（计算机软件与理论专业论文）基于cscw的协同计算环境应用研究.pdf

山东师范大学硕士学位论文 摘要 随着计算机网络的不断普及和协同科学理论的形成与完善，协同计算将是新世纪全新 和流行的计算方式，各行各业对使用计算机和网络来支持协同工作的要求越来越迫切。由 于信息技术的进步，特别是计算机技术和通讯技术的突飞猛进的发展，并由两者的融合而 产生的计算机网络技术及其应用的发展，给协同科学的研究和应用提供了更加强有力的支 持。计算机支持的协同工作技术( c o m p u t e rs u p p o s e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 这一新 兴研究领域的出现可以说是协同科学在信息化和数字经济时代的新发展。同时它也为协同 科学和工程的研究提供强有力的支持手段，具有极其广阔的应用领域。 网络工作站的兴起，大型机的逐渐隐去，网络上的资源呈分布式特征。为了充分利用 网络上的分布式计算资源和数据资源，计算处理模式也要求从集中式向分布式转化。 但一些传统的强大计算系统，如m a t l a b ，是基于单机单用户运行的。使这些计算系 统以网络方式提供服务，并具有协同计算功能，无疑很有必要。c s c w 系统支持地理位置 上分散的多用户的工作，其关键技术之一w e bs e r v i c e 具有强大功能和巨大的发展潜力。 基于w e bs e r v i c e 实现m a t l a b 类计算系统的网络服务和协同计算是一个很值得研究且 具有可行性的思路。 因此，基于上述原因，本文在调研了大量c s c w 技术和协同计算技术的基础上，对协 同计算环境的工作模式、环境架构、主要技术进行了深入探讨；提出了基于! c s c w 的协 同计算的两种工作模型，并进行了形象化描述；并给出了该协同计算环境的一个具体应用 实例：基于w e bs e r v i c e 技术对传统软件m a t l a b 进行网络扩展，目的是充分利用网络的 软硬件资源，调用网络中的m a t l a b 资源服务，实现m a t l a b 从传统单机计算到协同计 算的功能转变。论文给出了数值计算和图像处理协同计算功能示例，同时列举了商业环境 应用m a t l a b 进行协同计算的具体实例。本文主要包括以下工作： 第一章，首先介绍了协同计算和c s c w 的发展背景，分布式计算存在的主要问题和协 同计算的研究和发展现状，并分析了当前m a t l a b 网络调用技术中存在的主要问题。 第二章，调研了协同计算和c s c w 的背景知识。介绍了协同计算软件的体系结构和运 行时结构。探讨了c s c w 的模型结构和c s c w 的优势，为以下基于c s c w 建立协同计算 环境打下良好基础。 第三章，在对c s c w 的关键技术c o r b a 和w e bs e r v i c e 进行调研的基础上，总结出 了两者在十几项技术指标上的不同。主要包括两者的体系结构、关键技术、及其互操作性。 详细介绍了w e bs e r v i c e 的关键技术：可扩展的x m l 语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 恤。一扩展标记语言x m l ) ，传递消息的s o a p 协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l - - 简 单对象访问协议) ，描述w e b 服务的w s d l 语言( w 曲s e r v i c ed e s c r i 【p t i o nl a n g u a g e - - w e b s e r v i c e 描述语言) ，以及用于注册和发布用的u d d i 协议( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r y a n di n t e g r a t i o n - - 通用描述、发现和集成协议) 等。在对两种关键技术深入探讨的基础上， 作者总结出了c o r b a 和w e bs e r v i c e 在十几项技术指标上的不同，全面研究了w 曲s e r v i c e 第3 页 苎三! ! 型塑堡旦兰竺堑堡垒旦竺茎 的优点之后，把w e bs e r v i c e 引入到了c s c w 系统。 第四章，提出了基于w e bs e r v i c e 的c s c w 协同计算的两种工作模式，并进行了形象 化描述。探讨了c s c w 的三种计算模式，基于这三种模式设计了一种基于c s c w 协同计 算系统的模型框架，阐述了框架中各主要模块的功能。 第五章，在第四章提出的协同计算环境框架基础上，设计了基于c s c w 的m a t l a b 协同计算系统的模型框架，阐述了框架中各主要模块的功能，并以u m l 时序图的方式， 说明了系统中各模块间的交互模式。 第六章，该协同计算系统的编程实现及其在一商场的具体应用实例。在v i s u a l s t u d i o n e t2 0 0 3 和s q ls e r v e r2 0 0 0 环境下，利用c # n e t 对系统进行编程实现，利用 v b n e t 对m a t l a b 进行接口扩展。