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多媒体通信技术基础结业论文
摘要：
传统的管理方式和工作方式正在经受一场变革，社会逐步由个人工作时代迈入协同工作时代。
先进的技术，如计算机网络技术、通讯技术、多媒体技术和群件技术共同构成了协同计算环境，可以使不同地域、不同时间、不同文化背景的人们能够协调一致地为某项任务而共同工作，本文将具体讲述协同计算的发展和它的组成，而且在文中对组通信以及共享控制也将会做出具体讲解。
第一章协同计算与组通信
1.1协同计算的发展
随着时代的快速发展，追求速度和效率已经成为了当今世界的主题，人们通常希望群件能够从非协作型的单用户模式无缝的过渡到两个用户之间或多个用户之间的协作模式，能够实现在同一平台下共同工作，例如希望多用户协同工作的文字编辑器与单用户独立使用的编辑器具有类似的界面和工具。
但是用户规模的任意扩展并不是一个容易达到的要求，而这个时候协同计算这个概念便应运而生。
对CSCW的研究是始于20世纪80年代中期，在随后的年代里，CSCW逐渐形成了一个与分布式系统，计算机通信，人机交互，人工智能和社会科学等多门学科相关的研究领域。
近年来随着多媒体技术和高速网络技术的发展，CSCW与电视会议结合产生了功能更强大的分布式同步协作计算系统，这也被称为多媒体合作工作系统，在这样的系统中，由于合作者之间听得见，看得见，增强了人和人之间的交流。
同时，在这类系统的共享工作空间（如白板，共享的编辑器等）中，操作是实时的，操作的对象不仅包括静态媒体，也可以包括实施媒体。
1.2协同计算的概念及组成
1.2.1协同计算的概念
协同计算[1]（CSCW），或称为计算机支持的协同工作，是指两个或两个以上的人使用各自的计算机合作完成同一项工作，或共同解决同一问题。
能够支持这样的组工作的系统被称为群件。
群件的实质在于为协同工作的合作者创造一个共享的空间，以使他们能有效的完成同一项工作，其利用计算机技术，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，空间上分布而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，以共同完成某一项任务的分布式计算环境[2][3]，CSCW体现并符合信息时代人们工作的群体性，交互性，分布性和协同特性[3],又被称为群组计算。
1.2.2协同计算的基本组成
CSCW系统的基本组成元素可归纳为成员角色、共享对象、协作活动和协作事件4类[4]，图1[4]是一种通用的CSCW系统设计开发体系结构，用来描述计算机信息技术、CSCW开发者、用户与设计者开发者接口、CSCW用户和设计者4个层次之间的关系，这四层模型是从系统开发者的角度讨论CSCW系统框架，并且有待进一步细化。
图1通用的CSCW系统设计开发体系结构
1.3协同计算的分类
CSCW通常通过对某些特征的区别来进行分类。
用户规模：
同一地点
不同地点
图2
图2给出了从时间，空间和用户规模进行分类的情况。
从时间上看，CSCW分为异步和同步两种。
在异步CSCW中，合作者的协作活动发生在不同的时间段内，例如电子邮件发信人的发信时间和收信人的读信时间是不同的；而同步CSCW中的协作活动则发生在同一时间内，例如电话会议、即时通信或实施决策系统中、合作者实时的进行交谈和讨论。
从地点上来看，写作可能发生在同一地点，例如在同一房间内进行的会面，协作也可能在处于不同地域的合作者之间，这些合作者通过LAN，或WAN进行通信。
从用户规模上看，有一个用户和另一个用户之间的协作，也有两个以上的用户，或多个用户组之间的协作。
除了以上三种分类方法外，CSCW的分类还可以依照控制方式（集中，或分散）的合作意识的强弱等进行。
因此我们将CSCW技术引入到分
布式计算中来，以解决分布应用之间的协同工作与控制问题，计算机支持的协同工作就是在计算机网络环境下，为完成一个共同的任务，群体各成员协同工作，在这种模式中，计算机之间不仅仅像在分布式计算中那样互相传递数据，实现信息共享，而且要进行更深层次的共享，也就是说用两台或更多的计算机来共同完成处理一个任务。
1.4协同计算的目的
协同计算的目的是支持一组用户协同的完成一个任务，协同通过交互而实现，因而常根据交互形式和交互各方的地理位置对协同计算系统进行分类，通常可以将协同计算系统分为面对面交互系统（如桌面会议系统Captureab[6],Colab[7]等），异步交互系统（如电子笔记薄，留言条等），以及异步分布式交互系统（如信件系统，电子邮件等）。
