（计算机软件与理论专业论文）面向产品协同设计的会议系统研究与实现.pdf

【i i 东大学硕士学位论文 摘要 在全球经济一体化的大背景下，制造业面临着全球范围内的竞争。日益激烈 的市场竞争对制造企业提出了新的挑战：( 1 ) 产品复杂度越来越高，设计风险和 不确定性越来越大；( 2 ) 产品的设计开发时间不断缩短；( 3 ) 文化、社会和环境因 素对产品的设计有着更大的影响。要迎接这些挑战，顺应瞬息万变的市场需求， 提高产品设计的效率，采用各种先进的设计和制造技术是关键。 就产品设计过程而言，由于现代产品的复杂性，其具体设计过程涉及的专业 领域众多，产品的设计需要各个领域的专业人员进行信息沟通和协作设计。传统 的串行化产品设计模式已不能适应现代制造业对较大规模的产品设计任务的需 求。而计算机支持的协同设计( c s c d ) 的出现，能很好地解决了这个问题。c s c d 技术能够充分地利用异地资源，让多个终端同时参与产品模型的设计，进一步提 高了多人设计过程的效率而降低了产品的设计成本。 过去几十年里，桌面型视频会议系统在各个行业取到了很好的应用效果。并 且，基于视频会议系统可方便地开发面向不同的行业背景的各种计算机应用，用 于远程教学、监控和医疗，会议决策，模型展示和讨论等。本文将研究如何在桌 面型视频会议系统基础上开发面向产品协同设计的网络会议系统。视频会议系统 本身就具有基本的分布式应用框架，具有会议管理和用户管理功能，以及多种协 作交流工具( 文字聊天，音视频交流等) ，这些都是面向c a d 协同设计的网络会议 系统所必需的功能。因此，以桌面型视频会议系统作为网络会议系统的应用框架， 与现有的c a d 模型造型和显示核心融合起来，从而支持产品协同设计过程，这 就是本文的研究内容。 为了更好地支持产品协同设计的过程，系统在会议系统用户管理方面实现了 基于角色分配的用户管理；实现了对协同设计项目、工作组的管理：使用多通道 的协同交流工具，方便了协同设计过程中的信息沟通和交流。 在并行冲突处理方面，根据分布式协同设计系统在实际中的具体使用情况， 本文提出了一种集成式的冲突处理方案，从产品设计周期进行综合考虑，将系统 中存在的冲突分为设计意图冲突、协作可选项冲突和c a d 操作冲突三个层次， 山东大学硕+ 学位论文 并分别制定了相应的冲突避免和冲突消除方法。 系统原型主要基于开源的视频网络系统d i m d i m 和t e c hs o f t3 d 公司的h o o p s 组件实现。系统支持多用户在i n t e m e t i n t r a n e t 环境中进行产品的协同设计。在面 向产品设计方面，系统提供了方便的设计用户管理和项目管理；提供了多通道的 交流方式来辅助协同设计过程；集成式的冲突处理方案更能有效地处理各层次的 协同冲突。系统原型的实验结果表明，该系统能够对产品的协同设计过程提供良 好的支持和有效的管理，从而能达到提高协同开发效率，降低产品设计周期的目 标。 关键字：计算机辅助设计；视频会议系统；并发冲突处理 i i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h eb a c k g r o u n do fe c o n o m i cg l o b a l i z a t i o n ，t h em a n u f a c t u r ei n d u s t r yi sf a c i n g v e r yi n t e n s ec o m p e t i t i o n t h r e ec h a l l e n g e se x i s tf o rm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ：( 1 ) i n d u s t r i a lp r o d u c t sa r eb e c o m i n gm o r ec o m p l e x , w i mt h er e s e tt h a tt h er i s k sa n d u n c e r t a i n t ya r er i s i n ga l lt h et i m e ；( 2 ) t h ea v e r a g et i m ea l l o w e df o rp r o d u c tr e s e a r c h a n dd e s i g ni sl i m i t e da n dm u c hl e s st h a nb e f o r e ；( 3 ) t h ec u l t u r e ，s o c i e t ya n d e n v i r o n m e n ta r e i n f l u e n c i n gt h ep r o d u c td e s i g n t og e ta r o u n da l l t h e s en e w c h a l l e n g e s ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt oa p p l ym o r ea d v a n c e dt e c h n o l o g yt ot h er e s e a r c h