（计算机软件与理论专业论文）cscw中基于agent的数据库协同环境研究.pdf

山东师范大学硕i 二学位论文 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特另, j j j n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如 没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材 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作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：狱逡条 导师签字： 学位论文版权使用授权书 浏衫 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权堂撞可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在 解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：纭通彳i 导师签字： 签字日期：2 0 0 7 矿月j 7 日 0f7 劂形 签字日期：2 0 0 7 年尹月节日 山东师范大学硕士学位论文 c s c w 中基于a g e n t 的数据库协同环境研究 摘要 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 , c s c w ) 所研 究的是一个群体在计算机支持的环境中如何协同工作完成共同的任务，它是一个 多学科交叉的研究领域，需要计算机网络与通信技术、多媒体技术等计算机技术 的支持，同时还需要社会学、心理学、管理科学等领域学者共同协作。 c s c w 在本质上是一个分布式系统，它能够提供多种通信方式并支持多媒体 数据的传送，提供用户多种信息共享的功能，同时c s c w 系统支持多个用户的并 发操作，并保持共享数据的一致性。 在协同过程中，人们期待有。w y s i w i s ”的效果。要达到这个目的，参与 者在参与协作的过程中需要把自己当前的状态、交流的信息等用数据表示出来， 而其他参与方通过共享获得数据，然后重构信息、表现和使用这些信息。数据共 享是协同工作的一个重要基础，所以说在协同环境中数据库的管理决定了数据共 享的水平。 现在的情况是在一个协同工作团队内，不同的协作方可能会使用不同的数据 管理方式，或者说对相同的信息采取了不同的逻辑表现形式，或者采用不同的数 据库系统。如现在常见的数据库o r a c l e 、m ss q ls l t v e l 或者s y b a 站s q ls e r v e r 等。因此，不同数据源的联合使用必然产生了数据库的协同工作问题。而且由于 协同工作中数据量的增加、用户的扩充、使用范围的扩大、数据类型的增加以及 新的协同任务的需要，在保存原有重要的历史数据的基础上，必须不断地增加新 的数据源和新的功能，从而在整个c s c w 系统中形成了一个异构数据库环境。这 些异构性主要体现在数据库的逻辑结构、管理方式以及协同方的软、硬件环境等 不同上。 针对这些问题我们提出构建一个数据库协同管理系统来协调管理c s c w 中 的数据库。数据库协同管理系统是由c s c w 环境中一些预先存在的、分布的、 异构的和自治的数据库系统或数据源组成的一个协作的数据库系统环境。具体来 讲协同数据库系统就是指对已经存在于协同环境中的多个分布的、异构的数据库 系统，在不影响其相对自治性的基础上，构造一个相互协调的分布式软件系统， 以支持c s c w 系统对物理上分布的多个数据库的全局透明访问和互操作。 数据库协同环境是为了适应一个工作群体中各用户之间数据共享和交互的 需要，集成不同的数据管理系统，实现不同系统之间的互操作，为用户提供一个 统一的和透明的访问界面，同时还需要在不同的系统之间保持数据的完整性、一 致性和安全性。 本文准备结合分布式数据库和多数据库的特点，引入a g e n t 的概念，在现有 山东师范大学硕士学位论文 的常用数据库系统( 如s q ls e r v e r 和m i c r o s o i ta c c e s s 等) 的基础上构建一种新 的数据库协同管理环境模型，并且对其中的几个关键问题，如数据的异构性、协 同操作事务的并发控制等问题进行研究。论文完成的工作主要包括以下几点： l 、针对现实工作中存在的问题和c s c w 系统环境的需要，提出在数据库协 同环境中需要解决和改进的主要问题； 2 、针对协同环境中数据库的异构和分布性，弓f 入a g e n t 策略，构建了一个 基于多a g e n t 的协同工作环境模型，解决数据库协同环境中的异构数据 的访问和协同操作问题； 3 、利用x m l 技术，介绍了一种基于咀，的数据模型，解决在异构数据库 系统集成时存在的映射问题，实现协同环境的一致性和透明性同时也保 证了各局部数据库系统的独立自治性： 4 、对协同环境中多数据库操作过程中的事务管理问题和并发控制问题作了 相应研究，提出了相应思路； 6 、使用x m l 文档建立了协同数据库系统资源表，同时使用x m l 作为数据 库协同管理中数据的转换中介，使用d t d 统一规范化其格式，解决异构 数据的共享使用问题。 