对m a t l a b 的a c t i v e x 接口进行了深入研究，利用 v b 来对m a t l a b 的接口进行网络扩展；针对w e bs e r v i c e 中数据的封装对提交数据进行 了x m l 序列化：探讨了对数据的压缩解压缩和服务器管理模块的工作原理和功能实现。 对以上重要模块给出了关键代码实现过程，并给出了系统的数值计算和图形处理的案例实 现过程。 第七章，总结研究过程与成果的基础上，对后续的研究工作进行了必要的探讨和展望。 关键词：协同计算，c s c w ，w e bs e r v i c e ，x m l ，c o r b a ，m a t l a b 分类号：t p 3 9 1 第4 页 山东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no ft h ec o m p u t e rn e t w o r ka p p l i c a t i o na n dt h ef o u n d a t i o na n d d e v e l o p m e n to fs y n e r g e t i c ，c o o p e r a t i v ec o m p u t i n gw e l lb e an e wa n dp o p u l a rf o r mo f c o m p u t i n gi nt h en e wc e n t u r y i tb e c o m e sm o r ea n dm o r ee x i g e n tt h a tp e o p l ei na l lo ft h ew o r l d h o p et ou s ec o m p u t e ra n dn e t w o r kt os u p p o r tc o o p e r a t i v ew o r k a sar e s u l to ft h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yp r o g r e s s i n g ，e s p e c i a l l yt h eg r e a td e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , a n dc o m p u t e rn e t w o r k t e c h n o l o g ya n dt h ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t w h i c ht h et w of u s i o n sp r o d u c e ，h a sp r o v i d e dam o r ep o w e r f u ls u p p o r tt ot h ec o o p e r a t i v es c i e n c e r e s e a r c h t h ec o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a tiv ew o r k ( c s c w ) ，a p p e a r a n c eo ft h er e s e a r c h a r e ac a l lb et h er e c e n td e v e l o p m e n to fc o o p e r a t i v es c i e n c ei ni n f o r m a t i o na n d d i g i t a le c o n o m i c a l t i m e a tt h es a m et i m ei ta l s op r o v i d e sp o w e r f u ls u p p o r tf o rc o o p e r a t i v es c i e n c ea n dc o o p e r a t i v e p r o j e c tr e s e a r c h ，i th a st h ee x t r e m e l yb r o a da p p l i c a t i o nd o m a i n t h er i s i n go ft h en e t w o r kw o r k s t a t i o na n dt h eg r a d u a l l yd i s a p p e a r a n c eo fm a i n f r a m e c o m p u t e r , r e s o u r c ei nn e t w o r k a s s u m e sad i s t r i b u t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c i no r d e rt of u l l yu s et h e d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gr