（计算机软件与理论专业论文）基于扩展ps技术的社会协同软件生产模式的研究.pdf

基于p s 扩展技术的社会协同软件生产模式的研究 摘要 社会化生产是人类社会生产力发展到高级阶段的必然形式。传统产业如机 械带8 造业、化学工业、电子产业等都先后进入社会化生产阶段。在软件领域，为 了解决“软件危机”问题，人们提出了软件复用、构件和软件体系结构等令人鼓 舞的技术，并不断走向成熟，为软件生产的社会化做好了准备，而近年来i n t e m e t 技术的突飞猛进将使软件生产向全球协作的社会化生产方式转变。 针对软件社会化生产方式，本文提出了一种基于扩展p u b l i s h s u b s c r i b e 技术 的社会化软件生产模式，在这种模式中，有两类主要的软件生产者：构件生产者 和应用软件生产者。构件生产者主要生产可复用的通用构件：而应用软件生产者 根据软件体系结构利用构件生产者生产的构件对系统进行组装。本文研究了基于 领域的分布式构件库的思想，并提出采用a g e n t 进行构件的搜索。p u b l i s h s u b s c r i b e 是一种通信范例，由于其可扩展性和松散耦合性，本文提出利用i n t e m e t 范围的 p u b l i s h s u b s c r i b e 系统支持两类生产者之间的交流和合作，可以使两类软件生产 者在全球范围内利用i n t e m e t 方便的进行协作。 本文给出了发布订阅的基本语义和系统的模型、软件开发过程和基于p s 扩展技术的社会协同软件生产模式的基本函数的实现。 关键词：覆盖网络分布式p s 扩展社会协同软件生产模式 r e s e a r c ho ns o c i a l i z i n gc o o p e r a t i v es o f h v a r e p r o d u c t i o nb a s e do n s c a l a b l ep u b l i s l g s u b s e r i b e a b s t r a c t s o c i a l i z i n gp r o d u c t i o ni st h en e c e s s a r y f o r mw h e nm a n k i n d ss o c i a lp r o d u c t i v i t y h a s d e v e l o p e d i n t o a d v a n c e ds t a g e t r a d i t i o n a li n d u s t r y s u c ha sm a c h i n e m a n u f a c t u r i n g ，c h e m i s t r yi n d u s t r y , e l e c t r o n i ci n d u s t r y , h a s e n t e r e dt h e s t a g e o f s o c i a l i z i n gp r o d u c t i o n i nt h ed o m a i n o f s o t h v a r e ，t or e s o l v et h ep r o b l e mo f s o f t w a r e c r i s i s ”，s o m es t i m u l a n tt e c h n o l o g i e s ，f o re x a m p l e s o f t w a r er e u s e ，s o f t w a r ec o m p o n e n t ， s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ，h a v eb e e nb r o u g h tu pa n da r eg r o w i n gm a t u r e ，w h i c hm a k e g o o dp r e p a r a t i o nf o rs o c i a l i z a t i o no f s o f t w a r ep r o d u c i n g i nr e c e n ty e a r s ，t h er a p i d a d v a n c e so fi n t e r n e tt e c h n o l o g ym a k es o f t w a r e - p r o d u c i n gc h a n g ei n t ot h ep r o d u c i n g f o r mo f s o c i a l i z a t i o no f g l o b a lc o o p e r a t i o n a i m i n ga ts o c i a l i z i n gp r o d u c i n g f o r mo fs o f t w a r e ，t h i st h e s i s p r o p o s e d a s o c i a l i z i n gp r o d u c i n gp a t t e mo fs o f t w a r e ，w h i c hi s b a s e do nt h ew o