（计算机应用技术专业论文）多智能体钻井软件应用共享技术的研究与应用.pdf

硕士生：高亦添( 签名)豳叠 指导教师： 屈展、 方明( 签名) 压睦鼋酬 摘要 网络化钻井技术是目前石油钻井信息化研究的一个重要方面，现有网络化钻并软件 支撑平台在支持石油钻井应用软件共享和进行异地实时操作中存在对已有钻井软件利用 率低，进行协同工作需要更换传统软件等问题和不足。论文采用计算机支持协同工作 ( c s c w ) 中的应用共享技术，研究开发出适用于石油钻井应用软件共享的技术和模型。 论文主要做了以下工作和创新。 第一，将多智能体引入应用共享。利用多智能体技术构造应用共享环境，使异地研 究者在共享环境中实时操作传统软件，进行协同工作。 第二，集中式应用共享机制的实现。基于w i n d o w s 的网络编程技术，利用消息机制 及钩子机制等完成网络底层服务工作，实现了集中式应用共享机制，有助于在协作工作 过程中采用多种完备、实用和灵活的协调和控制机制，使协同工作具有良好的协作秩序。 本论文将应用共享技术引入石油钻并领域，通过建立基于多智能体的集中式应用共 享平台，实现远程钻井研究的协同工作。 关键词：计算机支持的协同工作，应用共享， a g e n t ，钻井应用软件 论文类型：应用研究 s u b j e c t ： s o f t w a r e s p e c i a l i t y n a l n e ： a s t u d ya n da p p l i c a t i o n o n a p p l i c a t i o ns h a r i n g b a s e do nm u l t i a g e n td r i l l i n g c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n i q u e g a o y i t i a 。( s i g n a t u r e ) 鱼丝i i i 幽 i n s t r u c t o r ：q uz h a n 、f a n gm i n g ( s i g n a t u r e ) 岔缸z 锄彤 确m a b s t r a c t n e t t i n gd r i l l i n gt e c h n o l o g y i so n eo fa ni m p o r t a ma s p e c to nt h es t u d yo fo i l d r i l l i n g i n f o r m a t i z a t i o na tp r e s e n t o ns u p p o s i n ga p p l i c a t i o ns h a r i n go ft h eo i ld r i l l i n gs o f t w a r ea n d t h er e a l - t i m er e m o t e o p e r a t i o n ，e x i s t i n gn e a i n gd r i l l i n g s o f t w a r e p l a t f o r m c a n tu t i l i z e d s u f f i c i e n t l yt r a d i t i o n a ls o f t w a r ed u r i n gc o o p e r a t i v ew o r k i nt h i st h e s i s ，a p p l i c a t i o ns h a r i n g t e c h n o l o g y o fc o m p u t e rs l 【p p o l l e d c o o p e r a t i v ew o r k ( c s c w ) w a sa d o p t e d ，t h e m o d e lo f a p p l i c a t i o ns h a r i n gt h a t i ss u i t a b l eo i l d r i l l i n ga p p l i c a t i o n s o f t w a r ew a sd e v e l o p e di nt h i s t h e s i s ，c h i e f l yw o r k sa n di n n o v a t i o n s i n c l u d e d ： f i r s t ，m u l t i a g e n t i si n t r o d u c e d t h ee n v i r o n m e n to fa p p l i c a t i o n s h a r i n gb yu s i n g m u l t i a g e n tt e c h n o l o g yw a sc o n s t r u c t e d t h ed e s i g nm e m b e r sw h o a r ei nd i f f e r e n ta r e a sc a n b ec h a r g e dw i t hc o r r e s