（信号与信息处理专业论文）cscw关键技术的研究及系统实现.pdf

硕上学位论文 摘要 摘要 f自从1 9 8 4 年，m i t 的i r e n g r i e f 和d e c 公司的p a u lc a o h m a o 提_ 出c s c w 这一概念，这一主题很快在欧洲和亚洲科技界引起了 广泛的兴趣，并积极开展了相应的工作。c s c w 领域具有多学科 交叉的特色，涉及了许多的领域，如社会学、心理学、认知学和 管理学等自然科学领域和诗算机网络技术、多媒体技术、数据库 技术等计算机和通信领域本论文首先简要介绍了c s c w 的基本 概念，它的历史背景、发展现状等。在此基础上，围绕着本论文 所实现的c s c w 系统，先后就支持群体协同工作理论的c w 层、 为系统提供底层支撑技术的c s 层、数据库技术在c s c w 系统中 的应用以及c s c w 系统的安全策略等问题加以研究和探讨。 拄对c w 层问题的探讨中，主要介绍了c s c w 系统的协作机 制，并在此基础上提出了两层管理机制，解决了c s c w 系统协作 管理中的一些问题。在介绍两种常见的交互模式基础上提出了一 种混合式交互模式作为本论文实现的系统的交互模式。而后又对 c w 层的另一个重要内容一并发控制加以研究。在对c s 层问题的 研究实现中，主要探讨了网络传输、音视频编解码以及音视频同 步等涉及的一些技术，并将结果应用在本论文所实现的c s c w 系 统中。研究数据库技术在c s c w 系统中的应用时，在介绍一些数 据库技术的基础上，主要介绍了本论文实现的c s c w 中数据库的 构建以及数据库的使用。c s c w 系统应用在网络上，因此必然涉 及到安全的问题，本论文在介绍网络安全的基础上就c s c w 系统 的安全问题加以研究，并在系统实现中采取一定的安全策略。在 理论研究基础上，作者将结果应用于实际中，实现了具有电子白 板、键盘t a l k 、音视频服务、数据库查询、远程教育等多种功能 的c s c w 实用系统。l ，一一 匕 。b f ， 。 l 4 “，j ：i计7 末i j 。；h ；oihp 二 f zf ( 。? * 】 丘蠓醛 v 堡：! 兰堡堡塞垒! ! ! ! 竺 a b s t r a c t s i n c ei r e n g r i e ff r o mm i ta n dp a u lc a o h m a of r o md e c f i r s t i n t r o d u c e dc s c wc o n c e p t i n 1 9 8 4 ，m a n yp e o p l e h a v ed e v o t e d t h e m s e l v e st ot h er e l a t e dr e s e a r c hw o r ki nt h i sf i e l d c s c wi n v o l v e s m a n yf i e l d s ，s u c h a s s o c i o l o g y , p s y c h o l o g y , n e t w o r k ，m u l t i m e d i a ， d a t a b a s ea n ds oo n b a s i cc o n c e p t ，h i s t o r yb a c k g r o u n da n dc u r r e n t s i t u a t i o no fc s c wa r ei n t r o d u c e d a tt h e b e g i n n i n g o ft h i st h e s i s b a s e do nt h e s ei n t r o d u c t i o n s ，t h e o r yo fc wl a y e r ，t e c h n o l o g yo fc s l a y e r , a p p l i c a t i o n o fd a t a b l ei nc s c ws y s t e m sa n ds e c u r i t yf o r c s c w s y s t e m sa r es t u d i e da n d d i s c u s s e db yt h i st h e s i s i nc wl a y e r p a r t ，b ya n a l y z i n gc o o p e r a t i v e m e c h a n i s m ， c o o p e r a t i v em a n a g e m e n t ，m u t u a lm o d ea n dc o n c u r r e n c yc o n t r o l ，a n e wm a n a g e m e n tm e c h a n i s ma n dan e wm u t u a lm o d en a m e dm i x e d m o d ea r ep r e s e n t e da n du s e di nc s c ws y s t e m i nc sl a y e rp a