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1、第12章 协同数据库与综合实例 数据库能否支持协同工作，决定着一个系 统在信息存储和信息交换等方面的效率， 进而影响整个系统的协同特性。 12.1 数据库中的协同工作 12.1.1计算机支持的协同工作 协同技术是近年发展起来的一门新兴课题 ，与之相关的学科通常被称为计算机支持 协同工作(Computer Supported Cooperative Work，CSCW)或群件。 CSCW侧重研究计算机及网络环境下共享 信息、协同工作的技术和某一类专门系统 (如可视会议系统等)的研制。CSCW技术 与系统能支持群体成员间的协同工作所需 的多点间对称的交互方式与功能。CSCW 的特点是支持群件的协同
2、工作方式，即支 持多点间的交互方式和对称的交互方式 . CSCW的目的就是在计算机环境下提供对 人们群体工作的支持。CSCW的3个基本 要素是：通信、合作和协调。 通信：CSCW基础是通信。自然的组通信发生 在地理上是分布的用户之间(本地通信可以认为 是分布系统的特例)，因此网络通信是至关重要 的，并且在合作环境中处理多媒体文件传输和 数据控制是很复杂的。而基于计算机的或者以 计算机为媒体的通信，并没有完全与其他的通 信形式相结合。异步的基于文本的电子邮件和 公告板与同步的电话和面对面的交谈是不同的 ：人们不能在任意的两个电话号码之间传送文 件，将计算机技术和通信技术结合起来可以解 决这个问题
3、。 合作：CSCW的形式是合作。与通信相似，合 作是小组活动的重要内容。在群体活动中，任 意一项活动都必须是多人合作完成。有效的合 作要求人们必须共享信息。但是当前的信息系 统尤其是数据库系统在很多情况下把人们互相 隔离开。比如，当两个设计人员使用同一个 CAD数据库进行操作时，他们不可能同时修改 同一个设计物体的不同部分并且知道他的合作 者所做的修改；他们必须通过互相检查才能知 道对方所做的工作。许多任务都需要良好的共 享环境，可以在适当的时候友好地通知群组的 活动信息以及各个用户的活动。 协调：CSCW的关键是协调。如果一个组 的活动是协调的，那么它的通信和合作将 会大大得到加强。如果一个
4、工作小组成员 之间不能很好地协调，势必会经常发生冲 突和重复劳动。当几个部分共同组成一个 任务时，协调本身被看作是一个必不可少 的活动。当前的数据库应用提供了对共享 对象的访问，然而大多数软件工具只提供 对单用户的支持，对支持小组的协调这一 重要功能所做的却很少。 CSCW是跨学科、跨领域的崭新研究领域 ，它正应用到越来越多的领域和学科。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。下 面列出一本名为CSCW的国际性杂志所提 供的覆盖范围: 群件。 社会技术系统设计。 协同工作的理论模型。 计算机为媒介的通信。 人机交互。
5、群体决策支持系统。 协调系统。 分布式系统。 协同工作及实际活动的研究。 组织理论及设计。 技术社会学。 管理科学。 支持协同的人工智能和分布式人工智能方法。 具有创新性实际策略的研究。 用户支持协同工作的所有具有创新性的技术手段，如电子会议室、远程会议设施、 电子邮件、实时和异步技术、桌面会议系统、共享编辑、视频和多媒体系统。 有关CSCW系统的社会、文化、伦理道德、法律和政治等方面的研究。 1. “人-机交互”与“人-人交互” 传统的系统只有“人-机界面”概念，人与系统的界面只是“ 人与计算机”之间的接口；而CSCW重要特征是群体协同 性，除了“人-机交互”外，必须考虑“人与人”之间的接口