a n dd e s i g np r o c e s so fp r o d u c t s a sf o rt h ep r o d u c td e s i g n ，i ti sr e l a t e dt om a n yr e s e a r c hf i e l d sa n dr e q u i r e st h a t d e s i g ne x p e r t sf r o ma l lb a c k g r o u n d sc o o p e r a t ei nas e a m l e s sm a n n e r t h et r a d i t i o n a l s e r i a lw a yo fp r o d u c td e s i g ni sn o ts u i t a b l ea n ym o r ef o rc o m p l e xd e s i g nt a s k s i nt h i s s i t u a t i o n ，t h ea d v e n to fc o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ed e s i g n ( c s c d ) c a l ls o l v e t h ep r o b l e m c s c dc a nu s ed i s t r i b u t e dr e s o u r c e sc o n v e n i e n t l y , a n da l l o wm a n y d e s i g ne x p e r t sw o r k i n gi nac o l l a b o r a t i v ew a y i nt h el a s ty e a r s ，d e s k t o pv i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m sh a v eh a db r o a da p p l i c a t i o n s i nv a r i o u sb a c k g r o u n d s a l s o ，t h i st y p eo fc o n f e r e n c i n gs y s t e mi sv e r ys u i t a b l et o d e v e l o pf u r t h e rm a n yc o m p u t e rs o f t w a r es y s t e m so ri n c o r p o r a t eo t h e rs y s t e m s ，i nt h e f i e l d so fr e m o t e l e a m i n g ，r e m o t em o n i t o r i n g ，r e m o t em e d i c i n e ，g r o u pd e c i s i o n m a k i n g ，m o d e le x h i b i ta n dd i s c u s s i o n ，e t c d e s k t o pv i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m sh a v e b a s i cd i s m b m e d a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ，c o n f e r e n c em a n a g e m e ma n d u s e r m a n a g e m e n t ，a n dv a r i o u sc o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o nt o o l s ( t e x tc h a t t i n g ， a u d i o v i d e oc h a t t i n g , e t c ) t h e s ea r en e c e s s a r yf o rac o n f e r e n c i n gs y s t e mf o rp r o d u c t c o o p e r a t i v ed e s i g n s o ，t h eb a s i so ft h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec o n f e r e n c i n gs y s t e m f o rp r o d u c tc o o p e r a t i v ed e s i g ni st oi n c o r p o r a t ea d e s k t o pv i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m a n dac a d m o d e l i n ga n dr e n d e r i n ge n g i n e t ob e t t e rs u p p o r tt h ep r o d u c tc o o p e r a t i v ed