p o n d i n gd e s i g nt a s ks y n c h r o n o u s l y s e c o n d ，t h e m e c h a n i s mo fc e n t e r e d a p p l i c a t i o ns h a r i n g w a sr e a l i z e d n e t w o r k u n d e r s t r a t u ms e r v i c ew o r kb a s e dw i n d o w s s p r o g r a m m i n ga c c o m p l i s h e d b ym e s s a g e m e c h a n i s ma n dh o o km e c h a n i s mw a sa c h i e v e d t h em e c h a n i s mo fc e n t e r e da p p l i c a t i o n s h a r i n g w a sr e a l i z e di ti sc o n t r i b u t e dt o u s i n gs e l f - c o n t a i n e d a n dp r a c t i c a la n df l e x i b l e h a r m o n y a n dc o n t r o lm e c h a n i s m ，a n dm a d eo r d e rw e l ld u r i n gc o o p e r a t i o nw o r k b yi n t r o d u c i n ga p p l i c a t i o ns h a r i n g t oo i ld r i l l i n g ，t h ec e n t e r e da p p l i c a t i o ns h a r i n gb a s e d m u l t i - a g e n tw a ss e tu p ，r e a l i z i n gc o o p e r a t i v ew o r k i nl o n g d i s t a n c ed r i l l i n gs t u d y k e y w o r d s ：c s c w ：a p p l i c a t i o ns h a r i n g ，a g e n t ，d r i l l i n g s o f t w a r e t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y 学位论文创新性声明 y 6 0 5 5 0 c 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；电不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：筮蠡日期：弘一多p 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名：童j 叠坠 导师签名 臃 e l 期：力午、歹夕。 日期：御，咖 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 石油工业是国家的支柱产业之，石油钻井是石油天然气勘探开发不可 缺少和最直接的手段。钻井成本约占天然气工业总投入的5 0 8 0 ，是天然 气工业各项成本中所占百分比最高、耗资最大的工业工程，也是参与世界石 油天然气勘探开发市场的主要竞争项目。石油钻井工程涉及到多个学科领 域，是一个人员与技术高度密集，集技术、管理与经济等为一体的一个系统 工程；钻井投资大、风险高，所使用的技术方法以及中、高层专业技术人员 和管理人员所做出的各项决策分析和制定1 1 标方案都直接关系着施工的效 益和成败。另外，钻井作业地区从陆地到海洋，从戈壁到沙漠，地域辽阔、 复杂多变，有的自然条件极其恶劣、远离人烟、偏远荒芜，给施工以及新技 术的推广都带来极大的不便，若仍以石油工业的传统方式来组织会战，将要 耗费巨大的成本和代价。 2 0 0 0 年6 月在加拿大卡尔加里召开的第1 6 届世界石油大会把主题定 为：“石油促进全球发展：人员、经营及技术的网络化创造价值”，这标志着 石油工业走向网络化的时代已经到来。面对石油工业的全球化发展，运用现 代计算机科学与网络通信的最新技术，研究多智能体技术建立面向石油钻井 能够协同工作的各种功能组件和系统集成方法，开发面向钻井工程的远程钻 井网上会战智能应用系统，充分利用现有的各种钻井技术及专家知识，通过 i n t e m e t 或各油田企业的i n t r a n e t ，来使任何地点的钻井施工者都能够借助此 系统方法，在多变和不确定的环境下，得到动态信息的传播和共享，达到协 同攻关以提高决策指挥的科学性和实时性，以消除以往地域、技术、人员及 信息等方面所存在的屏障和影响，打破时空界限，扩大视野，增加能力，提 高效率，聚集各方精英，打破时空界限，借高新技术，创最佳效益，得以实 现远程钻井的大会战【5 1 。 