（计算机应用技术专业论文）异构环境下实时协同中适应性感知的研究与实现.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 异构环境下资源的不均衡性使得移动嵌入式计算平台在与桌面系统进行通 信时，面临计算速度慢、存储空间有限、屏幕和网络带宽受限等问题，这些问题 给协同工作带来了新的挑战。异构环境下的适应性感知正是本文研究的重点。 本文利用映射机制来解决异构平台之间的差异性，把协同共享工作空间中的 操作对象经过映射，简化图属性或图拓扑结构，使其适应资源受限平台。其中映 射可以分为拓扑映射、属性映射和自定义策略三种。拓扑映射是指通过改变图的 拓扑结构来简化原始图，也就是简化服务端的编辑图案，节省客户端的资源，其 中又包括子图映射、路径合并和顶点压缩三种方法；属性映射，它是对拓扑映射 的一种补充，通过改变图上某些属性值达到转换或简化的目的，比如坐标变换来 满足窗口大小不一的情况；自定义的映射方式，用来确定映射规则或者满足用户 个人偏好，自定义的策略增加了映射机制的灵活性。由于映射改变了最初的结构 或属性图，使得服务端和客户端之间的编辑图形不一致，则会导致不同平台之间 的操作结果的不一致。为了解决这个问题，本文提出了相关的一致性维护方法。 本文提出了利用多种表现形式来解决异构平台之间差异性的方法，包括数据 转换、表现形式选择和显示。数据转换的目的是为了生成同一个对象的多种表现 形式，如采用不同的图像压缩格式，不同的视频压缩格式，简化图形表现形式等 等，由于各种平台之间资源状况不同，因而需要选择适合相应平台的最佳表现形 式。本文提出了一个资源模型，由带宽、内存、计算速度和屏幕大小四个要素构 成。在各终端视图的表现形式能依据其对资源的需求，做出合理的选择。而协同 工作侧重的是协同合作，所以在考虑本地最佳选择的同时又要考虑组利益，组利 益是指尽量缩小各个协同站点之间的差异性，防止协同工作出现混乱的局面，本 文提出了相关的本地优化方法和组优化方法。 设计并实现了异构协同编辑系统，系统支持手机和桌面系统之间的实时协同 编辑，根据映射机制和多形式表征，实现了异构环境下协同共享工作空间的自适 应感知。文中对系统进行了简要介绍，并展示了相应的效果图。 关键词：计算支持的协同工作，异构环境，映射，多形式表征 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t u n b a l 锄c e dd i s t r i b m i o no fr e s o u r c e si st h cm a i np r o b l e mo ft h eh e t e r o g e n o u s e n v i r o n m e n t ，w h e nt 1 1 em o b i l ec o i i l p u t i n go re m b e d d e ds y s t e mc o m m u n i c a i e s 埘t l l t h ed e s k t 叩s y s t e m ，w e 讯l lb ec o n 如m e dw i mt h ep r o b l e mo fl o wc o m p u t i n ga b i l 咄 l i m i t e ds t o r a g e ，l i m i t e ds c r e e ns i z e 锄dl o wb a n d w i d t hn e t w o r i 【，s u c hu n b a l a r l c e d d i “b u t i o no fr e s o u r c e sb 血g sn e wc h a l l e n g e st om ec s c w a d a p t i v ea w a r c n e s si n r e a l - t i m ec s c wi nt h eh e t e r o g c n e o u se n v i m 砌e n ti sm em a i ns t u d yp o i l l ti 1 1t l l i s d i s s e r t a t i o n a na l g o r i t h mb a s e do nt h e m a p p i n g s t oe l i m i n a t et h ed i 彘r e n c eo ft h e h e t e r o g e n e o l l se 1 1 v i r o i l m e mi si n 仃o d u c e d b ym a p p i n g ，也eo p e r a 时d no b j e c ti nt h e c o o p e r a t i v e 、o r ks p a c ew i l lb es i m p l e rt 1 1 a 1 1i t so r i 酉n a lf o m ，a n dt h ep m p e n i e s 柚d t o p o l o g yc a l lb ea d a p t e dt ot h er e s o u r