e s o u r c ea n dd a t ar e s o u r c ei nn e t w o r k ，t h ec o m p u t a t i o np r o c e s s i n gm o d e l a l s ob er e q u i r e dt r a n s f o r m i n gf r o mc e n t r a l l yt od i s t r i b u t i o n a l b u ts o m ef o r m i d a b l et r a d i t i o n a lc o m p u t i n gs y s t e m s 1 i k em a t l a bw h i c hb a s e d ，o ns i n g l e c o m p u t e ru s e r i t sv e r yn e c e s s i v e r yt om a k et h e s ec o m p u t i n gs y s t e m st op r o v i d et h en e t w o r k s e r v i c e sa n dh a v et h ec o o p e r a t i v ec o m p u t a t i o nf u n c t i o n t h ec s c ws y s t e ms u p p o r t sm u l t i - u s e r i n d i s p e r s e dg e o g r a p h i c a lp o s i t i o n ，i t se s s e n t i a lt e c h n o l o g yw e bs e r v i c eh a sf o r m i d a b l e f u n c t i o na n dh u g ed e v e l o p m e n tp o t e n t i a l b a s e do nw e bs e r v i c et or e a l i z en e t w o r ks e r v i c ea n d c o o p e r a t i v ec o m p u t i n go fm a t l a bc o m p u t i n gs y s t e m ，i ti sw o r t hs t u d y i n ga n di saf e a s i b l e w o r k t h e r e f o r e ，s t i m u l a t e db yt h ea b o v er e a s o n ，t h i sa r t i c l eb a s e do nt h ew i d e l yi n v e s t i g a t i o no f c s c wt e c h n o l o g ya n dc o o p e r a t i v ec o m p u t i n gt e c h n o l o g y , h a sc a r r i e do nt h o r o u g hd i s c u s s i o n o nt h ew o r k i n gp a t t e m ，t h ec o n d i t i o n sp a r a d i g ma n dt h em a i nt e c h n o l o g yo fc o o p e r a t i v e c o m p u t i n g ，a n dh a sp r o d u c e das p e c i f i ca p p l i c a t i o ne x a m p l e ：b a s e do nw e bs e r v i c et oe x p a n d t r a d i t i o n a ls o f t w a r em a t l a b ，t h et a r g e ti sf u l l yu s i n gn e t w o r ks o f t w a r ea n dh a r d w a r er e s o u r c e r oc a l lm a t l a br e s o u r c es e r v i c ei nn e t w o r k ，t r a n s f o r mm a t l a bf r o mt h et r a d i t i o n a lw o r kt o t h ec o l l a t o r a t i v ec o m p u t i n g ，i n c l u d i n gd i g i t a lc o m p u t a t i o na n di m a g e r yp r o c e s s i n gf u n c t i o n t h e m a i n w o r ko f t h i sa r t i c l ei sf o l l o w i n g ： c h a p t e r1 ，i n t r o d u c e st h em a i nq u e s t i o n so fd