（计算机应用技术专业论文）基于cscw的远程教育虚拟教室的研究与实现.pdf

摘要 摘要 虚拟教室是网络空间中的一个虚拟交互式的远程教学系统，是计算机技术、网络技术、通信技 术和多媒体技术相结合的产物。它运用计算机支持的协同工作( c s c w ) 理论，通过模拟来实现传 统课堂的教学功能，为地域分散的网络在线老师和学生提供个共享协同式课堂学习环境。虚拟教 室在远程教育中为普及教育、实施继续教育提供了一种十分有效的手段，具有很深远的意义。 首先，本文研究了构建虚拟教室所涉及的相关技术支持，包括w w i v 技术、计算机协同工作( c s c w ) 以及j a v a 技术体系：分析了虚拟教室关键问题和技术解决方法，包括实现协同的共享应用和并发控 制、网络通信机制，以及面向对象的m v c 架构。 随后，本文提出了以m v c 为系统架构，采用j a v as e r v l e t 、j s p 、a p p l e t 等j a v a 体系的w e b 服 务器端客户端技术来实现，基于异构网络、分布式、协同、实时交互的虚拟教室系统总体设计方案。 首先，确定系统的设计目标、功能要求、设计原则；然后，研究系统工作流程，划分出各个子系统 的功能，设计系统功能模块，构建系统模型；最后，分析分布式协作学习环境的体系结构，设汁系 统的三层体系结构、系统的m v c 软件架构以及系统的数据库。 虚拟教室系统采用了面向对象的软件开发方法，对系统的服务器端和客户端均采用多线程和消 息缓存机制，不仅解决了虚拟教室中存在的课堂管理、协同工具、并发控制以及数据一致性问题， 而且提高了网络通信效率及可靠性。本文中对系统部分功能模块的做实现，包括用户界面、m v c 架 构、系统控制与管理、电子白板、协同浏览和数据库连接池。 最后，本文对课题研究进行了总结和展望。 关键字：虚拟教室，计算机支持的协同工作( c s c w ) ，电子白板 m v c ，消息，共享应用，并发控制，数据一致性 东南走学颥士学位硷文 a b s t r a c t v i r t u a lc l a s s r o o ms y s t e m ，ar e a l - t i m ei n t e r a c t i v ed i s t a n c ee d u c a t i o n s y s t e m i nt h en e t w o r ks p a c e ， i n t e g r a t e sm a n yt e c h n o l o g i e ss u c ha sc o m p u t e rs c i e n c e ，n e t w o r k ，c o m m u n i c a t i o n ，m u l t i m e d i aa n dt h e o r yo f c o m p u t e rs u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v e w o r k ( c s c w ) i tp r o v i d e s a s h a r i n g c o l l a b o r a t i v e l e a r n i n g e n v i r o n m e n tw i t h o u tr e s t r i c t i o n so ft i m ea n dl o c a t i o nf o ri n s t r u c t o ra n ds t u d e n t s b ys i m u l a t i n g t h e t r a d i t i o n a l t e a c h i n g e n v i r o n m e n t v i r t u a lc l a s s r o o m s y s t e m i sc o s t e f f e c t i v ea n dc o n v e n i e n tf o r g e n e r a l i z i n ga n dc o n t i n u i n ge d u c a t i o n ，a n ds h o u l db em o r es i g n i f i c a n t f i r s t l y , t h i st h e s i sd e s c r i b e ss o m et e c h n o l o g i e sa n ds u p p o r ti n v o t v e di nv i r t u a lc l a s s r o o ms y s t e m ，s u c ha s w w w ，c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ew o r k ( c s c w ) ，t h e o r ya n dm e t h o do fj a v ab a s e do nw e bi t a l s oi n t r o d u c e sa n da n a l y z e st h ek e yt e c h n o l o g i e sa n dg i v e sm o r