论文对于数据库协同环境的整体实现并没有作具体的实践，只是对于其中的 部分关键模块作了应用实践，如异构系统的映射和异构数据的转换等，而对于其 他问题给出了相应的解决办法和思路。 关键词：计算机支持的协同工作，多代理结构，协同数据库系统，可扩展标记语 言，文档类型定义，基于x m l 的数据模型 分类号：t p 3 1 1 。1 3 2 ，t p 3 9 1 2 山东师范大学硕士学位论文 r e s e a r c ho fm uiti - a g e n tb a s e dc o o p e r a tiv ed a t a b a s e e n v ir o n m e n ti nc s c w a b s t r a c t 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 ) m s e a r c h e so nb o wag r o u po f p e o p l e t o c o m p l e t e aj o b t o g e t h e rd r a w i n gs u p p o r t f r o m c o m p u t e rn e t w o r k e n v i r o n m e n ti ti sa ni n t e r - d i s c i p l i n et h a tn e e d sc o m p u t e rn e t w o r k , c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , m u l t i m e d i at e c h n o l o g ys 1 【珥蛐gi ta n da l s os o m es o c i e t yd i s c i p l i n e s s u c h 私s o c i o l o g y , p s y c h o l o g ya n dm a n a g e m e n ts c i e n c ee l c s c ws y s t e ms u p p o r t sc u s t o m e r st h a td i s t r i b u t e di nl o c a t i o n st ow o r k c o o p e r a t i v e l y e s s e n t i a l l y i ti sad i s t r i b u t e ds y s t e ma n di t s u p p l i e s v a r i o u s c o m m u n i c a t i n gs t y l e sa n ds u p p o r t sm u l t i m t i ad a t at r a n s f e r e n c e i ts u p p l i e st h e c u s t o m e r sm a n yf u n c t i o n st os h a r et h e i rd a t a a tt h es a m et i m e c s c ws y s t e ma l l o w s c u s t o m e r st oo p e r a t es i m u l t a n e o u s l ya n dk e e pt h es h a r e dd a t ac o n s i s t e n t w h a ty o us i sw h a tis e e i st h er e s u l tt h a tp e o p l ew a n tt og e tw h i l ed o i n g c o o p e r a t i v ew o r k s ot h ep a r t i c i p a t o r sn e e dt od e s c r i b et h e i rs t a t e sa n dt h ed a t a c o m m u n i c a t i n gw i t h , a n dg e tt h e mt ob ek n o w nb yo t h e rp a r t i c i p a t o r s o t h e r p a r t i c i p a t o r sg e tt h ei n f o r m a t i o na n dr e a p p e a rt h e m , t h e n , p e o p l ec o u l dk n o wt h e o t h e r se x a c t l y d a t as h a r i n gi st h eb a s i so fc o o p e r a t i v e , s ow ec a ns a yt h a tt h e d a t a b a s ed e t e r m i n e st h el e v e lo f c o o p e r a t i o n b u tn o wi nac o o p e r a t i v eg r