r t ， n e t w o r kt r a n s m i s s i o n ，c o d i n ga n dd e c o d i n go fa u d i oa n dv i d e od a t a a r ed i s c u s s e d t h e nt h et e c h n o l o g yo fd a t a b a s es u c ha st h eb u i l d i n g a n du s eo fd a t a b a s ei ss t u d i e d a tt h ee n do ft h i st h e s i s ，s e c u r i t yo f c s c w s y s t e m si sm a i n l yd i s c u s s e db e c a u s es e c u r i t yi sv e r yi m p o r t a n t i ne n v i r o n m e n to fn e t w o r k t h a n k st oa l lo ft h e s et e c h n i q u e s ，a c s c w s y s t e mw i t hf u n c t i o n so f e l e c t r o n i cb o a r d ，k e y b o a r dt a l k ，a u d i o a n dv i d e o ，d a t a b a s e r e m o t ee d u c a t i o ni sr e a l i z e d v 坝j j 学位论文致谢 y 3 9 6 6 i 致谢 本论文的完成是与我的研究生导师阮秋琦教授的悉心指导和 关怀分不开的。回顾研究生这段日子里，无论在科研工作、课程 学习，还是在日常生活上，阮教授都给了我极大的支持帮助和深 刻的教诲。阮教授渊博的知识、严谨求实的治学态度、开阔敏锐 的思维更将使我终身受益非浅。从阮教授这里，我不仅深深体会 到学术前辈的远见卓识，也学到了对科学事业的献身精神及平易 近人、为人着想的生活态度。在此谨表示我衷心的感谢和诚挚的 敬意! 在论文工作过程中，袁保宗教授，林碧琴副教授，唐晓芳老 师给予我无私的支持和帮助，此外王海滨、孙方立、蔡平、刘剑 秋、陆宽、舒志龙、陆俊、姜海东、齐飞等同学也都给予我许多 有益的启发，使我能够顺利完成硕士期间的学习和工作，在此一 并致以诚挚的谢意。 感谢我的父母和朋友，他们对我的深切关怀是我人生道路上 不断前进的动力。 谢意 最后，再一次对各位师长、同学的支持和鼓励表示最衷心的 烦卜学位论义 第一章综述 1 1 1c s c w 的起源 第一章综述 第一节c s c w 概述 “计算机支持的协同工作”( c o m p m e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v e w o r k ) 这一概念在1 9 8 4 年由美国m i t 的i r e n eg r e i f 和d e c 的 p a u lc a s h m a n 等在描述他们所组织的有关如何用计算机支持来在 不同领域与学科的人们共同工作的课题时提出来的，并缩写成 c s c w 。c s c w 突破了传统的计算机孤立应用的概念，将计算机、 多媒体、网络通信等技术，以及各种社会科学紧密联系在一起， 为人们提供了一种全新的交流与工作模式。 自从c s c w 这一概念提出到现在，人们对它有着不同理解： 1 9 8 4 年，g r i e f 等人认为c s c w 是一个计算机在群体工作中的角 色的独特研究领域。1 9 8 9 年，b a n n o n 和s c h n i d t 提出c s c w 应 致力于研究协同工作的本质和特性，并以此为基础设计具有足够 的计算机技术支持的协同工作的信息系统。1 9 9 0 年，g a e l l i s 提出c s c w 系统是一个群件( g r o u pw a r e ) ，是一个支持某个工 作小组或机构进行协同工作的计算机应用系统。1 9 9 1 年， m v h a r r i c k 提出c s c w 系统是用计算机和通信手段支持分散的 用户进行各种协作等等。 作者认为“计算机支持的协同工作”( c s c w ) 应该是一种将 人类合作行为模式与计算机支持技术融合为一体的新兴技术，即 研究基于计算机技术支持的环境中( 即c s ) 一个群体协同工作完 成一项共同的任务( 即c w ) 的领域。 c s c w 作为一种新兴领域，有自己的特性。一般来说，c s c w 系统具有以下特性： 1 开放性：在协同中没有获得希望结果的固定方法，不同 人、不同组处理任务的方式是不同的，这就是c s c w 系统 的丌放性。 2 边界开放性：在协同中没有确定的结束标志或结束点。 3 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。 4 信息共享与通信：信息共享是协同工作的核心、通信是 硕：l 学位论文第一章综述 c s c w 的基础，系统应提供多种通信方式，以提供用户多 种信息共享的功能。 