6、 ，即“人-人交互”问题。那么，什么是“人-机交互”，什么 是“人-人交互”，为什么要引入“人-人交互”呢？人-机交互 是利用汁算机完成某种工作，人-机交互只有“机器感”， 仅仅支持个体工作。人-人交互虽然也是通过人-机界面 实现的，但它支持群体合作开展工作，共同完成某项任 务，人-人交互界面应使用户有更多的“人感”，而不是“机 器感”。人-人交互虚拟“人感”环境是由人-机界面和计算 机网络环境实现的 2. 共享信息与协同工作空间 在CSCW应用系统中，信息是群体所产生并为群体所利 用。信息具有分布式特点，信息共享是协同的一种主要 实现方式。传统的网络环境数据库系统中，对于数据库 共享访问，存
7、取等都有许多成熟的技术(如数据加锁和访 问等)。 除了应有必需的信息共享功能外，群体成员必须有支持 协同工作的共享空间协同工作空间描述与设计及其与“私 有工作空间”的关系问题也是CSCW要解决的关键问题之 一。 3. 信息的“时空”特性与协同通信 群体成员间协同工作必须相互”交流”信息。这就需要在 成员间传输信息传统的管理信息系统中，用户之间的 信息通信主要是简单的数据通信。而群件中，必须同时 考虑信息的“协同”问题。一般来说，信息协同传输有4种 方式：(1) 同地异步方式；(2) 同地同步方式；(3) 异地 异步方式；(4) 异地同步方式。 此外，在实际系统中，特别是多媒体信息有时间和空间
8、的要求。协同工作的难点是信息的同步与实时通信、协 同机制等。 4. 冲突与协同控制 协同工作是有很多人参与的项群体活动，有“ 协同”，就必然有“冲突”，所以有必要进行一定 的管理和控制。此外，群件协同正作的活动往 往具有地域性和历史性等特点，这些都需要系 统提供相应的管理和控制功能，如身份确认、 冲突协调、历史文档资料存储与查询。 CSCW和群件的基础是多媒体和网络，核 心是“协同”技术。其关键技术主要有：高 速多媒体通信网络及协议、分布式多媒体 数据库技术、同步机制和控制策略以及群 件系统的体系结构等。 分类的可依据CSCW系统中的活动方式、 群体成员地理分布位置、使用的基本工具 和工作环境
9、，以及应用等。分类如下 : (1) 按照交互协作方式分类 可有同步方式和异步方式两种。在同步方 式时，在同一时间群体各成员进行同一任 务的协作；在异步方式时，在不同时间群 体各成员进行同一任务的协作。 (2) 按群体成员的地理分布分类 协作又分成同地协作(Co-located)和异地或远程 协作(Remote)两种，异地协作的成员位于地理 上的不同位置，或在逻辑上位于不同的位置。 (3) 按群体规模分类 分为两人协同系统和多人协同系统，多人协同 系统具有更大的复杂性。 (4) 按使用的基本工具和工作环境分类 具体的CSCW系统有电子邮件系统，电子布告 栏、会议系统、协同写作和讨论(编著)系统、
10、工 作流系统和群件等。 (5) 按CSCW应用领域分类 由于CSCW的概念应用广泛，不同的应用领域 CSCW有不同的特点。按应用领域分类有：协 同科研系统、协同设计系统、远程医疗系统、 远程教育系统、协同决策系统、军事协同(参谋 会议)系统和协同办公系统等。 CSCW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以属于广义 的CSCW范畴。CSCW系统强调的是信息 的共享性和工作协同性。CSCW应用正在 渗透到越来越多的领域，逐步改变一些传 统的领域。主要应用例如： 电子邮件系统(E-mail Electronic mail)。 电子公告板系统
11、(BBS Bulletin Board System)。 远程教育。 远程医疗。 视频会议系统。 共享电子白板。 虚拟协作环境。 协同设计。 协同著作系统。 协同编辑。 12.1.2基于XML的数据库协同工作 XML是eXtensible Markup Language(可扩展的标记语 言)的缩写，是W3C组织于1998年2月发布的标准。 W3C组织制定XML标准的初衷是，定义一种互联网上交 换数据的标准。W3C采取了简化SGML的策略，在 SGML基础上，去掉语法定义部分，适当简化DTD部分 ，并增加了部分互联网的特殊成分。因此，XML也是一 种置标语言，基本上是SGML的一个子集。因为XM
