专利名称：面向协同式网格应用的动态协作感知模型的构建方法
技术领域：
本发明涉及网格计算和计算机支持的协同工作，特别是涉及访问网格的用户协同工 作方式。
背景技术：
网格技术将网络环境下的各种资源虚拟组织成一台"超级计算机"，通过互连互通、 资源共享和组织管理等方式，为用户提供统一、透明、安全的访问服务，其资源包括计算
资源、存储资源、网络资源、数据库资源、传感器资源等。网格计算已经成为信息领域的 研究热点。网格应用主要采用批处理任务的方式，为用户提供网格资源服务。用户利用这 种方式，可以通过门户提交网格计算任务并获取执行结果。但是，网格环境中存在大量复 杂的其它网格应用需求，例如天体物理仿真实验应用、远程天文实验仪器共享应用、远程 可视化应用等，这些典型网格应用需要多个用户同时参与并协同完成任务，所以批处理任 务方式不能完全满足这一类型的协同式网格应用需求。
访问网格是网格技术的重要组成部分，能够提供有效的非批处理任务服务方式，可以 补充上述协同式网格应用的服务方式。它在网格环境下结合人机交互、图形图像、虚拟现 实、多媒体等技术，为网格应用提供沉浸式、交互式、协同式的访问环境，主要包括组与 组之间的交流方式、网格资源的访问方式、用户操作的协同方式等。如果将网格系统比喻 成一台虚拟的"超级计算机"，访问网格可以认为是这台超级计算机的"访问界面"。禾拥这 种沉浸式、交互式、协同式的访问界面， 一方面可以提供组与组之间的交流方式，使协作 成员(协同式网格应用的用户)能够通过多媒体工具与其他协作成员进行面对面的交流； 另一方面可以提供基于图形界面的网格资源访问方式和基于网格应用的成员操作协同方 式，使协作成员能够更方便地操作来自网格资源的对象并共同完成任务。所以访问网格丰 富了网格应用的服务方式，拓展了网格系统的应用范围。
协作感知是访问网格中协作成员完成协作任务的先决条件，其中协作任务指协同式网 格应用执行过程涉及的操作任务，主要涉及网格服务、服务状态、操作方法、执行步骤等 因素。协作感知方式提供的协作信息，能够使协作成员在执行任务的同时，还能够获得与 这些任务相关的、其他协作成员的任务执行情况(例如其他协作成员的任务、动作和意 图，协作任务的整体执行状态等信息。)，从而使协作成员能够有效地决定操作行为、调整 工作进度、完成协作任务。由于访问网格中协作任务之间的关系经常动态变化，这使得协 作成员与协作任务之间的关系也发生动态变化，从而要求协作感知方式具有动态处理能 力。例如，具有不同技术背景的协作成员往往只需要专注于自己所从事的相关协作任务及 其动态变化，而不需要关注其它无关的协作任务及其动态变化，这要求访问网格的协作感 知方式能够根据协作任务之间的相关程度、协作成员与协作任务的动态关系确定每个协作
成员的感知空间，利用相应感知空间选择协作成员需要的协作信息、过滤协作成员不需要 的协作信息。
所以，访问网格的协作感知方式需要重点解决如何在访问网格中描述协同式网格应 用，建立和维护协作成员与协作任务之间的动态关系，选择协作成员需要的协作信息，过 滤协作成员不需要的协作信息。
目前，访问网格系统的协作式网格应用经常采用基于共享应用的协作感知方式。例如， 美国阿冈国家实验室研究开发的访问网格工具包，为协作成员提供基于共享应用的协作感
知，能够在应用范围内共享协作成员的网格服务操作。但是，这种协作感知方式，缺乏网 格服务的执行状态、网格服务之间的依赖关系，难以描述协作成员与协作任务的动态关系； 同时，由于缺乏对感知空间的进一步细分,无法根据协作成员的需要选择或过滤协作信息。
另一方面，计算机支持的协同工作系统根据具体应用提出了多种协作感知模型。英国 爱丁堡大学Benford提出了虚拟协作环境的空间感知模型，该模型用氛围术语描述对象的 交互范围，用影响力描述对象的影响范围，用凝视点表示用户对关注对象的感知强度，通 过合并对象的影响力和用户的凝视点确定对象之间的感知强度，但是这种基于空间对象的 感知模型只能够根据协作对象的空间位置关系计算感知强度,难以描述非空间对象之间的 感知强度，无法确定协同式网格应用中协作成员与协作任务之间的动态关系。