c el i m i t e dc o m p u t e lt 鹏et y p e so fm a p p i n g s a r ep r c s e n t e d ，f i r s ti st h et o p o l o g ym 印p i n g s ，w l l i c hc h a n g e sm et o p 0 1 0 9 yo ft h e o r i 西n a lp a t t e mt om a k ei ts i m p l e ，na l s oc o n t a i l l ss u b g r a p hm a p p i n g ，p a t hm e 唱i n g a n dv e n e xc o n t r a c t i o n ；s e c o n di st l l ep r o p e n ym a p p i n g s ，w h i c hi sas u p p l e m e n to f t h e t o p o l o g ym 印p i n g ，c h a l l g e st 1 1 ev a l u eo fs o m ep r o p e 啊i nt h ep 甜e m ；1 1 1 el a s ti st h e u s e r _ d e f i n e da n da p p l i c a t i o n - d e p e n d e n tp o l i c i e s ，w h i c hi su s e dt os o l v et l l ep r o b l e m t l l a tb o t ht o p 0 1 0 9 ya 1 1 dp r o p e n ym a p p i n g sc a i l ta c h i e v e ，o rs a t i s 旬t h ei n d i v i d l l a l p r e f b r e n c e b e c a u s em a p p i n g sa l t e rt h eo r i g i i l a l 咖c t l l 】f eo rp r o p e n y ，t h eo p e r a t i o no f v a r i e de n v i r 0 1 1 1 1 1 e n tm a yd e s 仃d yt b ec o n s i s t e n c eo ft h e m ，i no r d e rt os o l v e 也i s p r o b l e m ，am e t l l o dt om a i n t a i nt l l ec o n s i s t e n c yi nt h ec o o p e r a t i v ew o r ks p a c ei n h e t e m g e n e o u se n v i m n m e n ti sp r o p o s e d an o v e la l g o r i m mn 砌e dm u l t i p l e r e p r e s e m a t i o n s i s p r e s e n t e d t op r o v i d e 瑚【u l t i p l e r e s o u r c e r e q u i r e dt y p c s ， i ti n c l u d e sd a 诅 t r a n s l a t i o n ， c h o i c eo f m u l t i r e p r e s e n t a t i o na n dv i e w i n g f o rt h ed i 船r e n tr e s o u r c ec o m p o s i t i o n ，w em u s t c h o o s et l l eb e s tr 印r e s e n t a t i o nf o rt l l es p e c i a le n v i m n m e n t ip r o p o s ear e s o u r c em o d e l ， i tc o n t a i n sf o u rp a r t s ，a c c o r d i n gt ot l l er e s o u r c er e q u i r e m e n to f t h ee a c hr e p r e s e n 协t i o n ， a n ds e n r e rc a l ld e c i d ew h i c ho n ef i tf o rm en 砒b u tc o o p e r a t i v ew o r ke m p h a s i z e s p a n i c u l a r l yo nc 0 1 l a b o r a t i o nw i t he a c ho t l l e r ，s ow em u s ta l s oc o n s i d e rm eb e n e mo f m eg r o u pb e s i d e sl o c a lb e n e