e s i g np r o c e s s ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h e i i i 山东大学硕士学位论文 r o l e - b a s e du s e rm a n a g e m e n ta n du s e si ti nt h es y s t e m ；t h ed e s i g np r o j e c tm a n a g e m e n t i sa l s oa d d e dt ot h es y s t e m ；c o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o nt o o l sa r em o d i f i e dt oa i dt h e c o o p e r a t i v ed e s i g n i na d d i t i o n ，t h ep a p e rs h o w ss o m er e s e a r c hw o r ka b o u tt h ea p p l i c a t i o no fc s c d i nc o m p l e x p r o d u c td e s i g n i nc o n c u r r e n tc o n f l i c th a n d l i n g ，i tp r o p o s e sat a x o n o m yo f c o n f l i c t se x i s t i n gi no u rs y s t e m t h i st a x o n o m yc l a s s i f i e sc o n f l i c t si n t ot h r e el e v e l s ： d e s i g nd e c i s i o nc o n f l i c t s ，c o l l a b o r a t i v eo p t i o nc o n f l i c t sa n dc a d m o d e lc o l l i s i o n s a s e r i e so fr e s o l u t i o n si st h e np r e s e n t e dt or e s o l v et h e s et y p e so fc o n f l i c t s b a s e do nt h e s ew o r k ，ap r o t o t y p ec s c ds y s t e m ，n a m e dc o d e s i g n e r , i st h e n d e v e l o p e d ，b a s e do nt h eo p e n - s o u r c ev i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e md i m d i ma n dt h e h o o p st o o l k i t t h es y s t e ms u p p o r t sm u l t i p l e - u s e rp r o d u c tc o o p e r a t i v ed e s i g ni n i n t e m e t i n t r a n e t ，i nt h es y n c h r o n o u sa n da s y n c h r o n o u sm o d e l t h i ss y s t e mi se a s yt o d e p l o yi n t e r m so fh a r d w a r ei n v e s t m e n ta n ds o f t w a r eu p g r a d i n g i n p r o d u c t c o o p e r a t i v ed e s i g ns u p p o r t ，t h es y s t e mp r o v i d e sc o n v e n i e n tu s e rm a n a g e m e n ta n d p r o j e c tm a n a g e m e n t ；m u l t i - m o d e lc o o p e r a t i v ec o m m u n i c a t i o nt o o l sf i l eu t i l i z e dt oa i d t h ec o o p e r a t i v ed e s i g n ；i n t e g r a t e dc o n f l i c th a n d l i n gc a nd e a l 、i mc o o p e r a t i v e c o n f l i c t sf r o md i f f e r e n c el e v e l s e x p e r i m e n t ss h o w st h a tt h es y s t e mi sw e l lo r g a n i z e d a n dc a nc o n d u c te f f i c i e n tm a n a g e m e