应用共享技术是实现共同操作，构建实时协作支撑平台的关键技术。将 它运用于远程钻井的大会战中，可以使异地的多个用户同时对一个钻井应用 软件进行操作，并实现共享人员和共享钻井应用软件资源的实时管理。因此， 西安石油大学硕士学位论文 在石油钻井领域采用这项技术可聘请和吸收时空上分散、远在不同地点的多 方专家及软件系统同时参与，针对任何选定区域内具体一口井的施工运用某 一钻井软件进行场外实时协同式会诊、分析、指导、决策等的应用方法和工 作模型，以便能够实现网络化、数字化、智能化多方协同工作与实时科学决 策的远程钻井，最终使石油钻井工程作业达到高效、优质、安全、低成本的 目标。 应用共享技术是c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 研究领 域的一个重要分支，本文在对应用共享的相关理论、技术及现存应用共享系 统的研究、分析的基础上，将应用共享引入到石油钻井应用系统中，开辟了 应用共享研究的一个新领域。 1 2c s c w 及应用共享简介 1 2 。1c s c w 简介 c s c w 的概念“”1 “计算机支持的协同工作”( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 可以 定义为：在计算机技术支持的环境中( 即c s ) ，一个群体协同工作完成一项 共同的任务f 即c w ) t7 1 。它是门由计算机科学、通信工程学、人类工程学、 认知科学、以及心理学和社会学等多个学科综合而成的新的交叉领域【2 】。它 的目标是要设计各种各样的协同工作的应用系统。c s c w 的产品可以称为群 件( g r o u p w a r e ) 。c s c w 技术的实质和目的是：利用多媒体计算机和通信技 术建立一个协同工作的环境，在此环境中人们可以相互合作，共同工作于一 个产品、一个研究领域或一个项目，或求解一个学术上的难题。国外自1 9 8 4 年由m i t 公司的i r e ng r i e f 和d e c 公司的p a u lc a s h m a n 两人提出这一概 念以来，随着计算机技术、多媒体技术、网络与通信技术等的发展，c s c w 无论在理论上，还是在技术上都得到了很快的发展，特别是i n t e r n e t 的应用 普及和自1 9 9 6 年下半年开始的i n t r a n e t 的发展，为c s c w 的研究和应用提 供了新的、更有利的条件。目前，国外的c s c w 应用主要有：医疗系统( 如 远程会诊) ；教育系统( 如远程教学，数字化图书馆和博物馆) ；政府系统( 如 西安石油大学硕士学位论文 协同办公和政策规划) ；科研系统( 如重大工程和研究项目的协同攻关和协 同设计，合作编辑等) p 1 4 1o 在国内，只有少数几个重点大学开始了对c s c w 理论的研究，研制出了一些原型系统 4 1 1 。总之，c s c w 技术一经提出，便 得到了广泛地认可和研究，可以预计，随着计算机网络环境的不断完善， c s c w 将会成为人们工作的新模式。 c s c w 的三要素 c s c w 的目的就是在计算机环境下提供对人们群体工作的支持。因此 说，通信、合作、协调是c s c w 的三要素( ”。 c s c w 的基础是通信。自然的组通信发生在地理上是分布的用户之间 ( 本地通信可以认为是分布系统的特例) ，因此网络通信是至关重要的，并且 在合作环境中处理多媒体文件传输和数据控制是很复杂的。而基于计算机的 或者以计算机为媒体的通信，并没有完全和其他的通信形式相结合。异步的 基于文本的电子邮件和公告板与同步的电话和面对面的交谈是不同的：人们 不能在任意的两个电话号码之间传送文件。把计算机处理技术和通信技术结 合起来可以帮助解决这个问题。 c s c w 的形式是合作。与通信相似，合作是小组活动的重要内容。在群 体活动中，任意一项活动都必须是多人合作完成。有效的合作要求人们必须 共享信息。但是当前的信息系统尤其是数据库系统在很爹隋况下把人们互相 隔离开。比如，当两个设计人员使用同一个c a d 数据库进行操作时，他们 不可能同时修改同一个设计物体的不同部分并且知道他的合作者所做的修 改；他们必须通过互相检查才能知道对方所做的工作。许多任务都需要良好 的共享环境，可以在适当的时候友好的通知群组的活动信息以及各个用户的 活动。 c s c w 的关键是协调。如果一个组的活动是协调的，那么它的通信和合 作将会大大得到加强。一个不能很好的进行协调的工作小组，它的成员之间 势必会经常发生冲突和重复劳动。当几个部分共同组成个任务时，协调本 身被看作是一个必不可少的活动。当前的数据库应用提供了对共享对象的访 问，然而大多数软件工具只提供对单用户的支持，对支持小组的协调这一重 两安石油大学硕士学位论文 要功能所做的却很少。 c s c w 系统的分类 群体协作方式的多样性，为c s c w 研究提供了丰富的内容。在c s c w 系 统，人们围绕着共同的任务需要进行交互通信( i n t e r a c t i v e c o m m u n i c a t i o n ) 、 协调( c o o r d i n a t i o n ) 、协作( c o l l a b o r a t i o n c o o p e r a t i o n ) 等基本活动。