r kd i v i d i n gi n s o c i e t ya n ds c a l a b l e “p u b l i s h s u b s c r i b e ”t e c h n o l o g y i nt h i sp a r e r n ，t h e r ea r et w o m a i nk i n d so fs o f t w a r e p r o d u c e r , n a m e l yc o m p o n e n tp r o d u c e r a n d a p p l i c a t i o n s o f t w a r e p r o d u c e r c o m p o n e n tp r o d u c e r sm a i n l yp r o d u c ec u r r e n c yc o m p o n e n t s ， w h i c hc a nb er e u s e da n da r eb a s e do ns p e c i a l f i e l d ；w h i l ea p p l i c a t i o ns o f t w a r e p r o d u c e ru s ec o m p o n e n t st h a tp r o d u c e db yc o m p o n e n tp r o d u c e r st oa s s e m b l yt h e s y s t e ma c c o r d i n g t os o f t w a r ea r c h i t e c t u r e t h i s t h e s i sr e s e a r c ha r ti d e ao f d o m a i n b a s e dd i s t r i b u t e ds o f t w a r ec o m p o n e n tb a s e ，a n da l s op u tf o r w a r da ni d e ao f c o m p o n e n ts e a r c h i n gb a s e do na g e n t p d b l i s h s u b s c r i b ei sak i n do fc o m m u n i c a t i o n p a r a d i g m ，b e c a u s eo f i t ss c a l a b i l i t ya n dl o o s ec o u p l i n g ，t h i st h e s i sp r o p o s et om a k e u s eo f p u b l i s h s u b s c r i b es y s t e mu n d e r t h es c o p eo f i n t e r a c tt os u p p o r tt h ei n t e r c o u r s e a n dc o o p e r a t i o no ft h et w ok i n d so f p r o d u c e r s ，w h i c hc a l lm a k et h e mw o r l d w i d e c o o p e r a t i o n w i t hi n t e m e t c o n v e n i e n t l y t h i st h e s i sh a s d e s i g n e dt h ei n t 铝e ra r c h i t e c t u r eo ft h i ss o c i a l i z i n gs o f t w a r e p r o d u c i n gp a t t e r n ，a n dg i v e nt h es e m a n t i co fp u b l i s h s u b s c r i b es y s t e m ，t h es o f t w a r e p r o d u c ep r o c e s so f t h i sp a r e m a n dt h ee s s e n t i a li m p l e m e n t a t i o no f s e v e r a lf u n c t i o n k e y w o r d s ：o v e r l a yn e t w o r k s ，d i s t r i b u t e ，s e a l a b l e p u b l i s h s u b s c r i b e ，s o c i a l i z i n g c o o p e r a t e ，s o f t w a r ep r o d u c ep a r e r n 独创性声明 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，也不包含为获得佥壁王些盔堂或其他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作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：名l ，寿弗、签字日期：。