i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ，t h ed e v 6 1 0 p m e n t b a c k g r o u n do fc o o p e r a t i v ec o m p u t i n ga n dc s c w ：t h ed e v e l o p m e n to fc o o p e r a t i v ec o m p u t i n g ， a n dh a sa n a l y z e dt h em a i nq u e s t i o n sw h i c he x i s ti nm a t l a bn e t w o r kt r a n s f e rt e c h n o l o g y c h a p t e r2 ，h a si n v e s t i g a t e d t h eb a c k g r o u n do fc o o p e r a t i v ec o m p u t i n ga n dc s c w i n t r o d u c e s 也es y s t e ms t r u c t u r ea n dr u n n i n gs t r u c t u r eo fc o o p e r a t i v ec o m p u t i n gs o f t w a r e h a s d i s c u s s e dt h ec s 。c wm o d e ls t r u c t u r ea n dt h ec s c w s u p e r i o r i t y 第5 页 基于c s c w 的协同计算环境应用研究 c h a p t e r3 c a r r i e so ni n v e s t i g a t i o na n ds t u d yo nt h ee s s e n t i a lt e c h n i c a lo fc s c w ：c o r b a a n dw 曲s e r v i c e m a i r i l yi n c l u d e st h es t r u c t u r e s ，e s s e n t i a lt e c h n o l o g y ，a n dm u t u a l l yo p e r a t i o n a l o ft h et w os y s t e m s i n t r o d u c e st h ee s s e n t i a lt e c h n o l o g yo fw 曲s e r v i c ei nd e t a i l b a s e do nt h e t h o r o u g hd i s c u s s i o n sf o rt h et w ot e c h n o l o g i e s ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e ss e v e r a lt e c h n i c a l d i f f e r e n c e sb e t w e e nc o r b aa n dw e bs e r v i c e ，b e c a u s eo fs om a n ym e r i t si nw 曲s e r v i c e ， i n t r o d u c e sw e bs e r v i c et ot h ec s c w s y s t e m c h a p t e r4 ，h a sp r o p o s e dt w ok i n d so fc s c wc o o p e r a t i v ec o m p u t i n gw o r k i n gp a t t e r n sb a s e d o nw r e bs e r v i c ea n dh a sg i v e nt h ev i s u a l i z e dd e s c r i p t i o n r e s e a r c h i n gt h r e ec o m p u t a t i o nm o d e l s o fc s cw - h a sd e s i g n e do n ec o o p e r a t i v ec o m p u t i n gs y s t e mm o d e lf r a m eb a s e do nt h e s et h r e e k i n d so fc s c w m o d e l s ，e l a b o r a t i n g 也ef u n c t i o no f e a c hm a i nm o d u l ei nt h ef r a m e ， c h a p t e r5 ，b a s e do i lt h ec o o p e r a t i v ec o m p u t i n gf r a m ew h i c ht h ef o u r t hc h a p t e rp r o p o s e s ， t h o r o u g h l yi n v e