o u p d i f f e r e n tp a r t i c i p a n t sm a yu s cd i f f e r e n tw a yt o $ t o md a t a , o ri tm a yb ed e s c r i b e dd i f f e r e n t l y , o ro u s t o m e r sm a yu s ed i f f e r e n td a t a b a s e s y s t e m , s u c ha so r a c l e ，m ss q ls e r v e r , s y b a s es q ls e r v e ra n ds oo n s oh o wt on l a k et h ed i f f e r e n td a t a b a s es y s t e m st ow o r kc o o p e r a t i v ei san e w p r o b l e m a st h ec o o p e r a t i v ew o r ki sb e i n gu s e dm o r ea n dm o r ep o p u l a r , t h es c a l eo ft h e p a r t i c i p a t o r s ，t h ed a t aa n dt h el o a d so f c o m m u n i c a t i o nb e c o m el a r g e ra n dl a r g e r , m o r e a n dm o r ed i s t r i b u t e ds y s t e m sj o i ni nac s c ws y s t e m , c o m i n gw i t ht h e i rd i f f e r e n t d a t a b a s es y s t e m so rd a t al o g i cs 吐u c n 酩t h e ni nt h ec s c we n v i r o n m e n tc o m eo u ta g r o u po fd a b b l es y s t e m st h a tm a yb ed i f f e r e n ti nl o g i c 剜飘l c 呲d a t am a n a g e m e n t s t y l eo r t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r et h e yw o r k i n gi n s ot h ed a t a b l ec o o p e r a t i v em a n a g e m e n ts y s t e m ( d c m s ) i sb u l rt os o l v et h e s e q u e s t i o n s t h ed c m si sc o m p o s e do fs o m ee x i s t i n g d i s t r i b u t e da n da u t o n o m o u s d a t a b a s es y s t e m st h a tm a yb ed i f f e r e mi ns t r u c t u r e t h ed c m si sa s y s t e mo f s y s t e m i t i sb u i l tt oc o o p e r a t et h e s ed a t a b a s e so rd a t as o u l p m ，a n dk e e pt h e m 3 山东师范大学硕士学位论文 i n d e p e n d e n tr e l a t i v e l yw h e nw o r k i n ga l o n e 、m t l id c m se v e r yp a r t i e i l 。l a t o ri nc s c w c o u l du s et h es l i m ei n t e r f a c ea n dn e e d n tt oc a t h ec o n c r e t et r a n s l a l i o no fd a t a s l x u e t t t r e i n t h i sp a p e rw ew i l ls y n t h e s i z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i s l x i b u t e dd a t a b a s e s y s t e ma n dm u l t i - d a t a b a s es y s t e mt ob u i l dac o o p e r a t i v ed a t a b a s es y s t e mm o d e l 弛s y s t e mw i l lb eb a s e d0 1 1 , t h ec o l l l m o nd a t a b a s es y s t e m ss u c ha ss q ls e r