（通信与信息系统专业论文）协同环境下交互系统的设计与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着信息技术的发展，协同设计作为c a d 技术与c s c w 技术结合的产物，可 以有效地利用异地资源，缩短产品开发周期，降低产品设计成本，相关产品也 越来越受到大中型企业的关注。近年来这方面的研究工作也在不断深入。但是， 在远程协同设计领域，效果还不是很理想。协同设计人员通过网络的交流不如 现实中那么方便，容易引起误解。随着网络多媒体技术的发展，该技术的应用 将对远程协同设计产生巨大影响。此外，协同设计过程对信息交流的可靠性要 求也越来越高，没有安全保护的协同设计过程具有很大的潜在威胁。因此在协 同环境下实现一个友善安全的交互系统是现在需要解决的问题。为了更好地支 持协同设计活动，本文对协同设计环境下的交互系统的设计和开发进行了研究。 本文对近几年交互系统，协同环境下的通信机制等方面的最新研究结果进 行总结和分析，在此基础上，针对协同环境下具体的通信和安全需求，设计了 基于协同环境的交互通信系统。考虑到协同设计系统的实际需求，以及相关技 术难点，实现过程中以d e l p h ie n t e r p r i s e7 0 为开发环境，有效利用第三方 组件，结合s q l 数据库，实现协同系统中各用户之间文本、音视频、桌面共 享等方式的交流。 论文对协同环境下交互系统的设计方法和实现过程进行了介绍，以文本交 流子系统和m s n 互通子系统为例重点分析其设计和实现过程。在文本交流子系 统中，分析了两人会话和多人会议的解决方案，并对文本消息进行签名处理来 保证消息的完整性，从指纹图像中提取签名密钥所需的特征字符串，对文本消 息进行签名和验证以提高系统安全性能；m s n 互通子系统中，分析了与m s n 互通 消息的现有方案，融合已有方案的优点，设计并实现了在本系统客户端直接与 m s n 客户端进行文本即时消息通信的方法并支持最新版本的m s n 协议，最后对其 完成功能进行了测试。 本文创新点包括： 1 将基于指纹图像的数字签名技术运用到协同环境下的消息完整性保护中。 2 采用分散客户端的方式实现与m s n 互通文本消息功能。 关键词：交互系统、文本消息完整性保护、m s n 互通 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，a st h e c o m b i n a t i o no ft h et e c h n o l o g i e so fc a da n dc s c w , c a nf u l l yu t i l i z et h er e m o t e r e s o u r c e s ，s h o r t e np r o d u c t s m a d e t i m ee f f e c t i v e l y , a n dr e d u c ep r o d u c t s d e s i g n i n g c o s t ，s os o m em i d d l ea n dl a r g ec o m p a n i e sp a yt h e i ra t t e n t i o n t ot h er e l a t e dp r o d u c t s r e s e a r c h e si nt h i sf i e l dh a v eb e i n gd o n ef o ry e a r s ，b u ti nt h ef i e l do ft h er e m o t e c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，t h ee f f e c ti sn o tv e r yg o o d o n ep h e n o m e n o n i st h a tt h e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc o l l a b o r a t i v ed e s i g n e r s i nn e t w o r ki sn o td i r e c ta n d c o n v e n i e n ta st h a ti nr e a ll i f e ；i t sv e r ye a s yt or a i s es o m em i s u n d e r s t a n d i n g si nt h a t c o n d i t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i at e c h n o l o g y , t h ea p p l i c a t i o no ft h i s t e c h n o l o g yh a sg r e a te f f e c to nc o l l a b o r a t i v ed e s i g n i na d d i t i o n ，c o l l a b o r a t i v ed e s i g n r e q u i r e sag o o dq u a l i t