12、L也 有DTD，所以XML也可以作为派生其他置标语言的元语 言。由于XML是一种树状结构，可以把形式与内容彻底 分离，正是基于这个原因，引出了本文的研究关键：使 用XML将不同数据格式的数据标准化，从而达到协同工 作的目的。 XML的特点及其优越性主要表现如下： 跨平台性：由于XML使用文本来保存数据 ，而不是使用二进制格式，因此对于跨平 台的交换数据十分方便。 自描述性：在于其中的每个项目都有自己 的名字，而这个名字又与文档所描述的现 实世界中的问题所涉及的某项具体内容密 切相关。 灵活性：XML可以随意定义元素之间的关 系，因此可以定义非常复杂的数据结构。 灵活的文件结构几乎可以满足所有的
13、应用 需求。 方便性：文件的内容和外观设计是完全分 开的，外观变动时，XML文件本身不受影 响。对信息进行搜索时，只要对XML文件 进行搜索就可以得到自己想要的有用信息 。 XML基本要素包括：DTD(Document Type Declaration，文档类型声明)或XML Schema、 XSL和XLink。DTD和XML大纲规定了XML文件 的逻辑结构，定义了XML文件中的元素、元素 的属性以及元素和元素的属性之间的关系； Namespace实现统一的XML文档数据表示以及 数据的相互集成；XSL用于规定XML文档呈现 样式的语言，它使得数据与其表现形式相互独 立；而XLink将进一步扩
14、展目前Web上已有的简 单链接。 对于不同的数据库，只要以XML为标准编写数据库与 XML之间的转换即可，这样就大大地降低了开发成本， 实现了线性成本的数据转换模式 在关系数据库模型中，数据库是关系的集合。 每一个关系就是由若干个带有同样属性的元组 组成的集合，并且通常一个关系都用一个二维 的表格来表示，即数据库是由一个个的表构成 的。每个表，通常由多条记录组成，每一条记 录代表一个数据。记录的集合构成记录集。每 一条记录由若干的字段组成，字段有着各种属 性. 对于数据库中的各个表之间，可能存在着依 赖关系，这些依赖关系靠外键进行定义。关系 数据库一般由3层模型组成，每个字段的值是原 子的，不
15、包含一系列值 信息交换是CSCW提供不同数据库之间进行密切合作的 一种有效手段。在不同的应用背景下，这种应用模式以 不同的形式出现，随着信息的进一步社会化，CSCW为 异构数据库转换提供了一种重要的技术和手段，更重要 的是提供了一种理念：Web环境下不同数据源之间最大 程度共享数据，从而达到降低成本、提高检索效率等。 在这类应用中，XML解决了数据的统一接口问题，达到 了协同工作的目的。但是，与其他的数据传递标准不同 的是，XML并没有定义数据文件中数据出现的具体规范 ，而是在数据中附加TAG来表达数据的逻辑结构和含义 。这使XML成为一种程序能自动理解的规范。至于信息 重用，可以用XML格式
16、存放数据，就可能以单一的知识 库通过模板提供不同形式的输出，以更低的价格提供最 为及时的更新数据。 12.1.3 时态XML扩展 在信息时代,如何以最便捷、最可靠、最有 效的方式获取所需的信息是一个很大的困 扰。人们期待着能够找到一种可以描述任 何逻辑关系的数据格式来统一电子数据的 存储，从而不再因为数据格式的不统一而 苦恼和困惑。目前，能够担当此任的就是 XML（Extensible Markup Language，可 扩展符号化语言） 1. 时态XML的引入 XML是由W3C（World Wide Web Consortium）的团体提出并构想出来的。 XML（Extensible Mar