v e ra n d m i c r o s o f ta c c e s s a n dm o l ei m p o r t a n t , i no u rs y s t e mm o d e lw eu s et h e a g e n t t o s o l v et h ek e yp o i mp r o b l e m s ，s u c h 鹪t h et r a n s f o r mo fd a t ad i f f e r e n c ea n dt h e c o r l c u r r c n c yc o n t r o lo fe o o p e r a t i o 1 l - d n s a c t i o n s 1 1 圮m a i nw o r kw eh a v ed o n ei nt h i s p a p e ri n c l u d et h ef o l l o w i n g s ： ( 1 ) w eh a v ed o n es o i n t r e s e a r c h t h eb a c k g r o u n da n dc t 盯e n ts i t u a t i o no f c s c wa n dd a t a b a s ec o o p e r a t i v es u p p o r t i n gi nc s c w f o rt h ei s s u e se x i t si nc s c w s y s t e ma n dt h cn e e d si nt h er e a l i t y , w 芒p u to u tt h ep r o b l e m sn e e ds o l v i a ga n d i m p r o v i n gi nd a t a b a s ec o o p e r a t i v ew o r k ； ( 2 ) 1 3 e e a u s eo ft h ed i 侬彻a n dd i s u i b u t i o no ft h ed a t a b a s es y s t e m si nc s c w , md r a wt h e a g e n t i n t oo u rs y s t e mm o d e l w eh a v eb u i l ta l le n v i r o n m e n tm o d e l b a s e d0 1 1m a s ，a n di nt h i sm o d e lt h ep r o b l e mo fd a t ad i f f e r e a e ea n de o n e u l t e l l ( ：y c o n t r o lw i l lb ew e l li m p r o v e d ； ( 3 ) a n da l s ow en e e dt h et e c h n o l o g yo fx 池w ii n t r o d u c e da 咀，b a s e d m o d e l w i t ht h i sm o d e t h ep r o b l e mo f s c h e m am a p p i n go f d i f f e r e n ts y s t e m sw i l lb e s o l v e d t h e ni nt h ec s c ws y s t e mw ec o u l d1 3 l a k l t h ec o o p e r a t i v ee n v i r o n m e n t c o n s i s t e n ta n da l s oe v e r yl o c a ls y s t e mc o u l db ek e p ti n d e p e n d e n t ； ( 4 ) a t t e rd o i n gs o m t ：r e s e a r c ho nt h e 仃卸船c t i o nm a n a g e m e n ta n dc o n c u r r e n c y c o n t r o l ，w ca l s og i v es o m q ot r a i no f t h o u g l a ta b o u tt h e m ； ( 5 ) u s i n gx m l d o c u m e n tw es e t 印at c s o l t l r c et a b l ei nd c m s a n dw eu s cx m l d o c u m e n t 弱t h em e d i ao fd a t at r a n s m i s s i o na n ds t a n d a r d i z ei tb yd 1 巾t h o u g ht h i s p e o p l ei nc s c wc o u l ds h a l et h ed i f f e r e n td a t a i nac o m m o nw a y i nt h i sp a p e rw ed i d n tr e a l i z et h ew h o l es y s t e mc o m