可以根据 c s c w 系统中的基本活动方式、群体成员地理分布位置、使用基本工具和工 作环境、应用等对c s c w 系统进行分类。 ( 1 ) 群体成员之间的协同工作按时间划分可有同步方式和异步方式两种。在 同步方式时，群体各成员在同一时间进行同一任务的协作。在异步方式 时，群体各成员在不同时间进行同一任务的协作。 ( 2 ) 按群体成员的地理分布，协作又分成本地同一地点协作( c o 1 0 c a t e d ) 和远 程协作( r e m o t e ) 。 同步 时间 异步 常规公晤室内公晤判决 群组协作 支撑系统 电话 远程讲学 1 匹卡 教 议工作站会议 协同软件开发 电子函件 电子布告板 信件群组 协同文件编辑 录管理 群组 分布式 集中式 空间 个体群组 群组 图1 一l 基本的协同工具在时间、空问、群组三维空间中的关系 ( 3 ) 按群体规模分类：两人协同系统和群体多人协同系统。 ( 4 ) 按c s c w 应用分类：c s c w 有着广阔的应用领域，可以按应用情况加以 4 西安石油大学硕士学位论文 分类，如协同科研系统、协同设计系统、远程医疗系统、远程教育系统、 协同决策系统、军事协同( 参谋会议) 系统、协同办公系统、电子商务 等。 图1 1 显示了各种基本的协同工具在时间( t i m e ) 、空问( s p a c e ) 、群组 ( g r o u p ) 三维空间中的关系。 1 2 2 应用共享简介 应用共享的概念 应用共享技术是指可以让多个参加者在计算机网络环境的支持下共同 显示、同时控制任何普通的单用户应用程序对象。作为协作设计中实时协作 核心模块，应用共享涉及到实时协作模型的建立，协作人员和设计文档的管 理多方面内容。 应用共享的产生和发展 根据统计，世界各地大大小小的公司每年在各种会议上的花费为几十亿 美元，实时交互系统为企业提供了一种能够大幅度降低开销而无损质量的解 决方法。在早期的协作会议系统中，应用共享并没有得到足够的重视，例如： h 3 2 3 协议强调视频和音频的质量，数据业务几乎被忽略。由于网络条件的 限制，目前h 3 2 3 很难保证会议的视频和音频质量，而应用共享的交流数据 量小且信息量高，当讨论问题、交流看法、共同操作成为会议的中心内容时， 应用共享系统将成为企业首选的协作工具，因此也得到学术界、电信业和软 件业的高度重视。 1 9 9 3 年3 月1 9 9 5 年3 月，i t u t 陆续发布了数据会议的基本框架 建议，包括t 1 2 2 ，t 1 2 3 ，t 1 2 4 和t 1 2 5 等。在这一套协议体系下，应用 共享是数据会议的一部分。这一系列协议规定了大会应用共享的主要功能 有：共享操作应用程序的功能，允许与会者以实时方式合作创建文档，实时 协同设计，共同修改图纸等操作。 应用共享当前研究成果 由于同时拥有技术可行性和功能实用性，应用共享得到了学术界和业界 西安石油大学硕士学位论文 的研究重视。研究成果以及成形的软件产品比较多。m i c r o s o f t 公司的 m i c r o s o f tn e t m e e t i n g 会议软件实现了应用共享的实时协作功能。2 0 0 1 年 m i c r o s o f t 公司推出了一个名为m i c r o s o f te x c h a n g e2 0 0 0c o n f e r e n c i n gs e r v e r 的新产品。而m i c r o s o f te x c h a n g e2 0 0 0c o n f e r e n c i n gs e r v e r 的主导思想就是 实现无墙会议。可使用任意工1 2 0 兼容客户端( 如m i c r o s o f t n e t m e e t i n g ) 参 加应用共享州。 2 0 0 1 年5 月，s u n 公司发布了s u n f o r u m t m 3 2 软件，其中包括基于业 界标准t 1 2 0 的应用共享应用。c i s c o 公司推出了i p v c 解决方案遵循t 1 2 0 协议，为应用共享的底层通信提供支持。 应用共享中的研究热点： 用户感知：用户应该可以清楚直观的得到其他协作者的活动，系统需要 提供用户活动的自动通知和状态查询功能。 实时协调：构造合理的应用共享的协作模型，通过良好的协作机制控制 用户对共享资源的访问，使空间上分布而又相互依赖的协作个体的活动协调 起来，才可以发挥应用共享的功能。 共享操作机制：当前应用共享有两种解决方案，消息机制和屏幕机制。 这两种机制都有自己不可克服的缺点，寻找合理的共享机制是应用共享的一 个重要目标。 设计文档管理：将设计文档合理整理，并利用数据库技术和人工智能的 理论搜索设计知识，在任务进行过程中给用户提供有用的数据。 应用共享中有待解决的问题 虽然t 1 2 x 系列协议规定了应用共享的一些系列功能，并通过规定基本 的模块的通讯协议试图实现不相似端点之间透明的互操作性。