17、kup Language 可扩 展标记语言）与HTML（超文本标记语言 ）类似，也是一种基于标记的标记语言， 但却有着HTML所无法比拟的卓越的性能 表现： 1)开放性 XML技术根据标准规范，允许数据在 任何平台上用读取和处理，通过开放性数据标 准进行通信，不必使用专用通信协议。 2)简单性 XML文档是非常简单的纯文本格式。 3)高效可扩展 用户可创建和使用自定义的标签 ，通过DTD（Document Type Definition文档定 义类型）或者Schema来定义数据类型，从而检 验数据的合法性和共享数据。 4)操作性 XML 可以在多种平台上使用. 并且文 档的结构是相容的,所以分
18、析文档的解析器可以 很容易地建立。 5)自描述性 数据内容和表示分离，自定义标签 使得数据本身就具有意义，XML的数据组织方 式也是的信息容易阅读和理解。 6)国际化 新的编码标准支持世界上所有以主要 语言编写的混合文本，从而使得XML文档能在 不同计算机系统乃至跨国界和不同文化疆域内 交换信息。 2. 一种时态XML的模型 这里采用XPath数据模型作为时态模型的 基础。XPath是由W3C组织定义的XML文 档的地址查询语言，它把XML文档描述成 树状结构。 首先了解一些关于时态的基本概念。我们利用线性时间 模型来描述时间元。在这种方式中，从过去时间到将来 时间构成一个全序关系。时间线（t
19、ime line）由一个相 对起始时间和一个当前时间限定，当前时间用“now”表 示，它随着时间的变化而持续变化。 时刻（time instant）在时间线（time line）上是一个最 基本的时间量子（chronon）。时间区间（time interval ）ts, te是指在时刻ts到te间的一段时间，其中ts:=; :=|; :=; :=; :=; :=; :=|; :=|; :=|; 触发条件在While_Event中体现；When用时态 表达式描述时态约束。 下面以三条规则为例，说明扩展的规则语法： TKRule_助工评定 Rule:TKRule_助工评定 While_Event:
20、ApplyForAssEngineer(ID) When: During(Now 1 year，Now), 毕业期 限) If:IsUndergraduate(ID) Then: M_确定助工资格(ID) 说明： While_Event：用于接收事件请求，这里 ApplyForAssEngineer(ID)指当接收到申请评审 助工请求时。 When：用于申明关于时态的约束，这里 During(Now 1 year，Now), 毕业期限) 要求“ 毕业期限”在有效的申请区间内。 If：用于规则的其它非时态判断， IsUndergraduate(ID)判断是否为本科学历。 Then：满足IF条件时
21、的动作或下一条规则，M_ 确定助工资格(ID)为确定助工的业务处理。 TKRule_工程师评定1 Rule: TKRule_工程师评定1 While_Event:ApplyForEngineer(ID) When: Gap (助工起始日期, 当前日 期) 4年 If:IsUndergraduate(ID) Then: M_确定工程师资格 Else: TKRule_工程师评定2 TKRule_工程师评定2 Rule:TKRule_工程师评定2 While_Event: ApplyForEngineer(ID) When: Gap(助工起始日期, 当前日期)5年 If:IsUndergraduat
22、e(ID) Then: M_确定工程师资格 说明： 工程师评审有2条规则，需要注意的是，TKRule_工程 师评定1中的Else部分指定启用另一条规则TKRule_工 程师评定2 12.3.5主动事件机制 1事件形式化表达 事件主要由两个表达式描述：状态表达式和时间表达式 。 状态表达式通过人员的现状态和变动条件组合而成。如 ：新职务工资待遇原职务工资待遇。 时间表达式主要是判断工资的可变动性，如：职务变动 时间原任职时间 And 职务变动时间原工资变动时间 事件与规则之间的映射关系通过对应关系表描述，由于 与事件相关的规则可分为用于生成事件的规则和用于处 理事件的规则两类，因此对应关系表也应