p l e t e l y w ej u s td os o n a c p l - a c t i c , eo i ls o m ek e yf u n e t i o m , a n dg i v es o i n e ：s u g g e s t i o n so nt h er e l a t i v ei s s u e s t h e r ei ss t i l lm u c hw o r kn l 戈d su st od o b u tih o p et h i sp a p e rc o u l db r i n g 璐s o m e ： e n l i g h t e n m e n ti nt h i sf i e l d k e y w o r d s ：c s c w , m u l t i - a g e n ts y s t e m , d a t a b a s ec o o p e r a t i v em a n a g e m e n ts y s t e m , e x t e m i b l em a r k u pl a n g u a g e , d t d , x d m c i a s s i 石c a t i o n ：t p 3 1 1 1 3 2 t p 3 9 1 4 山东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 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 ，c s c w ) 自出 现以来就获得了快速的发展和广泛的应用，给人们的协作方式带来了巨大的变 革，提高了人们协同工作的整体效率。它将计算机技术、网络通信技术、多媒体 技术以及各种社会科学紧密地结合起来，向人们提供了一种全新的交流方式旧。 为了能更好地实现群体成员之间的协同工作和信息共享，一些科研工作者将 数据库技术引入c s c w 中，以提高群体的工作质量与效率近年来，随着数据 库及其相关技术的快速发展，大量新一代数据库及其相关技术被广大的科研工作 者提出，如分布式数据库、实时数据库、时态数据库、移动对象数据库、时空数。 据库、协同数据库、多版本数据库等，为各种不同的应用提供了基础。但总体而 言，对于上述数据库技术与c s c w 结合的研究仍然不多，还处于探索与发展阶 段 现在的情况是在一个协同工作团队内，不同的协作方可能会使用不同的数据 库，如现在常见的大型数据库o r a c l e 、m ss q ls e r v e r 和s y b a s es q ls e r v e r 等， 有的可能还在使用f o x p r o 或者s q la n y w h e r e 等小型数据库，甚至还有的单位 仍然在使用f o x b a s e 、d b a s e 等d o s 下的数据库，所以说在协同工作环境中要 考虑各种不同类型的数据库之间的连接问题嘲而且这些数据库中表的结构也不 尽相同，直接将各个数据库连接无疑是不现实的。因此，新旧数据源的联合使用必 然产生了数据库信息的转换问题。 基于以上背景，论文将从科研角度出发，对数据库技术在c s c w 中的应用做 具体的讨论，在利用现有数据库的基础上我们结合分布式数据库和多数据库的特 点建立一种新型的数据库协同管理系统模型，合理地利用了现有的数据库资源并 且提高了数据库协同的灵活性，并且我们引入a g e n t 的思想和x m l 技术，期望 能够优化解决当前协同数据库环境中存在的几个典型问题，从而使广大相关的科 研工作者对该研究领域有个较为清晰的认识。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 l 、v i e w s y s t e m 5 山东师范大学硕士学位论文 德国g m d - i p s l ( g e r m a nn a t i o n a l r e s e a r c hc e n t e rf o ri n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y - i n t e g r a ：t e dp u b f i c a f i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m si n s t i t u t e ) 的k o d m ( k n o w l e d g eo r i e n t e dd i s t r i b u t e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ) 项目组主要研究异构 自治信息库的动态集成，他们开发的原型系统v i e w s y s t e r a 是一个面向对象的环 境。它提供一种带有多视图工具的面向对象的查询语言，它能从来自数据库的类 中定义虚拟的类脚。v i e w s y s t e m 的实现环境是s m a l l t a l k ，即一个面向对象的环 境。v i e w s y s t e m 包括基本事务管理器、消息处理器、通信管理器、查询处理器 和编译器以及模式集成工作平台 v i e w s y s t e m 的查询语言叫做v m l ，是基于编程的和面向集合的。