5 并发性和一致性：系统应允许多用户同时操作，并保持 共享数据的一致性。 6 工作协同性：c s c w 系统的根本要求就是要能支持工作 组( 群) 内间的工作协同。 7 分布性：不管系统是在本地还是异地之间进行协同，c s c w 在本质上都应该是一个分布式系统，并且应支持与协同无 关的透明性，如位置的透明性。 8 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。 分布处理技术是c s c w 系统的基础支持技术，所以c s c w 系 统必然是分布式系统，但是它们之间仍有不同处。c s c w 系统作 为一种特殊的分布式系统，它与分布式系统有着天然的联系：支 持人与人之间的异步同步的信息传输工作，能够部分完成对于人 之间合作的支持：允许不同计算机的用户共享同样的系统资源。 它们之间的不同之处在于：c s c w 系统不象通常的分布式系统那 样追求不透明性，它追求透明性，即系统应让所有用户相互感知 到其他协作者对共享对象的操作。另外，分布式系统主要研究如 何使系统中各部分充分发挥自己的性能，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，更注重如何支持协作者 间的高效协同。 c s c w 系统针对的是多个用户的信息交流，凡是在计算机及网 络环境下共享信息、协同完成工作的应用领域都可属于广义的 “c s c w ”范畴。通常c s c w 系统分类有两种方式：一是按协作组 内成员的时空关系分类，二是按系统的用途分类。 如果按协作组内成员的时空关系，c s c w 系统分为四类( 见 图1 1 1 ) ： 1 异步模式一在同一地点但不同时问进行同任务的协作方 式，如轮流作业等。 2 同步模式一在同一时间和同一地点进行同一任务的协作 方式，如共同决策、共f 司编辑文件等。 硕i ：学位论文第一章综述 3 分布式异步模式一在不同时间且不同地点进行同一任务 的协作方式，如电子邮件。 4 分布式同步模式一在同一时间但不同地点进行同一任务 的协作方式，如群体决策、视频会议等。 盯jl 刚 ( 同步)( 异步) 同步模式异步模式 ( 司_ ( 异h 分布式同步模式分布异步模式 图( 11 1 ) c s c w 系统时窀分类幽 ) 空 ) 间 其中分布同步模式是c s c w 研究和实现的主要模式，也是体现 c s c w 本质特征支持时空上分散的协作成员以“f a c et of a c e ” 和“w y s i w i s ”方式进行协作交互的工作模式。 按功能分类，c s c w 主要包括以下几类： 1 通过各种通信网络实时传送文本、图形、视频和声音的 会议系统。这类系统可分为两类：会议室会议系统( r o o m b a s e d c o n f e r e n c e ) 和桌面会议系统( d e s k t o p c o n f e r e n c e ) 。其中会议室会议系统是建立在数字压缩及 数字通信技术上的通信产品。由于采用了高压缩比的音 视频编解码器，它的性能要比桌面会议系统好，但是结 构比较复杂，价格也比较昂贵。与会议室会议系统相比， 桌面会议系统是利用桌面型商业或个人电脑构成的会议 系统。与会议室会议系统相比，它的成本低，使用灵活， p c 机用户可以方便地在自己的个人电脑桌前，利用视窗 软件进入桌面会议系统。 2 支持用户同步或异步合作的多用户编辑系统( m u l t i u s e r e d i t o r ) 。其中包括协同写作工具、多媒体协同设计工具 等。在多用户编辑系统中，编辑成员可以共同编写一份 文档，实时编辑系统还允许编辑成员同时编辑一个对象。 对于每一个用户编辑某一对象就象在编辑自己的私人对 象一样。 硕士学位论文 第一章综述 3 提供电子会议环境帮助群体解决非结构化和半结构化问 题的群体决策支持系统( g d s s g r o u pd e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m ) 。群体决策支持系统通过电子会议中参与者的讨 论磋商，来增进决策结果的质量。 4 帮助工作在不同地点的成员异步地交换信息的消息系 统。如电子邮件系统( e m a i 卜e 1 e e t r i cm a i l ) 和公告牌 系统( b b s b u l l e t i nb o a r ds y s t e m ) 。其中电子邮件系 统作为最简单最普及的c s c w 应用系统，为用户提供了一 种异步通信服务。目前电子邮件系统已传送的信息已不 仅仅限于文本，还能提供图形、图像、语音、超文本、 二进制文件等多种形式的信息传递服务。公告牌系统与 e m a i l 系统相比，最大的区别在于公告牌系统的信息传递 是广播式的，即一个用户在b b s 上发表文章，所有登录 到该b b s 上的用户均能看到，并可给予回答。 5 完成特定功能的远程系统。如远程教育系统( r e m o t e t e a c h i n gs y s t e m ) 、远程医疗系统( r e m o t em e d i c a l s y s t e m ) 等。