yo nt h es e c u r i t yo fc o m m u n i c a t i o n m o r ea n dm o r e i tw i l lh a v e ap o t e n t i a ld a n g e rt ot h ec o m p a n i e sw h od e s i g nt h e i rp r o d u c t sb yu s i n gt h e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mi nc o l l a b o r a t i v ed e s i g ni ft h e r ei sn o tag u a r a n t e e o ns e c u r i t y i t su r g e n tt od e s i g naf r i e n d l ya n ds a f ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mw h i c ha l l o w st h eu s e r s i nc o l l a b o r a t i v es y s t e mt oc o m m u n i c a t e i no r d e rt os u p p o a i n gt h ec o l l a b o r a t i v e d e s i g na c t i v i t i e sm u c hb e t t e r , t h i sp a p e rd o e ss o m er e s e a r c h e so nh o w t od e s i g na n d r e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mi nc o l l a b o r a t i v ed e s i g n t h ep a p e rd o e ss o m er e s e a r c h e so nc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dm e c h a n i s mo f c o m m u n i c a t i o ni nc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，a n dd e s i g n sac o m m u n i c a t i o ns y s t e m i n c o l l a b o r a t i v e d e s i g n e n v i r o n m e n t a c c o r d i n g t ot h e s p e c i f i cr e q u i r e m e n t s o n c o m m u n i c a t i o na n ds e c u r i t yf o rt h en e e d so ft h i sk i n do fs y s t e m s ，a tt h es a m et i m e ， c o n s i d e r i n gt h ep r o b l e m si nt e c h n o l o g y , ic h o o s ed e l p h ie n t e r p r i s e7 0a sd e v e l o p e n v i r o n m e n t ，c o m b i n i n gt h et h i r dp a r t yt o o l s ，t a k i n gm y s q la sd a t a b a s em a n a g e m e n t t od e v e l o pas y s t e mw h i c ha l l o w su s e r st oc o m m u n i c a t ew i t ht e x t ，m u l t i m e d i aa n d d e s k t o ps h a r i n ga n d s oo n t h ep a p e re x p l a i n st h em e t h o do fh o wt oa n a l y z ea n dr e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m ，a n dt a k e st h et e x tc o m m u n i c a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nw i t hm s na s t h e l i 武汉理工火学硕士学位论文 e x a m p l e s i nt h ea n a l y s i so ft e x tc o m m u n i c a t i o n ，i te x p l a i n st h em e t h o do fh o w t o d e s i g nc o n v e r s a t i o n sb e t w e e nt w op e o p l ea n dm e