加拿大卡尔加里大学的Gutwin提出的协作空间感知模型，区分了非正式感知、社会 感知、结构感知、工作空间感知、位置感知、组织感知、会话感知七种类型的感知信息， 能够列举感知信息源，共享信息源的事件，为用户构建一致的协作空间。但是，该协作空 间模型没有给出感知强度计算和感知空间划分方法，难以体现协作成员与协作任务之间的 动态关系。
中国北京航空航天大学葛声提出的基于角色的感知模型，通过分解群组任务细化群组 角色，根据角色之间的差别程度确定用户的感知强度，在此基础上划分用户的感知空间。 但是该模型只能够描述协作成员与协作任务之间的静态关系，而访问网格需要动态地构建 虚拟组织，难以预先设定任务与子任务、角色与任务、角色和活动之间的对应关系，所以 该模型也不适用于建立和维护协作成员与协作任务之间的动态变化。
因此，本发明针对访问网格的协作感知问题，调研相关国内外研究现状，分析访问网 格中协同式网格应用的用户行为和协作特性，判断网格环境中协作成员与协作任务之间的 动态关系，量化协作成员在协作过程中的感知强度，确定协作成员的感知空间，为网格环 境下的协作成员提供有效的协作感知信息，从而使协作成员可以更充分、更专心地完成协 作任务。
发明内容
根据访问网格中协作感知的实际需求和关键问题,本发明的目的是提出一种构建访问 网格中面向协同式网格应用的协作感知模型的方法，判断网格环境中协作成员与协作任务 之间的动态关系，确定协作成员在协作过程中的感知强度和感知空间，选择协作成员需要
的协作信息，过滤协作成员不需要的协作信息
为完成本发明的目的，本发明采用的技术方案是分析访问网格中协同式网格应用的 元素以及元素之间的关系，总结出协同式网格应用执行过程涉及的元素主要有对象集合、 方法集合、成员集合、状态集合和时间集合，元素之间的关系包括操作关系、对象关系、 活动关系、服务状态关系，并且元素和元素关系在协作任务的执行过程中是可以动态变化 的。根据上述元素和元素之间的关系，首先构造协同式网格应用的对象方法图，通过操作 关系简化对象方法图，然后根据协同式网格应用执行过程中协作成员之间的行为相关性， 给出对象方法图的边权值，计算协作成员之间的行为相关度，量化协作成员对其他成员的 行为感知强度，最后通过感知强度与感知阈值之间的比较结果，确定协作成员的感知空间， 基于相应感知空间选择协作成员需要的协作信息、过滤协作成员不需要的协作信息。
根据本发明提出的动态协作感知模型与典型访问网格系统的应用需求，本发明设计和 实现了面向协同式网格应用的访问网格协作工具。该工具涉及服务端和客户端，共包括4 个模块网格服务接口、事件服务和客户端、场所服务和客户端、协作应用服务和客户端。 网格服务接口提供了访问服务对象的渠道；事件服务和客户端在构造事件通道的基础上， 为协作信息提供传输和处理方法；场所服务和客户端能够管理协作成员和协作应用，支持 协作成员在场所中创建和发现协作应用;协作应用服务和客户端为协作成员提供其感知空 间的协作信息。
本发明的优点在于根据本发明的动态协作感知模型及其访问网格协作工具，可以判 断网格环境中协作成员与协作任务之间的动态关系，确定协作成员在协作过程中的感知强 度和感知空间，选择协作成员需要的协作信息，过滤协作成员不需要的协作信息，使协作 成员可以更充分、更专心地完成协作任务。
图1是本发明的协同式网格应用的对象方法图； 图2是本发明的协同式网格应用简化后的对象方法图； 图3是本发明的协同式网格应用带权值的对象方法图4是说明根据本发明的协作感知模型，当协作成员的阈值为0.5时，其感知空间的 变化图5是本发明的访问网格协作工具的体系结构图6是本发明的网格服务接口模块的类图； 图7是本发明的事件服务的工作流图； 图8是本发明的场所服务的类图； 图9为本发明的场所客户端的类图； 图IO是本发明的协作应用服务的类图； 图11是本发明的协作应用客户端的界面布局图。
具体实施例方式
本发明为一种构建访问网格中面向协同式网格应用的动态协作感知模型的方法，包括 以下步骤