s t i g a t e sa n ds t u d i e st h ei n t e r f a c e so f w r l a bw i t ho t h e rl a n g u a g e s a n dt h e e x p a n s i o nf u n c t i o ne s s e n t i a lt e c h n o l o g y , h a sd e s i g n e dt h em a r l a bc o o p e r a t i v ec o m p u t i n g s y s t e mf r a m eb a s e do nc s c wt e c h n o l o g y , e l a b o r a t e st h ef u n c t i o no fe a c hm a i nm o d u l ei nt h e f r a m e a n ds h o w st h ei n t e r a c t i v em o d e ld u r i n gv a r i o u sm o d u l e si nt h es y s t e mb yt h eu m l s u c c e s s i o nc h a r tm o d e c h a p t e r6 ，s o f t w a r ep r o g r a m m i n g ，u s i n gc # n e tt op r o g r a mt h es y s t e m ，u s i n gv b n e t t oe x p a n s i o nt h em a l i ，a bi n t e r f a c e h a sc o n d u c t e d 廿1 et h o r o u g hr e s e a r c ht ot h em a t l a b a c t i v e xi n t e r f a c e u s e sv bt oe x p a n dt h em a t l a bi n t e r f a c e ；u s e sx m l s e q u e n c et os e a lt h e d a t a ；h a sd i s c u s s e dt h ep r i n c i p l eo ft h es y s t e ma n dt h ef u n c t i o ni m p l e m e n t a t i o no ft h ed a t a c o m p r e s s i o n s o l u t i o nc o m p r e s s i o na n dt h es e r v e ra d m i n i s t r a t i o nm o d u l e h a sp r o d u c e dt l l e e s s e n t i a lc o d ei m p l e m e n t a t i o nt ot h ea b o v ei m p o r c a n tm o d u l e s p r o g r a m m i n gt h ec o r em o d u l e s ， a n dg i v e st h ec a s er e a l i z a t i o nf o rv a l u ec o m p u t a t i o na n dt h eg r a p h i c sp r o c e s s i n g c h a p t e r7 f u t u r ew o r k sa r ed i s c u s s e da n de s t i m a t e du n d e raw e l ls u m m a r i z a t i o no nt 1 1 e r e s e a r c hp r o c e s s e sa n da c h i e v e m e n t so ft h ew h o l et h e s i s k e vw o r d s ：c o o p e r a t i v ec o m p u t i n g “，c s c w ，w 曲s e r v i c e ，x m l ，c o r b a ，m a t l a b c i a s s i f i c a t i o n ：t p 3 9 1 第6 页 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，除了文中特别加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 洳秀摇 导师签字： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解! | 兰撞有关保留、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! 