n to ft h ed e s i g np r o c e s s ，a n dh e l pt or e d u c et h e p r o d u c td e s i g nc y c l e k e y w o r d s ：c a d ；v i d e oc o n f e r e n c i n gs y s t e m ；c o n c u r r e n tc o n f l i c th a n d l i n g i v 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导 下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科 研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：留睦盘 日论文作者签名： 影e 伤登 日期：刃q g - r 2 1 0 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅：本人授权山东大学可以将本学位论 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、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：聋遣壅生导师签名 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 计算机辅助设计及其发展 随着计算机软硬件技术的发展，尤其是网络应用技术的迅速发展，计算机辅 助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，简称为c a d ) 技术已经在机械设计、电子和电气、 建筑工程、科学研究、软件开发、服装业、出版业、地质分析等各个领域得到了 广泛应用。 c a d 是利用计算机软件和硬件进行产品或工程设计的技术。它一般包括设 计、绘图、工程分析和文档编制等一系列活动。c a d 是一种多学科综合的技术 方法，涉及诸多学科领域的知识，如计算机图形学、曲线曲面分析、有限元分析、 数值计算等专业技术，同时还涉及文档处理技术、软件工程、人机交互、心理学 和人机工程学等学科领域f 1 】f 2 】。 c a d 技术于上个世纪五十年代中期起步，一直到上个世纪七十年代二维绘 图算法都是研究的主要目标。之后，c a d 技术大体上经历了三维线框造型、曲 面造型、实体造型、参数化设计、特征造型设计等发展阶段。c a d 技术的发展 一直受计算能力不断提高、造型技术不断进步和工业设计需求不断加大的影响， 并反过来促进了工业设计行业的繁荣。目前，c a d 技术己成为现代信息化社会 中各行各业不可或缺的技术基础，广泛应用于机械电子、航空航天、医药化工、 服装设计和建筑运输等行业。 目前，c a d 技术正朝着集成化、智能化和网络化方向发展。 ( 1 ) c a d 技术的集成化 c a d 系统现由过去传统的比较单一的造型、分析及绘图功能变为多种功能 的集成，与c a m 、c a e 系统集成，从而具有产品的结构设计、建模仿真、数控 加工仿真等功能，最终形成一个完整的、可用于工业产品设计制造全过程的系统， 即计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c l m s ) 。 ( 2 ) c a d 技术的智能化 山东大学硕士学位论文 c a d 技术的智能化就是把人工智能的思想和方法应用于c a d c a m 系统，使 之能分析产品相关的特征和知识，模拟人的推理能力，进而提出可用的设计方案。 智台g c a d 系统称为i c a d ( i n t e l l i g e n tc a d ) ，其本质上是一种能利用产品知识，支 持复杂产品设计的智能专家系统。 ( 3 ) c a d 技术的网络化 随着计算机信息技术尤其是通讯技术的快速发展，c a d 技术的发展也呈现 出网络化的趋势。单机c a d 系统的处理能力和可用的资源始终有限，无法应对 大规模的复杂产品设计制造过程。而在网络化c a d 平台之下，各工作站或p c 可 通过网络共享资源，完成各自的设计任务，再通过一个组装和集成过程，把最终 的设计结果传至平台的服务器中保存，或输出到外部设备上。 1 1 2 视频会议系统及其发展 上世纪末本世纪初以来，网络技术的飞速发展使得图像和语音视频数据的传 输质量和速度得到了很大的提高。在这背景下，出现了基于i n t e m e t i n t r a n e t 的 有关图像和语音视频处理的多媒体通信应用系统。视频会议系统3 1 1 4 1 5 1 就是其中 很重要的一类应用系统。视频会议系统是指两个或多个不同地点的个人或群体， 通过多种通讯传输媒体，以实时的工作方式互传图片、语音、视频、文字等多种 信息，开展协同工作的应用系统。 视频会议这种集网络通讯技术、计算机技术、多媒体应用技术于一体的远程 异地交流工具，在各类政府机关、企业、科研院所和教育机构得到了越来越广泛 的应用。传统的通信工具严重地依赖于单一的交流媒介，如电话只能通过声音来 交流信息，传真机只能通过打印文字的方式来交流信息。