ed e t a i l e d d e s c r i p t i o n o n i m p o r t a n t s p e c i f i c a t i o n s s u c hl i k e s h a r i n ga p p l i c a t i o n ，c o n c u r r e n c yc o n t r o l ，n e t w o r k c o m m u n i c a t i o na n dt h e o b j e c t - o r i e n t e dd e s i g nm e t h o do f m v c s e c o n d l y , t h i st h e s i sa d v a n c e st h ed e s i g ns c h e m eo f v i r t u a lc l a s s r o o ms y s t e m ，w h i c hi sd e s i g n e dt ob ea d i s t r i b u t e dr e a l - t i m ei n t e r a c t i v es y s t e mo nt h eh e t e r o g e n o u sn e t w o r ka n di sj a v a - b a s e d ，w e b b a s e da n d m v c - b a s e d i ti n t r o d u c e st a r g e to fd e s i g n ，n e e do ff u n c t i o n ，p r i n c i p l eo fd e s i g n ，p r e s e n t sa n dd e s i g n s f u n c t i o no fe v e r ys u b s y s t e m ，c o n s t r u c t ss y s t e mm o d e la n ds y s t e mw o r k i n gf l o w i ta l s oi n t r o d u c e sv i r t u a l c l a s s r o o ms y s t e m sd i s t r i b u t e dc o l l a b o r a t i v ea r c h i t e c t u r e ，t h r e e - t i e rl o g i c a la r c h i t e c t u r ea n ds o f t w a r e a r c h i t e c t u r e t h i r d l y ，t h i s t h e s i sd e s c r i b e st h e i m p l e m e n t a t i o n o fv i r t u a lc l a s s r o o ms y s t e m sf u n c t i o n s i ta d o p t s o b j e c t o r i e n t e dd e s i g n a n dd e v e l o p m e n tm e t h o d ，i n c r e a s e st h ee f f i c i e n c y a n d r e l i a b i l i t y o fn e t w o r k c o m m u n i c a t i o nb yu s i n gm e s s a g eb u f f e ra n dm u l t i - t h r e a do fc l i e n ta n ds e r v e s o l v e st h e i s s u e so fc l a s s m a n a g e m e n t ，c o l l a b o r a t i v et o o l s ，c o n c u r r e n c yc o n t r o la n dc o h e r e n c e i tp a r t i a li m p l e m e n t e d t h ef u n c t i o no f s y s t e ms u c hl i k eu s e ri n t e r f a c e ，m v cd e s i g np a t t e r n ，s y s t e mc o n t r o l ，w h i t e b o a r da n d d a t a b a s ec o n n e c t i o n p o o l a tl a s t ，t h i st h e s i se n d e dw i t hac o n c l u s i o no v e rt h ew h o l ew o r ka n dg a v eap m s p e c to fv i r t u a lc l a s s r o o m s y s t e m k e y w o r d s ：v i r t u a lc l a s s r o o m ，c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ew