步骤l:总结出访问网格中协同式网格应用涉及的元素以及元素之间的关系，构造协 同式网格应用的对象方法图，并通过操作关系简化对象方法图。
本发明提出的协作感知模型首先给出了一些基本定义，约定大写字母表示集合，小写 字母表示集合中的元素。对象(Object)集合O:组成网格应用的网格服务集合，每个对 象代表一个具体的网格服务实例。方法(Method)集合M:操作网格服务的方法集合。 状态(State)集合S:网格服务的状态集合，包括inactive, ready, suspended, failed, finished 五种状态。成员(User)集合U:参与协作的成员集合，根据协作成员的加入和退出动态 变化。时间(Time)集合T:从协作成员开始执行操作到结束操作的时间段集合。
操作关系OPi^(0,M/;pJ,/。pr:0—2M (2"表示的是M集合的幂集)是一个映射，描 述对象对应的操作方法集合。当/。pr:O—0时，表示该服务对象的执行不需要人工干预。 对象关系i OC^(0,/r。。〉，/r。。:Ox04(7h^，F^e)是一个映射，描述了对象之间的交互情况， /r。。^x5—rrae表示对象A处理后的信息交给对象B处理，没有交互则为i^/w，通过服 务对象关系的有序性可以推断成员操作行为之间的相关性。活动关系 爿C7M"7;(9尸尺/act)/act:f/xr—(9尸/ 是一个映射，例如^CTr ,,」={",,,o/7/;/act}，uEU,teT描述
特定协作成员u在t时刻的操作活动，爿C7; —w,r，0Pi U,we",^ct; ^爿cr描述特
定协作成员u在协作任务执行过程中的操作活动。服务状态关系 i 0^《Q7:S/r。s》/r。s:Oxr4S是一个映射，描述服务对象在执行过程中的状态信息。
协同式网格应用可以用一个二元组表示为C4={￡,对，其中￡表示构成协同式网格应 用的元素对象和方法，且￡={<9,似}; / 表示E上的关系，包括对象间的关系，以及对象 和方法之间的操作关系，^{0尸凡及00}。 一个协同式网格应用由相应的对象集合、方法
集合、以及它们之间的关系组成。协作过程也可以用一个二元组表示为cp={^y ,}，其 中^表示协作过程对应的元素集合，^Ho,M"7:劝，根据协同式网格应用的定义，a
可表示为^={五,"7:5} ;y ,表示成员在此执行过程中的活动关系以及对应的服务状态信息，
/ 尸^^c7:i as1。协同式网格应用的协作过程，指协作成员集合u在时间t中针对协同
式网格应用的元素集合{0,似}进行的活动及其结果。执行过程中每个服务的状态决定CP
的执行状态，当所有服务的状态为完成时，才表示执行过程的完成，也表示本次协作任务 的完成。
如图1对象方法图所示，存在对象节点Object(X)与方法节点Method(i)，大写字母A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H、 I为对象节点，小写字母i、 j、 m为相应对象节点上的方法节 点。若对象Object(X)和方法Method(i)具有操作关系，则这两个节点之间存在一条边(称 为操作边)，没有箭头的细线边为操作边；若两个对象Object(X)和Object(Y)间的对象关 系为真，则它们之间存在一条边(称为交互边)，有箭头的粗线边为交互边，箭头代表信 息的流动方向，即A处理完信息交给B和C处理，B和C处理完交给后续的对象节点处
理，直到I节点没有后续节点为止。其中对象节点的入度表示发送给它信息的节点数，出 度表示接收它发送信息的节点数。构建对象方法图的步骤主要包括首先根据协同式网格 应用，产生对象集、方法集、操作关系和对象关系；然后为每一个对象建立对象节点，为 每个方法建立方法节点，通过对象和方法间的操作关系，建立操作边；最后根据对象之间 的交互关系，为每一对具有交互活动的对象间建立交互边。