远程教学系统比传统c a i 更具有灵活性和 开放性。它不受时间、空间限制又具有传统c a i 的生动 性、交互性的特点，采用传统教学里有提问，有反馈的 教学方法，支持学生完成在线课程，进行网上英文培训， 网上虚拟实验等。远程医疗系统为病人和医学专家的地 理上的分布性问题提供了一种较好的解决手段，可使边 远地区和异地的患者得到及时有效的诊断，同时通过远 程医疗系统可得到国内外专家的高水平的诊治，还可实 现远程医疗教学、咨询服务。 此外还有应用在军事上各种c 3 i 系统、应用在工业上的新一 代的c i m s 以及办公自动化( o a ) 和管理信息系统( m i s ) 等。 1 1 2 c s c w 产生的社会背景、发展历史 c s c w 的产生背景 c s c w 的形成与发展，是人类社会进入信息时代后应用需求 与技术发展相结合的必然产物。 当人类步入信息社会后，人们的工作方式更加体现出群体性 ( c o l l e c t i v e ) 、交互性( i n t e r a c t i v e ) 、分布性( d i s t r i b u t e d ) 和协 作性( c o o p e r a t i v e ) 。也币是人们工作方式的改变而迫切希望能有 坝i 学位论文 第一章综述 一种可支持和协调群体成员相互协作与交互的新的计算机系统。 与此同时，科技进步给这种需要提供了实现的可能。首先，多媒 体计算机技术的发展使得我们能够通过计算机收集、表示和处理 包括视频、声音、动画、图像图形等多种媒体，从而为“f a c e t of a c e ” 的交互提供了技术基础。其次，计算机系统结构是沿着单机单用 户一单机多用户一多机系统一计算机互连、互操作和协同工作这 样一种方向发展的。而互连、互操作和协同工作是c s c w 的基础 结构。再次，通信与计算机网络技术的飞速发展为空间上分布的 人们以多媒体通信方式实现交互对话提供了可能。第四，计算机 技术( 高速c p u 、大容量存贮器、光盘技术等) ，并行与分布处 理技术、数据库技术、人机接口技术等都是c s c w 技术的组成部 分，它们的发展在一定程度为c s c w 技术的发展起到了推动作 用。 c s c w 的发展历史 c s c w 的研究始于6 0 年代。美国的d e n g l e b a r t 发表了一篇 “a c o n c e p t u a l f r a m e w o r kf o rt h e a u g m e n t a t i o n o fm a n s i n t e l l e c t ”论文。这篇论文对c s c w 的发展起到了开山鼻祖的作 用。d e n g l e b a r t 主持开发的n l s 系统成为第一个研究c s c w 概 念的原型系统。在此系统中，各协作成员在各自的终端上可做有 效的数据查询，同时可以同步地进行交互对话。从而形成了一边 相互协调一边进行对话的“合作对话”( c o o p e r a t i v ed i a l o g ) 的概 念，这些研究对后来相关的c s c w 系统的研究产生了深远的影 响。 到了7 0 年代中期，在美国s t a r t f o r da il a b 建立了一个支持 视频、声音、文本、图像等的多种媒体的c s c w 环境，并将其命 名为电视会议( t e l e c o n f e r e n c e ) ，但是由于巨大的存贮开销和极 其昂贵的通信媒体，以及通信速度的低下和数据压缩技术的落 后，该系统的多媒体功能十分薄弱。到了8 0 年代，和c s c w 相 关的计算机技术、网络技术、多媒体技术、数据压缩与存取技术、 通信技术、分布与并行处理技术等都有了长足的进步，同时由于 指导多媒体技术和c s c w 技术的人一计算机交互( h c i ) 理论的 逐渐成熟，大大地推动了c s c w 技术的发展。 1 9 8 4 年m i t 的i r e n g r i e f 和d e c 公司的p a u lc a s h m a n 两人 组织了一个有来自不同领域的2 0 个科研工作者组成的工作组， 共同讨论和探索如何发挥技术在协同工作中的作用问题，并第一 颁1 二学位论文第一章 综述 次正式提出了计算机支持的协同工作c s c w 的概念。此后c s c w 很快吸引了许多不同领域的科研工作者。美国a c m 于1 9 8 6 年1 2 月在t e x a s 组织了一次国际性c s c w 学术会议，集中了社会学、 人类学、计算机科学、办公自动化、决策系统研究学着，人员因 素( h u m a nf a c t o r ) 学者和编制设计者等多方面的专家学者，研 讨人类群体工作的特性及计算机技术对群体工作的可能支持，从 而正式提出了将计算机科学、心理学、人类工程学、认知科学、 社会学等多个学科综合一起的新的领域一c s c w 。 c s c w 目前尚处于初期的研究和开发阶段。如c s c w 的理论 和模型尚处于研究和探索之中；支持c s c w 开发的技术本身还处 于完善和发展之中，甚至还有若干关键技术( 如多媒体同步通信 协议) 问题还有待解决：关于c s c w 技术标准化问题尚未解决。 