o r k ( c s c w ) ，w h i t e b o a r d ， m v c ，m e s s a g e ，s h a r i n ga p p l i c a t i o n ，c o n c u r r e n c yc o n t r o l ，c o h e r e n c e i r 东南大学学位论文独创性声明 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，也不包含为获得东南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作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名塞互煎日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：蕴擅导师签名：膨日 期 一苎二! 堕堡 第一章绪论 1 1 论文背景 1 1 1 现状与发展 世界远程教育的历史已经历了百年，但是采用现代通讯技术的远程教育开始于七十年代末八十 年代初期。美国在1 9 8 4 年设立了一所没有校园的高科技大学，称为n u c ( n a t i o n a lt e c h n o l o g i c a l u n i v e r s i t y ) ，它利用通讯卫星向企业提供大学、研究所的硕士课程内容。我国在1 9 7 9 年成立了中 央广播电视大学c r t v u ( c h i n ar a d i oa n dt e l e v i s i o nu n i v e r s i t y ) ，它是国家教育部直属的高等 教育学院，它使用广播、电视、印刷和视听材料进行跨越省、市、自治区，遍布城市与乡村的远程 教育。 计算机网络是计算机技术与通讯技术相结合的产物。随着计算机在各个领域中的越来越广泛的 运用，计算机网络技术已逐步成为各种先进技术发展的基础，由计算机网络所支持的各种信息系统 已成为国民经济和社会发展中强有力的工具，它不仅是社会向信息化迈进的必要条件，而且成为一 个国家教育与科学技术发展水平和社会信息化程度的重要标志之一。 随着i n t e r n e t 的迅速发展，计算机网络和多媒体技术的不断完善，以计算机为主、配以光纤和 卫星组成的现代计算机通讯网络使得远程教育( d i s t a n c ee d u c a t i o n ) 迈进一个新时期，极大地改 变了过去以印刷或视听材料为主的教学媒体，基于计算机网络的远程教育正面临着一个前所未有的 发展机遇。 远程教育网络延伸到的任何地区，都能极其方便地享有同一高水平的教育，使得现在的教育机 构从孤立点状态分布发展到了网状分布状态。远程教育是建立现代教育体系和实现学习化社会的必 由之路，也是计算机技术在现代教育中最具影响的应用之一。这种以网络技术为依托的远程教育， 尤其是基于i n t e r n e t 的远程教育将成为未来教育的发展方向。建立网络教学系统，开展网络化教育 已成为现代教育技术发展的主要方向和我国建设教育系统的主要工程。 随着w w w 的迅速发展，科研人员开始把教学思想融入其中，通过w w w 技术发展远程教育，为远 程教育注入新的活力。w o r l dw i d ew e b ( w w w ) 模型是欧洲原子核物理研究所基于h t t p 协议在1 9 9 1 年提出的。w e b 的运行基于先进的“客户机服务器”机制和开放式系统标准，支持分布式数据库和 多平台、多协议、多操作系统的异机构系统，它与c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 相结合提供 了高性能的交互式信息访问手段，将信息的发现技术与超文本超媒体技术综合起来，使分布式的多 媒体信息包括各种文本、图形、图像、声音等内容无缝的结合起来供世界各地的用户访问。w w 具 有诸多优势，如：多媒体文档将图像、语言和文字同时生动地再现，w w w 客户服务器软件普遍地发 布与使用，h t m l 语言本身的简单易学，编辑制作工具简单易用等等。所以w w w 技术广泛应用于教 育中。 但是，不论采用何种技术，获得一个虚拟教室( v i r t u a lc l a s s r o o m ) 是共同目标。虚拟教室是 远程教育教学系统的核心组成部分，是一个在线教学系统。虚拟教室，顾名思义就是要在网络空间 中建立一个虚拟交互式的教学系统，通过模拟来实现传统课堂的教学功能，为地域分散的网络在线 老师和学生提供一个共享协同式课堂学习环境，使其不仅可以享有自由的教学和学习空间，还可以 闻其声、见其人，进行各种实时的交流与协同操作。与传统的教育相比，虚拟教室打破了原有的时 间、地域限制，从而满足了信息时代人们在线即时交流，进行学习的需要。以计算机为媒介的远程 教育系统已经进入一个新阶段虚拟化，它的特征是虚拟的、开放的、超越时空的。 基于i n t e r n e t 的网上虚拟教室系统已经成为当今计算机辅助教育( c b e ) 的热点，它打破了传 统的教学模式，教育可以跨地域，且不受时间的限制。