Author

40、ization Subscribed Media Profile Id: Integer Initial Filter Criteria 1.n 0.1 0.n Shared iFC Set 0.n Identifier: Integer IMS业务体系结构的关键特征 业务部署方便 IMS提供一个基础业务使能架构，基于IMS可以很容易地构建新的IP多媒体业务 归属网络控制 归属网络运营商负责会话、计费和业务接入的全部控制 通过S-CSCF 向AS提供 SIP-ISC接口 加载新业务时不需要担心SIP路由、在线和离线计费, 登记和安全 业务不必要被标准化 具有同Internet业务 互操作能力

41、外部接入 基于IMS的业务能够从各种拜访网络中接入，不管其是否支持IMS 智能终端AS在控制中的角色业务示例：呼叫转移S-CSCFS-CSCFHSSAASBVASINVITEINVITEINVITEINVITEINVITEI-CSCFINVITE汇报提纲pIP多媒体的引入与发展pIMS架构与流程pIMS业务提供模式pOffline/Online计费模式3GPP有关计费的标准体系Offline/Online计费系统（R6）S-CSCFS-CSCFI-CSCFI-CSCFASASMGCFMGCFBGCFBGCFP-CSCFP-CSCFGGSNGGSNSGSNSGSNBSBSBSBSMRFCMRFC

42、Home(B)Visited(B)RfGaRfRfRfRfRfCharging information flowCGFCGFCCFCGFCGFCCFGaS-CSCFS-CSCFI-CSCFI-CSCFASASMGCFMGCFBGCFBGCFP-CSCFP-CSCFGGSNGGSNSGSNSGSNBSBSBSBSMRFCMRFCHome(A)Visited(A)RfGaRfRfRfRfRfCGFCGFCCFCGFCGFCCFGaOffline计费系统（R5 vs. R6） UE P-CSCF S-CSCF CDF (visited) Visited Network CDF (home) Home

43、 Network 1. INVITE Service Control More SIP signalling 2. 200 OK (Invite) 3. Accounting Request Start 4. Accounting Answer 2. 200 OK (Invite) 5. Accounting Request Start 6. Accounting Answer Open a P-CSCF CDR 2. 200 OK (Invite) 1. INVITE 1. INVITE Service Control Open a S-CSCF CDR SIP Session establ

44、ished More SIP signalling CTF:Charging Trigger Function CDF:Charging Data Function CGF:Charging Gateway FunctionCharging information flowISCSGSNSGSNCAPOnline Charging SystemHome(A) + Visited(A)ReRbRoRoReRcMRFCMRFCAS(s)AS(s)ISCSGSNSGSNCAPOnline Charging SystemHome(B) + Visited(B)ReRbRoRoReRcAccountCo

45、rrelation FunctionBearer Charging FunctionAccountCorrelation FunctionBearer Charging FunctionRatingFunctionRatingFunctionS-CSCFS-CSCFS-CSCFS-CSCFAS(s)AS(s)MRFCMRFCSCCFCPCFSCCFCPCFSessionCharging FunctionSessionCharging FunctionEventCharging FunctionEventCharging Function CN Domain Service element Su

46、b - system Ro C T F 3GPP network CAP O C F ABMF RF OCS Rc Re Online计费系统（R5 vs. R6） 14. Session released 1. Request for resource usage OCF CTF UEa 9. Content/Service Delivery 2. Reserve Units Request (Service Key) 10. Debit Units Request (Non-monetary Units) 3. Units Determination 4. Rating Control 7

47、. Reserve Units Response (Non-monetary Units) 5. Account Control 8. Granted Units Supervision 12. Account Control 6. Reservation Control 13. Debit Units Response (Non-monetary Units) 11. Rating Control CTF:Charging Trigger Function OCF:Online Charging FunctionABMF:Account Balance Management Function

48、 RF:Rating Function流计费系统FBC Traffic Plane Function Offline Charging Function Gx Service Data Flow Based Charging Rules Function Gz Rx AF Traffic Plane Function Gx Online Charging System* Service Data Flow Based Credit Control Service Data Flow Based Charging Rules Function Function CAMEL SCP Gy Rx A

49、F 1. Establish Bearer Serv Req 2. Request charging rules 4. Provision Charging Rules 6. Establish Bearer Serv Accept UE TPF CRF 3. Identify charging rules to install 5. Install charging rules 1. Establish Bearer Serv Req 2. Request charging rules 4. Provision Charging Rules 8. Establish Bearer Serv Accept UE TPF CRF 6. Credit request 7. Credit response 5. Install charging rules 3. Identify charging rules to install OCS 精诚合作精诚合作共同发展共同发展