e t i n g sa m o n gm u l t ip e r s o n s i t m a k e ss u r ct h em e s s a g e s i n t e g r i t yb ya d dad i g i t a ls i g n a t u r eb e h i n dt h em e s s a g e sa n d t h en e e d e ds t r i n g sf o r t h ed i g i t a ls i g n a t u r e sa r ed i s t i l l e df r o mt h ei m a g e so f f i n g e r p r i n t s i n t h ea n a l y s i so fc o m m u n i c a t i o nw i t hm s n ，s e v e r a ls o l u t i o n sa r e c o m p a r e da n dc h a n g e dt og e tam o r ed o a b l em e t h o dw h i c hc a ns u p p o r tt h el a t e s t v e r s i o no ft h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo fm s n ，a n de x p l a i n st h et e s t i n gr e s u l t so f f u n c t i o n sa n dp e r f o r m a n c e i n n o v a t i o n si nt h ep a p e r ： 1 a p p l yt h ed i g i t a ls i g n a t u r ew h i c hb a s e do nt h ep r o c e s so ff i n g e r p r i n t st ot h e p r o t e c t i o no ft h ei n t e g r i t yo ft h ec o m m u n i c a t i o nm e s s a g e s 2 r e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o nw i t hm s nm e s s e n g e rb yt h ed e t a c h e dc l i e n t s t r u c t u r e k e yw o r d s ：c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 、i n t e g r i t yp r o t e c t i o n o nt e x t m e s s a g e 、 c o m m u n i c a t i o nw i t hm s n m e s s e n g e r i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的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。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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 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。 签名：兰亟照日 期：兰堡：! ? ! 竺 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：兰墼导师签名：纽日 期：型! 竺 武汉理t 大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 随着经济全球化、市场国际化、贸易和投资自由化以及现代科学技术的发 展，2 1 世纪制造企业的产品制造变成了一个非常复杂且信息量庞大的过程，包 括产品的设计、生产制造、资源供应等主要过程和活动，这些过程又可进一步 分解为许多子过程和功能域，子过程还可逐级逐层细分为粒度更小的子过程， 直至不能分解或满足需要为止。而且，全球化的制造企业就像一个跨国、跨地 区的超级“生物体 ，企业内部各组成部分之间、企业与外部实体之间时刻发生 物质、能量、信息和知识的交互。这样，制造系统中的组织、资源、信息、过 程、控制和功能结构具备非线性、时变性、突发性和不平衡性、分散分布性等 许多复杂特性且包含巨大的信息量。在这种情况下，传统的运行模式很难有效 地缩短企业新产品开发的时间、提高产品质量和降低成本。为了解决这种困境 和挑战，制造企业纷纷把焦点积聚到能够有效利用异地资源，提高协作效率的 协同设计技术上来。 1 1 1 协同设计技术的发展 制造企业要在市场竞争中占据主动地位，就必须创造出更好的产品。信息 技术的发展极大地加快了制造业的进步，只有拥有更好的信息工具、更先进， 的信息技术才有可能跟上市场的飞速发展。