趁可以将学 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 知荡橘 导师签字 签字日期：2 0 0 年r 月彦日签字日期：2 0 0 ( 年r 月，8 日 山东师范大学硕士学位论文 1 1 论文背景 第一章绪论 随着w e b 技术的巨大成功及网络技术的飞速发展，w e b 已经成为全球范围内访问各种 资源的存( 取) 平台。目前人们已经开发了一些基于w e b 的分布式计算系统，如利用连接到 i n t e r n e t 上的计算机的空闲c p u 时间进行计算的r s a l 2 9 素因子项目和收集联网计算机的 空闲机时、以提高资源利用率和吞吐率为目的的p i r a n h a 和c o n d o r i l l 等等。 分布式协同计算将分布式计算技术与协同技术结合起来，主要解决传统分布式计算技 术中存在的自主行为实体之间的交互协作问题。分布式协同计算不但可以有效地解决传统 计算中的协作问题，还可以解决一般分布式计算环境中存在的协同问题。传统的分布计算 技术都是基于客户i n 务器模型，将分布式应用中的自主行为实体简单地划分为“客户” 和“服务器”两类，并且客户与服务器之间的交互关系也仅限于客户主动请求，服务器被 动响应的非对等关系，缺乏自主性、灵活性、主动性。因此，基于这种分布计算技术的分 布式应用往往存在着以下几方面的局限性：( 1 ) 难以胜任产品设计过程的协同工作。因为经 典的客户j t l i 务器计算技术不支持服务器对客户的的直接控制，也不支持客户应用之间的 直接群体感知，所以难以展开产品设计过程的协同工作。( 2 ) 难以支持分布式交互 。在分布 式交互系统中，系统中的实体不能简单地只用“客户”和“服务器”两类角色来刻画，经 典的客户l j j 务器计算技术难以支持这种应用。 一 因此，我们将计算机支持的协同工作( c o m p e 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 ) 技 术引入到分布式计算中来，以解决分布应用之间的协同工作与控制问题。计算机支持的协 同工作就是在计算机网络环境下，为完成一个共同的任务，群体各成员协同工作。在这种 模式中，计算机之间不仅仅像在分布式计算中那样互相传递数据，实现信息共享，而且要 进行更深层次的共享，也就是说用两台或更多的计算机来共同完成一个处理任务。 但一些传统的强大计算系统，如m a t l a b ，是基于单机单用户运行的，不能方便的调 用系统资源。作为解释语言的m a t l a b 主要面向分析运算而不是综合型的开发，很多时 候人们仅希望将程序的数值分析和计算部分交给m a t l a b 来完成。因此使这些计算系统 以网络方式提供服务，并具有协同计算功能，无疑很有必要。c s c w 系统支持地理位置上 分散的多用户的工作，其关键技术之一w e bs e r v i c e 具有强大功能和巨大的发展潜力。基 于w e bs e r v i c e 技术实现m a t l a b 类计算系统的网络服务和协同计算是一个很值得研究 且具有可行性的思路。 1 2 协同计算系统开发现状 计算机支持的协同工作( c s c w ) 是一个利用计算机技术、网络与通信技术、多媒体 技术以及人机接口技术，u 将时间上分离、空间上分布而工作上又相互依赖的多个协作成员 第1 页 茎! ! ! 坐塑塑型盐簦! 堡鏖旦塑壅 及其活动有机地组织起来，以共同完成某一项任务的分布式计算机环境【9 】 2 ”。c s c w 体现 并符合信息时代人们工作的群体性、交互性、分布性和协同性特征【2 4 】。又称为群组计算 ( w o r k g r o u pc o m p u t i n g ) 。 计算机支持的协同工作的研究与开发涉及计算机通讯、分布式计算、人机交互和多媒 体等计算机技术，以及社会学、心理学、人类学、组织学和经济学的社会科学。它主要涉 及以下3 个方面： ( 1 ) 人与人之间的关系。即为完成同一任务而一起工作的人员使用什么方式交流信息， 融洽感情并推动工作。 。 ( 2 ) 计算机和通讯技术。即使用什么样的计算机技术和通讯技术来表示、处理和传递 同一群体中不同人员的感情、语言、文化、习惯和计算内容，以达到协同工作的目的。 ( 3 ) 人和社会结构的关系。为完成同任务而工作的不同人员可能属于不同国家和不 同民族，国家和民族的不同导致人们工作方式的不同。因此，必须研究人们所属社会结构 以及所属社会关系问题。 上述( 1 ) 和( 3 ) 是社会学、心理学与行为科学的研究范畴，主要研究：所处社会的文化和 习惯差异、人们所处社会的政治和经济结构、人们的感情表达和传递方式、道德规范等。 上述( 2 ) 属于计算机与通讯技术的研究范畴，主要研究以下6 个方面i l 3 】： 交流模型的抽象。把不同民族、不同国籍的人们之间的相互交流的方式抽象成计算机 能识别和处理的结构和模型。这方面的研究包括：交互模型、协调方式、协作透明性 和可视化等。 支持协同工作的工具( t o o l k i t s ) 干l l 群件( g - r o u p w a r e ) 。研究支持协同工作系统开发的各种 工具和具有群体感知特征及组织特征的协同工作支撑软件系统一一群件。支持协同工 作的工具集的研究主要包括：协同软件体系结构支撑工具、程序设计抽象支撑工具和 界面支撑工具等。