23、该有两个。 表10、11分别是时间和事件规则对应生成表的例子，事件规则对应 处理表与事件规则对应生成表类似。在实际处理中，状态表达式和 时间表达式都非常复杂，这里仅给出的仅仅是简化的示例。 表10 事件表 事件ID 事件名人员编员编 号身份时间时间 E1职务晋升00001管理人员1995/07/02 E2职务降低00001专业技术人员1998/11/21 表11 事件规则对应 生成表 事件ID规则规则 ID E1R1 E2R2 2事件处理器 事件处理器主要分为事件生成器、事件排队器、事件调 度器和事件处理子模块。事件处理器的控制结构如图 事件生成器 根据数据库状态和规则生成相应的事件并传递 给
24、事件排队器进行排队。事件生成器顺序扫描 各项人员历史资料，查找事件-规则对应产生表 ，调用规则生成相应的事件。由于某一类事件 通常只与人员的某项历史资料相关，例如职务 晋升和职务降低事件只与人员任职历史有关， 工改事件和转正定级事件只与人员转正时间有 关，因此事件生成器的实现比较容易。事件生 成器在生成事件的同时，把新事件传给事件排 队器进行排队处理。当人员资料扫描完毕，事 件生成器结束运行。 事件排队器 将事件放入相应的队列，并参照优先级表对事 件进行排队，然后把事件队列传给事件调度器 。事件排队器在信息采集时的处理显得尤为重 要。因为在未分散处理前，信息采集得到的信 息实际上就是系统的模型
25、库，此时需要根据大 量的职员历史信息计算出历年来的工资变动情 况，并确定现行工资，所以会触发大量事件。 而这些事件又由于事件及优先级的不同，要进 行复杂的排队以保证正确的处理顺序，这些工 作都是由事件排队器做出保障。 事件调度器 接收事件排队器传来的事件队列，逐一取 出要处理的事件，查找事件-规则对应处 理表，调用方法库中的方法从用户数据库 中读取规则所需的状态变量，然后调用相 应的规则，在调用方法将规则的处理结果 写入用户数据库中。 事件处理子模块 负责读写全局状态变量，调用规则处理器 及调用方法库读写用户数据库。 由于工资变动可能触发多种事件，而信息 采集时的处理模型更涉及多个事件序列，
26、事件之间又存在优先关系，因此本系统采 用多事件队列的方法进行处理，如图 图16 事件队列 首先针对每种人员类别（即人员身份，如管理 人员、专业技术人员、技术工人和普通工人） 分别建立一个事件队列，另外还要建立一个优 先级表，如表12所示，表中描述了每一类事件 的优先级。 其次要实现一个事件排队器，在新事件进入队 列时根据事件的时间和优先级插入队列的相应 位置。事件发生时间越早，在队列中的位置越 靠前；同一时间发生的事件则根据优先级表决 定它们的位置先后。当事件产生器运行结束后 ，把事件队列发送给事件调度器 事件排队器对事件进行排队的工作流程如下： step1：接收新事件，根据新事件的身份参数判
27、 断该事件应该进入哪个队列。 Step2：将新事件插入队列头，如果该队列为空 ，转第6步；否则转第3步。 表12 事件优先级表 事件ID优先级 E11 E22 Step3：将新事件的时间参数与其队列后面的事件的时 间参数作比较，如果新事件的时间=旧事件的时间，转 第4步；如果新事件的时间旧事件的时间，将新事件与 旧事件在队列中的位置互换，转第5步；如果新事件的 时间=旧事件的优先级，转第6步；否 则将新事件与旧事件在队列中的位置互换，转第5步。 Step5：如果新事件当前位置是队列的尾部，转第6步； 否则转第3步。 Step6：事件排队结束。 12.3.6系统的协同机制 SIDSS由管理版和用