j 年7 月，细 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金蟹王些盍堂有关保留、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。本人授权舍肥 王些太堂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韵 学位论文作者签名去i 积、 签字日期；d 3 年7 月，午日 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 导师签名：黟书哆 签字日期：0 3 年7 月f 铀 电话： 邮编： 致谢 在此毕业前夕，我忠心地感谢我的导师袁兆山教授。袁老师为人宽厚、知 识渊博、视野广阔、治学严谨，在读研期间，袁老师不仅在学习过程中教授给 我很多的知识和方法，在生活上也给了我很多的关心和帮助，并给了我很多锻 炼的机会，使我愉快顺利的度过了研究生的生活。本文在写作过程中，袁老师 都给予了悉心地指导，并提出了许多宝贵的意见和建议。在此，谨向袁老师表 示最诚挚的谢意。 我在合肥工业大学网络中心工作学习期间得到了网络中心主任周健副教授、 时永芳老师的关心和帮助。在论文写作过程中，李心科博士和李宏芒老师也给 了我很多有价值的建议，在此向他们表示感谢。 感谢计算机与信息学院的领导和老师们，感谢周强、王珏、谢飓、洪艳、陈 源源、刘珊珊、张国宁等所有给过我帮助的同学。 还要感谢我的父母和家人，感谢他们长期以来对我的理解、支持和鼓励，没 有他们的关心和期待就没有我今天的进步。 作者：刘栋 二零零三年七月 1 1 本文的研究背景 1 1 1 计算机支持的协同工作 第1 章绪论 众所周知，人类社会的生活方式和劳动方式从本质上具有群体性、交互性、 分布性和协作性。多媒体技术的发展，大大提高了以计算机为工具收集、表示和 处理这种多样化信息的能力；作为计算机和通信技术飞速发展以及两者相融合的 产物计算机网络，远远超越了计算机和通信技术它们各自独立存在而产生的 功效，所谓“n e t w o r k c o m p u t e r 或c o m m u n i c a t i o n ”( 功效) ，它大大缩短了时间 和空间对人类活动的限制。“计算机支持的协同工作( c s c w ) ”就是在这种社会 背景和技术背景下，把协同科学这门研究不同学科中存在者的共同本质特征的学 科与信息科学技术结合起来，在信息社会中发挥更大作用。 我们可以用这样的观点来描述这一新兴领域；地域分散的一个群体借助计 算机及其网络技术( c s ) ，共同协调与协作来完成一项任务( c w ) ，这就是c s c w 。 它包括协同工作系统的建设，群体工作方式研究和支持群体工作的相关技术研 究、应用系统的开发等。通过建立协同工作的环境，改善人们进行信息交流的方 式，消除人们在时间和空间上的相互隔离的障碍，节省工作人员的时间和精力， 提高群体工作质量和效率，从而提高企业、机关团体乃至整个社会的整体效益和 生活质量，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。一个 企业如果有效的利用这些基本工具，构造其企业协同管理信息系统，必将提高企 业的管理水平和效益。简言之，c s c w 就是在计算机技术支持的环境下( 即c s ) ， 特别是在计算机网络环境下，一个群体协同工作完成一项共同的任务( 郧c w ) s h i 0 0 。它的目标是设计出支持各种各样的协同工作的工具、环境和应用系统。 因此，它应包括以下研究内容： 系统所需的协同工作的支持是什么? 即系统协同工作所具有的特点和 由此带来的区别于系统单独工作所要求的支持是什么? 人们为什么要开展协同工作? 怎样运用基于计算机和通信技术，特别是 计算机网络技术，提高人们在协同工作中解决问题的能力? 怎样利用信息技术使协同工作需要的合作更方便、更快捷、更灵活和更 全面实现? 协同工作的这些需求对系统和服务的体系结构的设计有什么指导意 义? 由于c s c w 具有宽广的应用领域。因此对协同工作的分类和模型、支 撑环境和工具的研究就成为它的基础和重要内容； c s c w 与协同学、系统科学、管理科学、社会科学、心理科学、军事科 学等的关系。 如果说过去的1 5 年是c s c w 这一新兴学科的形成和发展时期，那么， i n t e m e t 则使全球范围展开各种协同系统的建立和应用成为可能，例如，电子商 务、远程医疗、远程教育和学习、远程协作研究、远程协同设计、政府协同办公、 协同军事系统等等。在世纪之交的时期，在i n t e r n e 的环境中，知识经济和数字 化浪潮给协同科学与c s c w 带来新的机遇和挑战，c s c w 将会更加迅速的发展 成- - f 应用科学。可以说，c s c w 这一理念已经无所不在，而且将进一步影响甚 至改变人们的工作方式和生活方式，对2 1 世纪人类社会将产生巨大而深远的影 响。这就要求我们更深入地研究：新型通信支持、协作模型、工作流模型、共享 媒体空间、异构资源集成、协同系统安全、多维接口技术、虚拟协作环境、协同 应用开发、协同建筑和办公环境、协同心理问题、法律环境等一系列问题。 