鉴于产品的模块化设计，产品信息、 设计部门、生产部门分散等因素，传统单机设计工具产生的设计信息也是分散 甚至不兼容的，严重影响了企业产品开发设计的质量和周期。因此，人们对传 统的单用户设计提出了新的要求，希望通过应用现有的计算机和网络技术，实 现单机单用户设计向分布式网络协同设计的转变。计算机支持的协同工作概念 口3 的提出为协同设计的发展奠定了基础，它将计算机技术、多媒体技术、网络通 信技术以及各种社会科学紧密联系在一起，向人们提供了一种全新的交流与工 作模式，具有广泛的应用f ； 景。“计算机支持的协同设计。” 是在设计领域的具 体应用，在产品复杂度增大和细化分工以提高效率的要求下，现代产品的设计 武汉理工大学硕士学位论文 往往根据产品的结构或学科领域划分多个设计小组，各自完成一部分设计工作。 将协同工作的理论和技术应用到设计领域，为地理上分散的各个设计小组提供 高效的协同设计机制，能够大幅度提高设计工作的质量和效率。随着产品开发 全球化趋势的不断发展，跨地区在异地进行协同设计的产品也同益增加，到目 前为止，己有大量的协同设计系统应用于各设计领域，并取得了良好的设计效 果侧。 计算机支持的协同设计( c s c d ) ，是指为了完成某一设计目标，由两个或两 个以上设计成员，通过一定的信息交换和相互协同机制，分别担负不同的设计 任务共同完成这一设计目标，是的重要应用领域之一。c s c d 是二十世纪九十年 代才发展起来的新兴产品设计方式，随着网络的普及和产品开发的全球化发展 趋势，人们意识到充分利用远程异地资源，可以大大加快产品开发效率，有效 降低设计成本，而c s c d 的出现可以满足产品设计在这方面的需求。与传统设计 方法相比，c s c d 的特点是在网络的支持下实现了异地设计者之间的“你见即我 见 【7 】 协同设计应综合考虑包括供应商和消费者在内的产品全生命周期中设计、 制造、装配、测试及维护等不同环节的影响和相互制约，而对这些不同环节支 持的软硬件环境可能运行在不同的计算机平台上。也可能分布在不同的地理位 置。所以，以时间和空问界定，协同设计系统有以下类型： 根据各站点在协同设计中的分布情况，可分为集中式，分布式和混合式。 集中式如韩国l e e 等人开发的n e t f e a t u r e 系统哺1 ，荷兰d e l f t 大学b a d a r r a 等 人研制的w e b p i f f 系统旧1 ；分布式如澳大利亚k a o 等人开发的协同曲面造型系统 c o c a d c a m d 训、英国n a m 等人研发的协同工业设计环境c o l l i d e 、德国s t o r k 等人 研发的c o o p e r a t i r ea r c a d e 、德国l u k a s 等人开发的t o b a c o n 嵋等。 1 1 2 协同环境下交互系统的重要作用 一个好的协同设计系统，最基本的需求就是要能够使地理位置分散、使用 异构设计平台的参与者可以很容易地实现数据交流和交互设计。异地间的协同 设计是一个复杂的处理过程，小组成员在设计过程中经常需要就某一设计问题 进行讨论和协调，以尽快发现并解决问题，避免冲突的发生。为了能清楚方便 地表达设计者的设计思想，并向各个设计成员提供各种方式的通信通道，方便 协同工作者之间的信息交流，协同设计系统对以文本、音视频、桌面共享等各 2 武汉理工大学硕士学位论文 种方式为主要内容的交互技术需求越来越迫切。 协同环境下的交互系统将从文本、音视频、桌面共享等途径为协同设计成 员提供各种通信通道，方便多人协同设计过程中设计成员对复杂问题的探讨， 简化设计过程，为协同设计过程提高有效的支持和辅助作用。在计算机技术和 网络技术发展迅速的情况下，制造企业之间采用协同工作的方式进行产品设计 已经成为一种趋势。随着多媒体和各种通信技术的发展，协同环境下的交互通 信系统将成为协同设计系统的一个重要部分，为异地间的协同工作提高更加稳 定、安全和全面的支持。 1 。2 协同设计技术的研究现状 很多国内外学者和软硬件开发商正在研究并已经研究出了一些c s c d 系统和 支持产品。 国外对c s c d 的研究取得不少成果，如波音公司研制的波音7 7 7 客机就是以 网络技术协调世界各地的分支机构和日本三菱重工等进行协同设计与制造的 n 引，u l t e ac o r n 依靠网络技术组织设计、生产，动态响应不同产品开发、制造 及销售的需要，协同设计与现代制造技术相结合保证接到订单后2 4 小时内供货 u7 1 ；s t a n f o r d 与l o c k h e e d 、e i t 、h p 合作研究的p a c t 项目着重研究大规模、分 布式并行工程系统，此项目较为系统地研究了分布式协同设计的问题n 引；i o w a 大学建立了一个工i n t e r n e t 实验室，其主要研究项目是如何利用w w w 技术建立 基于客户服务器形式的协同设计模型口引；德国f r a u n h o f e r 计算机图形研究所 的s t o r k 和j a s n o c h 提出了分布式产品开发环境c o c o n u t 和协同应用s h a r e d3 d v i e w e r 啪1 ；英国b r u n e t 大学交互设计研究中心开发了三维原型系统c 0 1 i i d e 口； c o c r e a t e 公司推出了协同设计软件o n e s p a c e ，可以实现协同查看和协同造型瞳引； 澳大利亚悉尼大学的m i k er o s e n m a n 和f u j u nw a n g 提出c a d o m 模型，研究了 协同设计中的重要技术一信息集成，实现了功能、管理和结构数据的集成心3 1 ； 新加坡国立大学的q i a n g l 等开发了一个w p d s s 系统心引，它支持基于c a d 的网络 协同设计，服务器提供c a d 几何信息，客户端共享这些信息，为了利用商用c a d 软件进行实时协同设计，设计了一个j a v a c o d e d 界面，并提出新的方法以减少 信息传输时间，对操作过程实时监控，保持协同修改过程中数据的一致性。 