28、户版组成，管理版用 户是上级人事部门（人事厅、局），用户 版的用户是机关事业单位的人事部门。系 统中存在两种协同工作：系统间协同和系 统内部的协同工作。建立系统间的协同工 作机制，满足管理版与用户版之间协同审 批工作的需求以及工资变更操作。同时在 系统内部：工资变更所涉及的数据、属性 、方法、规则、事件和操作都是与时间紧 密相关的，事件和规则的顺序很关键。 SIDSS的工资结算在月底进行，这是一个集中 批处理任务：所有单位的工资必须由省一级管 理部门统一核对并计算。工资结算时，由一个 客户程序直接发起服务请求。由于工资核对和 计算过程的复杂，整个过程大约需要67个小 时才能完成，而且中间不允许
29、出现中断，否则 可能需要从头再来。针对这一问题，我们采用 了多种方法来提高处理速度，包括优化数据库 、精心设计算法等，这些方法效果不明显。我 们把解决方案放到并行协同处理上来，利用局 域网内的计算机协同工作，共同完成结算任务 。 为了利用局域网计算资源，设计任务必须注意 以下几点： 任务定义：任务的定义必须根据业务流程划 分，在结算过程中，这些任务能够独立执行。 任务粒度的大小也是要考虑的，太大会导致任 务集中在几台计算机上；任务粒度太小导致计 算机频繁通信从而降低效率。 任务分配：不同的任务有不同的级别，优先 级高的任务必须先执行。 任务登记：当任务分配和完成时，要登记每 个任务的状态。特别
30、是其时态属性，这关系到 任务处理的时序管理。 时态规则确保任务分配时按正常时序分配任务 ，定义如下： 二维数组 TA i,j i 1,2,N, j1,2,3记录前 3个步骤中的所有任务。 其中 i 代表了单位个数，j 代表着步骤次数。例 如：T2,2 代表单位2的第2个任务，任务T2,2 在任务T2,1后，任务T2,3前。 再定义TA4和TA5分别代表最后两个结算任务 ：汇总、上报。 任务执行必须遵循时序关系，这种关系是一种 时态知识，可以用如下时态规则来约束， 定义如下： Temporal Rule1: Always (Not TAi,2 Until TAi,1) AND (Not TAi,
31、3 Until TAi,2) 或 Always (Before(TAi,1,TAi,2) AND Before(TAi,2,TAi,3) Temporal Rule2: Always (Not TA4 Until (TA1,3, TA2,3, TAN,3) Temporal Rule3: Always (Not TA5 Until TA4) 第1条时态规则描述了前3步的时序关系， 对同一单位而言，其子任务必须是顺序执 行的，这要求在任务分配时予以保证。但 是不同单位的子任务是可以并行执行的。 第2条时态规则要求只有当所有单位的前3 个任务都完成，汇总任务才可以分配执行 。 第3条时态规则要求只
32、有当汇总任务完成 后，上报任务才可以分配执行。 作为时态知识库的基本单元，描述该时态约束 的知识对象如表 对象结构结构内容 STK_IdTK_任务分配 sTK_Description任务分配的时态约 束 ValidTime（， ） Priority1 TK_TriggerForTaskAssignement (Workstation ID ) TK_Rule Temporal Rule1; Temporal Rule2; Temporal Rule3; MethodMGet_分配任务 12.4 本章小结 本章主要介绍了计算机支持的协同工作 (CSCW)基本概念， XML语言、工作流等 数据库协同工作的主要技术，最后介绍一 个协同数据库实例：工资智能决策支持系 统，该系统具有典型的时态特征。系统涉 及时态数据库、主动数据库技术、知识库 、数据库协同工作等多种数据库技术，系 统不是简单应用某种数据库技术，而是综 合应用了多种数据库与软件开发技术提出 的综合性解决方案。