查询被指 向相关的类，返回满足条件谓词的实例集合，查询可嵌套。采用一种混合的查询 处理方法，根据对被查询类的操作来决定查询处理的执行方式。v i e w s y s t e m 被 嵌入到一个面向对象的编程环境，有许多可重用软件和工具可提供利用，提出混 合方法的查询处理”。 2 、c o r d s 美国密歇根迪尔伯恩大学的q i a n gz h u 和加拿大沃特卢大学的p e r - a k e l f l t s o n 等在c o r d s 项目中对多数据库的查询处理特别是查询优化作了较多的研 究。他们提出了查询采样、查询探测、模糊查询等技术对全局查询进行优化，还 提出了衰减代价评估模型以实现对全局查询的优化。此外，他们还对动态多数据 库环境中的代价模型进行了一些定性分析。但c o r d s 采用的是关系模型，任何 加入c o r d s 的数据源在与其它数据源进行数据交互时，必须转换成表格式数据， 这有一定的局限性m 3 、u n i s q l m u n i s q l m 是由u n i s q l m 公司开发的一个异构数据库系统，它的目标是在 s q l 的基础上实现关系和面向对象的数据库的集成。它是一个完整的数据库系 统，有一种数据库定义语言和一种数据库操作语言，能完成自动查询处理，访问 的认证和分布式事务管理。u n i s q l m 的查询语言叫做s q l m ，是a n s is q l 结 合了面向对象数据模型概念的扩展。s q l m 支持视图定义工具和冲突解决技术。 因为s q l m 的数据模型是关系数据模型的超集，所以不需要任何翻译。表和类 一律称为实体，列和实例的值都称为属性，元组( t u p t e ) 和对象都称为实例。 一个类的总体采用m e m b e r关系来定义。_of 1 2 2 国内研究现状 6 国内东北大学提出的s c o p e c i m s 是为满足c i m s 环境下信息集成需求而设 山末师范大学硕士学位论文 计、实现的基于c o r b a 的面向对象的多数据库信息集成系统，它采用了对象数 据库标准o d m g 9 3 中规定的对象数据模型和对象查询语言o q l 作为公共数据 模型和全局查询语言。在s c o p e c i m s 系统中定义了模式集成操作以及基于模 式集成语义的基本查询处理规则和路径表达式的查询处理规则及查询处理方法， 设计了一种弹性事务管理系统m 。 中国科学院软件研究所设计的i l o b a l 是一个关系型多数据库系统，它的 全局事务管理部分只考虑了简单的并发控制机制，并且各个局部数据库系统是通 过o d b c 与多数据库系统相连的，因此效率不高。 另外北京航空航天大学研制的m q i 是一个适用于由多种r d b m s 组成的多 数据库的综合查询接口软件，以s q l 作为查询语言。 国内还有相关文献提出了一种基于w e b 的4 层体系结构建模方法，并就全局 数据字典、一致命名服务、事务调度等问题进行了分析还提出了一种新的多数 据库系统视图维护算法，它能够在有外连接及数据不一致的情况下高效率的维护 多数据库系统视图，并最大限度的减少了向局部数据库发送的查询数”。 1 3 研究意义 一个c s c w 环境中数据库的支持程度决定了协同工作环境中数据共享的好坏 程度。毫 如果针对某个协同环境全新地设计相应的数据库管理系统，并且从数据库的 存储结构、逻辑结构、面向用户表示结构和协同控制与管理进行研究、设计和实 现，使它既综合分布式数据库和多媒体数据库的特征，又成为面向c s c w 的一 种新型数据库，这样虽然可以很好地避免出现异构数据库的问题，但这种技术途 径难度很大，研制周期长，资金投入大，并且很重要的一点是他不能很好的利用 现有的计算机资源和数据资源，所以在实际应用中并不可取。 而在本文介绍的技术中，我们通过结合分布式和多数据库思想，引入a g e n t 和x m l 技术。很好地利用了现有的系统资源和数据资料，甚至用户不需要改变 原有的工作流程和习惯，降低了系统开发的成本。而且，使整个协同环境拥有良 好的可扩展性，方便用户和工作组的使用和管理，提高了系统的灵活性并且能 够较好地优化解决当前协同数据库环境中存在的几个典型问题，如数据格式的异 构性、协同查询操作等，相信对今后的协同环境的设计和建立能够起至4 一定的启 示和推动意义。 1 4 论文工作的组织 为了实现对异构数据库的协同管理，本文介绍了一种基于多a g e n t 的数据库 7 山东师范大学硕士学位论文 协同环境模型基于多a g e n t 系统的结构为系统提供了支撑框架。文中详细描述 了环境的框架和工作流程。 本文的创新点主要在第3 、5 、6 部分： 第3 部分针对协同环境中数据库的异构和分布性，引入a g e n t 策略，构建了 一个基于多a g e n t 的协同工作环境模型，解决数据库协同中的异构性数据的访问 和协同操作河题；第5 部分对协同环境中多数据库操作过程中的事务管理问题和 并发控制问题作了相应研究，并且针对协同数据库中各种类型的事务并发操作给 出了一种全局排序的令牌算法来进行并发控制；第6 部分中使用x m l 文档和 d ) 建立了协同数据库系统资源表，同时使用x m l 作为数据库协同中数据的转 换中介，使用d t d 统一规范化其格式，解决异构数据的共享使用问题。 