1.5计算机支持的协同工作的研究内容
计算机支持的协同工作的研究与开发所涉及的“计算机和通讯技术”方面属于计算机与通讯技术的研究范畴，主要研究以下6个方面
[5]：
1：
交流模型的抽象。
把不同民族，不同国籍的人们之间的相互交流的方式抽象成计算机能识别和处理的结构和模型，这方面的研究包括：
交互模型，协调方式，协作透明性和可视化等。
2：
支持协同工作的工具和群件。
研究支持协同工作系统开发的各种工具和具有群体感知特征的协调工作支撑软件系统——群件。
支持协同工作的工具集的研究主要包括：
协同软件体系结构支撑工具，程序设计抽象支撑工具和界面支撑工具等。
群建的研究主要包括网络会议系统，白板讨
论系统和虚拟社区系统。
3：
分布式处理方式。
研究支持群组工作的分布式处理模型和软件结构，其结构有集中式，全复制式和混合式三种，各种结构各有优缺点，应根据具体的工作情形，有选择的使用。
此外，针对相应的结构研究用户操作的并发控制和数据的一致性维护技术。
4：
多媒体信息处理技术。
多媒体信息是营造群组工作虚拟工作空间的切实可行否的方式，就如何为群组内成员提供必备的声音，图像和，动画和文字信息表现方式，以达到群体协同工作之目的。
5：
高速实时的网络技术。
；传统的网络设施及协议难以满足同步实时协同系统的要求，故应对网络基础设施及协议进行研究，使网络能提供多联接，多媒体控制，多逻辑信道控制，可靠的多点传输通讯和高速实时通讯等功能。
6：
智能用户界面技术。
智能用户界面能为群组成员协同工作提供易于操作的环境。
智能用户界面技术研究主要包括多媒体显示技术、多媒体输入输出操作方、语音识别、人物表情识别和姿势识别等。
这些技术的研究将为自然真实和易用的协同计算系统的开发打下良好的基础。
1.6协同系统的组成与系统软件结构
协同系统的部件与非协同系统的部件一样，均是由模块，层，线程，过程和备份组成，只是协同系统应用了特定的技术对其进行分解，因此PrasunDewan提出了一个分层的系统结构：
图3。
图3：
《协同系统结构》
现存的协同系统软件运行时结构大致分为三种结构[5]：
集中式，复制式和混合式。
集中式结构：
这种结构有一个或若干个服务器节点负责整个绘会话过程中的管理，协调和通信转发，其优点是易于实现和管理，但系统效率不高。
稳定和安全性不好，一是各客户节点的延迟，二是中央
节点称为整个系统的瓶颈。
复制式结构：
针对集中式的缺点，复制式将应用程序复制在所有的参与工作的用户节点上，复制式的应用允许相应用户的个性行为存在，在该结构的系统中，用户操作响应快，但必须区分本地操作与远程操作，同时注意同步化各副本的执行，以使他们不至于颠沛执行，即：
并发控制。
人们必须对操作的及时性和结构的一致性间做出权衡。
另外，用户欲建立对象的一个副本时，需采用广播机制，网络通信耗费大。
混合式结构：
混合式介于集中式和复制式之间，他作为前两种的权衡，采用集中式的状态更新，分布式的用户操作，避免了使用广播机制，使之能够在较大规模的协作系统中使用。
在混合式系统中用户交互动作只经过对话模块处理，提高了反馈速度，但无法直接传达给其他用户，一定程度上降低了协同的效率。
CSCW是跨学科，跨领域的崭新研究领域，目前国内外CSCW研究已经涉及多媒体信息处理技术，通信技术，分布式计算技术，也涉及心理学，管理科学等多种学科。
随着研究的深入，人们建立了很多支持群体CSCW进行协同工作的通用工具，如白板工具，应用共享等，建立这些通用工具的主要目的就是给群体成员提供一种交流思想，发现和协调冲突的协同工作手段[8]。
1.7组通信的概念及组成
1.7.1组通信概念
在CSCW中组通信也发挥着不可替代的作用，组通信[1]是指能够
支持同步（或异步）协同工作的多个用户之间的通信，组通信是建立在支持多播的网络之上的。
多播提供了有效的完成一点至多点，或多点至多点数据传输的手段，而构成协同工作的环境还需要组通信来支持，图4中的组通信代理由组聚集，会议和应用共享3个主要部分组成。
图4
组聚集向用户提供组织组活动的方法，以及获取关于组成员，正在进行的组活动或其他静态或动态信息的方法。
组聚集通常分为同步和异步两类同步方法使用目录服务和显示邀请，通过目录服务和显示邀请，通过目录服务用户可以获取存储在信息库中的有关组活动的名称、参加者、参加者的角色和权限等信息。
所谓显示邀请是指活动的发起者需要通过点对点、点对多、或多点对多点的方式向合作者发出邀请，才能组织起组活动。