如图2本发明的简化对象方法图所示，为了使协作成员的感知空间集中在可操作的节 点上，本发明消除了图1中不需要协作成员操作的节点，例如没有操作边的对象节点B 和通过交互边指向B的节点A可以合并成为新的对象节点AB (复合对象节点)。利用对 象节点的合并处理，协作成员的注意力可以集中在可操作的节点上。对象方法图的简化步 骤为首先读取对象方法图的一个对象节点，如果有操作边则无需合并，继续读取下一个 对象节点；如果没有操作边，则检查其交互边，如果存在指向该节点的交互边，则合并到 所有指向它的节点，否则合并到所有它指向的节点，同时删除该没有操作边的对象节点； 依次类推，读取并简化对象方法图的所有对象节点。
步骤2:根据协同式网格应用执行过程中协作成员之间的行为相关性，给出对象方法 图的边权值,计算协作成员之间的行为相关度，量化协作成员对其他成员的行为感知强度。
如图3本发明的带权值对象方法图所示，每个操作边pE(Object(X), Method(i))上的两 个节点Object(X)和Method(i)之间的距离长度为0，记为Len(X， i) = 0;每个交互边 iE(Object(X)，Object(Y))上的两个节点Object(X)和Object(Y)之间的距离长度为1，记为 Len(X, Y) = 1 。对象方法图中任意两点M、 N的距离值Len(M， N)为M和N点之间的最短 距离。基于简化后的对象方法图，当交互边的权值为1时，协作成员在两个对象上完成任 务的相关度RA(actl, act2)与这两个对象的最短距离成反比
a"，j =. 1
成员userl在tl时刻对活动act2的感知强度，与成员当前时刻的活动乂C71 ，记为 actl与act2的相关度成正比，其计算函数如下
y4而re卩m"。 ， flf"2」=1 x i^4f "c^, "c/2, =-^-， f 1 e 71
步骤3:通过感知强度与感知阈值之间的比较结果，确定协作成员的感知空间，基于 相应感知空间选择协作成员需要的协作信息、过滤协作成员不需要的协作信息。
称协作成员可感知到其他成员的活动集合为感知空间AS，通过感知强度计算函数设 定当前时刻t成员对活动感知强度的阈值来控制成员的感知活动空间AS，设x是成员user 对活动感知强度的阈值，则 AS 的计算公式为 ^S 化r乂) = {a"|v4Mw<i ^^' 2 x, x e
J e T, a" e 。所以可以根据时刻t协 作成员的活动，动态计算出该协作成员当前的感知空间，描述协同式网格应用中协作成员 与协作任务之间的动态关系，选择协作成员需要的感知信息，过滤协作成员不需要的感知 信息。其中阈值由成员根据应用需求设定，如图4所示，成员设定的阈值)^0.5时，计算
协作成员的动态感知空间，a图为协作成员ul在tl时段对AB节点操作时的感知空间 AS(ul，U)， b图为ul在t2时段对C节点操作时的感知空间AS (ul，t2)， c图为ul在t3 时段对H节点操作时的感知空间AS(user,t3)， d图为ul在t4时段对I节点操作时的感知 空间AS(user，t4)。利用上述感知空间的动态划分方法，本发明的协作感知模型可以根据协 作成员的当前活动，确定与其活动相关的、其他相关协作成员的活动信息，从而使协作成 员能够有效地决定操作行为、调整工作进度、完成协作任务。
图5为本发明的访问网格协作工具的体系结构图。该工具采用客户端/服务器结构， 共包括4个模块，分别是网格服务接口、事件服务和客户端、场所服务和客户端、协作应 用服务和客户端。其中，网格服务接口提供访问网格服务的统一操作，接收网格服务的状 态变化信息，支持协作成员与网格基础设施的交互行为。事件服务为协作成员提供面向群 组通信的事件接收和分发服务，利用事件处理方法更新系统状态，事件客户端为客户端其 它模块提供统一的事件处理接口。场所服务和客户端能够管理协作成员和协同式网格应 用，为协作成员提供图形界面和交流工具，支持协作成员创建和发现协同式网格应用。协 作应用服务根据协同式网格应用的对象方法图和协作成员的感知空间变化信息，计算协作 成员的操作行为影响范围，维护协同式网格应用的状态，为新协作成员提供一致的应用视 图，其客户端提供协作任务的状态界面和操作界面、以及协作信息的表现形式。