1 1 2 计算机和网络技术是计算机协同工作的基础 计算机技术的发展对人类生活带来了巨大的变化。计算机的应用领域已从 科学计算领域发展到社会生活动的各个方面，把人类带入信息时代。现在人们利 用计算机进行气候分析和天气预报，图书资料查询和检索，复杂的精密机械制造 和工业控制等。计算机可以代替人类快速准确的进行各种复杂琐碎的操作，大幅 度的提高社会生产率。计算机化医疗、远程教育和学习、计算机化家居和购物也 将发展起来，计算机技术的发展，使人类进入信息时代。 计算机网络技术的出现和发展，带来计算机发展和应用领域的又一次飞跃。 随着通信技术的发展，网络传输速率在不断提高，网络覆盖范围在不断扩大，计 算机网络上的应用也在迅速发展。计算机网络指地域上分散的具有独立自治功能 的计算机系统，通过通信设施互联的集合体，完成信息交换，资源共享、远程操 作、协调配合等功能，以达到计算机系统的互联、互操作和协同工作等目的。计 算机网络技术的发展为我们提供了快速、性能稳定的信息服务。随着人们对网络 通信需求的增加，计算机网络技术将继续向宽带高速、服务增强和安全可靠的方 向发展。 计算机网络应用指建立在计算机网络基础上的各种应用服务。随着网络技 术的发展，计算机网络应用也越来越多。全世界计算机的广泛互联，所形成的互 联网i n t e m e t 以使世界上越来越多的计算机系统可以相互进行信息交换。建立在 此基础上大量的网络应用，已经深入社会的各个方面，影响人们的工作、学习和 生活。计算机网络及其应用的飞速发展，得益于技术发展和广泛应用带来的网络 互联成本的下降和更深入研究的开展。 1 1 3 软件生产全球化 软件是一台计算设备的思维中枢，经过数十年的发展，软件产业已经成为 当今世界投资回报比最高的产业之一，而这一产业正在潜移默化地改变着我们赖 以生存的这个地球的面貌。新世纪的软件产业已经呈现出了一些引人入胜的转变 迹象，在此我可以概括地把这些迹象表述为二个趋势：网络化与全球化社会化。 网络化 计算机与通信的融合趋势是不可逆转的，人类的生存方式、企业的经营模 式正在被这种趋势更新和改善。时间与空间造成的沟通障碍正在逐渐消失。沟通 将能在任一时刻、任一地点、通过任一手段实现。技术的创新和发展将使网络应 用者改变先前以不变应万变、被动地处理信息的观念，并以更加灵活主动的姿态 去面对眼前的虚拟世界；整合了服务器、路由器、转换器的软件服务的价值将在 网络用户端实现最大化。软件将会成为网络发展和应用的最重要的动力，同时， 网络技术也会为软件生产以及整个软件产业的发展提供支持，为计算机软件技术 的发展开创新的纪元。 软件产业全球化和社会化的趋势 全球化的发展，使软件产业以及软件开发也呈现明显的全球化和社会化倾 向，人们对全球化软件开发的兴趣越来越大。9 0 年代初期是全球软件开发的起 点。不仅因为软件产业迅速延伸到发展中国家，而且因为出现跨国家的软件协作， 他们成为全球软件团队。一些大的软件企业可能分布在全球范围的很多地方，也 有些软件开发组织为了共同完成开发任务而进行合作。 伴随着全球化的出现。软件社会化生产也开始出现。社会化生产是人类社 会生产力发展到高级阶段的必然形式。采用全球的社会化生产经营方式。每一样 商品，都是经由多家生产厂家协同生产最终形成的。这种协同方式已由原先小范 围协作发展为全球范围的协作，由固定厂家的合同式协作为主的生产方式发展为 现在以市场定购为主的方式。这种现代化的生产结构形式极大的促进了世界经济 的发展。 计算机软件产业产生的时间还很短，但发展速度却非常惊人，单就其生产 方式而言，在短短的几十年的时问里，已有个人手工阶段发展到了软件工厂，并 且明显的开始了向全球范围的社会化生产方式转变。 软件全球化和社会化的发展，促进了资源、人才的合理配置和流动，但同 时也使企业之间的依赖性增加。这对传统软件工程和软件开发方法提出了挑战， 使软件企业之间必须进行跨地区甚至跨国家的全球化合作。 1 1 4 本论文课题来源 本论文受到省自然科学基金( 编号0 1 0 4 2 2 0 7 ) 和国家软件新技术重点实验 室基金( 编号a 2 0 0 1 0 4 ) 资助。 1 2 国内外相关研究状况 在国际上，目前对全球软件开发以及软件协同开发的研究正由于软件产业 全球化的发展而交得越来越迫切，很多有影响的组织和团体已经开始进行深入研 究。每年一度的软件工程国际会议( i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo ns o r w a r e e n g i n e e r i n g ) 从1 9 9 8 年开始设立了“i n t e r n e t 上的软件工程( s o r w a r ee n g i n e e r i n g o v e r t h e i n t e m e t ) ”主题，专门对此进行研究，到2 0 0 2 年，主题变为“全球化软 件开发( g l o b a ls o r w a r cd e v e l o p m e n t ) ”，其他相关的国际会议还有“计算机软 件与应用会议( c o m p u t e r s o f t w a r ea n d a p p l i c a t i o n sc o n f e r e n c e ) ”、i e e e 主办的 “分布式计算系统未来发展趋势( f u t u r e t r e a d so f d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g s y s t e m s ) ”等。