本文后续章节的主要工作组织如下： 第二章主要介绍本文涉及到的一些相关知识。首先简单介绍计算机支持的协 同工作的概念，对构建协同工作环境模型的方法作了总结；然后又介绍了数据库 和分布式数据库的基本概念以及a g e n t 和x m l 技术的概念和特点，为后面的工 作做准备 第三章介绍数据库技术在c s c w 系统环境中的需求及应用，并给出了一个系 统模型，在此模型的基础上引入多a g e n t 策略来解决其中的一些关键问题。 第四章介绍了一种基于x m l 的数据模型，通过它来与各种不同的模式和数 据结构映射，转换数据库协同管理系统中各个局部的自治系统的模式差异。 第五章对数据库协同应用中的协同查询操作和协同事务管理中的并发控制 问题进行了研究，给出了一个全局协同查询操作的解决方法和相应的算法流程， 并且针对协同数据库中各种类型的事务并发操作给出了一种全局排序的令牌算 法来进行并发控制。 第六章对前面给出的模型中的部分功能进行了简单实践，主要采用x m l 技 术对不同数据库中不同的逻辑结构进行转换，进行协同查询。 8 山东师范大学硕士学位论文 第二章相关理论与技术 2 1 计算机支持的协同工作 2 1 1c s 洲的概念 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 ) 计算机支持的协同工作， 这一概念最早是在1 9 8 4 年由美国m i t 的i r e n eg - r e i f 和d e c 的p a u lc a s h m a n 这 两位研究人员用于描述他们正在组织安排的有关如何用计算机支持交叉学科的 人们共同工作的课题时提出来的嘲c s c w 是一个多学科交叉的研究领域，它不 仅需要计算机网络与通信技术、多媒体技术等计算机技术的支持，还需要社会学、 心理学、管理科学等领域学者共同协作。 我们可以把“计算机支持的协同工作”定义为：地域分散的一个群体借助计 算机以及网络技术，共同协调与协作来完成一项任务嘲。通过建立协同工作的环 境，改善人们进行信息交流的方式，消除或减少人们在时间和空阋上的相互分隅 的障碍，从而节省工作人员的时间和精力，提高群体工作质量和效率如：共享 文件系统提供的资源共享能力，电子邮件和多媒体会议系统提供的人与人之间的 通信支持功能，工作流和决策支持系统的组织管理功能等 2 1 2c s 伽的要素及研究内容 在当前的c s c w 研究中，主要技术基础是计算机及计算机网络技术，主要的 动力来源于广泛的应用需求。其中许多关键技术还有待解决。这些关键技术的深 入研究是c s c w 应用系统出现飞跃的基础 对于c s c w 我们可以从c s 和c w 两个方面来认识它；在计算机支持的环 境下( 即c s ) ，特别是在计算机网络和多媒体环境下。一个群体协同工作完成 一项共同的任务( 即c w ) ，主要是指以计算机为媒介的通信和工作” 一个c s c w 系统涉及的要素可以归结为三个：通信，合作，协调旧。 其中通信是c s c w 的基础。在c s c w 系统中的通信方式可以分为同步通信 和异步通信两种。常见如电子邮件、异步会议、文章会议等都属于异步通信方 式，而电话、音频会议和视频会议等都属于同步通信。 合作则是c s c w 的形式c s c w 关心的是群组工作中成员之间的协作，所 以合作是c s c w 群组活动的重要内容。 协调则是c s c w 的关键。协同工作中群组协调结果的好坏取决于群组成员 9 山东师范大学硕士学位论文 活动的协调。 c s c w 的研究目的在于建立一个基于计算机的协同工作环境，在此环境中人 们可以相互合作，共同协调以完成同任务。协同工作的特点主要体现在以下几 个方面嘲： 1 、协同工作是一个通信处理过程。在这个过程中，通信和协调是最重要的 问题。 2 、协同工作是一个知识共享和继承的过程。 3 、协同工作是一个管理过程。它强调在协同工作中的管理任务，如规划、 监控、调度、协商和决策支持规划考虑执行任务的协同性，监控则考虑如何实 现这些目标的决策。 根据时间和空间的各种不同组合，c s c w 的研究分为同地同步合作、同地异 步合作、异地同步合作、异地异步合作等几种类型。 2 1 3c s 伽协同工作模型 c s c w 的研究目标之一是提高群体成员间的协调配合和协同工作水平。 c s c w 中的群体协作模式是利用社会科学中的研究成果，概括出人类群体在信息 社会下的协作模式，用于指导协同工作的研究。这里的难点在于c s c w 与社会 科学的交叉和结合。 在不同的应用背景下c s c w 的工作模型会有很大差异，从c s c w 出现到发 展至今产生了许多协同工作模型，主要有下面几种“”： l 、会话模型 会话方式是c s c w 系统中最基本的协同工作方式，它认为两个人之间的协作 是各类协作活动的基本要素，将人类各种复杂的协作方式分解为一系列两个入之 间的交互会话的协作活动，从而实现群体协作。 2 、会议模型 会议方式是多个人群体进行协同工作的另一种基本方式，参加协同工作的人 们“聚集”在一起，围绕一个共同的任务进行讨论，交换信息，相互协商，达成 共识，做出决定，完成任务。