群件的研究主要包括网络会议系统、白板讨论系统和虚拟社区( v i t u r a l c o m m u n i t y ) 系统。 分布式处理方式。研究支持群组工作的分布式处理模型和软件结构，其结构有集中式、 全复制式和混合式三种，各种结构各有优缺点，应根据具体的工作情形，有选择的使 用。此外，针对相应的结构研究用户操作的并发控制和数据的一致性维护技术。 多媒体信息处理技术。多媒体信息是营造群组工作虚拟工作空间的切实可行的方式， 就如何为群组内成员提供必备的声音、图像、动画和文字信息表现方式，以达到群体 协同工作之目的。 高速实时的网络技术。传统的网络设施及协议难以满足同步实时协同系统的要求，故 应对网络基础设旄及协议进行研究，使网络能提供多连接、多媒体控制、多逻辑信道 控制、可靠的多点传输通讯和高速实时通讯等功能。 智能用户界面技术。智能用户界面能为群组成员协同工作提供易于操作的环境。智能 用户界面技术研究主要包括多媒体显示技术、多媒体输入输出操作方法、语音识别、 人物表情识别和姿势识别等。这些技术的研究将为自然真实和易用的协同计算系统的 开发打下良好的基础。 第2 页 山乐帅范大掌倾士芊位论文 协同计算系统的目的是支持一组用户协同地完成一个任务，协同通过交互而实现，因 而常根据交互形式和交互各方的地理位置对协同计算系统进行分类。通常可以将协同计算 系统分为面对面交互系统( 如桌面会议系统c a p t u r e a b 5 3 】、c o l a b ”j 等) ，异步交互系统( 如 电子笔记簿、留言条等) ，以及异步分布式交互系统( 如信件系统、电子邮件等) 。 协同计算系统已在设计制造、并行工程、c a s e 、工作流管理、决策支持、远程教育 和远程医疗等方面得到应用。包括i b m 公司在内的许多计算机厂商已将发展群件作为增 强其竞争力的战略方针。 1 3 本文的主要研究工作 本文在研究分析国内外有关c s c w 和w e bs e r v i c e 研究现状的基础上，对基于w e b s e r v i c e 的协同计算环境进行了深入探讨，提出了两种基于c s c w 的协同计算的工作模式， 提出了一个协同计算环境的框架，并应用于一个典型的传统计算系统：m a t l a b ，提出基 于c s c w 的m a t l a b 协同计算环境的系统框架，并编程实现该环境数值计算和图像处理 功能。该环境能够充分发挥w e bs e r v i c e 的优势来解决m a t l a b 的网络扩展存在的问题， 使m a t l a b 突破局限，更好的提供网络服务，实现用户与m a t l a b 之间的协同计算。 本文内容分为七章，主要内容组织如下： 第一章，系统的介绍协同计算的背景、相关问题，探讨了协同计算的研究和发展现状。 第二章，调研了协同计算和c s c w 的背景知识。介绍了协同计算软件的体系结构。探 讨了c s c w 的模型结构和c s c w 的优势，为以下基于c s c w 建立协同计算系统打下良好 基础。 第三章，侧重于对c s c w 的关键技术c o r b a 和w e bs e r v i c e 的体系结构、关键技术、 及其互操作性进行调研。在对两种关键技术深入探讨的基础上，作者总结出了c o r b a 和 w e bs e r v i c e 在十几项技术指标上的不同，全面研究了w e bs e r v i c e 的优点之后，把w e b s e r v i c e 引入到了c s c w 系统。 第四章，提出了基于w e bs e r v i c e 的c s c w 协同计算的两种工作模式，并进行了形象 化描述。设计了一种基于c s c w 协同计算系统的模型框架，阐述了框架中各主要模块的 功能。 第五章，设计了基于c s c w 的m a t l a b 协同计算系统的模型框架，阐述了框架中各 主要模块的功能，并以u m l 时序图的方式，说明了系统中各模块间的交互模式。 第六章，该协同计算系统的编程实现及其在一商场的具体应用实例。在对m a t l a b 的a c t i v e x 接口进行了深入研究后，利用v b 来对m a t l a b 的接口进行网络扩展；针对 w e bs e r v i c e 中数据的封装对提交数据进行了x m l 序列化：探讨了对数据的压缩解压缩 和服务器管理模块的工作原理和功能实现。系统编程实现，并给出了系统的数值计算和图 形处理的案例实现过程。 第七章，在总结整篇文章的研究过程与成果的基础上，对未来的研究工作进行了探讨 和展望。 第3 页 基于c s c w 的协同计算环境应用研究 第二章协同计算相关知识研究 2 1 协同计算系统体系结构 2 i 1 协同计算系统软件体系结构 软件结构刻画了该软件的部件、每一部件所实现的功能和部件之间的交互行为。由于 它直接影响着用户和程序员所期望的性能、易维护性和重用性等方面，所以它是软件设计 中的一个重要问题。软件设计只反映如何满足软件的功能需求，而软件结构不仅指出怎样 实现软件的何种功能，还指出软件系统的： 非功能需求； 设计原则； 结构风范：包括管道线，数据抽象( 如面向对象) ，隐式调用( 如基于事件) ，存 储解释器( 如数据库和黑板系统) ，主程序和子程序，以及层次化等等。 