p u b l i s h s u b s c r i b e 方法已经出现多年，但最近由于在分布式应用 中适应松散耦合的交互而获得了更多的关注，很多研究组织对此作了研究。 我国目前对全球化软件开发以及p u b l i s h s u b s c r i b e 通信范型的研究还比较 少，比较有代表性的有北大的青鸟系统。 1 3 本文的研究内容 在任何成熟的工程领域中，构件的使用都是一个显著特征。构件化生产可 以保证较高的生产效率和产品质量，同时降低生产成本。在软件工程领域，虽然 基于构件的软件开发思想早在六十年代就被提出来，但是在此后的二十多年中， 软件工程领域并没有出现成熟且被广泛接受的构件化的软件开发技术。九十年代 以后，随着计算机技术的迅速发展，特剐是个入计算机和i n t e m e t 的普及，传统 的软件开发方法越来越无法满足对软件日益增长的需求。于是基于构件和软件体 系结构的软件开发方式以及软件的社会化生产方式被提了出来。 社会化生产方式，其典型的表现是抛弃了作坊式和地域封闭的生产方式， 采用全球的社会化生产经营方式。社会化软件生产是在全球范围内实现软件生产 协作分工。生产构件的工厂以各种高质量的标准可组装的软构件投放市场，而应 用软件开发厂在全球范围内采购和定购可重用软构件，通过组装和加工，生产用 户所需的应用软件。这种社会化的大分工，将是软件产业生产方式的一次革命， 是软件产业和有关产业发展到一定程度的必然阶段。 计算机支持的协同工作( c s c w ) 正是为了解决在计算机环境下特别是计算 机网络环境下，一个群体如何协同工作共同完成一项任务的问题。但c s c w 并 没有涉及到软件开发这种高度复杂的协同问题，特别是在i n t e m e t 环境下的协同 问题。因此，我们从i n t e m e t 环境下的软件协同开发入手，提出了基于 p u b l i s h s u b s c r i b e 的软件协同开发方法。 p u b l i s h s u b s c r i b e 是一种通信范例，也叫基于事件的通信( 在后面我们将对 两者不进行区分) ，对象之间采用一种松散耦合的方式，而不是直接通信，这是 因为i n t e m e t 通常是不可靠的。消息并不是由一个应用直接发送到另一个，而是 被发送到一个事件分配器或通知服务器，然后事件分配器再将事件分发给需要它 们的应用。在这样的系统中，事件是基本的通信机制，有两种部件：订阅者和发 布者。发布者发布事件，而订阅者订阅特定种类的事件。事件由信息源发送给事 件服务器，事件服务器保证将这些事件交付给所有感兴趣的消费者。通常，在基 于事件的系统中，部件之间的交互被建模成以通知形式传输事件 s u t 0 1 。 由于支持i n t e m e t 范围松散耦合方式的通信，我们提出利用p u b l i s h s u b s c r i b e 机制支持分布式软件协同开发和软件社会化生产。本文分析了可用 p u b l i s h s u b s c r i b e 支持的软件分布式协同开发的两种应用，并设计了一种i n t e m e t 范围的基于p u b l i s h s u b s c r i b e 社会化软件生产模型。 1 4 论文安排 论文一共分为六个部分： 第一章简要介绍了本论文的课题背景，课题来源，国内外的研究现状以及 本文的安排。 第二章讨论了计算机支持的协同工作的协作模式、同步机制等。 第三章研究了覆盖网络和p u b l i s h s u b s c r i b e 交互范例及其要素、特点，以 及分类、拓扑结构等。 第四章分析了社会软件协同开发的支持技术，包括软件重用技术、构件以 及基于构件和软件体系结构的软件开发方法。 第五章提出了一种社会化软件生产模式，提出采用i n t e m e t 范围的大规模 p u b l i s h s u b s c r i b e 交互范例支持构件生产者和应用软件生产者之间的分工合作。 给出了基于p l s 扩展技术的社会协同软件生产模式的基本函数的实现。 第六章结束语，主要对本文进行了总结，并对本文的下一步的工作进行了 展望。 第2 章计算机支持的协同工作 为了解决在计算机及其网络技术支持下，人们协同合作共同工作的问题 c s c w 应运而生。 2 1c s c w 的群体协作模式 人类群体的协作模式是多种多样的。按照协作成员的关系。可分成集中控制 下的协作和平等协作。集中控制下的协作是通过一个集中控制方来协调其他各成 员之间的工作。如在一个企业内，各层次机构内的协作都是这种方式。平等协作 关系中各成员之间的关系是平等的，他们之间既有协作关系，又存在一定的相互 独立性。这种协作关系存在于各类以共同兴趣为基础的协作关系中；按协作过程 的时间限制特征，可分为同步协作和异步协作。同步协作的各成员之间需要实时 的信息交流，如现代战争中参战各兵种问的谐调行动，实时远程医疗会诊中专家 医生对病人病情的诊断：而异步协作的各成员之间。