图6为网格服务接口的类图，可以描述网格服务对象，即动态协作感知模型的服务对 象。具有标识、名字、功能描述和执行状态，提供的操作有提交服务请求，挂起当前请 求，恢复请求，取消请求，获得ID、名字、描述、服务资源、服务地址、服务操作和服 务执行状态，设置服务状态和服务资源。
图7为事件服务的工作流程图。首先初始化事件队列、接受线程、事件处理线程、事 件通道，并将接收者(receiver)线程记录连接的初始化信息放入事件通道；然后接收者 线程使用读(read)函数接受和存放发送过来的事件，事件处理线程按事件存放顺序处理 事件，并根据事件类型向事件通道提交处理后的事件；最后事件通道利用连接信息向事件 客户端发送处理后的事件。
图8为场所服务的类图。状态(SpaceState)的功能是记录当前虛拟工作区的状态， 包括协作成员和应用的信息。事件服务(EventService)的功能是提供事件机制消息传输 和处理方法。应用工厂(ApplicationFactory)的功能是创建和管理协作应用。协作应用服 务(Collaborative Application Service)的功能是协作应用的状态维护。
图9为场所客户端的类图。协作桌面主框架(CollaboratoryDesktopFrame)提供场所 客户端的java图形界面框架，包括开始菜单、工具栏、协作桌面。开始菜单(StartMenu) 为协作成员提供一系列管理按钮，包括命令行按钮，帮助按钮等。工具栏(ToolBar)为 协作成员提供管理功能的快捷方式按钮。协作桌面(CollabomtoryDeskt叩)提供桌面面板， 包括多个桌面图标和应用界面框架。
图IO为协作应用服务的类图。协作应用服务叩pService类是代表协作网格应用，其
属性包括应用标识appID、应用名name、应用的对象方法图gmph、协作成员的感知空 间列表userFocusMap、通讯组objectChannel以及当前参与应用的协作成员列表。其方法 主要包括获取应用标识方法、获取应用名称方法、事件集处理方法、协作应用服务状态 处理方法、网格状态变化事件处理方法。事件集处理方法调用Changefocus类，处理协作 成员的感知空间变化事件，更新对象通讯组。sendUserAction类根据成员操作的对象获取 通讯组，通过组内协作成员的Id获取事件通道，转发协作成员活动事件。UserChannel 类维护当前参与应用的协作成员，GridObjectChannel类维护对该对象感兴趣的协作成员 组。UserFocus类记录当前每个协作成员的兴趣空间。GridTaskGraph类使用邻接表描述对 象方法图，记录该应用的对象、方法以及它们之间的关系。协作应用服务需要处理的事件 有协作成员加入事件、协作成员退出事件、网格状态事件、协作成员感知空间变化事件、 协作成员活动事件。
图11为协同式网格应用的客户端界面，主要包括网格任务区(Grid Task Graph)、 协作成员活动区(User Action Panel)和协作成员操作区(Method Panel)。网格任务区显示应 用的网格服务对象和对象关系图，协作成员可以通过右键查看网格对象状态；协作成员活 动区显示当前的协作成员及其行为信息；协作成员操作区显示当前对象的操作方法、描述 信息和操作结果，提供4个通用的网格服务控制方法提交(submit)方法、挂起(suspent) 操作、恢复(resume)操作、重置(cancel)操作。
以上所述仅为本发明的一些基本说明，依据本发明的技术方案所做的任何等效变换， 均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种构建访问网格中面向协同式网格应用的动态协作感知模型的方法，其特征在于包括以下步骤1)首先总结出访问网格中协同式网格应用涉及的元素以及元素之间的关系，构造协同式网格应用的对象方法图，并通过操作关系简化对象方法图；2)然后根据协同式网格应用执行过程中协作成员之间的行为相关性，给出对象方法图的边权值，计算协作成员之间的行为相关度，量化协作成员对其他成员的行为感知强度；3)最后通过感知强度与感知阈值之间的比较结果，确定协作成员的感知空间，基于相应感知空间选择协作成员需要的协作信息、过滤协作成员不需要的协作信息。