协同系统的部件与非协同系统的部件一样，均是由模块、层、线程、过程和备份组成， 只是协同系统应用了特定的技术对其进行分解。 图2 - i 协同系统结构 p r a s l l i nd e w a n 提出了一个分层的协同系统结构 1 3 】，如图2 一l 所示。 该结构假定用户的输入输出是分层地进行处理的。一个较低一级的层管理直接上层对 象的交- f f 器( i n t e r a e t o r ) ，并把后者称为前者的抽象( a b s t r a c t i o n ) ，一个抽象的交互器创建那 个抽象的一个表示，该表示包含了那个抽象的一个信息转换并附带一些附加信息( 如：一 第4 丽 生查堑蔓查堂堡主兰堡堡苎 个标号域或窗口的s c r o l l b a r ) 。这样，抽象的可见的描述( r e n d e r i n g ) 是由将表示的操作符依 次作用于它们的交互器以及这些交互器的交互器等等。一个抽象可有一个可变数目的交互 器，它可随用户的创建和删除抽象的描述而动态地改变。 层间靠事件( e n e n t s ) 通讯而工作。事件按是否支持单用户或协作语义分为交互事件 f i n t e r a c t i o ne n e n t ) 和协作事件( c o l l a b o r a t i o ne v e n t ) 。一个交互事件依赖它送给下层还是送 给上一层可以是输出事件( o u t p u te n e n t ) 或输入事件( i n p u te v e n t ) 。而一个协作事件可以是一 个交互事件的拷贝或扩充或可以是一个全新的事件，它可能不仅送给下一层和上一层，而 且还可能送给另一分支的相应层次。 在该结构中，有些层是共享的，而其它层是互为备份的。共享层处理多用户的输入 输出，备份层处理每个用户的私有行为和协作事件的行为。该结构是一个树形结构，该树 称为协议树( p r o t o c o lt r e e ) ，最低的共享层称为基( b a s e ) ，最高的备份层称为分支点( b r a n c h p o i n t ) ，基及其上的层称为干( s t e m ) ，分支点及其下的层成为分支( b r a n c h ) ，一定层次的所 有私有层称为相互备份( r e p l i c a ) 或对等( p e e r ) 。 2 1 2 协同计算系统运行时结构 现存的协同系统软件运行时结构大致分为三种结构【l 副：集中式、复制式和混合式。 集中式结构( c e n t r a l i z e da r c h i t e c t u r e ) ：这种结构有一个或若干个服务器结点负责整个会 话过程中的管理、协调和通信转发，其优点是易于实现和管理，但系统效率不高、稳定和 安全性不好，一是各客户结点的延迟，二是中央结点成为整个系统的瓶颈。 复制式结构( r e p l i c a t e da r c h i t e c t u r e ) ：针对集中式的缺点，复制式将应用程序复制在所 有的参与工作的用户结点上，复制式的应用允许相应用户的个性行为存在。在该结构的系 统中，用户操作响应快，但必须区分本地操作与远程操作，同时注意同步化各副本的执行， 以使它们不至于颠沛执行，即：并发控制。人们必须对操作的及时性和结构的一致性间作 出权衡。另外，用户欲建立对象的一个副本时，需采用广播机制，网络通信耗费大。 混合式结构( h y b r i da r c h i t e c t u r e ) ：混合式介于集中式和复制式之间，它作为前两种的权 衡，采用集中式的状态更新、分布式的用户操作，避免了使用广播机制，使之能够在较大 规模的协作系统中使用。在混合式系统中，用户交互动作只经过对话模块处理，提高了反 馈速度，但无法直接传达给其他用户，一定程度上降低了协同的效率。 2 2 计算机支持的协同工作 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 ) ，根据它的应 用不同而有多个定义。b a n o n 和s c h m i d t 3 2 】认为c s c w 主要与理解协同工作的本质和特征 有关。大部分c s c w 应用是企图通过计算机为一群工作在一起，要完成某一共同任务的 人们营造一个环境，因此，c s c w 也可以看成是可以支持一群人进行决策相关的会议的软 件、硬件和子程序的集合。由此我们可以认为，c s c w 是指利用计算机技术，麦媒体技术 第5 页 基于c s c w 的协同计算环境应用研究 和网络通讯技术，支持工作群体成员在共享环境下的协同工作、交互协商、分工合作、共 同完成设计任务，它支持多个时间上分离、空间上分布，而工作又互相依赖的协作成员的 协同工作【4 】。 2 2 1c s c w 的提出与发展 1 9 8 4 年麻省理工学院( m i t ) 的i r e ng r e i f 和数字设备公司( d e c ) 公司的p u a lc a s h m a n 组织了一个讨论会【4 j 。与会者来自不同学科，但是都有一个共同的兴趣，这就是探讨计算 机是如何工作以及在技术上如何支持人们的工作。与会者创造了“计算机支持的协同工作 ( c o m p u t e