近几年，国内对协同设计也进行了一些研究，如清华大学开发了基于c o r b a 3 武汉理工大学硕士学位论文 的面向对象技术的协同设计系统口叼，实现了异构平台产品设计的整体优化、冲 突协调和协同决策；南京理工大学提出了e c w s 实现网络化协同设计制造啪1 ，并 提出了以m i c r o s o f tn e t m e e t i n g 为协同支持工具为分散在异地的用户提供一个 “你见即我见”的实时协同工作环境；四川大学建立了一种基于多a g e n t 技术 的协同设计模型1 ，通过a g e n t 之间信息交换，以达到协同工作的目的：华南理 工大学提出了基于v r m l 和j a v a 的虚拟现实协同系统，可以在网上建立虚拟 环境，增强协同设计的交互性和客户端的平台无关性。 1 2 1 协同环境下交互系统的研究现状 国内外对c s c d 众多的研究成果表明协同设计已经成为中大型企业的发展趋 势，从各种协同设计的产品来看，协同设计技术的发展也相当纯熟，与协同设 计相关的辅助功能也陆续发展起来。协同设计相关的辅助技术中最重要的是支 持协同设计的各种交互通信技术。 迄今为止，与该技术相关的各种产品和研究成果已经陆续出现。其中电子 会议系统是最初发展起来的协同交互系统。这类系统在多个群体成员间建立有 组织的通信，为与会者提供“面对面的工作环境。当地域上分散的人们一起 参加会议时，不但可以听到对方的声音，而且可以看到别人的表情、手势等形 体动作。电子会议系统需要处理音视频、协作数据等大量信息，利用计算机强 大的信息处理能力，可有效的进行协同工作，是一种高效、方便、经济的交流 工具。市场上有关的产品很多，如微软的n e t m e e t i n g ，i n t e l 的p r o s h a r e ，美 国c o r n e l 大学的c u - s e e m e 啪1 等。 在制造企业的协同设计领域也出现了相关产品，为分散于不同地点的设计 人员提供一个协同工作环境，以支持成员利用此环境来协同地进行产品设计， 提高协同效率。例如美国p u r d u e 大学开发的多媒体协同设计环境s h a s t r a 伽1 ， 分散在各地的设计人员在设计初始阶段，通过它提供的协同讨论工具可方便地 交流想法，迅速提出设计方案；在设计过程中，设计人员可并行地工作，并能 随时了解整个设计过程的进展情况。 在网络技术与通信技术飞速发展的今天，协同环境下的交互系统具有安全、 便捷、多功能的特点，被普遍认为是协同设计环境中重要的部分，直接影响着 协同设计过程的进度和有效性。 4 武汉理r t 大学硕+ 学位论文 1 2 2国内外协同环境下交互系统的不足 从协同设计技术与协同环境下交互系统的研究现状可以看到，国内外对协 同设计技术以及各种交互系统进行了一系列的研究，但是这些研究的重点大部 分是放在多人多通道通信技术之上，对通信的安全性和有效性没有做深一步的 研究。 协同环境下的交互系统除了要提供一般交互系统的多人通信功能之外，还 要针对协同环境这个特殊背景提供相应的安全保证。产品设计是一个工作流过 程，各个设计步骤按一定的顺序进行，因此，设计过程的任何一处出现错误都 会对设计产品的后期设计和开发过程带来重大的影响。为了确保设计过程的可 靠性，避免协同设计成员在设计讨论过程中被恶意的消息所误导和影响，交互 系统必须要确保消息通信中消息的可靠性、不可伪造性、不可抵赖性和完整性。 此外，在现有的协同环境下交互通信系统中，很少有产品提供了与其它即 时通信工具的互通功能。协同设计中的成员有与其它非设计成员进行即时通信 的需求。例如，设计者在设计的过程中与客户进行的沟通，可以明确设计需求。 这种情况下，要求客户安装协同设计环境是比较不可行的，因此，在协同设计 交互系统中提供与其它即时通信软件的互通功能，是众多协同工作者迫切希望 能够解决的问题。 1 3 论文安排和主要工作 本文的主要工作在于对国内外现有的协同设计环境下交互系统进行了分析 和研究，对现有成果进行总结与改善，加入新的技术，以“协同环境下交互系 统的设计与实现”为课题，针对协同环境下各种通信方式展开研究，重点对通 信过程中文本消息的安全性和系统对外即时消息互通功能进行了分析和实践， 并对其功能和性能进行了测试。 全文共分为六章： 第一章：介绍了协同环境下交互系统的研究背景和意义，介绍了国内外相 关技术的研究现状和取得的相应成果，总结了课题研究中所做的主要工作，对 整个课题研究进行总体的介绍。 