其信息交流没有很强的时间 限制，如政府机构联合办公，按照一定的工作流程进行协调配合，尽管有时间要 求，但不一定要有时间性很强的实时要求，等等。 在c s c w 中出现的几种群体协作模型有；会话模型、会议模型、过程模型、 活动模型和层次抽象模型等。 2 1 1 会话模型 会话模型是c s c w 系统的一种最基本的协同工作方式，这种模型认为两人之 间的协作是各类协作活动的基本要素。因此。我们可以将人类各种复杂的协作活 动分解为一系列两人之间的交互会话的协作活动，从而实现群体协作：两人之间 协作可以通过特定语言，动作( l a n g u a g e a c t i o n ) 的执行来完成。 作为会话模型中这种特点语言，动作执行的一种典型描绘是由瑟尔( s e r l e ) 提 出的“讲话一操作理论”( s p e e c h a c tt h e o r y ) 【s e a 6 9 。它用5 个基本的“非语 法含义”( i l l o c u t i o n a r yp o i n t s ) 特征来描述语言动作：断言( a s s e r t i v e ) 、指令 ( d i r e c t i v e ) 、承诺( c o m m i s s i v e ) 、宣布( d e c l a r a t i o n ) 、表达( e x p r e s s i v e ) 。协 作就是通过这些语言动作的执行来完成的。图2 1 给出了一个基于这种理论的基 本会话模型，用来描述a 、b 之间的一种协作过程 t e r 8 6 。 6 图2 1 一个基于语言，动作的基本会话模型 柚布靓蛔 劳尔梅迪诺一莫拉和特里威诺格拉德等人以基于语言动作 ( l a n g u a g e a c t i o n ) 的通信活动来构造工作流管理系统，他们把两人间的协作活 动抽象成一个工作流环，如图2 2 所示。 客户 建议( 由客户请求同意( 双方协商并选 宣布对完成表示满 意) 图2 - 2 活动工作流环 向客户宣布) 两个协作者的身份分别定义为客户( c u s t o m e r ) 和执行者( p e r f o r m e r ) ，活 动工作环由四个阶段组成：建议p r o p o s a l ( 由客户请求或执行者提供) ，同意 a g r e e m e n t ( 双方协商并达成一致满足的条件) ，执行p e r f o r m a n c e ( 执行者完成 并向客户宣布) ，满意s a t i s f a c t i o n ( 客户向执行者宣布对完成表示满意) 。 电子邮件或信报系统作为实现“会话模型”协同工作系统的一种基本工具得 到广泛的应用。 2 1 2 会议模型 图2 - 3 会议模型的一般概念 会议方式是多人的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，共同完成任务。图2 3 给出了会议方式协同工作系统的一般概 念。协作各方共享工作空间或信息空间开展协作活动。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。计算机 会议系统最为典型，它可以是文本会议系统、多用户一超文本系统、面对面的会 议室系统、实时同步会议系统、多媒体桌面会议系统等，如表2 - 1 所示。这种会 议系统可以是局部环境的，也可以是远程的。 i信息类型交互方式 异步同步 文本文本会议会议室系统 多用户超文本实时会议 多媒体 实时多媒体桌面会议系统 2 1 3 过程模型 表格2 - 1 计算机会议系统类型 过程模型 k a t 9 4 基于这样一种概念：任何一项复杂的任务或操作都可分解为 一系列相互关联的而又相互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，如图2 - 4 、2 - 5 所示。 。 操作员a 操黥。 o 操作员 图2 4 串行协同过程模型 。 操作员b 图2 - 5 并行协同过程模型 由于过程模型严格的规定了协作参加各方的任务、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，其应用收到一定限制。 按照这种过程模型设计的c s c w 系统比较适合用于具有相对固定工作流程的单 位或业务中应用，如计算机集成制造系统c i m s 的c s c w 环境，企事业单位或 政府办公自动化，电子数据交换e d i 等。 2 。1 4 活动模型 如前所述，过程模型描述的是一种预先定义好的高度结构化的协作，缺乏灵 活性，其应用收到一定限制。不少实际的协同任务一般无法确定其详细的执行过 程，每个协同参与方执行其任务时都具有一定的自主性，整个协作过程也不一定 是结构化的。活动模型则是种更具普遍性的能够刻画群体协作的模型。它与过 程模型基本类似，但它并不是协同任务描述成由多个操作步骤的协同过程，而是 建立在一种所谓“活动理论”( a c t i v i t yt h e o r y ) 的基础上，将其分解为若干个目 标明确的称为“活动”( a c t i v i t y ) 的子任务，定义各任务之间的关系，通过“活 动”的执行而完成协同任务。