而视频会议是一种综合 使用多种交流媒介，进行信息交换的通信应用。在召开视频会议时，位于不同地 点的参与者，既可以听到对方的声音，也能看到对方的图像和所处的周围环境， 还能够进行图像、文档和应用程序的资源共享，使会议的参与者有身临其境之感， 从而能以更加自然、和谐的方式进行协作活动。 视频会议系统有多种分类方式。从使用的通信网络来看，可以分为两大类， 一种基于电路交换网络，如i s d n ，p s t n 等，另一种基于包交换的网络，如a t m ， 口，帧中继等。在电路交换网络中，信息交换时通道上的全部资源都被占用；而 2 山东大学硕十学位论文 在基于包交换的网络中，信息交换期间并不完全占有通道上的资源，而是根据需 要来使用资源。基于口网的视频会议系统中，由于信息交换的网络环境在结构和 带宽上差异性都很大，容易发生拥堵，造成音视频数据的传输延迟和丢失。因而 基于口网络的视频会议系统需要使用一定的控制策略来保证音视频通讯的质量。 按使用的终端设备来看，视频会议系统也可以分为两类：硬件型视频会议系 统和软件型视频会议系统。 硬件型视频会议系统一般使用专用的硬件设备支持，可直接与会议室里的各 种音像设备配合使用，如分屏器、投影仪、电视机、扩音器等。由于这种系统十 分便于在会议室里连接电视机进行输出，它又被称为电视会议系统。它的优点是 会议质量高而稳定，使用简单，部署和维护方便；其缺点则是需要专线接入，使 用的硬件设备价格昂贵，对于中小型企业和普通用户来说是一笔很大的资金投 入。 软件型视频会议系统，又称为桌面型视频会议系统。它是把会议系统的支持 软件安装在个人计算机上使用，使用显示器输出。这种系统依赖于计算机和计算 机网络设备，不需要大量的硬件投入。跟电视会议系统相比，它使用上更加灵活， 能共享使用更多的计算机资源，适合中小型企业和普通用户使用。其缺点是系统 使用性能受网络带宽的影响较大。 随着互联网技术的广泛应用，通信带宽的不断提高，桌面型的、基于d 网络 的视频会议系统更以其成本低廉、功能多样、易于扩展等特性，受得越来越多人 的青睐。它已成为视频会议系统最主要的发展方向。 1 2 协同设计的研究现状 在c a d 技术的网络化发展趋势之下，集成了c s c d 技术的c a d 协同设计成为 现代c a d 技术的一个主要发展方向。c a d 协同设计系统使得基于i n t e m e t i n t r a n e t 环境下的异地协同设计成为提高复杂产品的设计效率、减少产品设计周期的一个 很好的途径。 国外的相关研究起步较早，从上世纪八十年代开始多个国外科研机构和大学 开展了大量富有成效的研究。肯塔基大学z h a n g 署 1 c h e n 9 1 6 1 研究了基于w 曲的 c a d 协同设计系统，讨论了w e b c a d 协同设计系统的优点，具体研究了协同感 山东大学硕士学位论文 知的支持、协同设计的同步与异步过程等。斯坦福大学的分布式网络协同设计系 统p a c t l 7 ，主要对大规模、分布式并行工程系统进行了分析研究，也较为系统地 研究了分布式协同设计涉及的各类问题。国外对于协同设计的研究已经部分转化 成为了商业化软件，如德国的c o c r e a t e 公司开发的3 dc a d 协同设计软件 o n e s p a c ed e s i g n e r t 8 1 支持产品c a d 模型的协同查看，并具有简易、直觉化的模型 构建和修改能力，能很好地提升产品设计品质。 国内关于协同设计的研究工作起步较晚，开始于上世纪9 0 年代中期。中科院 计算所的胡斌等【9 l 对c s c d 的内容和工作模式进行了讨论研究，提出了建立高效 工作模式的几条原则和实现方法。西北工业大学的黄劲东等 1 0 l 使用a g e n t 技术， 实现了一个基于b s 结构的二维协同设计系统，并提供了电子白板、用户管理、 会话管理和会议纪要管理等功能。清华大学的史美林等【1 l 】实现了一个c a d 协同 设计支持系统c o d e s i g n ，详细讨论了系统架构和实现上的问题。国内的有关协 同设计的相关研究重点放在了协同设计的可行性，系统架构，人员管理，协同设 计过程管理，信息共享和交流，并发冲突处理的策略上，初步实现的相关系统距 离成为具有实用意义的协同设计软件，或转化成商业化产品，还有一些差距。 1 3 本文工作 i p 视频会议系统相比硬件型视频会议系统来说，具有更大的使用和发展空 间。其中的一个主要原因是因为它能在计算机技术的基础之上，方便地开发面向 不同的行业背景的各种计算机应用，或与其它类型的应用系统相结合。这种专业 化的口视频会议系统可用于远程教学、监控和医疗，会议决策，模型展示和讨论 等。 本文将研究如何在p 视频会议系统基础上开发一个支持c a d 协同设计功能 的网络会议系统。在典型的c a d 协同设计系统中，开发者大多关注于c a d 模型 的造型、修改和交互应用，而对于各种协同工具( 文字聊天，音视频互动，应用 程序共享等) 的支持显得不足。而在一般的i p 视频会议系统，已经集成了这些协 同工具的实现，同时也具有用户管理、协同编辑功能以及一个分布式的应用框架。 因此，如何充分利用现有的c a d 模型造型和显示核心，在i p 视频会议系统基础上 实现一个支持c a d 协同设计功能的视频会议系统，这是本文将要研究的问题。 