其协作者之间的交流和感知是在共享工作空间和共 享信息空间中完成的。 以这种模型构造的c s c w 基本环境有计算机会议系统、自板系统、电子公告 栏、共享应用系统等。 l o 3 、过程模型 山东师范大学硕士学位论文 过程模型基于这样一种概念：任何一次复杂的任务或操作都可以分解为一系 列相互关联的而又相对独立的串行或并行的子任务或操作的协同，形成一个工作 流( w o r kf l o w ) 。 由于过程模型严格地规定了协作各方的任务、操作、动作规范等，因此，这 种协作是预先定义好的高度结构化的协作，缺乏灵活性，其应用受到一定限制， 按这种过程模型设计的c s c w 系统比较适合于具有相对固定工作流程的应用或 业务中，比如企事业单位或政府的办公自动化、集成制造系统等。 4 、活动模型 活动模型是一个更具有普遍性的能够刻画群体协作的模型，它与过程模型基 本相似，但它并不是将一个协同任务描述成为由多个操作步骤的协同过程，而是 建立在一种所谓的“活动理论”( a c t i v i t y t h e o r y ) ( 卡里库提( k a r lk u u t t i ) ) 的基 础上，把一个任务分解成为多个按一定分工、具有一定明确目标的、由主体和客 体组成的活动，任务群体成员根据一定规则，利用合适的工具一步步的执行各个 活动，协同完成该任务主体定义各任务之间的关系，通过“活动”的执行而完 成协同工作。 2 1 4 ，面向对象多层次协同工作模型 现实世界中往往需要不同层次和不同方式的协作才能完成一项任务，单一的 协作模型无法实现对协同任务的协作方式和过程的描述，因此对于一些具体的任 务往往需要采用多种模型混合，按不同层次加以描述。 基于几种传统的计算机群体协作模型，参照并行工程理念，通过总结和概括 计算机支持的协同工作的结构特点和工作方式，我们介绍一种面向对象多层次协 同模型( o b j e c t - o r i e n t e dm u l t i - h i e r a r c h yc o o p e r a t i o nm o d e l ) “” 在这种模型中，一个协同工作系统可以描述为如下数学表达式形式： s 碍a c r ) ； 其中，根据层次关系，在上述数学表达式中：t - a c 。 ( 1 ) t ：任务模型层根据工作对象，一项协同工作可以分解成相互协同而 又相对独立的若干子任务： t = t i 。t 2 t 3 。t 寸； ( 2 ) a ：活动模型层。每个任务根据其性质的不同划分为若干活动步骤，采 用某种活动模型或过程模型执行各步骤： a = a l 。a z a j , a 0 ； ( 3 ) c ：会话模型层。根据需要，活动执行过程中协作各方采用某种会话方 式相互交换共享信息我们认为，任何方式的协同工作。要实现最终的协同，归 山东师范大学硕士学位论文 根到底是要通过各协作者之间的交互来完成，而协作者之间的交互最终可以分解 为每两个协作者之间的交互协作： c = c l 。c 2 。c x c j t ( 4 ) r ；策略和关系。制定一定的任务、活动、会话的调度划分规则以及协 同策略以确定各任务活动之间的关系。任务、活动和会话对应不同的对象，也要 对应不同的靓则，所以严格来说规则也是分层次或者说是分类的。 i t = r h r h r 3 , r l ； 对于这样的划分，该模型主要基于这样的思想： 层次化：社会分工的层次结构一任务的层次结构一协作的层次结构； 不同层次上有不同的主体、客体、目标、任务、操作、策略、资源等，需 要按协作层次分别建模( 会话、会议、过程、活动) 。 将一项协同任务根据不同的功能或性质划分为不同的部分或层次，每一层对 应相应的对象来处理，并且每个对象对应相应的规则。其层次关系如图2 1 所示： 在鲞r 忍霸磊嵇 括动 如b 一一u 会话c t c u c h c 广c i 删r r z h 一一鼢 图2 1 层次关系图 模型的体系结构采用混合式，即集中式与分布式楣结合，协同工作的各方要 统一受到协同管理中心的调配，拥有共享空间和信息，并且个协作者之间也可以 直接交互根据以上的描述和层次划分表达式，我们给出该模型的结构图如图 2 2 所示： 1 2 遁l 协目管 毫中心 羹丰空 月麓舢 图2 2 多层次模型体系结构图 山东师范大学硕士学位论文 在面向对象多层协作模型中，各层的划分不是绝对的，可以根据系统的不同 进行调整，或者说通过改变它的规则库来调整各层的功能或他们之间的关系。 为了实现协同设计的全局目标，协同系统必须实现协同应用层、结构层、通 信层和数据层4 个不同层次上的协同。 2 2 数据库系统 2 2 1 数据库技术 数据库技术在计算机软件领域研究中一直是非常重要的主题，它产生于六十 年代末，是计算机科学的重要分支，同时它是信息系统的核心和基础，它的出现 极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透，其建设规模、信息量的大小和使用 频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志 1 、数据库的发展特点 数据库系统主要由数据库和数据库管理系统以及其他的相关软硬件构成 数据库是集中存储数据的集合，数据库管理系统