在我国，国家自然科学基金会对“网上虚拟 教室”的研究与开发设立了专门的研究基金。人们对此做了很多尝试，并取得了一定的效果。 虚拟教室在远程教育中为普及教育、实施继续教育和岗位培训提供了一种十分有效的手段，能 使教育更好地为社会服务，充分地发挥科学技术在社会进步中的关键作用。 东南太学硕士学位论文 1 1 2 存在的问题 w w 技术在教育上的具体应用是基于浏览器服务器模式的教学方式，在该模式中，所有课件的 内容存在服务器上，学员通过浏览器用h t t p 协议访问服务器上的信息资源。它突破了时空的限制， 将不同地点的教师、学生和课程联系在一起，学生可以在任何时候访问网络上的课件，并进行自由 学习；提供了非常丰富的教学资料，通过网络可以获得i n t e r n e t 上的几乎无穷资源，不仅可以获得 经典的研究文献，而且可以获取各个研究领域的最新进展信息：它可以把各种媒体的教学资源融合 在一起，以超媒体的形式存在，使信息的交流不在局限于文本而是增加了图像、声音以及虚拟技术 带来的真实感觉。 但是，从教学角度来看，删w 并不是专门面向教育领域的，它存在着一些不足。上述过程大多 偏重于学习者一方，并未很好地着眼于整个指导者学习者之间的关系。其中，学习者学习过程中处 于主动地位，他们独立地获取和选择材料；另一方面，指导者处于被动地位，甚至是不可见的，他 们只是编写课程材料，放在w w 上，提供极少的教学辅助。 为了更好地协调指导者与学习者关系，指导者应该处于更主动的地位。他可以通过各种可见的 线索，指导学习者的学习进程，保持传统体制的些特色。如果没有以上这些考虑，w w w 上的教学 系统只不过是一个具有特点的公告牌。所以，发展网上虚拟教室成为热点。 目前，基于w e b 的协同工作虚拟教室主要分两类，一种是以b b s 和主页上的聊天室为代表的纯 文字型的交流工具；另一种是具有聊天室和绘图功能的电子白板之类的交流工具。然而，许多虚拟 教室系统或电子白板应用于i n t e r n e t 中存在以下问题。首先，由于系统多是采用c s 模式，且有些 系统是通过特殊的硬件实现的，在局域网内使用，所以针对i n t e r n e g 的安装、配置和使用不方便， 且不能很好的实现不同虚拟教室间的隔离。其次，多数软件不能很好的嵌入h t m l 文件，以及不能提 供良好的与之互操作的接口。再者，多数软件不能摆脱操作系统的限制，跨平台使用不方便。基于 删w 的虚拟教室系统还应该考虑到一些重要因素，如要求指导者和学习者之间的交互与通讯，以辅 助学习、解决问题和共享经验；统计和定量分析学习者的状况：衡量学习效果与系统可用性的标准 等。 虽然同步会议系统的发展比较快，其功能也与虚拟教室相似，但是，其不能为基于i n t e r n e t 的 网络虚拟教室所直接采用。因为，第一，同步会议系统多采用c s 模式开发，多适用于局域网，在 i n t e r n e t 中不能实现“零客户机”安装而存在安装和维护问题。第二，同步会议系统是针对会议特 性而开发，其并不能完全适用于远程教学的特性，且采用的技术相对陈旧，存在局限性，不能很好 的实现其中的功能模块。 另外，许多现有的远程教学系统的效率以目前看来已经相当的落后了，而且在虚拟性实时交互 教学方面( 虚拟教室系统) 还不完善。有些系统采用了c g i 技术，而c g i 技术的致命弱点就是资源 消耗过大，随着系统业务量的增长，服务器的响应会速度显著下降甚至达到难以向用户提供满意 的服务的程度。为此有必要对这些教学系统进行技术升级和功能完善。 本文研究的虚拟教室系统是针对过去的远程教学系统的虚拟教学方面的问题，以及新的教学形 式和教学技术的出现而提出。我们研究了软件体系架构、设计模式以及s u nm i c r o s y s t e m 公司的j a v a 在w e b 服务器端的开发技术采用计算机协同工作( c s c w ) 理论技术，对当前虚拟教室系统提供了 新的更好的解决方案。 1 2 研究目标 设计一个独立或同远程教育系统集成运行的虚拟教室系统，提供一种通用的网上实时交互式的 教学平台。 虚拟教室提供虚拟交互式的教学环境，模拟实现传统课堂的教学功能，进行在线交流，增加交 流的机会，缩小师生之间的距离感使得远程教育和现实课堂授课的差距缩小，为教师授课和学生 学习提供更方便及多元的渠道。 2 第一章绪论 本论文的研究重点： l 、分析研究w w w 应用技术及计算机协同工作( c s c w ) 理论、特点和技术，对j a v a 体系及其开发 技术做深入的学习研究，并作概略的分类和介绍： 2 、分析和采用最优的虚拟教室开发架构，设计一个基于j a v a 体系支持标准的c s c w 虚拟教室，解 决系统核心问题并做部分实现。 1 3 内容安排 第一章绪论 介绍研究背景、研究目标等。 第二章虚拟教室的相关技术 介绍虚拟教室开发的相关技术，包括w w w 技术、计算机协同工作( c s c w ) 以及j a v a 技术 的理论和特点。 第三章虚拟教室的协同与模式 介绍虚拟教室开发的关键技术：协同的实现、网络通信机制以及m v c 架构模式。 第四章虚拟教室系统的总体设计 提出虚拟教室的总体设计方案。