4 山东大学硕士学位论文 围绕这个问题，本文对系统总体设计要求和网络体系结构、c a d 模型处理 子系统的实现、并发操作的控制方式等方面进行了具体的讨论，并在此基础上利 用开源视频会议系统d i m d i m 【1 3 和t e c hs o f t3 d 公司的h o o p s 套件1 4 1 实现了一个面 向产品协同设计的原型系统。 1 4 论文的组织 本文分为六章。章节安排如下： 第一章是绪论，首先介绍了计算机辅助设计技术的应用背景、涉及到的相关 学科、历史发展阶段和今后发展的方向，介绍了视频会议系统产生的背景、应用 领域和视频会议系统按不同的标准的各种分类方式；其次阐述了论文的课题背景 及研究意义，主要的研究内容和论文的组织结构。 第二章给出系统所要实现的主要目标、系统在网络中的拓扑布局，分析了系 统的基于混合模式的网络体系结构。 第三章根据产品协同设计过程的特点，分析了从用户管理、项目管理两个方 面如何让系统提供更好的支持；其次，分析了多通道交流工具对协同设计过程的 支持。 第四章先简要分析了国内外c s c d 系统中的几种冲突处理方法，然后给出了 面向产品协同设计的会议系统对冲突的分类和相关处理措施。 第五章说明了系统的开发环境、工具及在部署和维护过程中的方便之处，描 述了分布式协同设计系统的实现，基本使用流程及在一个典型应用场景中的应 用。 第六章对全文的主要内容进行了总结，并提出下一步的研究工作。 山东大学硕士学位论文 第二章基于混合模式的系统架构 面向产品协同设计的网络会议系统以一个基本的视频会议系统为框架，在其 基础之上，对c a d 模型操作、修改和标注提供支持。然后，增加和完善了分布 式c a d 设计系统中必需的用户管理和项目管理等功能，以多通道交流工具来支 持设计项目中用户的沟通和交流，再对协同设计过程中可能产生的冲突进行统一 分类，分别加以处理。这就是本文系统的实现思路。而本章主要讨论和分析了面 向产品协同设计的会议系统所采用的基于混合模式的系统架构。 2 1 实现目标 在系统的总体设计上，为了保证协同设计过程的效率，同时让系统的用户有 较高的体验度，主要考虑下面的一些因素： ( 1 ) 并发性。就是要能让处在同一协同设计会议的参与者可同时对该会议场 景中的c a d 模型以并发的方式进行操作。这需要系统采取一定的措施来消除异 地并发操作可能引发的冲突。 ( 2 ) 实时性。在协同设计的过程中，要使各协作者能实时感知其它协作者正 在进行的操作，这就需要每一协作者进行的操作要能即时发送到各个协同设计者 所处的客户端显示出来。实时性能否得到满足取决于多个因素：参加到协同设计 中的人员数量，网络条件，需要传送的模型和数据量的大小，系统的结构，等等。 ( 3 ) 一致性。在同一个协同设计场景之下，不管处在何种工作模式下，对于 所有协作者，同c a d 模型必须处在同样的场景位置，保持着同样的性质。 就具体的功能目标来讲，面向产品协同设计的网络会议系统需要完成以下几 项： ( 1 ) 以i n t e m e t i n t r a n e t 为环境，在d i m d i m 基础上开发一个完整的网络会议系统； ( 2 ) 使用h o o p s3 d 组件开发一个a c t i v ex 组件形式的c a d 操作子系统； ( 3 ) 完成系统中对产品协同设计过程的并发控制和冲突处理； ( 4 ) 针对网络中多用户协同设计过程的特点，系统需要提供： a 良好的用户管理和安全管理功能； 6 山东大学硕士学位论文 b 协同设计项目管理( 项目注册及组织，协作过程，设计成果的记录和提交) ； ( 5 ) 在d i m d i m 所提供的多个交流工具的基础之上，建立多通道的设计工具，用 于协助传统的键盘鼠标式的c a d 设计。 ( 6 ) 用户使用界面应清晰、简洁，方便用户进行协作活动和配置。 2 2 网络拓扑布局 根据系统的总体设计目标，下面给出了系统在网络中的基本拓扑布局( 见图 2 1 ) 。图中，系统的客户端可分布在多个不同的局域网内，并通过i n t e m e t i n t r a n e t 网络连接到服务器端的多个服务器。各服务器在系统中分别担当不同的作用： ( 1 ) m y s q l 数据库服务器( m y s q ls e r v e r ) ； 用来储存会议的组织信息、参会设计者的状态信息等。 ( 2 ) 流媒体服务器( s t r e a m i n gs e r v e r ) ： 对视频会议中的音频、视频流提供转播和控制。 ( 3 ) c a d 模型服务器( c a ds e r v e r ) ； 储存有作为模板的常用产品的c a d 模型模板，储存系统中各个协同设计小 组的设计成果。 ( 4 ) w e b 服务器( w e bs e r v e r ) i 是服务器端的核心。对其它三种服务器进行控制和协调，并同时接收来自它 们的信息反馈，并负责输出会议控制页面及设置页面。 7 出蛮盔兰鎏圭主簦笙兰 2 3 网络体系结构 2 3 1b $ 架构的选撵 圉21 系统的基本网络拓扑结构圉 ；一 炙一三一 对于基于i n t e m e t i n t r m l e t 的网络应用，有两种软件架构可以选择：b ，s 架构和 c s 架构。