第二章：对协同环境下交互系统的功能进行了总体的介绍和分析，将系统 5 武汉理工大学硕士学位论文 划分为七个子系统，设计分析了系统总体架构和数据库结构，为后面各个子系 统的具体实现奠定基础。 第三章：具体介绍协同环境下交互系统中文本消息通信子系统的设计与实 现，主要包括文本通信技术研究，文本消息完整性保护研究。 第四章：具体介绍本系统与m s n 客户端即时文本消息互通子系统的设计与 实现。分析了m s n 的通信协议，针对m s n 通信的特点和实现技术，设计了与m s n 客户端互通文本消息的子系统。 第五章：介绍协同环境下交互系统的其它子系统的设计与实现方法，主要 包括会议管理子系统、音频通信子系统、视频通信子系统和应用程序共享子系 统的设计。 第六章：对本文的工作进行总结，提出了可能的改进和对未来工作的展望。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章协同环境下交互系统总体设计 2 1协同环境下交互系统的功能需求 协同环境下的交互系统，是为对异地协作有需求的企业和公司量身定做的 网络通信系统，目的在于为协同设计成员提供各种网络交流手段、确保交流信 息的可靠性、对历史信息进行管理与维护。系统功能需求主要分为三个部分： 即时通信功能、会议管理功能和用户管理功能。即时通信功能主要包括文本通 信、音频通信、视频通信、桌面共享与m s n 互通几个方面；会议管理主要包括 会议发起、会议结束、会议成员管理、会议组织管理与会员资源调配；用户管 理包括用户添加、用户删除、用户信息修改与用户行为管理等。下面列出了系 统要实现的具体功能： ( 一) 即时通信功能： ( 1 ) 文本通信：实现双人文本会话和多人文本会议功能。用户可以点对点进行 两人会话，也可以发起或主持一次多人会议。在两个用户或者多个用户之间发 送文本消息，实现协同设计过程中文本信息的交流。 ( 2 ) 音频通信：实现语音即时消息的交流功能，使得两个用户或者多个用户之 间能通过麦克风、耳机或扬声器直接进行语音交流。 ( 3 ) 视频通信：视频即时消息的交流功能，使得两个用户或者多个用户之间能 通过u s b 摄像头直接进行视频交流。 ( 4 ) 桌面共享：用户可以提供自己的w i n d o w s 桌面进行共享，通过网络供其它 授权用户浏览或者操作，也可以共享使用其它用户的桌面。 ( 5 ) m s n 互通：用户不用登录m s nm e s s e n g e r 客户端，直接在本系统的软件客 户端上与m s n 上的好友进行即时文本消息的交流。 ( 二) 会议管理功能： ( 1 ) 会议发起：用户成功从软件客户端登录后，可以申请发起一次会议，会议 发起时，要求会议发起者指定希望邀请入会的成员名单。 ( 2 ) 会议结束：处于会议中的用户，可以通过会议控制菜单中的“结束会议” 功能来结束本次会议。 7 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 会议成员管理：会议成员的确定有两种方式，一种是在会议发起之前，会 议主持者指定会议成员名单，另一种是在会议发起之后，会议主持者动态的添 加或删除会议成员。这里说的会议成员管理主要包括：非会议成员申请入会、 会议成员申请退出会议和会议主持者强制会议中成员退出。 ( 4 ) 会议组织管理：主要包括在线会议查询、会议成员发言管理、会议记录保 存等。 ( 5 ) 会议资源调配：当某个登录用户申请发起一个会议，该申请传送到应用服 务器端，应用服务器会检查当前会议资源的使用情况，确定是否有空闲的资源 可以分配给新的会议，如果有，就返回会议发起申请成功的信息并分配会议资 源，否则，就向会议发起端传送会议申请失败的信息。 ( 三) 用户管理： ( 1 ) 用户添加：向系统注册新的用户。本系统的用户可以分成四个等级，从一 级到四级，添加的用户可以是这四个等级中的任何一种。 ( 2 ) 用户删除：删除系统现有用户。某个等级用户的删除必须由更高一级的用 户来完成。一级用户只能由管理员来删除。 ( 3 ) 用户信息修改：成功登录的用户能够对自己的信息进行修改。 ( 4 ) 用户行为管理：系统将记录用户登录到系统后的各种行为，例如，用户登 录时间，用户是否参加会议，如果是，会议i d 是多少，主持者是谁，会议成员 有哪些等等。 2 2协同环境下交互系统结构设计 2 2 1 交互系统总体框架设计 上一节中提到系统实现的功能主要分为即时通信、会议管理、用户管理三 大部分，其中用户管理功能涉及到用户信息的存储，这就要求使用数据库对用 户信息进行保存。从应用环境考虑，系统采用三层c s 结构，将数据库服务器 与应用服务器分开，采用瘦客户端的方式进行设计，保证系统能高效地运行。 基于三层结构的系统主框图如图2 l ： 在这个结构体系中，应用程序服务器承担了客户端程序的各种商业规则和 数据处理业务，客户端程序只要具备简单的数据命令发送功能和“浏览”功能 8 武汉理t 大学硕士学位论文 即可。客户端通过网络向应用服务器申请数据，应用服务器接收到请求后检索 远程数据库并返回数据到客户端，客户端接收到数据后显示给用户。用户更新 数据时，客户端将编辑后的数据打包提交给应用服务器，应用服务器向远程数 据库发送更新数据的请求，数据库服务器接收到请求后对数据进行处理并返回 处理结果到客户端。