首先，介绍系统的设计目标、功能要求、设计原则， 然后进行系统功能模块设计、构建系统子模块模型和研究系统工作流程，最后介绍系 统的三层逻辑结构和系统的软件体系m v c 结构。 第五章虚拟教室功能模块的实现 对虚拟教室的部分功能模块的实现进行具体的阐述，包括用户界面、m v c 架构、系统 控制与管理、电子白板、协同浏览和数据库连接池的实现。 第六章总结与展望 对论文工作总结与展望。 致谢 参考文献 东南大学硕士学位论文 2 1w w w 技术 第二章虚拟教室的相关理论与技术 2 1 1w w w 概述 w w w ( w o r l dw il dw e b ，万维网) ”是i n t e r n e t 上最重要的信息服务工具。它提供了非常丰富的 信息资源和服务。w w w 是以超文本格式标识信息的i n t e r n e t 协议和软件的集合。它采用客户机服 务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构，c l i e n t 和s e r v e r 之间使用h i t p 协议。w w w 改进了i n t e r n e t 上的信息 访问方式，给i n t e r n e t 带来了巨大的活力。 w w w 是信息广播的工具，w 聊信息资源可以是文字、图像、声音等多媒体信息，它们分别按不同 的类型、形式独立存放于世界各地不同的服务器上：w w w 用户可以选择和控制所接收的信息。w w w 所 提供的信息交流方式是独特的，它通过一系列广泛使用的标准来实现不同层次上的交互：t c p i p 协 议保证通过线路传输的字节的准确性；h t t p 和h t m l 提供了获取和表示超文本文件的一种标准方式， 可以利用各种常见设备开发出丰富多彩的互联网应用。w w w 服务可以是电子邮件、文件传输、网络 新闻等。w w w 将各种信息和服务完美地链接起来，提供生动的、致性的图形用户界面。 2 1 ，2 客户机服务器 客户机服务器模式将应用程序分为客户机程序和服务器程序。将发起通信的应用程序叫客户 机，将等待客户机通信请求的应用程序叫服务器。客户机应用程序每次执行都要向服务器发送请求 并等待响应。服务器响应到达后，客户机再继续处理。服务器接收某个客户机的请求，执行所需的 操作，然后将结果返回给客户机。 采用客户机服务器系统的基本思想是：在一个统的地方集中存放信息资源，一般是保存在某 个数据库中，根据对方的请求将信息传递给对方。由于数据集中存放，所以可以被方便地更改。 2 1 3w w w 浏览器 w w l ￥浏览器的发展使得某个信息可在任何类型的计算机上显示出来。客户可以通过浏览器查询 服务器上的信息。 客户机利用h t t p 协议从服务器取得数据的步骤分为3 步： ( 1 ) 客户机与服务器建立连接： ( 2 ) 客户机向服务器发出一个对指定文档的请求； ( 3 ) 服务器在发送对象以及与对象有关的信息的同时，通过一个状态码响应对方。状态码通常用 来指示请求是否被接受，另外还有一些代码用来显示传输中的各种错误。 对象信息域可以包含大量的信息，包括： ( 1 ) 文件内容类型( 例如可执行文件、图形文件、h t i l 文件等) ： ( 2 ) 文件最后一次被修改的日期； ( 3 ) 文档语言代码： ( 4 ) 文档的有效截止臼期。 浏览器用户可使用内容类型域来判断如何处理要检索的信息( 如图形、声音) 。此外，浏览器还 可以利用最后一次修改的时间来减少大的图片和比特位图的重复传输。最后一次的传输被保存在浏 览器中，如果最后一次修改日期不变，下次浏览该文档时将不再进行传输。 2 ，1 4 交互式w e b 随着因特网的迅速普及，人们对w e b 网页的内容、表现形式及其开发技术提出了更高的要求。 早期w e b 网页都是静态的，每次内容更新都是由人工对网页进行录入编辑修改，人力资源浪费大， 内容更新跟不上社会信息的爆炸式发展。为摆脱困境，人们将网站动态的内容数据库化，实现数据 4 墨三兰生型塾皇箜型垄竺垒主垫查 内容与数据表现、布局的分离。这样w e b 数据库应用系统是不变的，变化的只是数据库的内容。 动态网页技术原理是使用不同技术编写的动态页面保存在w e b 服务器内，当客户端用户向w e b 服务 器发出访问动态页面的请求时，w e b 服务器将根据用户所访问页面的后缀名或其他标记确定该页面 所使用的网络编程技术，然后把该页面提交给相应的解释引擎：解释7 1 擎执行定界符内的脚本代码 以实现不同的功能，最后把执行结果返回w e b 服务器；最终，w e b 服务器把解释引擎的执行结果连 同页面上的h t m l 内容以及各种客户端脚本一同传送到客户端，从而实现了网页的动态显示。 2 1 5w e b 应用开发的基本过程 w e b 应用开发要求支持实时的信息发布、动态的用户交互以及与后台系统灵活的安全的连接。 因此，如何构造功能更加强大、应用更为灵活、开发更为简便的w e b 应用程序成为当前i n t e r n e t 技 术发展的热点之一。目前，面向w e b 应用程序开发的技术发展迅速，新技术不断出现。