但是现实中的 人们的协作关系错综复杂，实时交互的过程灵活多变。应用共享中用户的关 系模型，实时协作过程模型和共享机制中仍有许多问题亟待解决。 当前涉及到应用共享的研究成果以及成型产品不少，但是针对于协同设 计，这些成果大部分有以下缺陷：1 ) 应用共享机制不够灵活；2 ) 缺少对协 作设计过程完备和实用的协调和控制机制，例如，m i c r o s o f t 公司的 6 西安石油大学硕士学位论文 n e t m e e t i n g ，对共享应用程序的操作采用抢焦点的方式，会议过程操作权的 分配的无秩序可言；3 ) 缺少对应用程序协同工作结果的管理，工作结果难 以重用。 应用共享技术的应用前景 今后，随着企业全球化意识( 面向全球范围提供其产品或服务) 的不断 加强，石油钻井必将消除以往地域、技术、人员及信息等方面所存在的屏障 和影响，打破时空界限，充分利用现有的各种钻井技术及专家知识，通过 i n t e r n e t 或各油田企业的i n t r a n e t 进行协同攻关以提高决策指挥的科学性和实 时性。作为重要的协同工作平台之一，应用共享系统也将成为必不可少的信 息设施。这项技术可以使石油钻井的研究者继续沿用传统的石油钻井软件进 行协同工作，不必为进行协同工作抛弃原有的单用户钻井软件环境而去熟悉 掌握新的协同钻井软件环境，集中精力进行石油钻井研究的内容。应用共享 产品底层通信基本都遵循一1 2 0 协议，无论节点的底层使用什么类型的网络 和采用哪个商家的系统，都可以进行应用共享，这种特性将会促进应用共享 更加广泛的应用。应用共享技术将对未来社会人们的工作、学习与生活等产 生深远的影响。 1 3 论文来源与框架结构 信息科学与技术的发展极大地推动着石油工业的前进，钻井信息应用技 术近些年来已有了很大的进步，国内外不少大学和科研机构的科学家们以及 各钻井公司的专家们，先后研究和开发了大量的使用钻井软件和各种集成系 统，但很少有人提出过能进行远程钻井多方协同工作、实时知道的工作系统 理论与方法。目前，协同工作软件以不同形式出现，它包括视频和音频会议 工具、电子表决和讨论管理的客户服务系统、多用户论域、共享白板、工 作流管理系统、以及其它专用系统等。这些形式的每一种商用产品均是各有 特点和应用范围，它们提供专用软件，实现特定的功能，能在一些特定的软 件和硬件平台上进行协作。要把这些工具和方法引入到复杂的钻井工程中， 把不同协作服务集成在一起，多个协同系统可互操作或协同交互工作的问 西安石油大学硕士学位论文 题，特别是众多的钻井专项功能模块在不同的软件和硬件平台上进行有效的 交互操作问题，向我们提出了极大的挑战。 本论文来源于国家自然科学基金项目“远程钻井网上会战智能应用 系统理论的研究与实现”，应用共享是远程钻井网上会战智能应用系统的重 要组成部分。应用共享的实现使异地协作者利用单机钻井应用程序，同时对 某一任务进行讨论，达到异地协同工作的目的。 本论文共分六章，各章主要内容概述如下： 第一章：绪论。 首先介绍了本文的研究背景及应用共享技术引入石油钻井工业的必要 性，接着对c s c w 及应用共享进行概述，介绍了应用共享研究在石油钻井 领域的意义和应用前景，最后点明论文的来源与论文的总体框架。 第二章：钻井软件应用共享的协作模型。 定义应用共享的协作模型，并解释了协作模型中各部分的内容，详细介 绍了协作过程。 第三章：协同环境及共享操作机制的研究。 介绍了c s c w 的整体协同环境的基本构架和总体结构。介绍实现应用 共享可采用的共享操作机制并比较其优缺点，最后阐述了集中式应用共享基 于a g e n t 模块构造及系统流程。 第四章：基于w i n d o w s 的应用共享系统的设计。 从网络传输、共享机制实现、用户管理和协作控制等方面介绍了钻井软 件应用共享系统的设计，其中着重介绍了集中式应用共享机制的系统模型及 基于w i n d o w s 实现集中式应用共享的主要技术。 第五章：远程钻井网上会战智能应用系统中应用共享的实现。 本章主要介绍应用共享的实现以及在远程钻井网上会战智能应用系统 中的应用，并介绍了各个模块的具体实现及运行情况。 第六章：结论。 总结了本文在理论、技术及实现方法上的主要结论，并指出目前研究中 的不足，提出进一步研究和改进的方向。 西安石油大学硕士学位论文 1 4 本章小结 本章首先介绍了本文的研究背景及将c s c w 引入石油钻井工业的必要 性，接着对c s c w 进行全面阐述，最后点明本文的主要研究内容与论文的 总体框架。 第二章钻井软件应_ 目； 共享的扔作模型 第二章钻井软件应用共享的协作模型 随着石油工业走向网络化，石油钻井问题的研究经常需要不同领域的 专家和小组异地实时的合作进行，传统的集中式的群组工作模式已不能适应 这种异地协作需求，应用共享系统将成为支持协同工作必不可少的信息设 施。应用共享解决的主要问题是实时协作。良好的协作模型应该考虑现实会 议中与会人员的各种关系和影响会议顺利进行的多种因素，给用户提供现实 协作中的便利，因而应采用良好的协作控制机制和协作用户管理保证协作流 程流畅，促使协作高效的进行。针对石油钻井行业的特点，以井控设计与模 拟分析系统作为应用共享软件，构造应用共享的协作模型。