数据库服务器可以与应用服务器位于同一台物理机上，也 可以分布于不同的机器上，将数据库服务器与应用服务器分开可以降低单台服 务器的压力，提高服务器处理速度与系统性能。在整个系统中，客户端不与数 据库直接通信，通信计算由应用服务器来完成，降低了客户端的负担。 图2 一l 系统主框图 2 2 2 交互系统子系统划分 协同环境下的交互系统要求能够实现各种方式的即时消息通信功能、用户 管理功能和会议控制功能，并且要求在一定程度上保证通信消息的可靠性。为 了有效地设计和完成系统中各个功能需求，在系统的实现过程中，首先将交互 系统划分为规模更小，功能更集中的子系统，然后对子系统的设计进行进一步 研究。 针对本章前面部分介绍的系统功能需求，本文将协同环境下交互系统划分 为七个子系统，它们分别是文本交流子系统、m s n 互通子系统、音频交流子系统、 视频交流子系统、桌面共享子系统、会议管理子系统和用户管理子系统。每个 子系统实现特定的功能，并对外提供功能接口，供交互系统整合时使用。子系 统结构图，如图2 2 。每个子系统的具体实现功能如下： ( 1 ) 文本交流子系统。 9 武汉理t 大学硕士学位论文 实现即时文本消息的交流。它包括两人文本会话交流和多人文本会议交流。 不同的交流方式选用不同的实现方法。两种交流方式交互的文本消息都要经过 消息完整性控制和验证，以确保文本即时通信消息的可靠性。 ( 2 ) m s n 互通子系统。 实现协同环境下交互系统的客户端软件与m s n 客户端之间的文本消息交流， 并对用户m s n 帐号进行基本的管理控制功能。 ( 3 ) 音频交流子系统。 实现会议中多人语音交流功能，包括语音交流的发起，结束，语音信息的 保存等功能。 ( 4 ) 视频会议子系统。 实现多用户的视频交流功能，包括多人视频会议的发起、结束、视频压缩 和传输等功能。 ( 5 ) 桌面共享子系统。 实现多用户问的远程桌面共享与控制功能，包括远程桌面共享的发起与结 束、对远程桌面控制权限的管理与控制等。 ( 6 ) 会议控制子系统。 实现多人会议中的各种控制功能，如会议发起与结束、在线会议查询、会 议中成员申请退出、会议外成员申请加入，会议主持者对会议中成员进行管理 等。 ( 7 ) 用户管理子系统。 实现关于用户的各种控制管理功能，包括用户的添加、删除、用户信息的 修改与用户行为审计等各种功能。 2 2 3 交互系统中子系统处理流程 在上一节中，为了简化系统的实现过程，采用化整为零的方法对系统进行 拆分，将协同环境下交互系统划分为七个子系统。每个子系统实现特定的功能 需求。本节将对划分出来的七个子系统进行分析，设计出系统处理流程，如图 2 - 3 。 在三层c s 结构中，客户端是面向用户的接口，用户可以通过运行客户端 软件来使用交互系统提供的各种通信功能。用户选择不同的通信方式，系统会 有不同的响应机制。系统对用户各种操作的处理流程直接影响着系统的设计和 实现方法。 1 0 武汉理工大学硕十学位论文 图2 2 子系统划分 武汉理t 大学硕士学位论文 图2 3 系统处理流程 1 2 武汉理工人学硕士学位论文 2 2 4 交互系统中子系统运行组合 在对协同环境下交互系统进行子系统划分过程中，整个系统划分为七个子 系统。这些子系统中，只有少数几个是相对独立的，大部分都是相互关联起来 实现特定的功能。一般情况下，一个具体功能的实现要同时使用到多个子系统 中定义的功能。图2 - 4 以图形的形式来描述协同环境下交互系统中，实现某些 具体功能所要用到的子系统运行组合。 在图2 - 4 中，圆角方框是代表的是交互系统提供给用户的外界功能，不同 线条的直角方框代表着不同的功能的子系统。图中圆角方框与直角方框相交， 代表实现该圆角方框标注功能要使用到该直角方框标注的子系统，当一个圆角 方框与多个直角方框都有相交区域时，说明实现这个圆角方框内的功能要交叉 运行多个功能子系统。不同的具体功能将对应着不同的子系统运行组合。例如， 当用户要进行多人文本通信时，首先要发起一个会议时，通过会议控制子系统 向应用服务器提出创建一个新会议的申请，应用服务器接收到申请后检查会议 空闲资源，然后将通过检查结果得到的响应参数传送的会议发起的客户端，然 后用户才能使用文本交流子系统中的多人文本会议功能。 图2 4 子系统运行组合 1 3 武汉理工人学硕士学位论文 2 3交互系统数据库设计 2 3 1 数据库概念结构设计 一个完整的系统除了要实现需求的功能之外还应有完善的权限管理和控制 机制。实现用户管理功能和权限管理功能就要求有一个相配套的数据库来存储 信息。本系统要存储到服务端的信息主要包括：用户基本信息，登录用户信息， 会议信息，待分配i d ，用户行为日志等。根据本系统的具体情况，将存储的信 息分成五个实体，其具体属性如下： ( 1 ) 用户实体：具有的属性包括用户i d 、用户名、密码、性别、电邮、所在部 门、所在城市、密码提示问题、密码提示答案和用户等级。 ( 2 ) 登录用户实体：包括两个属性，用户i d 和用户登录i p 。 ( 3 ) 会议实体：包括三个属性，用户i d ，是否被邀入会，是否确认入会 ( 4 ) 待分配i d 实体：包括两个属性，用户i d 号、i d 等级。 ( 5 ) 用户行为日志实体：具有的属性包括日志编号、发生时间、行为者i d 、行 为描述。 