应用较为广 泛的服务器端技术有c g i 、i s a p i 、j s p 、s e r v l e t 、a s p 、p h p 等：客户端技术有j a v a s e r i p t 、v b s c r i p t 、 j a v aa p p l e t 等。这些技术在开发效率、运行速度、分布式事务处理以及自扩展能力等方面，各具 优势但又各有不足，使得开发人员在实际的开发过程中需要根据具体情况选用不同的技术。 一个w e b 应用系统往往是由多个开发人员采用各种不同的技术共同开发的它包括网页的设计、 客户端应用逻辑的设计、服务器端的应用逻辑设计以及后台数据库的设计等。同传统的软件开发方 式一样，开发w e b 应用也要注意用户的需求。按照软件开发步骤，在完成需求分析之后，就可以做 软件的原形了。对于w e b 应用来讲，原形就是网页，因此，降低了原形制作的复杂度。这可以认为 是w e b 应用的优点。 数据库是任何程序的基础，分析完了功能就要开始数据库的设计。根据需求在数据库基础之上 编写商业逻辑。一般来讲，在微软的平台上，商业逻辑封装在c o m 里，而在j a v a 的一般的w e b 开发 中，商业逻辑是用s e r v l e t 和b e a n 来完成的，用j s p 来完成视图界面。 2 2 计算机协同工作( c s c w ) 理论 2 2 1c s c w 概述 计算机支持协同工作( 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 ) 是在信息时代发展起来的 - - i 新兴学科领域。它的意义是在计算机技术支持的环境下，尤其是在计算机网络环境下，由一个 群体协作完成一项共同的任务，其目标是要设计支持各种协同工作的应用系统。c s c w 支持一组用户 参与一个共同的任务，并提供给他们访问共享环境的接口，即一个任务、多个用户，多个用户为完 成一项共同的任务而组成一个用户群，c s c w 为这个用户群提供协同支持。因此，c s c w 通常也被称为 群件( g r o u p w a r e ) 。”1 。 c s c w 以计算机互连、互操作和协同工作构成的网络计算和协同计算为基础，依托通信和计算机 技术的飞速进步得以发展。它具有大规模协作的特性，即交互群体地域范围的分散- 性、环境的异构 性、业务和学科领域的广泛性、信息的多样性等。c s c w 的研究内容涉及很多方亟，主要包括群体协 作模式、协作控制机制、协作同步机制、c s c w 模型和体系结构、c s c w 应用开发环境、群组通信支持、 协作安全控制和应用共享技术等。c s c w 技术是一门交叉学科，涉及的领域非常广泛，其中包括计算 机网络通讯，并行和分布式处理，数据库，多媒体，人工智能理论等，另外还涉及到认知科学，行 为科学，心理学乃至艺术和哲学等。 近些年来，c s c w 的发展异常迅速，c s c w 技术已经成功地应用在桌面会议系统，远端协同诊断， 合同编著系统等领域。随着i n t e r n e t 和多媒体技术等的飞速发展，c s c w 正越来越广泛地应用于社 会的各个领域。 2 2 2c s c w 的特点 分布性c s c w 应支持用户使用地理位置分散的计算机，c s c w 系统本质上应是一个分布式系 统，并且应支持与协同无关的透明性，如位置透明性。 东南大学硕士学位论文 开放性开放性是指能提供一个环境使不同的c s c w 系统能相互开放地使用，即提供不同c s c w 应用之间的互操作( i n t e r l o p e ra b i l i t y ) ，从而可以将多个c s c w 系统连接为一个整体，避免被独立 使用。 异步性协同中不同人具有自己不同的操作序列。即使同一工作组中的不同个人也具有自己 的独立行为。 工作协同性c s c w 系统的根本要求就是耍能支持工作组内、组间的工作协同。 信息共享性这是协同的基础，协同工作的核心。通信是c s c w 的基础，系统应提供多种通 信方式，如组播、支持多种媒体的传送，包括文本、图形、声音、图像等，支持不同通信形式如实 时通信、异步通信等，以提供用户多种信息共享的功能。 异质性异质性不仅仅体现在c s c w 系统的各个节点可能运行在不同的硬件、软件平台上， 还体现在c s c w 系统内挂接的异质数据源之间的互操作乃至异种c s c w 系统之间的合作。 自动化支持这是c s c w 系统追求的目标。 2 2 3 协同的分类 一般按协同环境与用户的交互方式，协同可分为异步和同步两大类。 异步协同异步协同提供多个用户非同时连接的一个操作环境。不具备用户间交互的即时性。 工作组各成员对一项目进行协同时。各自分别操作该项目中的子目标。其操作结果并不需要立即通 知其他成员。在一些系统中称此为松耦合协同方式，如消息系统( e m a i l 、b b s 等) 。 同步协同同步协同是提供多个用户在同时连接的情况下，能进行即时交互的工作方式。常 见的如聊天( c h a t ) 、白板( w h i t e b o a r d ) 以及共享应用方式。 2 2 4c s c w 的研究内容 1 、c s c w 的结构模型 显然c s c n 是一个分布式系统，但要建立一个通用的、恰当的c s c w 系统结构是比较困难的。它 包括c s c w 的概念、协作机制和协议、体系结构、实现技术与方法等。