2. 如权利要求1所述的构建访问网格中面向协同式网格应用的动态协作感知模型的方 法，其特征在于在步骤l)中，描述协作成员操作网格服务及其动态变化的元素包括对 象集合、方法集合、成员集合、状态集合以及时间集合，所涉及的元素关系包括操作关系、 对象关系、活动关系、服务状态关系。
3. 如权利要求2所述的构建访问网格中面向协同式网格应用的动态协作感知模型的方 法，其特征在于在步骤l)中通过对象集合、方法集合、对象关系、操作关系建立协同 式网格应用的对象方法图，其中包括对象节点、方法节点、操作边、交互边，并通过操作 关系简化对象方法图，从而描述协作成员需要完成的操作任务。
4. 如权利要求1所述的构建访问网格中面向协同式网格应用的动态协作感知模型的方 法，其特征在于在步骤2)中，通过设立对象方法图的边权值，根据当前时刻协作成员 操作对象之间的权值计算协作成员之间的操作行为相关度，量化协作成员对其他成员的行 为感知强度。
5. 如权利要求1所述的构建访问网格中面向协同式网格应用的动态协作感知模型的方 法，其特征在于在步骤3)中，根据当前时刻协作成员对其他成员行为的感知强度与该 成员设定的感知阈值之间的比较结果，动态划分感知空间并确定各个协作成员的感知空 间，在此基础上利用相应的感知空间，选择协作成员需要的协作信息，过滤协作成员不需 要的协作信息，以提高协作成员的工作效率。
6. —种用于权利要求1的感知模型的访问网格协作工具，其特征在于该访问网格协 作工具主要包括网格服务接口、事件服务和客户端、场所服务和客户端、协作应用服务和 客户端。
7. 如权利要求6所述的访问网格协作工具，其特征在于所述网格服务接口提供访问 网格服务的统一操作，接收网格服务的状态变化信息，支持协作成员与网格基础设施的交 互行为。
8. 如权利要求6所述的访问网格协作工具，其特征在于所述事件服务为协作成员提 供面向群组通信的事件接收和分发服务，利用事件处理方法更新系统状态，事件客户端为 客户端其它模块提供统一的事件处理接口。
9. 如权利要求6所述的访问网格协作工具，其特征在于所述场所服务和客户端管理 协作成员和协同式网格应用，为协作成员提供图形界面和交流工具，支持协作成员创建和 发现协同式网格应用。
10. 如权利要求6所述的访问网格协作工具，其特征在于所述协作应用服务根据协 同式网格应用的对象方法图和协作成员的感知空间变化信息，计算协作成员的操作行为影 响范围，维护协同式网格应用的状态，为新协作成员提供一致的应用视图，其客户端提供 协作任务的状态界面和操作界面、以及协作信息的表现形式。
全文摘要
本发明提出了一种构建访问网格中面向协同式网格应用的协作感知模型的方法，它包括以下步骤1)首先总结出访问网格中协同式网格应用涉及的元素以及元素之间的关系，构造协同式网格应用的对象方法图，并通过操作关系简化对象方法图；2)然后根据协同式网格应用执行过程中协作成员之间的行为相关性，给出对象方法图的边权值，计算协作成员之间的行为相关度，量化协作成员对其他成员的行为感知强度；3)最后通过感知强度与感知阈值之间的比较结果，确定协作成员的感知空间，基于相应感知空间选择协作成员需要的协作信息、过滤协作成员不需要的协作信息。本发明可以判断网格环境中协作成员与协作任务之间的动态关系，确定协作成员在协作过程中的感知强度和感知空间，选择协作成员需要的协作信息，过滤协作成员不需要的协作信息，使协作成员可以更充分、更专心地完成协作任务。
文档编号H04L29/06GK101175085SQ20071017655
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者季翔宇, 许春敏, 赵沁平, 陈小武 申请人:北京航空航天大学