f i t ，t l l eb e n e f i to ft l l eg m u pi st om i n i m i z et h ed i 艉r e n c e o fm ee a c hs i t e l o c a lo p t i m i z a t i o na l l dg r o u po p t i m i z a t i o na r ed e s c r i b e di nt 1 1 i s d i s s e n a t i o n m a p p i n ga n dm u l t i p l er e p r c s e m a t i o n sa r er e a l i z e di no u rp r o t o t y p es y s t e m ， 浙江大学硕士学位论文a b 曲r a c t w 1 1 i c hi sar e a l 省m ec s c ws y s t e mi nh e t e m g e n o u se n v i r o m e m t h ed e s i g i la n d s y s t e mp i c t l l r ea r ep r e s e n t e d k e y w o r d s ：c s c w ，h e t e r o g e n o u se n v 曲n m e n t ，m 印p i n g ，m u l t ir e p r e s e n t a t i o i l s 浙江大学硕士学位论文图目录 图目录 图2 一l 异构环境下的设备交互 图2 2c s c w 系统分类 图3 一l 子图映射。 图3 2 顶点压缩 图3 3 路径合并 图3 4 拓扑映射全过程 图3 5 操作关系 9 1 l ! ； 1 6 1 7 。1 7 2 l 图3 6 子图映射一致性的维护2 2 图3 7 路径合并一致性的维护2 4 图3 8 路径合并一致性维护例子 图3 9 顶点压缩的一致性维护 图3 1 0 顶点压缩一致性维护例子。 图4 1 用户耦合的关系 2 5 ：1 6 图4 2 角色间的影响关系3 6 图5 - 1 系统体系结构3 9 图5 2 服务端系统基本框架结构4 0 图5 3 服务端会议管理模块类关系图 图5 4 客户端系统基本框架结构 图5 _ 5 客户端会议模块类关系图 图5 _ 6 消息包格式 z l o 4 l 图5 7 消息处理流程4 5 图5 8o r n p 操作类型4 6 图5 9 手机和p c 的点坐标系4 7 图5 1 0 属性映射效果图。 图5 1 1 拓扑映射效果图。 图5 1 2 拓扑映射结构图 图5 1 3 多种表现形式和映射效果图5 0 l i l 浙江大学硕士学位论文表目录 表 表 表目录 5 一l 会议信息类型 5 20 r n p 消息类型 l v 4 3 浙江大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 计算机支持的协同工作，简称c s c w ，英文全称为c 啪p u 时s u p p o r t e d c o o p e m t i v ew 础【，从第一次提出这个概念和1 9 8 6 第一次召开c s c w 国际会议 以来，已经作为一个多学科交叉的新兴研究领域，在国际上受到极大的重视。 c s c w 的应用领域包括c a d 、远程医疗诊断、协同计算机辅助设计、办公 自动化管理信息系统、远程教育、电子商务与商业、贸易、多媒体协同编著、电 子会议、金融应用、建筑工业设计等等。广泛的应用领域使得协同主体发生了巨 大的变化；随着无线网络的发展，移动平台能够在世界的各个角落联结互联网， 并开始应用于协同工作。这些异构环境的计算机平台存在着较大的差异，所以如 何让它们能够实时的协同工作就成为了研究的方向和难点。 随着世界的信息产业化，人们之间的交流和合作越来越密切，协同工作在提 高人们工作效率，促进社会生产力的发展方面将做出具大贡献。 1 2 研究背景 2 1 世纪是信息化的时代，互联网的快速发展加速了全球一体化的进程，通过 互联网，我们可以轻易地冲破获取、交流信息的物理障碍，我们可以随时访问分 布在地球上各个角落的信息数据，与素昧谋面的人沟通和交流。在这样一个无限 浩瀚的信息世界里，我们可以自由翱翔。 随着计算机技术的快速发展，计算机支持的协同工作发挥着它的巨大作用， 与c s c w 相关的研究领域纷纷兴起。从某种意义上来说，如今的人类已经不能 离开计算机，更不能离开那些移动计算平台。但是如何高效的把人与计算机，入 与移动计算平台，计算机和移动平台，移动平台和移动平台结合起来始终是我仃丁 需要探讨和研究的问题。随着移动平台的普及，异构环境下的协同工作已经开始 成为新的研究方向和研究热点。 c s c w 概念的提出最早只是面向桌面分布式系统，协同主体被局限于各自相 对固定的空间里，人们只能迁就于计算机所处的空间，这使得协同工作在空间上 出现了较大的局限性。随着信息技术的发展，计算机芯片的微型化，使得移动计 算平台越来越普及；加上无线网络的发展，使移动计算平台、桌面系统的互联成 为一种趋势。