c s c w 理论是一个涉及计算机 科学、心理学、人类工程学、认知科学、社会学等多个学科综合的群体社会动力学，这是因为c s c w 系统的功能特征与群体工作的社会因素紧密联系其每个功能不仅影响协作成员的行为，而且也影 向整个群体协作伙伴之间心理、文化以至于政治上的差异。因此，必须研究人类在合作过程中的社 会动力学，以建立合适的描述c s c w 模型“的理论。 2 、c s c w 协作工具的抽象 一个完整的、实用的c s c w 系统应当由c s c w 操作系统和支持c s c w 的管理、使用和实现协作的若 干工具组成。因此，必须在研究多种实际协作过程的基础上抽象并开发出一套通用的、符合标准的、 可组合运用的、多媒体交互的c s c w 工具。 3 、超文本技术的研究和应用 超文本是近年来兴起的一种表示和管理多媒体信息的强有力工具。它采用非线性的网状结构组 织块状信息，结点是表达信息的单位，其中的信息可以是文本、图像、视频、动画，甚至还可以是 一段计算机程序，链是实现结点间联系的纽带。超文本是一种新的多媒体数据库技术，它不仅提供 了一种表达多媒体信息的思想方法和工具，而且提供了一种联想式沿链查询和访问数据库的新方法。 此外超文本还是一种人一机接口技术，提供了非常直观的灵活的人机交互方式。在c s c w 系统的研究 中，要在研究超文本技术的原理与方法的基础上，着重探索如何运用超文本技术表示、存储、检索、 浏览、编辑多媒体信息，以实现协作过程中对多媒体信息处理的要求。 4 、c s c w 系统中网络资源管理和多用户协作管理的研究 网络资源管理主要研究网上c s c w 资源的分布性、一致性、安全性、透明性和可维护性：多用户 协作管理主要研究如何实现多用户协作过程中有效的权限管理，真正体现不同用户在c s c w 中的不同 “角色”。 6 第二章虚拟教室的相关理论与技术 5 、多媒体通信同步机制的研究 多媒体通信同步是实现c s c w 系统中协作成员间“面对面”交互的基础和关键，多媒体信息中多 媒体之间相互联系、彼此约束，这种约束不仅存在于空间中而且也存在于时间上。在多媒体通信 中，由于通信传输的串行性，使得各种媒体不可能同时到达目的地，而且由于网络固有的异步特性、 传输冲撞以及存储设备的潜在影响，势必造成信息传输的随机延迟，从而破坏了多媒体信息中多媒 体间的相互约束关系。因此，研究多媒体通信同步机制使多媒体信息仍然保持原来的约束关系。 6 、协作模型人机接口和多用户接口的研究 许多计算机系统如多用户分时操作系统、多用户m i s 系统等虽然可班支持多用户同时交互，但 是这些系统往往通过禁止合作以支持多用户交互，它向用户说明只有他或她一个人使用系统，而将 其它用户隐蔽起来。但是为了支持合作，c s c w 接口不是一般意义上的人一机接口，而是广义的人与 人之间的接口。 7 、标准与规范的统一 c s c w 技术是一门新兴的交叉学科，不仅技术没有统一标准，而且术语、概念、理论体系等也没 有公认的定义。缺乏标准，不仅对于生产厂家，而且对于c s c w 系统的使用者或设计者都是一种压力， 担心自己的工作与未来的标准不相符合。因此，制定c s c w 的技术标准应当包括体系结构、层次协议、 互连模式、创作工序、人一机交互，人一人交互等多项内容规范的定义。 2 2 5c s c w 同一般分布式系统的联系与差异 分布式系统是一个由许多处理单元和多个存储设备通过网络联接起来的统一的计算机系统。计 算机协同工作是人们在计算机的帮助下就同一个产品，同一个研究课题，同一个会议主题或同一个 学术问题进行共同工作。c s c w 系统必然是一个分布式系统，但它们之间仍有异同之处。c s c w 与分布 式系统之间具有如下天然的联系： 1 ) 完全自治的分布系统支持人之间异步、同步的信息传输工作，能够部分完成对人之间合作的 支持。 2 ) 资源共享系统允许不同计算机的用户共享同样的系统资源。这也是c s c w 系统中的必备技术。 因此，分布处理技术是c s c w 系统的基础支持技术，但它们之间还是有明显的不同之处： 1 ) 分布式系统追求透明性，即让用户在使用系统时感觉是独占系统：而c s c w 系统追求不透明性， 即系统应让所有用户相互感知到其它合作者对共享对象的操作。 2 ) 分布式系统主要研究如何使系统中各部分充分发挥各自的性能，从而获得整个系统的高效： 而c s c w 系统除了要追求高性能外，更重视如何支持协同作者间的高效协同。 2 2 6c s c w 的应用 由于c s c w 环境适应了现代信息社会工作的群体性、交互性、分布性和协作性等主要特点，因此 将成为社会上一种非常普遍流行的典型工作方式，并对人类的工作方式产生重大的影响。其应用研 究主要包括以下方面： 1 ) 会议支持包括桌面会议( d e s kt o pc o n f e r e n c i n g ) 、远程视频会议和实时网络会议等。 2 ) 协同工作支持包括企业集成、大规模工程项目开发、成组决策、多作家协同编辑、多用户 编辑等等。 3 ) 协作式计算机辅助支持包括计算机辅助设计计算机辅助制造、计算机辅助软件工程、远程 教学、远程医疗等等。 4 ) 其他应用如虚拟办公室、虚拟图书馆等。 