异步组聚集可以通过电子邮件或公告牌来实现，即将正在（或将要）进行的组活动及其参加者的有关信息放在邮件中或公布在公告牌上。
此外，WWW也提供了一种查询组活动信息
的方法。
1.7.2会议控制方式的分类
组通信代理的会议部分对实施媒体的通信进行管理，组活动参与者的图像和声音的交换是十分重要的，因为他创造了参考者面对面会见的感觉。
会议控制方式[1]一般分为集中式和分布式两种：
1.在集中式会议控制中，发起者首先向合作者发出显示邀请（这暗含着发起者已知合作者的地址，而这些地址可以从中央目录服务器中获得）,每一个合作者要回复发起者他是否愿意参加会议。
然后再愿意参加的合作者之间进行会议有关策略的协商，同时将有关会议的信息存入中央信息库，并利用可靠的消息传递机制将共享的回忆状态信息通知所有参加者。
这种控制方式的优点是控制方便，而且对每一个参与者而言，回忆状态信息是一致的其缺点是，当有一个新成员加入会议时，必须向每一个成员发送会议状态变更的消息，在新的会议状态建立之前有较长的延时。
此外，在会议期间如果某一个参与者的链路发生故障，回忆状态将被破坏，即使链路恢复，回忆状态也不见得马上恢复。
因此，集中控制方式比较适合于规模较小，组成员不变动的静态组活动。
2.在分布式会议控制中，会议的发起者首先通过多播实体建立一个多播空间向合作者发布有关会议的消息，会议就算建立了，愿意参加会议的合作者只需加入到特定的多播实体（如多播地址）中去，并通过组聚集发布他已参加会议的消息即可，在分
布式控制方式中，会议状态是由每一个参与者通过多播将各自的状态传送给其他的参与者而建立的，由于在此种方式中对组成员没有全局的管理，因此每一个成员所了解到的回忆状态可能是不同的，为了保持一定的一致性，回忆状态消息要利用非可靠的消息传送机制周期性的传送，这种松散的分布式控制方式的优点是用户规模容易扩展，同时对故障的容忍性好，在某一段通信链路的故障排除之后，很容易重新建立起新的会议状态；其缺点是会议的参与者对会议状态的了解可能是不同的，松散控制比较适合于在WAN范围内，组成员经常动态变化的情况，Mbone中的简单会话就是分布式控制的一个例子。
第二章应用共享控制
组通信代理的第三部分[1]是对共享应用的控制，如前所述，群件的实质在于为协同工作的合作者创造一个共享的空间，会议聚集和会议控制为合作者创造了一个“见面”的共享会议空间，而参加会议的合作者还需要有共同完成某一项工作的共享工作空间。
共享工作空间又可以进一步划分为共享的操作空间和共享的信息空间，前者指一中允许工作组内任何成员对同一应用进行操作的机制，如白板，共享的编辑器等；后者是一种允许组成员创建，存储，浏览和提取共享多媒体信息的系统，如多用户的多媒体数据库系统，组成员可以通过后者
将会议过程记录进数据库，他也可以在会议期间提取出库中的资料供所有成员讨论。
而前者是实现协同计算的至关重要的机制。
2.1应用共享的作用
应用共享[1]意味着每个组成员都可以对共享的应用程序（如编辑器）进行操作，而当其中某个成员进行操作之后，程序要将共享对象（如被编辑的文件）执行该操作的结果反映给每一个组成员。
通常，共享对象在共享窗口中的内容，也对其他成员的共享窗口中的内容做同样的更新。
其中应用共享，是可以将一个传统的应用软件改造为能支持多用户共享操作的应用软件，达到充分利用已有资源的目的，因此可以节约大量人力、财力，其特点是对所有协作者同时提供相同的输出，即应用共享机制，它决定了系统设计的原则。
2.2通用共享模式的优点
通用共享模式具有很多优点，比如各个模块功能明确而独立，有利于软件开发；不同的共享方式能够使用相同的共享管理器；可以根据需要实现为复制式或集中式结构，而不改变整体结构和流程；不会影响共享应用程序和操作系统的运作。
应用共享软件所要达到的一个主要目标是CSCW所宣扬的WYSIWIS,即“你见即我见”。
作为协同环境下的重要工具，他的典型应用有：
会议系统、客户服务、文档共同编辑、远程教学和技术支援等。
各个协作用户共同对一个应用进行操作和共享，其中每一个用户都具有相对平等的操作权限，就好像所有协作者不是在进行人机对话，
而是“聚集”在一起，围绕一个共同的应用进行讨论，交换信息，相互协商，达成一致，做出决定，共同完成任务，我们把这种协作模式称为“会议模式”，图5为会议模式应用共享系统的一般概念[9]。
图5会议模式应用共享系统
2.3共享模式的分类及其各自优缺点