没有成熟的理论和技术也就不可能有成熟的产品。 自1 9 8 4 年c s c w 这一概念被提出后，c s c w 这一领域就为各 方面专家、学者和企业所关注。 国外对c s c w 研究一直报有浓厚兴趣，目前研究c s c w 的组 织主要有a c m 的办公信息系统小组，英国的c s c ws i m 和欧洲 的协作工作技术基础f c m t 等，也出版了专门的刊物，如c s c w j o u r n a l 、g r o u p a n d o r g a n i z a t i o nm a n a g e m e n t 、j o u r n a l o f o r g a n i z a t i o n a lc o m p u t i n g 等，报告该领域的最新研究成果。1 9 8 6 年，第一届c s c w 会议在美国的德克萨斯洲举行，自此以后a c m 每两年组织一次c s c w 国际会议，欧洲的学术工作者也组织了 e c s c w 国际会议，专门讨论c s c w 理论、技术与应用。理论研 究的同时，国外的学者和工程技术界也非常重视c s c w 应用系统 的开发，已经有了初步可供实用的c s c w 系统，如： 1 p i c t u r e t e l 公司的l i v e l a n 。它是在当今运行在l a n 上 的p c 平台的系统中的典型，提供了三个模块：l i v e a 、l i v e v 和l i v e m a n a g e r 。l i v e a 可把p c 变为一个免提电话，使用户能 够通过l a n 与他人通话，也可进行数据共享。在此基础上，如果 加入后两个模块即可升级为一个视频会议系统，并可通过路由器 跨越局域网。由此，l iv e l a n 为用户提供了不同的使用层次。 2 c r e a t i v e 的s h a r ev i s i o np c 3 0 0 0 。该产品通过高速m o d e m ， 在普通电话线上实现声、像、文的动态传输，还可共享软件和数 据。 3 a p p l e 的q u i c kt i m e 。1 9 9 5 年2 月，a p p l e 公司发表了 6 硕j j 学位论文 第一审综述 一种跨平台的会议系统多媒体合作技术，它允许个人电脑用户共 享全世界任何地方的实时信息、图象和语音，这个技术称为q u i c k t i m e 视像会议系统技术。它能提供以下几种功能：举行视像会议 并进行合作：在m a c i n t o s h 、p c 、u n i x 系统和室内会议系统闻实 现跨平台的视像连接：在l a n 或w a n 上播放及查看多媒体资料包 括数字语音、音乐和视频图象。 q u i c k t i m e 是第一个采用软件进行视频图象压缩技术的产 品，尽管它显示的图象很小且图象模糊，但毕竟给用户耳目一新 的感觉。 4 s u n 的s h o w n e 。该系统是基于s u n 的工作站上的o p e n w i n 窗口环境。该系统运行时，在屏幕上有一个控制窗口，完成会议 召集功能，同时，具有初始化白板共享、视频、音频窗口功能。 该系统是一个平等方式的多点视频会议系统，缺乏对会议进程的 控制功能，会议的协调要通过与会人员的预先约定。但由于该系 统是建立在s u n 工作站这种商性能的平台上，因此具有较高的整 体性能。 近年来，国内也开始投入对c s c w 的研究，1 9 9 8 年第一次 全国c s c w 学术会议在北京召开。特别是随着i n t e r n e t 网络在 我国的普及，e m a i1 、b b s 等大众化的c s c w 系统工具在国内已有 一定的应用，而且也开发了一些专用的系统。如： 1 东北大学软件中心的基于f d d i 的视频会议系统。该系统 基于1 0 0 m b s 的f d d i 光纤网。多媒体p c 机采用j p e g 压缩解压 对视频音频进行同步压缩与解压缩，压缩比可以调整。该系统提 供点对点双向实时声音与图象的同步传输与服务以及提供广播、 组广播和共享白板功能。 2 清华大学计算机系的m c o n f ( 多媒体会议系统) 。该系统 的网络环境是细缆以太网，网络操作系统为w f w ( m i c r o s o f t w i n d o w sf o rw o r k g r o u p ) ，通信功能以n e t b i o s 实现。多媒体设 备采用标准的w i n d o w sm c i 设备。语音方面采用声霸卡或兼容卡， 视频则采用自己开发研制的t h v i d e o 视频采集播放卡。视频压 缩方法为h 2 6 1 的压缩算法。 另外还有国防科技大学的h y p e r c a r d 系统以及西安交通大 学的分布式多媒体协同工作系统d m c s 。但总体来说，国内对 c s c w 的研究尚属于初级阶段，对c s c w 的协作机制、建模方法、 协作多用户接口等方面还有待进一步的研究，并且国内对c s c w 硕士学位论文 第一章综述 一些专用系统如：远程教学、远程会诊、远程军事参谋会议的开 发和应用也处于起步阶段。相信不久的将来，随着国家信息高速 公路的建设，会为c s c w 应用系统的推广铺平道路。