该模型实现了信 息知识的交互和合作行为的协调，能够满足异地工作者实时协同运用石油钻 井传统软件解决问题的需求。 2 1 应用共享的协作模型 系统结构和模型的研究是计算机支持协同设计的基础和核一t s , 。对群体工 作过程的特性进行研究，从社会管理和资源流动的角度构建出表征群体协作 模式和需求的协作模型，是应用共享系统高效运转的基础，也是国内外 c s c w 研究的一个重要分支。本论文是运用应用共享技术，以并控设计与模 拟分析系统作为应用共享软件，为实现大规模、复杂的钻井设计项目的协同 工作提供了方便可靠的计算机支持。 2 1 1 组织模式 根据e d e 和l u n s f o r d 的研究指出协同系统存在七种组织模式【4 】： 整个小组一起规划协同任务，然后每个作者负责文档某个部分的协作， 最后将各个部分汇集起来，根据需要修改整个文档。 整个小组一起规划协同任务，然后某个成员准备一个草稿，最后小组一 起修改这个草稿。 组内某个成员规划协同任务并撰写一个草稿，然后小组一起修改草稿。 某个作者提交一个草稿，然后一个或多个其他成员不与作者交互修改这 西安石油大学硕士学位论文 个草稿。 整个小组规划协同任务并撰写一个草稿，然后一个或多个成员不与原作 者交互修改这个草稿。 一人规划和分配协同任务，每个成员完成各自部分，然后由某个成员编 辑并修改文档。 某个人口述，另一个人记录，然后编辑成文档。 这七种组织形式是对协同工作组织方式的各种情况的列举，每种组织形 式都存着优缺点，也有其适用范围。e d e 和l u n s f o r d 通过调查得出：在协同 编辑文档的模式中，每个成员之间合作的满意程度受以下因素的影响： 协作目标是否阐述清楚? 成员之问是否能够相互尊重和信息共享? 各个成员对文档的控制程度如何? 成员之间的信用关系以何种方式被确认? 怎样管理冲突和解决争端? 0 成员受外界条件( 如截至日期、技术或法律要求等) 制约的数量和类型? 组织内项目的进展情况? 那么，人们在完成任务的时候是选择独立完成，还是与他人协作完成， 或者部分独立，部分与他人合作的组织模式，要视具体情况而定。井控设计 与模拟分析系统的编写组织工作主要是以第二种组织方式。首先由分析小组 制定协同任务，然后由某个成员准各一个任务的初稿或者提交原先拟定的方 案，由小组成员一起修改；也可以在空方案的基础上直接进入协同工作。 2 1 2 协作模型的定义 协作模型是用以描述现实世界中协作过程的形式化工具。借助于这一工 具，可以定义协作过程不同阶段的属性以及它们之间的控制与数据流动关系 8 , 2 2 , 2 5 。所谓协作，在不同的上下文环境下有不同的意义。广义地说，是将 各项相互关联的子任务集成地加以控制以完成更广泛和复杂的任务。具体 地，它包括如何将任务分配给各有关过程去执行，同时必须对协作执行进行 西安石油大学硕士学位论文 控制，它还包括采用何种资源分布策略以及如何实现资源的共享等方面p 】。 协作模型：从系统的责任和功能看，系统是由相互发送消息的对象构成，对 象之间通过消息相互协作，共同完成整个系统的功能【8 。 钻井过程中的油气溢流如得不到及时的控制，会酿成井喷甚至井喷失控 等恶性钻井事故，因此监测和控制溢流是保证油气井安全钻井的一项重要技 术。发现溢流并关井后，现场工程人员首先要对溢流的类型做出判断，同时 要根据地面上监测到的数据进行井控设计，以确保施工安全可靠，井控设计 与模拟分析软件系统根据这一要求完成了压井参数的计算机设计。 本课题研究的是：为“井控设计与模拟分析系统”提供一个协同工作的 支撑环境，主要处理应用程序共享进行过程中资源的共享和协作人员问的协 同工作，达到尽可能的减少事故的发生。实际上应用共享环境是整个远程控 制的一个组成部分，其他功能还包括：任务的定义、会议室环境、协作成员 的组织模型、协作资源管理等。 本模型模拟现实中协同工作情况，对现有的“井控设计与模拟分析系统” 软件实现应用共享，支持异地同时的协同工作。系统的协作模型如下五元组 结构模型： “工作间”：= 其中：u 表示协作主体，即参与协作的成员集合；0 表示协作的对象( 协 作的任务) ；t 表示协作工具；p 表示协作过程；e 表示协作环境。 协作主体：一 ， ， ， 角色类型：= l 成员角色不同，对共享数据的操作权就不同。主席是工作间的管理者， 监督和管理协作过程中的资源；一般用户通过对控制权的请求和释放，实现 协同工作。 协作状态用于感知和表现协作成员活动的信息。 协作对象：= ， ， ， 每次协作设计任务都处理并且仅处理一个特定的任务。任务的负责人 西安石油人学硕士学位论文 就是每次协作过程中的主席。 协作工具：= ， ， ， ， 显示模块负责接收来自服务器端的处理的屏幕信息，并还原供用户查看。 输入管理模块负责接收来自具有控制权的客户端的键盘、鼠标的输入信息， 进行过滤，传送至服务器端：服务器端接收这些信息，把键盘、鼠标的输入 命令发送给应用程序，响应远程协作者的输入。成员管理模块负责成员的动 态加入、退出。协作控制模块负责成员对控制权请求和释放的管理。通讯模 块负责对各种信息进行标识、解读，并根据信息类型调用相应的模块。第三 章将做详细的介绍。 