但是由于这些移动平台c p u 的处理能力、内存容量、屏幕大小和 网络连接的限制，使其协同处理能力较一般的桌面系统弱，感知更是成为这些设 浙江大学硕士学位论文 第l 章绪论 各处理上的一种负担。因此，异构平台之间实时有效感知协作者的工作状态是协 同工作重要的研究内容之一。 1 3 研究的意义 在异构环境中，用户不再受限于一个固定的空间，利用移动平台可以使用户 享受灵活、便捷、随时随地协同的乐趣。 本文研究协同工作向异构环境的拓展，使不同的计算平台能够实时的协同工 作，充分利用这些受限设备的资源，以及用户对感知数据的偏好，实现异构环境 下的自适应的协同感知。 1 4 论文的组织结构 围绕异构环境下的协同感知自适应性的研究，本文分为六章，主要结构和内 容如下： 第一章为绪论，介绍了异构环境下协同工作的研究背景、研究意义与目的。 第二章为相关研究综述，介绍了目前国内外对于异构环境、计算机支持的协 同工作的相关研究，包括目前研究所取得的成果及一些有待改进的地方。并在文 中提出了一些算法的改进工作。 第三章为异构环境下一种适应性感知的映射机制，其中包括三种映射，拓扑 映射、属性映射和基于用户自定义规则的映射。由于感知数据的映射，导致了不 平衡站点之间信息的不一致性，同一操作必然引起不同效果，本文在提出感知映 射机制的同时给出了相应的操作一致性维护方法。 第四章为异构环境下感知多形式表征的方法，提出了同一感知的不同表现形 式，及其在异构环境下利用所提出的资源模型来选择合适的表现形式。各个本地 站点通过优化自己对于表现形式的选择，使其个体利益最大化。然而，表现形式 差异太大会导致协同混乱，所以本章又提出了组优化的方法。 第五章为系统实现，简要说明了协同系统的设计，包括服务端和客户端设计； 以及消息包格式和消息处理流程等。针对映射、多种表现形式分别展示了系统效 果图。 第六章对全文工作进行了总结，并针对下一步研究工作进行了展望。 2 浙江大学硕士学位论文第2 章研究综述 第2 章研究综述 异构环境的计算模式已经越来越普及，在如今信息技术日新月异的时代，人 们不能仅仅依赖于一种计算平台来完成日常任务，通信、交流、设计、会议等的 日常行为已经与信息空间紧密结合。变化莫测完全可以用来形容我们所处的信息 时代，随着工作和生活节奏的加快，众多的计算平台为人们提供了随手可得的方 便与灵活，我们不再被限制于一个有限的空间里，完全可以把工作与生活空间融 合在一起。异构环境下的协同工作更是为人类提供了这种可能性，由于异构环境 本身的不均衡性，使协同工作有了新的特点，并逐渐成为c s c w 一个新的研究 热点。 2 1 异构环境 计算机从出现到现在已经经历了大概6 0 多年，计算能力、存储容量、显示 特性等都发生了翻天覆地的变化，计算机从只能做一些简单计算，到近现代可以 代替人类做一些复杂的分析，一直到如今计算机可以智能的处理周围的环境，人 类已经开发出智能机器人、无人驾驶汽车等可以代替人类工作的计算机，而且在 外太空的宇宙探索上计算机更是发挥着独一无二的作用，随着计算能力的不断提 高，计算机的处理范围将更加宽广。 在这些复杂计算机发展的同时，一些小的移动计算平台，嵌入式系统也走进 了人们的生活和工作领域。具有计算能力的设备遍布世界的每一个角落以及每个 人的生活空间，如p d a ，手机，掌上电脑，汽车，飞机，家用电器，人们无论 走到哪里都会与一定计算能力的设备交互，从工作空间到生活空间，具有计算能 力的设备无处不在。计算机时代朝着更加贴近日常工作、生活的方向发展。 异构环境下由于设备资源构成的差异，导致了交互困难，这种情况将会影响 各种应用研究的发展，使得有些研究成果只能应用于资源丰富的平台，这在一定 程度上阻碍了信息化时代的前进步伐。不过，这种阻碍只是暂时的，随着各种软、 硬件研究的深入，异构环境的应用将不在是个难题。 2 1 1 异构环境的概念 异构环境( h e t e r o g e n e o u se n v i r o 姗胁t ) 并没有明确的概念，在早期的一些论文 中提到过异构环境下的计算( h e t e r o g e n e o 懈c o m p u t i n 曲1 捌，异构顾名思义就是指 不同构造的平台，也就是我们常说的平台多样性，它们的计算能力、内存、显示 浙江大学硕士学位论文第2 章研究综述 屏、网络等存在着较大的差异，以这种差异性为前提，建立能够跨越这种差异的 计算环境，我们就可以称之为异构环境，如图2 1 。其基本思想是让移动平台和 桌面系统相互合作，完成一项共同的工作，让用户感觉不到这些设备之间的复杂 通信，或者说只让用户关心最终的表示结果。这个就好比，我们日常用的手机， 用户只会关心数据是否能够送达对方，对方发送过来的数据能够流畅接收，并不 会去关心这些数据是如何到达，是经过无线还是有线网络，运营商的服务器是否 对数据加密等等的复杂过程。 自智能手机 普通手二一络固秒 p d a 2 1 2 异构环境的特点 图2 一l 异构环境下的设备交互 务端 异构环境下计算平台的多样性使其具有以下特点： ( 1 ) 无处不在，异构环境中，众多移动平台和嵌入式设备广泛渗透在人们日 常工作和生活中，无声无息地为人们提供服务。 ( 2 ) 灵活性，移动平台发挥了灵活和便捷的优势，使用户可以随时随地参与 到一个系统中，完成他们相应的工作，并且可以利用移动平台带给我们 的娱乐方式享受生活。 ( 3 ) 多样性，这是异构环境的主要特点。它不同于传统的计算环境，每一类 计算设备都是面向某一具体的用户群，设备的计算能力差异较大，通信 带宽大小不一。每一类设备的操作系统，芯片以及用户接口的差异组成 4 浙江大学硕士学位论文第2 章研究综述 了异构环境的多样性。 ( 4 ) 互联性，整个世界是一个网络连接的世界，有线网络支撑起整个网络架 构和起着主要传输功能，而众多分布在各个角落的无线网络起着重要的 辅助作用。 异构环境的设备多样化决定了它的特殊性，比起同构环境( h o l n o g 跚e o l l s e n v i r o i 埘e m ) ，它会涉及更多的数据一致性、兼容性等问题。解决异构环境的问 题f 3 】，可以从以下几个方面着手： ( 1 ) 异构环境下资源受限设备占重要地位，它们的计算能力、处理速度都不 能和桌面系统相比，所以对于一些需要实时响应，一致性维护要求比较 高的场合，需要考虑数据包的适应性传送。 c 2 ) 异构环境下设备的显示特性有较大的差异，比如手机，p d a 等显示屏比 较小，它们与具有宽大显示器的计算机交互时需要考虑数据表现形式的 变化。 ( 3 ) 由于无线网络的带宽比较小，虽然近几年无线网络发展比较快，但与有 线网络之间还是存在差距。 2 1 3 异构环境的研究现状 随着计算机发展越来越快，处理异构环境的复杂度越来越高，用户利用各种 计算平台和外部环境的交互影响强度也越来大，对于一个无线移动用户来说，存 在着带宽、存储和连接间断性的影响，如果这种无线移动用户较多，将会使问题 变得越来越复杂。因此，自适应的调整各种计算平台之间数据的传输是一个关键 问题；而不平衡性则是另一个难题；要解决这些问题，必须在维护一致性和数据 自适应等技术领域取得巨大进步。 异构环境的主要研究方向如下： 1 ) 异构平台之间网络差异性的研究 异构环境下，有线网络和无线网络始终是两个不可同步的网络连接，对于桌 面系统，由于它拥有高速有线网络，所以在接收数据、发送数据方面较移动平台 的无线网络有很大优势。为了解决这个问题，从技术上而言，必须使处理数据的 负担，数据的内容等以网络传输速度的快慢来合理分配。 m a c e d o i l i a 【4 】提出根据不同的类型把网络分类，他把网络根据数据转发的方 式、响应延迟、可靠性和带宽来分类，并根据每种网络类型提出解决差异的方法； h e i m u t i lt k m z 例则根据网络连接的类型提出了一种s w i t c h b o a r da r c l l i t e c t u r e ( 简 称s a ) 的体系结构来解决不同网络之问的差异；a r i n 锄d of o x 等【6 】提出了适应不同 网络条件的三个设计原则：特定数据的抽取和细化、应需而变、抽象复杂性。 5 浙江大学硕士学位论文第2 章研究综述 2 ) 异构平台之间计算资源差异性的研究 前面已经提到过，异构环境下各种计算机平台的资源差异比较悬殊。移动计 算平台由于资源的有限性，使其在处理数据时不能与其它资源较丰富的平台同 步。从解决这些问题的技术层面上来讲，我们必须以分类的方式来分配它们处理 的数据类型，对于屏幕受限的设备，则在处理显示问题时也要做相应的调整。 目前国际上对于资源受限设备的研究主要是以数据转换，代理系统的方式来 解决的【7 ，s 9 】；也有用数据转换方式，使同一份数据适应不同的异构平台，来解决 差异性【3 5 嗣。 基于异构环境的计算机支持的协同工作已经开始成为新的研究方向和研究 热点，它研究的方向包括网络和资源差异性。根据不同的计算平台，协同工作自 适应地调整的研究将是本文的研究重点。 2 2 计算机支持的协同工作 计算机技术和互联网的发展把人类社会带入了一个信息化的时代。随着信息 进程化的深入，计算机支持技术与人类合作行为模式的融合，产生了一个新的研 究领域计算机支持的协同工作( c o m p m c rs u p p o n e dc o o p e r a t i v cw o r k ， c s c w ) 。它是信息化进程发展的一种必然产物，在近2 0 年的发展和研究推动下， 协同工作取得了一系列的丰硕成果，在人类从事的各个领域，都发挥着重要的作 用。 2 2 1c s c w 概念 协同科学的发展可以追溯到2 0 世纪6 0 年代，美国的d e n 出e b a n 发表了一 篇题为“ac o n c e 吨1 a lf r a m e w o r kf o rt l l ea u 鲫e 1 1 t a t i o no f m a n i si n t e l l e c t ”的文章， 不仅对于超文本的研究起了至关重要的作用，而且对于c s c w 的研究也起了开 创性的作用；到了2 0 世纪7 0 年代，德国斯图加特大学物理学家赫尔曼哈肯教 授( h e 肋锄h a l 【e n ) 在研究激光理论的过程中，经过长时间的努力逐渐形成了 “协同学的基本理论和观点”。