为减轻网络应用中需要在多个服务器和终端进行布署的繁重任务，也 为了减少客户端升级和维护所需的代价，本系统使用了b ，s = 架构。 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 架构，即浏览器和服务器架构，是相当于传统的 c s ( c l i 朗幅删架构而言的。随着i n t e r a c t 技术的兴起，b s 这种软件架构在网 络上得到了越来越多的应用。在这种软件网络架构中，用户使用w w w 浏览器来 访问页面，这种从服务器端取得的页面也就是网络软件的工作界面。而在c s 架 构中，用户是通过运行网络软件的客户端来打开工作界面，并访问服务器端的。 i i f 东大学硕士学位论文 c ，s 架构 浏览器 w e b 服务器 请求 请求 数据库服务器 显示逻辑 事务处理逻 数掘处理 磊翮 响应 辑 逻辑 、一 响应 a s 柴构 图2 2c s 架构和b s 架构下的结构图 对比图2 2 中两种网络架构下的结构图，不难看出：b s 架构的主要不同之外 是将事务处理逻辑部分从客户端独立出来了，成为服务器工作的一部分，而客户 端只负责页面的显示。 相比于c s 架构来说，b s 更加以服务器为中心，它的前端页面往往只承担很 少的计算任务，大部分甚至几乎所有的事务逻辑都是在服务器端上进行，服务器 端处理完用户的访问请求后，直接将结果页面返回给用户。 由于b s 架构的这种特点，它相对c s 架构来说，具有明显的优点： ( 1 ) 维护和升级方便。对于一个较大的公司或部门，以c s 架构安装的软件 在维护时，往往同时要在服务器端和客户端都要做改动。这样软件维护人员可能 需要对成百上千台电脑的客户端程序进行升级。这种工作量可想而知。而b s 架 构的软件的维护就要方便的多了，它只需要对服务器端进行维护。 ( 2 ) 用户使用方便。由于b s 架构的软件的事务逻辑都是在服务器端进行， 它对客户端的配置要求很低，大多数情况下客户端计算机只要安装有浏览器，能 够访问网络即可。至于客户端使用何种操作系统，是否安装有功能丰富的应用软 件，一般不影响b s 架构软件的使用。 2 3 2 混合式的网络体系结构 对于基于网络的分布式协作系统，如何实现信息的一致性，般来说有两种 9 山东大学硕士学位论文 体系结构可选：集中模式和复制模式【1 5 】。它们的主要区别在于模型数据是仅存 在于服务器中，还是存于各个客户端中。两种模式各有其优点，需要结合具体的 功能要求进行选择。 ( 1 ) 集中模式。是指通过服务器进行数据的存储、中转和一致性维护，每个 参与者通过与服务器的通信来输出自己的操作，并获得系统对其它协作者操作行 为的最新数据的转发。一般采用c s 模式。它的优点是控制集中、简单，并发控 制实现起来容易，缺点在于非常依赖数据服务器，会造成网络负载严重、延时长， 服务器端一旦出问题，整个系统就会崩溃。 ( 2 ) 复制模式。是指每一协作者在本地均保存有当前数据的副本，而不需要 数据服务器进行一致性维护。用户的输入能直接在本地产生输出，并同时把同一 输入传送给其它协作者，或把该输入产生的结果转发给其它协作者，其它协作者 接受到之后就能在其本地产生同样的操作结果。它的优点是负载比较平衡，没有 集中服务器带来的可靠性问题，对本地操作的反应较快，而其缺点则是控制复杂， 同步困难。 权衡两种模式的利弊，本文在传统的集中模式基本上，采用一种“混合式” 的体系结构。其总体架构如图2 3 所示。c a d 操作在客户端完成，这就使客户端 部分分担了集中模式下服务器对于c a d 操作的控制功能，而w 曲服务器仅需要完 成简单的操作消息转发和并发控制。这样，各客户端的同步维护工作比较容易， 能保证有良好的用户实时感知性。协同设计过程中，除了从c a d 模型服务器调 取c a d 模板或已完成的备份c a d 模型到客户端，以及向c a d 模型服务器存储 c a d 模型外，系统中对各客户端的c a d 操作消息进行串行化排队管理，而不直 接对c a d 模型进行数据转发和一致性控制。从而能减轻系统的网络负载，使系 统有较好的实时响应能力。 l o 山东大学硕士学位论文 图2 3 系统的总体架构图 系统主要有四个功能模块：c a d 操作模块、并发控制模块、协同交流工具 模块和协同管理模块。产品c a d 设计是通过鼠标点击和键盘控制在c a d 模型上 直接操作的，在b s 结构的本系统中，c a d 操作模块是在客户端安装的一个h o o p s 操作的a c t i v e x 插件，它提供给客户端进行c a d 模型的快速查看和创建、修改、 标注等功能。并发控制模块的作用主要是对各客户端的并发c a d 操作按抵达w 曲 服务器的时间为序进行串行化排队处理；同时提供对设计意图冲突和协同选择冲 突的处理。c a d 模型服务器储存有一些作为模板的常用产品的c a d 模型模板， 同时储存着系统中各个协同设计小组的设计成果。这样，设计小组下一次继续协 同设计时，可从c a d 模型服务器中直接读取进度，快速恢复上一次的设计成果。 协同交流工具模块可对系统中的多用户操作并发控制提供一种便利的辅助 手段，如对于某些并发冲突，文字交流和音频视频交流可帮助冲突双方进行协商 和讨论，以重新划分各自工作区域或其中一方放弃引起冲突的操作的方式消解已 经发生的冲突；也能用于设计项目的人员管理和项目组织，进行设计组消息发布、 通知与会者、用户交流等。