系统中的这五个实体是相互联系相互关联的，它们之间的联系有一对一的 关系，也有一对多的关系，下面列出了各实体间联系的局部e r 图( 图2 5 ) 和 全局e r 图( 图2 - 6 ) 来说明它们之间的对应关系。 一个游客可以通过“注册”的方式来获得系统分配的i d ，用户获得i d 后， 这个i d 就是区别用户的唯一标志。用户使用自己的i d 和密码登录，并使用系 统的功能，在用户登录到系统的那一刻起，系统就开始记录该用户的关键操作 并记录到用户行为日志表中直到用户退出登录。 2 3 2 数据库逻辑结构设计 所谓逻辑结构设计就是在了解各实体之间关系的基础上，将实体、实体的 属性和实体之间的联系转换为关系模式，规范数据结构，消除数据冗余。实体 所对应的关系模式分别如下： ( 1 ) 用户( 用户号( a 1 ) ，姓名( a 2 ) ，性别( a 3 ) ，密码( a 4 ) ，) 电邮( a 5 ) ， 所在部门( a 6 ) ，所在城市( a 7 ) ，密码提示问题( a 8 ) ，密码提示答案( a 9 ) ， 等级( a 1 0 ) ) 。 1 4 武汉理_ t 大学硕士学位论文 ( 2 ) 待分配i d ( i d 号( b 1 ) ，等级( b 2 ) ) 。 ( 3 ) 日志( 日志号( c 1 ) ，时间( c 2 ) ，用户号( c 3 ) ，动作( c 4 ) ) 。 ( 4 ) 登录用户( 用户号( d 1 ) ，用户i p ( d 2 ) ) 。 ( 5 ) 会议( 用户号( e 1 ) ，是否被邀入会( e 2 ) ，是否确定邀请( e 3 ) ) 。 通过各级范式的要求将每个关系模式内部各属性之间的数据依赖关系调整 如下： ( 1 ) 用户关系模式r ( u 、f ) ，f ：a 1 一( a 2a 3a 4a 5a 6a 7a 8a 9a i o ) ，符 合b c n f 。 ( 2 ) 待分配i d 关系模式r ( u 、f ) ，f ：b i - * b 2 ，符合3 n f 。 ( 3 ) 日志关系模式r ( u 、f ) ，f ：c 1 一( c 2c 3c 4 ) ，符合3 n f 。 ( 4 ) 登录用户关系模式r ( u 、f ) ，f ：d 1 一d 2 ，符合3 n f 。 ( 5 ) 会议关系模式r ( u 、f ) ，f ：e 1 一( e 2e 3 ) ，符合3 n f 。 用户 厶 、1 。 登录用户 2 3 3 数据表设计 新用户 h 待分配l d 图2 - 5 局部e r 图 登录用户 i i 1 泰 ： l l n f 日志 将关系模式规范化之后，要做的下一个工作就是将各关系模式转化为实实 在在的数据表，将它们的属性转化为表中的字段，并规定表的属性和各字段的 属性。其具体如下： ( 一) 表u s e r s ：记录用户基本信息，用于存储已注册用户的基本信息，包括用 户号、用户密码、用户性别等十个元素： ( 1 ) u s e r s i d ：存储已注册用户的i d 号，用长度为6 的字符串表示，字符串 中单个字符为“o 9 ”的数字，其格式为“# # # # # # ”，例如：“1 0 0 0 0 1 ”； 1 5 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) u s e r s _ u s e r ：存储已注册用户的名称，用长度为1 0 的字符串表示，字符 串中单个字符由字母或数字组成，其格式为“# # # # # # # # # # ，例如： “j a c k 0 8 1l ”； 图2 - 6 全局e r 图 ( 3 ) u s e r s _ p a s s w o r d ：存储已注册用户的密码，用长度为8 的字符串表示，字 符串单个字符由字符或数字组成，其格式为“# # # # # # # # ，例如： “0 2 7 w h q h 6 ”： ( 4 ) u s e r s s e x ：存储已注册用户的性别，用长度为1 的字符串组成，其格式 为“# ，例如：“男”； ( 5 ) u s e r s e m a i l ：存储已注册用户的电子邮件地址，用长度为2 5 的字符串表 示，其格式为“u s e r n a m e m a i l e o m c n ，例如：“j a c k l 2 4 w h u t e d u c r l ”； 1 6 武汉理工大学硕十学位论文 ( 6 ) u s e r s _ p a r t ：存储己注册用户的所在部门名称，用长度为3 0 的字符串表 示，其格式为“# # # # # # # # # ，例如：“机械制造五局武汉分公司 开发部一； ( 7 ) u s e r s c i t y ：存储已注册用户的所在城市，用长度为4 的字符串表示，其 格式为“# # # # ，例如：“呼和浩特； ( 8 ) u s e r s q u e s t i o n ：存储已注册用户注册时填写的密码提示问题，用长度为 3 0 的字符串表示，其格式为“# # # # # # # # # ”，例如：“你毕业于哪 所大学? ； ( 9 ) u s e r s _ a n s w e r ：存储已注册用户注册时填写的密码提示问题的答案，用长 度为2 0 的字符串表示，其格式为“# # # # # # ”，例如：