赫尔曼教授还把协同思想扩展到了计算机认知学 科，1 9 9 1 发表了一本重要的著作“s y n e r g e t i cc o m p u t e 格卸dc o 印i t i o n a t o p d o w na p 跚吼c ht 0n e l l r a ln e i s ”，从而奠定了协同学的基础。1 9 8 4 年m i t 的艾琳格雷夫( i r e n eg r i e f ) 和d e c 的保罗卡什曼( p 叩lc a s h m 孤) 组织了 一个来自不同领域的2 0 人研究小组，共同探讨协同工作的技术和协同科学的作 用等问题，并正式提出了c s c w 的概念。格雷夫【1 0 】把c s c w 定义为“一个关于 计算机在群体工作中的角色的独特的研究领域”，并强调了群体是分析c s c w 的核心。1 9 8 6 年，第一届c s c w 国际会议在美国的召开，使协同工作的主题在 6 浙江大学硕士学位论文第2 章研究综述 学术届很快引起了广泛的关注。十几年以来，众多研究和开发人员从事于这一领 域【1 l ，12 1 3 1 。 c s c w 的定义为：一个利用计算技术、网络与通信技术、多媒体技术以及人 机接口技术将时间上分离、空间上分布并且工作上又相互依赖的多个协作成员及 其活动有机的组织起来，以完成某一项共同任务的分布式计算环境p 2 】。为实现 c s c w 的目标，必须创建一种环境和工具，用以支持人们之间的协作，这种环境 和工具组成的软件或系统称为群件( g 咖l p w a r e ) f 1 3 1 。依这个定义而言，c s c w 是一个分布式的计算环境，但与一般的追求透明性，让用户感觉独占的分布式系 统仍然有所不同，c s c w 系统追求的是不透明性，让所有用户感知到其它使用者 对共享对象的操作。分布式系统主要研究如何使系统中的各部分充分发挥自己的 性能，从而获得整个系统的高效运行，而c s c w 除了要追求高效外，更侧重于 协作的商效性，所以c s c w 更注重信息的共享和工作的协同。 2 2 2c s c w 发展历史 c s c w 自概念提出那天起，随着信息技术的发展，其潜在的研究和应用价值 吸引了越来越多的研究和应用开发的投入。欧美在c s c w 研究领域处于领先地 位，1 9 8 6 年1 2 月在t e x a s 召开了第一次c s c w 的国际性学术会议，聚集了各个 领域的专家和研究学者，他们讨论人类群体工作的特性及计算技术对群体工作的 支持，从而将计算机科学、社会学、心理学等多个学科的成果综合起来，产生了 一个新的多学科研究领域c s c w 。从c s c w 概念的正式提出到第一次c s c w 国际会议的召开，仅用了一年多的时间，先后形成了三个影响比较大的国际会议： c s c w 系列，由a c m 主办，是c s c w 领域最高水平的学术盛会，从1 9 8 6 年开始， 每两年在北美召开一次，主要研究与群组工作有关的问题；e c s c w 系列，主要由 欧洲的一些研究机构组织，从1 9 8 9 年第一次举办以来，每两年在欧洲的有关国家 轮流举办一次，e c s c w 会议也具有较高的学术水平，因此它与a c m 的c s c w 系列 形成互补，也成为一个国际性的会议；c s c w d 系列，主要由亚洲国家的研究机构 举办，其全称是c s c wi nd e s i g n ，从1 9 9 6 年在中国举办第一次会议开始，每年 举办一次，这个会议主要讨论与计算支持的协同设计有关的问题。除此之外，有 些国家还召开了自己的全国性c s c w 学术会议，如c c s c w 和d c s c w 分别是中国和 德国的全国性c s c w 学术会议。 到目前为止，c s 叫在多媒体信息处理、计算机网络、通信、信息系统、分布 式系统、数据库系统、并行工程、人机界面等领域中都得到了充分的研究和发展。 7 浙江大学硕士学位论文 幕2 晕醑究综述 2 2 3c s c w 的研究内容和分类 1 l c s c w 的研究内容 c s c w 是交叉学科下跨领域的新兴技术，它应用的领域和学科越来越广泛。 据c s c w 的国际性杂志创刊号所提出的c s 傩的研究范围为； l 、群件，即支持人们进行协同工作的软件。 2 、群体决策支持系统。 3 、计算机为媒介的通讯。 4 、人机交互。 5 、支持协同的人工智鼹。 6 、协调系统。 7 、分布式系统。 8 、协厨工作及其实际活动的研究。 9 、组织理论及设计。 l o 、社会技术系统设计。 1 1 、技术社会学 1 2 、具有创新性设计策略的研究。 1 3 、管理科学。 1 4 、支持协同工作的所有具有创新性的技术手段，如电子会议、电子邮件、 桌西会议、共享编辑、视频秘音频通讯工具等。 1 5 、有关c s c w 系统的社会、文化、道德、法律等方面的研究。 而从细节上而言，c s c w 技术主要涉及以下几个方面的研究【1 5 j ： ( 1 ) 协同管理及群体感知 在c s c w 系统中，协同管理是核心，它管理协同工作的准备、发起、进 行和结论的表决或集成和协作的结束。 