流媒体服务器是一个基于开源n a s h 服务器r e d 5 的f l a s h 控制和转发服务器，提供了对音视频聊天、应用程序共享和电子白板等协同交流 工具的支持。 协同管理模块的作用是系统中协同设计的人员管理、负责人的任命、项目和 会议的组织、项目任务的划分等，而各种协同交流工具能大大方便协同管理的过 山东大学硕士学位论文 程。系统在各客户端输出的前台页面主要由协同管理模块控制生成，而c a d 操 作插件也以a c t i v e x 的方式嵌入到前台页面中。数据库服务器中储存了设计项目 的基本信息、设计小组的基本信息和组织结构、参加人员的基本信息和操作权限 等。 2 4 小结 这一章讨论了面向产品协同设计的会议系统需要满足的并发性、实时性和一 致性，和在功能上要实现的具体目标；分析了会议系统部署于i n t e m e t i n t r a n e t 网 络时的拓扑布局；分析说明了系统基于b s 架构和混合模式的网络体系结构，以 及在此系统体系结构中各个模块的作用。 山东大学硕士学位论文 第三章协同设计过程的支持 在集成桌面型视频会议系统和h o o p s 插件的基础上，为了让系统更好地支持 产品协同设计过程，从用户管理、项目管理和协同交流工具几个方面进行了完善。 3 1 用户管理 在一般的桌面型视频会议系统中，仅提供了很少的用户管理功能。用户对于 当前进行的会议有效，可以是该会议的创建者或参与者。会议创建者允许对会议 进行设置和管理，邀请用户参加会议或把用户从会议中删除。会议成员( 创建者 或参与者) 可进行音视频、文字沟通和交流。而协同设计系统的用户管理功能则 要根据协同设计过程的特点，进行相应的功能扩展。 3 1 1 角色理论定义 为了对用户权限进行方便而有效的管理，提高文档访问控制的安全性，本文 采用基于角刨3 5 1 划分的安全控制方法。其基本思想是把访问权限分配给不同的 角色，让各个用户担任一定的角色。与用户相比，角色是稳定而有限的；对角色 进行管理比对用户直接管理，复杂度低一些，代价要小得多。下面对用户和角色 进行形式化的定义： 定义1 用户u s e r 可定义为一个四元组u s e f u d ，u a d d r , u a t t r , r i d ，其中d 是用 户在协同设计系统中的唯一标识符，u a d d r 是用户所处的实际地理位置，一般可 以用心地址来表示，u a t t r 是用户的属性列表，u r o l e 是用户所参与的角色标识符。 定义2 角色r o l e 可定义为一个四元组i b l e = d ，r a t t r , r i g h t ，d u t y ) ，其中硒d 是角 色在系统中的唯一标识符，r a t a - 是角色的属性列表，r i g h t 和d u t y 分别表示角色 在系统中担当的权利列表和义务列表。角色的权利是指该角色的用户对于某一特 定对象可以进行某些操作，而角色的义务是指该角色的用户对某一特定对象必须 进行某些操作。 角色是与权限集对应的，一般描述为特定的工作岗位，如设计者，组长，管 理员等。当用户进入或退出协同设计会议时，只需要把他加入到特定的角色或把 山东大学硕士学位论文 它从特定的角色中去除。当对用户权限进行修改时，只需要改变其角色。用户是 通过角色与c a d 文档发生互动的。用户对文档的权限有创建、删除、修改和查 看等。 3 1 2 基于角色划分的用户管理 系统给各用户分别赋予不同的角色，实行基于角色划分的用户分级管理。系 统设置了系统管理员，项目管理员，组长，组员等角色。不同角色的用户拥有不同 的职责和操作权限；同时，在系统使用过程中，用户的角色可以发生变更，从而 能动态地修改用户的权限。 1 角色的职责 ( 1 ) 系统管理员：在系统中具有最高的权限。其职责是维护系统的运行，监 控系统的使用状态；对注册项目的信息进行核实和批准；对注册用户的信息进行 审核及批准等。 ( 2 ) 项目管理员：项目是一个具有明确设计目标的组织结构，它的要素是一 个可用资源集合和一个参与人员的集合。项目管理员的责任是对项目中的可用资 源和人员进行管理，使项目处在正常发展的状态下，最终完成设计目标。项目管 理员要对项目的进行情况进行监控，包括对项目的任务分解和工作组的组成进行 审核。 ( 3 ) 组长：组长对一个工作组的组织和管理负责。工作组完成一个具体任务， 大组可以划分为若干个小组，小组完成由大组任务划分出的子任务。组长有权对 组员进行增删，并负责给组员分配任务或审核组员对具体任务的申请，也有权设 置每个组员在组内的操作权限。 ( 4 ) 组员：由于工作组的任务性质不同，如需求分析、设计、装配、展示、 审核等，组员的工作方式和工作内容可能有很大的不同。比如，设计者和装配者 是设计过程中的基本角色，他们来自不同的技术背景，具有不同方面的设计经验 和设计知识，他们在系统中进行具体的设计或装配。评估者对各设计小组提交的 产品设计成果进行评估、检验，接受满足设计需求的设计成果，不被接受的设计 模型则回到提交的设计小组，进行修改或重新开始设计。 2 在线工作模式和离线工作模式 1 4 【i i 东大学硕士学位论文 系统除支持各设计人员同时在线