那时c s c w 的 应用将伴随着网络的发展深入到社会生活的方方面面。 1 1 3c s c w 系统的研究内容 c s c w 是一门交叉学科，涉及的领域很多，它不仅涉及了计 算机网络通讯、并行和分布式处理、数据库、多媒体、人工智能、 面向对象理论等学科，还涉及到认知科学、行为科学、组织科学、 乃至艺术和哲学等学科。因此c s c w 的研究内容十分广泛，基本 上可归纳为两个层次：其中支持群体协同工作( c w ) 的研究处 于上层，它为系统提供具指导性意义的系统理论方法；而有关计 算机化的人与人交互的相关技术( c s ) 的研究处于下层，它为系 统提供底层支撑技术，如图( 1 2 ) 。 图( i 12 ) c s c w 领域的两个研究层次 第二节本论文实现的c s c w 实用系统概述 1 2 1 协同工作系统的三种模型 多用户协同工作系统结构模型一般有三种：集中式结构模 式、分散式结构模式以及复合式结构模式。 集中式结构是遵循客户服务器( s e r v e r c l i e n t ) 模式的结构。 在整个系统中的所有节点客户机中，有一台客户机同时充当服务 器，所有用户的输入都被送到中央服务器，由服务器处理程序处 理，并将最后的结果输出到所有的客户机上。 集中式结构一个显著的优点是简单，易于实现：所有用户之 间的协作，所有的数据与应用，以及结果的输出都由服务器控制， 8 颂士学位论文第一章 综述 所以易于管理、易于保持数据的一致性。然而由此结构构成的系 统由于所有的控制均在服务器段，所以缺乏灵活性，而且健壮性 差，对服务器要求较高，当服务器出现故障时系统将无法正常工 作。另外，由于所有客户的协作信息都要先发送到服务器上进行 处理，然后由服务器发送给其他用户，所以当网络速度较慢或者 并发用户较多的情况下，系统的响应时间很长。 分散式结构采用对等通讯( p e e r t o p e e r ) 模型方式。在每个 协作用户的机器上，都运行一个本地的“代理”( 1 0 c ka g e n t ) ，它 负责接受用户的动作，计算动作的结果，然后将此结果传送给其 他的协作用户。 分散式结构的系统优点在于系统的灵活性大、开放性好，如 果系统中一台或几台机器出现故障时，系统仍然能够正常工作。 另外分散式结构允许每个用户定义自己的工作界面。分散式结构 的主要缺点是难以解决协同工作的实时性和共享数据的一致性。 在分散式结构系统中，协作用户先在本地响应输入，处理后在传 送给其他用户，如果协调不好就不可避免的会产生冲突，造成协 作结果的不一致，而分散式结构的协调需要复杂的同步算法。分 散式结构的另一个问题是协作用户的动态加入。在集中式结构 中，如果有新用户加入，只要通知中央服务器即可，而在分散式 结构中，新用户的加入要通知所有的协作用户，这就意味着新用 户必须知道所有协作用户的位置及当前状态。 复合式结构即是在系统中采用部分集中，部分分散的结构。 它具有集中式和分散式两者的优点，既保证了系统具有较好的灵 活性和开放性又保证了系统的实时性和数据的一致性。 1 2 2 本论文实现的c s c w 实用系统概述 c s c w 实用系统的结构 考虑到复合式结构结合了集中式和分散式两种结构的优点， 本论文所实现的c s c w 系统采用了复合式结构，系统结构图如下 图( 1 2 1 ) ，其中虚线部分为集中部分，而实线部分为分散部分。 硕f - 学位论文 第一章 综述 图( 1 2 1 ) c s c w 系统( 复合式) 结构图 上图为系统的整体结构图，体现了一般协作用户一般协作 用户之间，服务器一一般协作用户之间的关系。但仅有这些交互 关系是不够的，c s c w 系统是由众多单机单用户在特定的网络环境 下连接构成的，服务器也同样是在一台p c 机上除完成一般协作 用户的基本功能外，还要完成其监督和控制功能。所以，我们要 确定更具有现实意义的单用户方在微机平台上能够完成的功能模 块以及各功能模块之间的相互关系。图( 1 2 2 ) 为服务器端的 功能结构图，图( 1 _ 2 3 ) 为一般协作用户的功能结构图： i用户应用接 ji l i 一 厂广一 音视频处理模块数据处理模块协作管理模块 网圉匣 视频支持lf 键盘对话ll 协作控制l i二 l | 璺i ( 1 2 2 ) 服务器端单机功能结构| 兰| 硕 学位论文 第一章综述 亘耍 _ i 二二二_ = _ 音视频处理模块 数据处理模块 后网 型 侯调 l 键盘对话i l 。j 二二【 媒体流控制 通信服务接口 图( 12 3 ) 一般协作用户端单机功能结构图 由图可以看出，服务器除了由一般协作用户的音、视频，数据等 处理模块，媒体流控制模块外，还需要有协作控制模块来进行协 作的监督和控制。 系统网络环境及软硬件平台的选择 ( 1 ) 系统网络环境 随着i n t e r n e t 的迅速发展和普及，人们逐渐意识到i n t e r n e t 才是联系最广泛，使用最方便的网络。1 9 9 6 年5 月i t u t 第1 5 研究组在日内瓦召开会议，正式提出了h 3 2 3 局域网电视会议标 准。