卡里库提( k a r ik u u t t i ) 在其发表的论文 k a r 9 1 k a r 9 2 1 中详细的阐述了“活动”理论的背景、概念、定义和在c s c w 研 究中的应用。他所定义的“活动”的基本结构如图2 - 6 所示。 图2 - 6 活动的基本结构 活动理论认为；人们所参与的活动是人们生活和事物发展的基本单位，它具 有下列特性： 一个活动具有一个客体或对象( o b j e c t ) ，活动可以根据客体而加以区别， 客体向某一个希望的状态或方向转换是引起活动存在的动机： 一个活动具有一个主动的主体( a c t i v es u b j e c t 或a c t o r ) ，它掌握该活动的 时机；活动可以是个别的也可以是集体的，但并不是需要该活动的所有参与者都 了解活动的时机 一个活动是一个集体现象，它存在于一个具体环境中，并能改变环境： 一个活动具有历史发展变化，矛盾冲突是其发展的动力； 一个活动由参与者的有意识的有目的的行动来实现j 这样我们就可以把一个任务分解成多个按一定分工，具有一定目标的由主体 和客体组成的活动，任务群体成员按照一定规则、利用合适的工具一步步的执行 各个活动，协同完成该任务。 2 1 5 层次模型 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，单一点 协作模型不能满足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 任务单一的协作模型不能满足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。例如，范 l o 莱欧( f l a v i o ) 等提出了以“通信( c o m m u n i c a t i o n ) ”、“会话( c o n v e r s a t i o n ) ”、 “会议( c o n f e r e n c e ) ”相结合的3 层协作模型 f l a 9 1 来描述一个会议系统的协调 控制的结构，并可作为定义一个复杂的协同环境的基本模块 r o b 9 4 而v i n h m 等人用“会议( c o n f e r e n c e s ) ”、“活动( a c t i v i t i e s ) ”、“合作( c o l l a b o r a t i o n s ) ”3 个层次来抽象群体协同活动。 2 2 协作控制机制 在人们协作过程中，要遵循一定的规则，否则会引起协作的困难。例如：一 个小组在开会讨论时的发言只能顺序进行，不能多个人同时讲话。当同时有多个 人讲话时，就需要一个人主动停下来；这属于发言控制，是一种协作规则，也是 一种协作控制机制。协作控制机制就是这些协作规则在c s c s 应用系统中的体 现。协作控制机制讨论协作过程中产生的各类协作事件间的逻辑关系。 2 2 1 协作层次 我们把反映在c s c w 系统交互和协作控制，按信息( 知识) 和数据共享、群 体协作关系的紧密程度，自上而下表示为以下5 个不同的层次和深度。 数据通信( c o m m u n i c a t i n g ) 数据的传送与交换，协作控制机制就是通信 协议。虽然这是协作得以进行的基础，但难以直接体现出协作体之间的协作关系。 信息通信( i n f o r m i n g ) 通过大量媒体或本地资源进行信息匿名通信，信 息提供者很少需要知道谁是接受者。例如通过广告板，新闻通信和w w w 等进 行信息交流和必要或可能的协作。目前，i n t e m e t 上通过这种机制进行着大量的 协作。信息的提供者与接受者虽然有一定信息交流或共享，但他们之间并不一定 互相认识，不存在显式的( 或强制的，或有明确目标的) 协作关系。只不过信息 已使数据具有特定的含义。因此，严格的说，数据通信和信息通信并不是协作而 是协作体之间实施协作的基础。 协调( c o o r d i n a t i n g ) 协作体成员之问有某种认识，不一定有共同的工作 目标，但共同的利益或组织关系需要共享信息或资源，有可能有工作活动的交叉、 重复的努力或资源调度、时间或空间的差别等。这时成员之间需要进行某种协作， 我们把这种协作称为协调。协调作为协作的一个进程或过程出现，注意表现在一 个个体的行动或动作会影响其他个体的行动或动作，反之亦然。因此，同步机制 是协调的核心，它主要要解决个体行动或动作之间的同步，个体行动或动作与整 个过程之间的一致性。 合作( c o l l a b o r a t i n g ) 协作体成员工作在一起，参与同一过程、执行某种 动作，合作的成功取决于合作成员的共同理解和共享知识资源。每一个合作成员 是独立的，甚至分属于不同团体，他们之间是一种工作关系。但合作结果归属协 作体全体，而不标志某个个体，尽管个体可以有其自己的目标。协作机制要体现 这种特点。 协同( c o o p e r a t i n g ) 协同是最高级别或层次的协作。在这一层次的协作。 协作体公共目标代替了个体目标。协作体是以整体而不是以个体核定的，竞争是 最少的。这时往往要做出共同决策( c o d e c i s i o n ) 、共同理解、共享知识、决策 的可信度和可靠性成为更重要的因素。协作机制要根据应用的需求充分体现进行 协同的这个特点。 