协作过程表现为群体协同工作的控制机制和协调策略，主要解决协作过 程中共享资源的冲突访问和分布数据的一致性问题。将在2 2 节详细介绍。 协作环境，即c s c w 系统提供协同工作的平台。 “工作间”的协作形式的描述如下：在协同环境e 作用下，协作主体( 即 协作成员) u 采用协作策略p ，利用协作工具u 完成协作任务o 。 2 2 协作过程 这一节讲述应用共享中人群的动态协作过程，重点讲述协作过程中的协 调机制。合理控制协作过程是应用共享实现中的基本问题。 2 2 1 协作过程中协作形式的演变 协作模型如上述五元组结构模型定义，协作主体分为主席和一般用户。 每个任务的建立者默认为工作小组的主席；主席可以邀请，也可以等待其他 用户的加入。一般用户可以是被邀请，也可以是自发进入工作间，大家协同 工作形成工作群体。在协作过程中，协作主体可以根据需要转换身份。需要 发生身份转换的情况有： 1 ) 一般用户利用私有资源独立工作时获得满意结果，申请经会议成员允许 后，担任主席并提交结果作为共享资源，在此基础上继续进行协同工作。 西安石油大学颤学箍论文 2 ) 主席当前需要退出工作间，但其他设计者仍然要求工作，需要一位临时 豹主席代为管理。 黼2 一l 静作主体身倚转换嚣 如图2 1 所示，这种扮作过程中身份的转换提供了很大的灵活性，排 除由于主席的缺席雨延误工作的可髓，有秘于充分利用网络资源，提高了工 作效率。 2 2 2 协作过穗 当协作成员登录时，协作成员利用协作工具相互传送感知消息、控制命 令程数据，协蠲工作。按照设诗群体豹合作髟式可将谤固设诗王 乍协作分秀 两种方式： 同步协作：多个协作者同时参与并在同一界瓤下工作，协作者对共事信 息的访闯帮操俸能够被其悠协 乍者实时感知，并廑涛作者在一定豹辊割下， 可以共同对共宰程序进行任意操作。 异步协作：协作过程中，某些用户有事暂h 寸邂出协同环境，在单机模式 下狱立运行设计，设诗完毕，申请提交设计结果，经过大家瓣讨论决定是否 选用这一结果。 按同设计中，两种协俘方式可以交替进行。 胄l 户加入泌问环境对，都是进行同步协作。警用户需要提交自己的设计 西安石油大学硕士学位论文 结果时，可以申请成为主席，向协作小组提交数据，实现异步协作。在同步 协作过程中，控制权的获取主要是通过令牌转换机制控制；主席也可以授予 和剥夺令牌，协调整个应用共享协作过程的顺利进行。 2 2 3 协作过程中的协调 “对群组合他人的活动的感知何相互之间的协调是设计c s c w 系统的 关键因素。”同步和冲突是协作控制要解决的两大问题。 为了实现w y s i w i s ，协作过程中拥有操作权的成员对共享对象的操作 都需要经过输入管理处理。下面介绍应用共享的实现策略。 定义共享应用程序a p p 为a p p = p , 1 9 1 。其中i 、p 、o 分别是 a p p 的输入、处理、输出部分。对于应用共享，成员关心的是哪些人可以输 入、哪些人可以看到输出，不关心由谁来完成这一操作。观察系统中输入、 输出数据网络传输形式，以及操作权的控制，应用共享系统中可能的策略如 图2 2 所示： ( d ) 图2 2 应用共享的策略类型 图( a ) 表示单副本、单输入流、多输出流。表示用户端可能没有应用 软件，对共享对象的操作需要传送至服务器端；同时要将执行结果群发给所 有的协作节点。这种实现简单，但要求网络传输量。 图( b ) 表示多副本、单输入流、单输出流。这里每个客户端都有共享的 西安石油大学硕士学位论文 应用程序，但是只有一位用户拥有控制权。拥有控制权的用户对共享对象的 操作，传送至服务器，由服务器向各个客户端发送控制消息，每位成员的应 用程序获取操作命令执行并显示相应的结果。虽然这种策略无须操作权的控 制，但它只允许一位用户操作，不满足应用共享的协同工作的要求。 图( c ) 表示单副本、多输入流、多输出流。这里允许多个用户同时操 作，因此需要有专门的操作冲突的消解。但是只有服务器或某个节点上有应 用程序，所以需要将执行结果发送给所有用户。 图( d ) 表示多副本、多输入流、多输出流。这里每个客户端都有共享 的应用程序，与图( b ) 所示策略的不同在于：允许多个用户同时操作，因 此需要有专门的操作冲突的消解。 从上述分析可看出，适合于集中式应用共享的策略如图c 所示。 冲突主要出现在对共享资源的访问上，应用共享中典型的共享资源是共 享应用程序的控制权( 即令牌) 和数据资源。应用共享模块中的协作控制集 中在成员对控制权请求和释放的管理。为避免冲突，协作成员可通过申请令 牌，或者归还令牌的方式，协作控制模块根据令牌列表来分配令牌，实现协 作成员的协同工作。 如上所述，在本平台上，设置一个令牌列表来记录协作成员对令牌的申 请序列。令牌的分配策略如下： o 令牌管理策略：= 先来先服务( f i f s ) ：顾名思义是根据申请令牌的先后来分配资源； 需求强制准则是用某个参数度量协作成员对令牌的需要程度，将资源分 配给需求最强烈的用户。 期间，主席可以直接剥夺或分配令牌给某成员来控制整个协作过程的顺 利进行。 2 3 本章小节 本章主要工作是为钻井软件应用共享系统建立合理的协作模型。