由于用户在虚拟的工作空闻中的交互和感知远不及面对面的实际操作方 便和有效，所以，研究c s c w 的系统中的感知技术，对提高势周工作的效率 至关重要。其中感知可以分为：用户感知、视图感知和对象感知。 ( 2 ) 冲突解决，并发控制和一致性的研究 在c s c w 系统中，必然存在各角色之间的决篆冲突。也存在各角色对共 享对象的访问控制的冲突问题，由此也会引发一致性的问题。 ( 3 ) 支持群体角色和群体构成的动态变化 在协同工作系统中，用户一定是以某一个角色的身份参加协同工作的， 所以必须支持群体角色，实现多用户协作过程中有效的权限管理。如何让各 自的角色是按照其所处的地位工作，适应角色间的动态变化等。 8 浙江大学硕士学位论文 第2 章研究综述 ( 4 ) 捕获和分析角色，角色闻的交互过程 主要研究如何快速、安全和有效的捕获和分析交互信息，如何设计良好 的用户界面和模型支持角色及角色前的交互问题。 2 忙s c w 的分类 群体协作方式的多样性为c s c w 研究提供了丰富的内容。在c s c w 系统中， 人们围绕共同完成的任务要进行通信( c o m m m i c a t i o n ) 、协调( c o o r d i n a t i o n ) 、 协作( c o l l a b o r a t i o n ) 、协同( c o o p e r a t i o n ) 等基本活动。可以根据c s c w 系统 中的群体成员地理分布位置，基本活动方式等对c s c w 系统进行分类。 按群体成员的地理位置分布划分，协作有可以分为本地协作( c o 1 0 c a t e d ) 和远程协作( r 咖o t e ) 两种。 按照群体交互协作工作时间可以将系统划分为同步方式和异步方式 ( s y n c h r o n 叫s 和a s y n c h r o n o u s ) 。在同步方式下，群体各成员在同一时间进行同 一任务的协作，如联合设计、联合编辑、视频会议等；在异步方式下，群体各成 员在不同时间进行同一任务的协作，如电子邮件，大规模项目的开发等。 根据以上两个主要特点，按时间和空间分类如图2 2 所示，图中的混合系统 是指综合具有同步、异步、本地以及远程多种模式的系统。而混合系统包括协同 写作、协同设计、协同教学等。 2 2 4c s c w 的研究现状 图2 2c s c w 系统分类 c s c w 的研究遍布各个领域，一切具有合作、协同特征的，基于网络技术手 段的都可以归属于c s c w 的研究范围。在国际上重要的研究计划中都可以看到 9 浙江大学硕士学位论文 第2 章研究综述 协同工作技术的研究内容和应用系统。 在过去的一段时间里，c s c w 研究主要集中在协同设计的相关应用、关键技 术的解决等。相应的协同设计系统有协同文本编辑系统、白板类编辑系统和图形 编辑系统，目前协同文本的研究已经日趋成熟，其文本一致性的问题也已经有较 成熟的解决方法，研究已经向应用的方向发展，例如将文本协同编辑系统与现有 的即时通讯工具相结合，建立基于x m l 的w 曲文本协同编辑系统以及进行一些 语义保持的研究【2 l | 2 2 2 3 ，2 4 】。波音，微软，i b m 等大公司纷纷在协同工作方面加大 投资，比如波音7 7 7 就是协同设计和制造的完善成果，i b m 从较早的l o t i l sn o t e s 到0 5 年推出的l o n 塔w o t l 【s p a c e c o l l a b o r a t i o n n r i c e ，都是协同工作的产品，微软 以。伍c e 系统为基础，先后推出了协同合作的产品，如l c s 2 0 0 3 ，s h a r e p o i n t 2 0 0 3 等。 实时协同编辑系统的研究扩展了c s c w 的应用领域，这一类型的组群工具包 含着支持协同的有用工具，并且为c s c w 奠定了良好的理论基础。国际上对协 同编辑进行了一定的研究，实现了一些原型系统。国外的c s i l l l 的g i 认c e 系统 和g r e e n b e 曜的绘图工具【2 5 】对图形对象的协同设计中可能涉及到一些问题进行了 研究，是一个在分布式环境下能较好实现图形协同设计的原型系统。而国内对于 c s c w 的研究比较晚，目前也仍是处于起步阶段。1 9 9 5 年以来，有一些高校和 研究院分别对c s c w 进行了研究，获得了相关专利成果和发表相应论文。国家 的科技项目也开始涉足协同工作领域。国内的研究主要集中于c s c w 的理论与 模型、视频、语音系统和协同编辑系统、c s c w 系统安全等主题。 从长远来看，协同应用系统的开发将经历一个从简单到复杂、从小规模的工 作会议协作小组到跨机构的、全球范围内的大规模协作的过程。计算机支持的协 同工作将会因为各种计算平台的普及而遍布全球，到时候人们之问沟通、合作和 交流的方式也因此而改变。 2 2 5 异构环境下c s c w 的特点 2 2 5 1 异构环境下协同工作的特点 随着各种移动和嵌入式平台应用的广泛发展，异构环境下的协同工作将会成 为未来c s c w 系统的一个重要发展方向，其具有的特点有： 1 灵活方便：用户可以利用带在身边的移动计算机平台，通过网络就可以 方便，灵活的与其它协同参与者共同完成相应的任务。 