图2 7 显示了这种不同的协作层次。在一个协同工作系统或协同工作任务中， 往往会有不同层次的协作。 任务相关的 数据、知识、信息 图2 - 7 不同的协作层次同步 同步是协同机制中的一个重要问题，各种不同的协同工作系统其同步方式是 不同的。我们按照下面4 种方式加以讨论，分析将更多地从系统内数据流动的特 征入手。 - 2 2 2 同地同步 此类系统主要用于支持象决策会议这种本地群组之间面对面的实时协作，如 各种会议室系统。它们所以达到的一个主要目标就是“你见即我见”( w y s i w i s ， w h a ty o us e ei sw h a tis e e ) 。这一点是通过一个在与会者之间共享的c h a l k b o a r d 而实现的。 在会议过程中，各与会者可在c h a l k b o a r d 上添加文本、图像等对象以表达他 们的想法或意见，并可对这些文本和图像进行处理，如移动、删除、修改( 数据 的生成) 。每个人的活动所产生的数据需要实时的传送到其他人那里去，并以适 当的方式表现出来( 通知) ，以使其想法、意图被别人所了解。在了解到其他人 的情况之后r 每个人都可决定下面该如何处理( 交互) ，又会产生新数据，而这 1 2 些新数据又要被传送给系统中有关的用户。如此往复，直到协同会话过程结束。 结束时用户可能选择将会话过程中所产生的数据保持在本地机器上，以便继续加 以利用。这种数据存储功能可以看成是分布式的( 没有集中式的控制) 。 在此过程中，当多个用户同时访问同一个对象( 如都要对此对象进行修改) 时，为保证数据一致性而必须采取合适当并发控制策略，如使用加锁、时间戳等； 当一个用户访问其他用户所生成的对象时，应采取合适的访问控制策略，如基于 一系列“权限矩阵”的方法等。另外，为了避免将每个人的活动所产生的所有数 据都一点不差的进行传送所导致的性能和使用上的问题，可将系统中的数据按其 被共享的程度而划分成私有、组间共享以及公有等几种类型， 2 2 3 异地同步 此种系统的典型代表是多媒体桌面会议系统。这类系统中的用户通常是分布 在不同的地理位置处。其中提供一个与会议童系统中c h a l k b o a r d 类似的 w h i t e b o a r d ( 电子自板) 。在过去，由于用户的分散性，数据传送过程所使用的 一般是速率较低、质量较差的广域连接。为提高信息交流的质量，这类系统一般 都提供视频和音频这类多媒体服务，这将导致待传送的数据量大大增加，对q o s 的要求也将更高。高速网络的发展将能满足实现高质量的远程多媒体桌面会议系 统的要求，这在远程医疗实时诊断系统中有广阔的应用前景。 在这类系统中，除了自板上的数据外，新增加大视频和音频数据将通过摄像 机和话筒采集下来，分发到各个会议参加者那里。视频和音频因其实时性的特点 而必须采取些额外的控制手段，例如实时事件的同步( 视频和音频信息的同 步) 、多个参加者同时发言时的控制策略、录音、录像等等。对这些数据处理与 对白板数据处理的要求是不同的。 2 2 4 异地异步 这类系统比较丰富，如b b s 、电子邮件、协同协作、协同设计、工作流、协 同w w w 等。 b b s 系统提供给用户一种文本信息的管理服务。用户将信息发送到b b s 服 务器，b b s 服务器再将这些信息以适当的方式让有关的用户了解到这些信息的 存在，并决定如何对这些信息进行处理，如转发、恢复等。 电子邮件系统是以某种预定义的方式( 指定的接收者、转发路径等) 对邮件 数据进行存储转发。这种系统的严重不足是目的机收到邮件后无法自动将这一信 息告诉有关用户，而只能由系统在某些时机( 如用户登陆或根据某些定时机制) 去检查邮箱是否有邮件到达。 协同协作和设计中最重要的功能也是给各参加者提供一个虚拟电子白板。此 白板的功能与桌面会议系统中自板的功能是类似的，所不同的只是自板上所承载 数据的组织方式以及产生这些信息的手段。另外，在这些系统中可能会提供一个 集中式的服务器，以保存协同会话结束时所生成的数据。 工作流系统稍微有些不同。其中最重要的问题是如何完成数据在各工作环节 之间的交换：某一工作环节所产生的数据如何即时的传送给其他工作环节以便他 们进行处理，处理过程中又可能会发生数据在其他工作环节之阃的交换以及处理 结果的反馈等。这里数据的存储转发是根据为工作流程所定义的控制数据( 过程 定义) 而完成的。 协同w w w 的目标是借助于w o r l dw i d ew e b 而提供一个综合性的交互工具 集，以此实现高效的协同工作。其重点在于将各种多媒体协同技术集成和组合， 而其核心则是提供一个虚拟的共享工作空间。在这个虚拟空间中，包含协同工作 中所涉及的各种对象，系统应保证在有多个用户并发访问的情况下这些数据如何 保持一致。同时各协作成员的活动状况、系统中各种事件的状态的变化都将使有 关的人员迅速了解到，这种通知功能也是由协同w w 系统提供的。 2 2 s 同地异步 支持此种协同工作方式的系统有共享文件( s h a r e df i l e s ) 、t e a mr o o m s 等系 统。这类系统由于用户的地理位置不具有分散性，同时用户对它们的访问也是异 步的，因此不需要对数据的实时传递。它关注的重点更多的在于如何保证“长事 务”处理中数据的一致性