h 3 2 3 标准提供了不保证服务质量的局域网可视电话系统和 终端，它包括了相应的视频协议( h 2 6 1 、h 2 6 3 ) 、音频协议 ( g 7 1 1 、g 7 2 2 、g 7 2 3 、c 7 2 8 ) 、控制协议( h 2 4 5 ) 、复用同 步协议( h 2 2 5 ) 、数据协议( t 1 2 0 系列标准) 等。h 3 2 3 的出台 使得在局域网上开发c s c w 系统有了统一的标准，为以 l a n i n t e r n e t 为网络环境的c s c w 系统的普及奠定了基础，相信 不久的将来，使用1 t 3 2 3 终端和互连i n t e r n e t 可实现全球多媒 体通信。基于此，我们选择l a n 作为本论文所时显得c s c w 系统 的网络环境，并通过采用t c p i p 协议与i n t e r n e t 进行无缝连接。 ( 2 ) 软件、硬件平台的选择 c s c w 系统设计的一个主要原则是：提供支持用户协作的使能 技术而不是对用户过多的限制。所以本系统选择软件、硬件平台 烦上学位论文 第一章综述 时主要是从用户的可接受性( 包括价格、使用习惯等) 和将来的 发展趋势几个方面来考虑的。 从价格方面考虑，本论文选用的硬件平台为用户最常用的p c 机，其他外围配置包括：一台摄像机，一个麦克风，一个c o d e c - - 完成视频和音频的数字编码和压缩，并完成此过程的逆过程，一 个通信接口卡一完成各种数据流的集成和网络传输，以及一对扬 声器。软件平台我们选用的是在p c 世界占统治地位的操作系统 w i 3 9 x 。 c s c w 实用系统的功能 本论文所实现的c s c w 系统具有协作管理、白板共享、键盘 对话、实时音视频信息处理与传递以及数据库查询等功能。下面 具体介绍几种功8 9 - 1 协作管理功能实现协作的建立与控制，包括召集协作( 如 协作环境的初始化等) 、协作进程控制、协作状态维护、 协作用户的加入与退出等，并具有一定的网络管理能力。 2 自板共享类似于w i n d o w s 下的画板，无论是接受或传送 的一方，都能够对共有的画板内容进行编辑、修改，其 效果就象两个人在同一块白板上讨论问题一样。 3 键盘对话为所有协作用户提供了一个聊天的窗1 3 。所有 的协作用户都可以打开键盘对话窗口，进行交谈，同时 任意两个协作用户可以进行私下交谈。 4 音视频信息处理与传递对本地的音视频进行实时处理， 并且进行实时传递，使当前的焦点人物( 如当前正在发 言的协作者) 的形象可以实时的显示在协作窗口，给人 以一种“面对面”的感觉。 5 本论文实现的c s c w 系统的数据库查询提供两种查询服 务：一是输入协作者的姓名获得协作者的相关资料，二 是提供协作关键字调入一些有关协作的信息。 第三节论文工作及结构安捧 c s c w 这一概念代表了人们的一种工作方式的转变，即现代 社会中人们的工作更加要求分布性、协作性和交互性。c s c w 系统 是一个复杂的系统，所涉及的领域也较为广泛，需要研究的内容 顿卜学位论文 第一章 综述 也较多。在论文期间，作者主要对实现c s c w 系统所涉及的协作 机制、交互模式、协作管理、并发控制等c w 层的内容以及c s c w 系统支撑技术如：数据、音视频的处理及网络传输，数据库支持 以及c s c w 系统的安全等进行了大量的理论上和实践上的研究， 并在此基础上，构架了并实现了一个c s c w 系统。 本论文的安排如下： 第一章综述 本章给出了c s c w 从产生到现在人们对它的概念性描述，并 给出了作者对c s c w 这一概念的理解，简要地介绍了它的特性以 及分类。在此基础上详细的介绍了c s c w 的产生的历史背景以及 发展现状，并举出了c s c w 在人们生活中的一些实际应用。从而 说明了c s c w 是当今自然科学和社会科学相结合的产物；是人类 社会进入信息科技时代不可缺少的工具。在这之后，我们阐明了 c s c w 的研究内容，确定了本论文需要研究的内容。以此为基础设 计了一个c s c w 实用系统，详细的介绍了本系统的工作模式、终 端结构、系统软硬件的配置即系统的基本功能。在当今的通信、 网络飞速发展的时代，我国信息高速路方兴未艾之时，我们应该 发掘自身的潜力，开发出兼容性号、通用性好、性能价格比较优 的c s c w 系统，以满足人们生产生活的需要，赶超世界先进水平。 第二章支持群体工作的四层 c s c w 的应用范围十分广泛，涉及的领域也较多，相应的它 的研究内容十分广泛，大体上分为两个层次：一层为上层的c w 层：此层主要研究支持群体协同工作的理论，为系统提供具指导 性意义的系统理论方法：另一层为下层的c s 层：此层主要研究 有关计算机化的人与人交互的相关技术，为系统提供底层支撑技 术。而本章主要结合本论文实现的c s c w 系统研究c w 层的所研 究的一些问题，并提出作者自己的观点。具体说，在本章中首先 介绍了c s c w 系统的协作机制的总体框架及层次模型，并根据协 作机制的总体框架讨论分析了c s c w 系统协作管理功能，并在此 基础上提出了两层管理机制，很好的解决了协作管理中的一些问 题。接下来介绍并分析了目i ；i 两种常见的交互模式，并提出了一 种混合式交互模式作为本论文实现的系统的交互模式。