在应用共享的具体程序实现中，按应用程序的协作方式来分，以往的模式主要可以分为集中式共享和复制式共享。
集中式应用共享方式，通常采用Client/Server结构，如图6所示，被共享的应用程序运行于服务器端，所有参与协同工作的不同计算机上的用户可以将对应程序的输入直接送到服务器端，通过服务器的处理，并实时的将某个用户的输入反馈给所有的用户[10]。
图6Client/Server结构
集中式应用共享机制（CAS）可用三元组[11]形式表示如下CAS={N,CS,OSD},其中：
N为参加应用共享的节点集；
CS为共享控制策略集；
OSD为输出共享数据集
因此，集点式应用程序共享是在共享控制策略（CS）的协调控制下参加应用共享的各节点（N）共同操作主席节点上的应用程序产生输出共享数据集（OSD）并分发到参加共享的各点，工作流程如图7所示。
图7：
集中式应用共享工作流程
在复制式应用共享模式下，所有参加协同工作的用户的计算机上都运行有单用户应用程序的一个拷贝，用户对应用程序的操作（例如：
鼠标，键盘输入等消息），被分发到其他用户的计算机上，并产生同样的输出结果，以实现单用户应用程序的网络化协作，该方法也被称为“事件分发法”，其机构如图8所示。
图8：
复制式应用共享
复制式应用共享机制（DAS））可用六元组[12]形式表示如下DAS={N,A,R,CS,ISD,OSD}
其中：
N为参加应用共享的节点集；A为参加共享节点上的应用集；R为参加共享节点上的资源集；CS为共享控制策略集；ISD为输入共享数据集；OSD为输入共享数据集
因此复制式应用程序共享模式是在参加协作的每个计算机上都运行有单用户应用软件的一个拷贝（A）,在共享控制策略（CS）的协
调控制下，焦点节点上的应用产生的输出共享数据集（ISD）,被分发到各节点上（N）,输入共享数据集经本地应用程序执行后，产生目标一致的输出结果（OSD）[8]。
这两种的优缺点非常明显，而且目前二者都无法互相兼容，这就使得采用任何一中模式实现的软件都具有无法随需求而扩展的局限性。
而应用共享的通用共享模式却能够兼容集中式和复制式两种共享模式，并且能够在两者之间进行转换从而适应不同的应用需求。
图9对这两种的实现机制分别使用一中模块化的框图表示，其中在复制式共享模块图中，应用共享系统所处理的信息仅仅为输入信息，即末端输入的信息，系统将用户在本地的所有输入信息同时传递给本地共享应用程序和远端的共享应用程序，经过信息捕获器捕获后交给上层共享管理器集中处理。
图9：
复制式共享模块图
图10（集中式共享模块图）为集中式共享模块图，，应用共享系统所处理的信息包括输入信息和图形界面信息，应用共享系统通过画面捕获器来实现图形界面的捕获和压缩解压缩，而且在应用程序提供者一方提供所要共享的应用程序，在应用共享者一方则不需要应用程序，通过图形界面的捕获和重置则能实现一致化输出。
图10：
集中式共享模块图
这种模块化的框图不同于以往的流程图，使得我们可以用另外一种全局的角度来分析他们各自的实现过程，而通用共享模式可以将两种共享模式各自功能相似的模块进行功能聚合，在保留原有模块功能的基础上，同时又能够大大提高了扩展性和灵活性，基于这种思想的应用共享模式称为通用共享模式。
其原理如图11所示：
图11：
通用共享模式模块图
该模式可适用于两种共享方式。
对于复制式架构而言，输入监督器不需要图形界面信息的捕获能力；对于集中式架构而言，应用程序只有会议发起者（提供端）才需要；对于其他的功能比如控制功能，都置于共享管理器[13]中。
这样就实现了一个通用型的应用共享模版。
总结：
随着计算机网络的不断普及和协同科学理论的形成与完善，协同计算将是新世纪全新和流行的计算方式。
各行各业对使用计算机和网络来支持协同工作的要求越来越迫切，目前各类协同计算系统的开发
往往跟不上应用的需求，其主要原因是：
缺乏合理有效的协同计算系统支撑环境，以致于现有的协同计算系统存在开发困难、维护不易和协同效率不高等问题。
放眼多媒体技术的发展，协同计算与组通信以及应用共享控制在人们的日常生活以及工作、学习上发挥的作用将会越来越大，通过技术的逐渐成熟人们将能够做到足不出户，通过网络就可以实现面对面的交流，在一个共享的空间高效的完成同一项工作真正实现速度，效率的完美结合。
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09级电子系通信工程一班李敬舜
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