2 随时随地：所谓的随时随地是指用户只要身边有计算设备，有无线或有 线网络，就可以随时连接，随时参与到正在进行的协同设计、协同编著等协同工 作中。 l o 浙江大学硕士学位论文第2 章研究综述 3 消除差异性：有时候参与协同的人群是各个阶层的，他们或许只适应早 已熟悉的计算平台，没有太多的时间与精力去学习使用其它平台，这就可以利用 异构环境中各种各样的设备来满足他们的要求，只要他们依赖的设备可以连接上 网络，就可以利用异构环境的自适应性来消除这些差异。 4 交互与感知成为难点：由于一些移动平台输入设备比较单一，使得对于 一些复杂图形和对象不能很好的交互，这就成为协同工作的一个瓶颈，所以对于 这些用户我们必须对图形对象选择适当的表现形式，以充分考虑已有平台的局限 性；对于某些感知数据，也不能完好的展现在受限终端上，例如视频会议，视频 内容很难展现在手机端，必须对视频内容重构以满足要求。 异构环境下的协同工作在带给我们方便、灵活的同时，也带来了相应的技术 难题，克服这些问题，已经成为协同工作领域的一个研究方向和研究热点。 2 2 5 2 异构环境下协同工作的问题 异构环境的资源不均衡性给实时协同工作带来了挑战，其主要存在的问题如 下： 1 移动平台计算速度较慢和带宽有限等原因，使其在处理复杂对象，比如大 量清晰图片时，不但传输时间较长，而且显示处理也需要较长的时间，其 阻碍了协同对象和协同操作的实时处理。 2 协同编辑系统保存大量操作对象，则占用的内存数可能会影响移动平台的 正常运行。 3 由于p c 端较手机端能提供更多的窗口资源，使手机等移动平台在编辑对 象时会出现窗口空间不足的问题。 如何解决异构环境下由于计算速度慢、存储空间有限、屏幕和网络带宽受限 等问题，具有重要的研究意义；传统的协同工作大体是基于桌面系统的，使协同 主体被局限于固定的空间中，而移动平台和桌面系统相结合给实时协同工作带来 灵活性和方便性特点，所以研究异构环境下的实时协同工作具有较高的实用价 值。 2 2 6 异构环境下c s c w 的研究现状 近年来，异构环境下的协同工作的研究逐渐成为热点方向，i v 锄m a r s i c 等1 2 6 】 提出了一个异构环境下协同工作的系统架构，把系统分为三个不同的层，分别是 表示层、应用层和存储层，然后根据每个层的特点，提出异构环境的适应转换， 用) ( 】l 文件来表示共享的数据信息；s 锄g i n il e e 【2 7 】等把p c 机上的数据经过转 换，让其适应各种移动平台的原型系统。也有一些在异构环境做某些实验以期待 后续工作的研究成果【7 ，2 8 ，2 9 】。 浙江大学硕士学位论文第2 章研究综述 异构环境下的协同工作自适应的研究有基于协同感知映射机制的方法 口，1 6 t r 刀，其中c a f l o sd c o r r e a l 3 1 等人提出利用映射机制来减少对象的资源需求，根 据映射方式分为拓扑映射、属性映射和自定义策略，这三种映射方式在文中以较 抽象的理论形式出现，并未从实现的角度来分析映射的实现方法；i v 姐 m a r s i c 【l6 1 7 川等人提出了一致性的定义和维护一致性的方法，他把一致性抽象为 操作意图的可推断性，从一个站点的操作可以推断出另一个操作在这一时刻的操 作，针对拓扑映射的三种子映射方法，分别进行映射一致性的维护。由于映射机 制的研究并未涉及实现方案，所以对于系统的实现还是处于研究阶段，本文在研 究该机制的基础上，进行了一些映射的实验，在异构环境的自适应研究方面取得 了一些成果。 c d c o n 等【1 1 9 ) ”1 1 人提出利用多种表现形式来实现异构环境下的自适应 协同工作的方法，主要侧重的是如何对多种表现形式的协同工作环境进行优化， 分别对本地站点的利益和工作组的利益进行分析，提出优化公式，由于这两者的 利益在一定程度上是一对矛盾体，使个体站点利益最大化时，必然导致不同平台 的表现形式差异太大，使得协同工作的组利益变少，反之亦然。由于作者侧重于 优化模型的理论基础，对于如何计算资源，如何对于各种平台的资源特性进行选 择未研究，本文在此基础上对于资源限制模型和选择表现形式进行了研究。 从目前的研究情况看，适应性感知主要包括简化资源受限平台的感知对象和 生成同一个对象的多种表现形式的方法，利用感知的适应性来实现异构环境协同 工作的实时性，取得了一定的研究成果。但是不管是映射还是多形式表征都没有 实际的研究模型，而且多形式表征并未对选择合适的表现形式进行研究，本文将 对这些问题进行深入的研究。 浙江大学硕士学位论文第3 章异构环境下适应性感知的映射机 | 第3 章异构环境下适应性感知的映射机制 在异构环境的协同工作中，资源受限设备与桌面系统之间并不能也不需要做 到w y s l w i s ( w h a ty o u ei sw i l a tis c e ) 其独有特点使得我们必须对于协同感知 进行适当的变换。本文通过一种映射机制来实现这种变换，但是如何映射和映射 后