并发控制 是协同工作所要研究的另一个重要问题，因此本章的最后一节就 c s c w 系统的并发控制加以研究。 硕：l 学位论义第一章综述 第三章计算机支持技术的c s 层 上一章我们研究了c s c w 研究内容的一个方面：c w 层的一 些理论，并将其应用于所实现的系统中。本章我们主要研究c s c w 研究内容的另一个方面：计算机支持技术的c s 层所涉及的一些 技术。 首先，我们研究了网络传输问题。随着i n t e r n e t 的发展壮 大，c s c w 系统在网上的应用日益广泛。基于此，本系统选择了l a n 作为系统的网络环境，为将来与i n t e r n e t 无缝连接打下基础。 作者采用了互联网的通用协议t c p i p 。论文分析了t c p i p 的四个功能层的处理过程，进而了解了t c p i p 的基本运作原理， 为在程序中实现面向连接的数据传输打下基础。其次，音频、视 频是多媒体网络最重要的交互部分，作者接下来简述了国际上有 关音视频处理的标准制定情况，并在此基础上，结合本系统的具 体实现，探讨了音视频处理、传输中所遇到的问题。 第四章圆c l r 的数据库支持 c s c w 系统是面向用户的，强调用户之间的协作性、信息的 共享性，这就决定了c s c w 系统必定会涉及到对数据资源的操 作，而数据库技术是管理数据资源的一种晟新方法，它研究如何 组织数据，存储数据，如何能够高效地获取和处理数据的方法。 因此本章首先介绍了一些基本的数据库技术，包括相关的概念、 数据库的体系结构等，接着主要介绍了一种经典数据库类型一关 系型数据库。最后，重点结合本文实现的c s c w 系统说明数据库 技术在c s c w 系统的应用。 第五章c s 四系统的安全策略 随着计算机网络技术的迅速发展，网络连接使通信和信息共 享变得更加便捷的同时，网络安全问题同益突出，而在网络环境 支持下进行的c s c w 系统也必然存在着安全问题。所以本章开始 主要介绍当前网络通信在安全性方面的要求，以及一些网络安全 策略。并在此基础上，结合本文所实现的c s c w 系统探讨了c s c w 系统中所涉及的安全问题。c s c w 系统的安全控制主要体现在以下 几个方面：链路级的安全问题一数据的加密和解密：应用级的安 全问题一成员的身份验证；和应用操作级的安全问题一成员的权 限控制。 硕l 学位论文第一章综述 第六章系统功能分析 在前面各章的基础上，本章将论文所实现的c s c w 系统的基 本功能和服务进行了总结。本系统具有的功能和提供的服务有： 系统管理控制功能、电子白板服务、键盘对话服务、音视频服务、 数据库查询服务以及远程教育服务，并附以实例图。 第七章结束语 作为论文的最后一章，本章在总结的同时，主要对当前的c s c w 的一些相关技术发展情况作一简单介绍。相信不久的将来，随着 计算机网络合同新技术的迅速发展，c s c w 的应用将会深入到社会 生活的方方面面。 木本论文主要理论上的贡献t 1 在全互连及基于转发机制的交互模式的基础上，提出了混合 交互模式 2 发展原始的c s 模式为三层c s 模式 3 提出了两层管理机制 木本论文主要实践上的贡献： 1 结合实际需要提出c s c w 系统( 复合式) 结构及单机功能结构 2 3 4 5 并给出了相应的结构图 协作控制功能实现 参照t c p i p 协议的分层结构实现网络传输功能 实现了c s c w 系统的并发控制和安全策略 将数据库技术应用于c s c w 系统 硕士学位论文 第二章支持群体工作的c w 层 第二章支持群体工作的c w 层 c s c w 研究涵盖了复杂的组织结构内使用计算机和信息技术 支持群体工作的所有范畴，其研究范围是广义的协同工作( c w ) 和广义的计算机支持( c s ) 。其中c w 层处于上层，它包括了c s c w 系统设计与实现过程中相关的一些问题：如c s c w 系统的协作机 制、协同管理、交互模式以及并发控制等。这些问题的研究成果 是c s c w 系统得以实用化的前提。本章主要就这几个问题进行一 些探讨，并将结果应用到本论文所实现的c s c w 系统中。 第一节协作机制 c s c w 最本质的特征是支持一组用户协同工作，所以设计 c s c w 系统来满足用户协同工作的需要之前我们应该弄清楚 c s c w 协作机制的总体框架。 c s c w 协作机制应该包括群体协作问题求解模型、协调模型 以及交互与通信模型三部分，其关系如图( 2 1 1 ) 组织级 铅调级 协作交互级 图( 2 i 1 ) c s c w 协作机制的总体框架 群体协作问题求解模型是c s c w 协作机制的最上层，是 c s c w 的主导。它主要完成协同工作任务的形式化描述和表示、 协同工作任务的分解、子任务的分配、组织及集成等工作，其目 的在于指导协作的有序、合理、规范和有目的地进行，并使得子 任务的结果易于集成。群体协作问题求解模型面向的是协作任 务，描述它不仅需要计算机科学的知识，还要借助人类学、心理 学、社会学、认知科学、管理科学等其他学科的研究成果和理论。 群体协作问题属于系统组织级内容( 图2 1 2 ) ，不包括本文的研 硕士