本章的主 要内容： 两安石油大学硕士学位论文 1 1 介绍钻井软件应用共享的协作模型。 协作模型反映的是系统中各对象之间的相互合作、相互依赖、共同完 成系统的责任；协作模型从系统的责任入手，最后分配这些责任到具体 对象，并由对象通过消息相互协作完成整个系统的责任l lj 。详细描述了 协作模型的各种协作要素。 2 ) 介绍了协作过程。包括协作过程中的协调和控制。 第三章基于a g e n t 应用共享机制的研究 第三章基于a g e n t 应用共享机制的研究 3 1 基于c s c w 的远程钻井网上会战系统基本架构与总体结构 应用共享是c s c w 研究的一个重要组成部分，对它的研究是以在c s c w 研究的基础上展开的，c s c w 研究中需要考虑的许多问题也正是应用共享亟 待解决的。因此我们有必要先了解一下基于c s c w 的远程钻井网上会战系 统的基本架构和总体结构【5j ，其基本构架分为3 个层次：应用层、控制层和 俪甸甸 应用层 钻井信息数据仓库 层 层 圈3 1 协同环撬的系统基本架构图 数据层，见图3 1 。 应用层：解决钻井工程中的各种复杂问题的远程钻井网上决策指挥系 统。利用现有的各种钻井技术及专家知识，建立高水平的多方专家智能体、 应用软件智能体，协助专家共同工作于同一任务，帮助钻井工程人员得到场 外的实时指导，也可以在非生产时进行学习和提高。 控制层：面向远程协同钻井的各个协同工作智能体。针对动态、多变的 工作要求，建立信息管理智能体、协调控制智能体、协同工作智能体，以及 西安石油大学硕士学位论文 高效的通信智能体，为参加协同工作的多方专家提供及时、灵活、方便的分 布式协作环境。 数据层：面向石油钻井工程的钻井信息数据仓库。石油工程信息的庞大 和作用是大家所共知的，信息管理也是决定协同钻井是否能高效顺利进行的 一个关键因素。因此，利用数据仓库技术和在动态协作环境中有效地播发、 组织和检索协作信息技术是非常重要的。 基于c s c w 的远程钻井网上会战系统的总体结构如图3 2 所示。 信息共享平台：主要指面对庞大的石油钻井工程的信息，要为各方面的 专家提供及时、可靠、准确的信息共享，它是协同钻井的基础，只有为所有 成员提供方便可靠的信息采集、访问、修改和删除机制才能促进成员之间的 协作活动。 钻井软件应用共享系统 信息共享平台钻井专业平台协同工作平台协作管理平台 网络传输平台 图3 2 系统总体结构图 钻井专业平台：主要包括现有成熟的专业软件控件，为开发应用系统提 供支撑。钻井专业软件应用平台是将目前石油钻井工程应用系统中所需要用 到的基本技术与基础平台集成起来，为开发者提供一个依托，使他可以集中 精力进行应用系统本身需求的分析和开发。本文中是以井控设计与模拟分析 应用系统为专业软件。 协同工作平台：不仅需要提供支持个人工作的相关工具，而且还应该具 有支持人们协同工作所需要的协作工具，主要包括异步协作平台( 如w e b 西安石油大学硕士学位论文 主页、电子邮件、公告牌等) 和同步协作平台( 如桌面视频会议、数据会议、 应用共享等) ，为多方专家会战提供支持。本文中对协作平台的研究的对象 是异地实时协作工具应用共享。 协作管理平台：协同工作具有明显的动态性和反馈性，这就需要采用一 定的控制和协调策略，使得各个协作成员既能有组织地独立开展工作，又能 协同地完成同一任务。 网络传输平台：进行网络远程钻井的大会战是人们在一定的工作环境下 展开的，协作环境是将时空上分散的协同会战的各个专家维系到一起的媒 介。网络远程钻井的大会战环境，是指通过网络传输平台建立起来的分布式 计算环境，主要是对于实时会战中的多媒体信息和数字信息，通过高效的组 播方式在各个专家之间传输。 平台的设计目标是提供一个通用系统接口，建立抽象化协同钻井系统， 定义由专用化和功能化对象组成的共享工作空间、用户接口、耦合模型，以 及感知模型。在基于c s c w 的远程钻井网上会战系统的总体结构的基础上， 论文针对应用共享进行研究。 3 2 共享操作机制 计算机环境中应用共享的概念提出已经有很长时间，它的主要目标是在 不对单用户应用程序进行修改的前提下，把单用户应用程序应用到网络环境 中协同工作。应用共享系统对所有的用户同时提供相同的输出，而在任何时 刻将输入的权力限制到一个用户。这里有两个概念：首先，要共享的应用共 享不是同时支持多个用户的网络程序，而是一个单用户程序，通过应用共享 可使它工作于多用户模式；其次，不但显示是共享的，控制也是共享的。所 以共享操作表示被共享的软件接受任何输入时，其所有的输入将通过共享实 体高度一致的传达给本设计小组的所有成员。共享操作模块是应用共享系统 的核心模块。 应用共享操作的实现机制，按照协作中用户计算机上运行应用程序的方 式，可分为集中式应用共享机制、复制式应用共享机制和混合式应用共享机 西安石油大学硕士学位论文 带9 。 3 2 1 集中式应用共享 集中式应用共享也称为单拷贝应用共享，它是指被共享的应用软件只安 装在一个站点上，所有参与者对该程序的输入都传给该应用程序所在的站 点，而程序的输出要通过网络传送到其它站点，其它站点相应的软件负责在 屏幕上产生相同的输出界面 1 4 , 2 1 】。在任一时刻，只能有一个参与者对这