2 2 7 c s c w 与远程教育 随着计算机和网络技术的发展，已经给教育带来了巨大的冲击力，教育不再局限于传统的课堂 式的教学，在线式远程教育的产生和发展使得知识得以更广泛迅速地传播。然而目前大多数基于w e b 的远程教育仅仅是以单个文件的形式存在，使用固定的媒体播放形式，所以一方面难以修改；另一 7 东南大学硕士学位论文 方面不具有开放性，难以进行多人的异地合作，远程教育的发展规模和水平难以壮大。因此，在远 程教育领域进行计算机协同工作越来越有必要和意义。 在远程教育领域，应用c s c w 技术，可以借助于多种类型的信息网络，一方面实现远程交互式授 课、交互式讨论和辅导等，使得人们可以不受地域与时间的限制来使用那些优秀的教学资源：另一 方面可以使用协同式授课，由一群体异地共同完成某一教学文档，“集百家之长”，缩短教学资源的 制作时间，提高效率。网络虚拟教室是计算机支持协同工作c s c w 的应用。c s c w 的应用是虚拟学习 过程中的协商讨论、相互交流和信息共事，形成一种新型的群体协作教学模式，强调协同工作、交 互讨论，分工合作、共同完成某项教学任务。c s c w 已经成为研究热点，国际上的许多大学、研究 机构和软件公司纷纷在这方面做研究，到目前为止，c s c w 及其在虚拟教室方面的应用已经取得了一 定的成果。例如，同步会议系统，它是以会议形式来协同工作的系统。协作方之间的信息交流是实 时的，具有很短的延迟限制。交流的内容包括文字、图形、图像乃至音频、视频信息。网络虚拟教 室的基本功能模块的实现就是属于这个范畴。 2 2 8c s c w 与c s c l 计算机支持协同学习c s c l ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i r el e a r n i n g ) 3 是由c s c w 和协同 学习发展演变而来，它继承和采用了c s c w 中的许多理论和技术例摇：角色控制、冲突消解、并发 控制、人机交互、群体感知等等。同时，c s c l 又融入了教育学的理论，具有教学系统自身的特点。 c s c l 和c s c w 的区别在于它们的应用领域：是学习还是工作。c s c w 着重于在群体通信技术本身， 方便群组的通信和提高通信的效率，以完成一个共同的任务；而c s c l 着重于在群组通信技术下交流 的方式和内容，更好的支持和完成教学。c s c l 和c s c w 有许多学科理论是相通的，可以相互借鉴和 引用。我们设计的虚拟教室可以说是一个c s c l 的应用系统，它提供了一个协同学习的环境，以完成 一定的教学目的。 2 3j a v a 技术 2 ，3 1j a v a 语言概述 j a v a 语言由s u n m i c r o s y s t e m 公司开发，是一种面向对象和平台无关的编程语言。s u n 将j a v a 描述为一种具有简单性、面向对象性、动态性、分布陛、可移植性、多进程、平台无关性、高性能、 健壮性和安全性的语言。由于它所具有的这些特点和优点，使得它已经成为跨平台应用开发的一种 规范，在世界范围内广泛流行。由于j a v a 程序运行在j a v a 虚拟机环境中的。它不依赖于特定的系 统，所以编程人员只需一次开发一个“通用”的最终软件即可在多个平台环境中使用。自从1 9 9 5 年 正式问世以来，j a v a 的快速发展已经让整个w e b 世界发生了翻天覆地的变化。随着j a v as e r v l e t 的推出，j a v a 在电子商务方面开始暂露头角，最新的j a v as e r v e rp a g e ( j s p ) 技术的推出，更是 让j a v a 成为基于w e b 的应用程序的首选开发工具。“”“。 2 3 2s e r v l e t 技术 j a v as e r v l e t 是一些能够动态扩展w e b 服务器功能的j a v a 组件。2 。，整个j a v a 服务器构建在 s e r v l e t 上。s e r v l e t 是一种j a v a 类，是运行在请求响应模式的服务器上的模块，是独立于平台和 协议的服务器端的j a v a 应用程序。j a v as e r v l e t 能够象c g i 脚本一样动态的扩展w e b 服务器的功 能。因为s e r v l e t 是用j a v a 编写的，所以它能够访问j a v a 全部的高级特性，如数据库连接、网络 有关的特性、面向对象特性和对多线程处理的内嵌支持等。这些特性可以用来分发完全功能的应用 程序到w e b 客户，而不需要任何特殊的客户配置。因为它们使用普通的超文本作为其接口，所以在 任何的浏览器环境中运行都是一样的。s e r v l e t 技术是j a v a 实现动态w e b 应用的技术基础，s e r v l e t 的主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态w e b 内容。其基本流程为： 1 ) 客户端通过h t t p 发送对s e r v l e t 的请求至w e b 服务器端； 2 ) w e b 服务器识