Table Of ContentRechnergestiitzte Gruppenarbeit
Springer
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Mailand
Paris
Singapur
Tokio
Uwe M. Borghoff • Johann H. Schlichter
Rechnergestutzte
Gruppenarbeit
Eine Einfiihrung
in Verteilte Anwendungen
Zweite, vollstandig iiberarbeitete
und erweiterte Auflage
Mit 204 Abbildungen und 18 Tabellen
Springer
Prof. Dr. Uwe M. Borghoff
UniversWit der Bundeswehr Munchen
Institut fur Softwaretechnologie
D-85577 Neubiberg
E-mail: [email protected]
Prof. Dr. Johann H. Schlichter
Technische Universitat Munchen
Institut fur Informatik
D-80290 Munchen
E-mail: [email protected]
ACM Classification (1998): H.5.3, HA.1, C.2A, D.2.9, F.l.2, KA.3
ISBN 3-540-62873-8 Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
ISBN 3-540-58119-7 1. Auflage Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
Die Deutsche Bibliothek - Einheitsaufnahme
Borghoff, Uwe M.:
Rechnergestutzte Gruppenarbeit: eine Einfiihrung in Verteilte
AnwendungenlUwe M. Borghoff; Johann H. Schlichter. - Berlin;
Heidelberg; New York; Barcelona; Budapest; Hongkong; London;
Mailand; Paris; Singapur; Tokio: Springer, 1998
ISBN 3-540-62873-8
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995, 1998
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Vorwort zur zweiten Auftage
Groupware und CSCW (Computer Supported Cooperative Work) sind seit ge
raumer Zeit Modeworter in der Informatikszene. Diese gegeniiber der ersten
Auflage vollstandig iiberarbeitete und erweiterte Einfiihrung in die rechner
gestiitzte Gruppenarbeit soIl einerseits verdeutlichen, was man unter den
beiden Begriffen zu verstehen hat, andererseits zeigen, welche vieWiltigen
Nutzungsmoglichkeiten, aber auch Risiken, mit ihnen verbunden sind. Ziel
dieses Buches ist dabei, einen Anwendungsbereich fiir verteilte Systeme vor
zusteIlen, namlich die Rechnerunterstiitzung fUr Gruppen von Personen, die
gemeinsam an einem Problem arbeiten, aber moglicherweise raumlich und
zeitlich verteilt sind.
Rechnergestiitzte Gruppenarbeit ist eine gebietsiibergreifende Anwen
dung. Sie kann als eine Synergie zwischen den Gebieten Verteilte Systeme
und (Multimedia-) Kommunikation, aber auch zwischen Informationswissen
schaften, Soziologie und Organisationstheorie gesehen werden. Wir wenden
uns deshalb an Studenten und Wissenschaftler dieser Fachrichtungen sowie
an Anwender und Entwickler von Systemen, bei denen die Kommunikation
und die Kooperation innerhalb einer Gruppe vorrangige Bedeutung haben.
Aufbau des Buches. In Anlehnung an die erste Auflage gliedern wir das
Buch in drei Teile.
Der erste Teil umfaBt zwei Kapitel und fiihrt in die rechnergestiitzte Grup
penarbeit ein. Zum Verstandnis der rechnergestiitzten Gruppenarbeit sind
einige Grundkenntnisse von verteilten Systemen notwendig. Diese werden im
vorbereitenden Kapitell vermittelt. Wir besprechen dabei das Schliisselkon
zept Transparenz ebenso wie das Problem der Ressourcenzuordnung, mogli
che Kommunikationsmechanismen und vor allem Grundlagen objektorientier
ter verteilter Systeme. Das Client-Server-Modell und der sogenannte remo
te-procedure-call-Mechanismus sind hierbei von elementarer Bedeutung und
werden sehr ausfiihrlich diskutiert. In Kapitel 2 besprechen wir zunachst die
Hintergriinde fUr die Unterstiitzung von Gruppen und versuchen, Klarheit in
die Begriffsvielfalt der rechnergestiitzten Gruppenarbeit zu bringen. Wichti
ge Anwendungsgebiete und deren Charakteristika werden erlautert, wie etwa
die Telekooperation. Ein kurzer Blick in die Historie der CSCW-Systeme so
wie eine Klassifizierung von CSCW-Systemen (u. a. die Klassifizierung nach
Raum und Zeit, die funktionelle Klassifizierung und die Klassifizierung nach
VI Vorwort zur zweiten Auflage
dem sog. 3K-Modell) schaffen die Basis zur Diskussion der bis heute gewon
nenen Erfahrungen mit bereits realisierten Systemen zur rechnergestiitzten
Gruppenarbeit.
Der aus drei Kapiteln bestehende zweite Teil behandelt grundlegen
de Aspekte der rechnergestiitzten Gruppenarbeit. In Kapitel 3 bespre
chen wir Konzepte der asynchronen und synchronen Kooperation, d. h.
wir beriicksichtigen sowohl zeitversetzte als auch zeitgleiche Kooperations
situationen. 1m einzelnen behandeln wir - nach einer fundierten Vorstellung
des GruppenprozeBkonzeptes sowie des Modells fUr einen Rechnerverbund
- Strategien zur Verteilung von Informationseinheiten sowie Grundstruk
turen fUr die asynchrone Gruppeninteraktion. Die Gestaltung gemeinsamer
Kontexte fUr das notwendige GruppenbewuBtsein und Architekturalternati
yen von CSCW-Systemen werden behandelt. Eine iiberwiegend synchrone
Kooperation benotigt Verfahren zur Nebenlaufigkeitskontrolle. Bislang wer
den optimistische Verfahren, schlichtes Sperren, Floor-Passing-Verfahren so
wie Transaktions- und Transformationsverfahren verwendet. Diese Verfah
ren werden in Kapitel 4 besprochen. Die dezentrale Kontrolle nebenlaufi
ger Zugriffe bei replizierten, verteilten Gruppenprozessen kann mit Hilfe von
Votierungsverfahren erledigt werden. Der Hauptvorteil ist eine erhebliche
Erhohung der Verfiigbarkeit gruppenrelevanter Daten unter gleichzeitiger Ge
wahrleistung der Konsistenz, selbst wahrend der Partitionierungsphasen im
Netz. Kapitel 5 geht deshalb sehr ausfUhrlich auf diese Verfahrensklasse ein.
Der aus vier Kapiteln bestehende letzte Teil des Buches behandelt CSCW
Applikationsklassen. Kapitel 6 inforrniert iiber Kommunikationssysteme
und Informationsraume. Das elektronische Postsystem (E-mail) ist ein ty
pisch asynchrones Kommunikationssystem, auf dem viele CSCW-Anwendun
gen basieren. Es wird deshalb ausfUhrlich vorgestellt. Synchrone Kommuni
kationsysteme werden ebenfalls prasentiert. Wir besprechen hierbei Aspek
te bei der Realisierung und Nutzung von Videokonferenzen ebenso wie das
Konferenzmanagement. Hypertext (bzw. Hypermedia) ist ein zentraler Bau
stein zur Realisierung gruppennutzbarer Informationsraume. Grundkonzepte
von Hypertext sind die abstrakte Hypertextmaschine sowie die N avigations
mechanismen im Knoten-Kanten-Netz. Am Beispiel der IBIS-Methodik wer
den diese Grundkonzepte naher beleuchtet. Kapitel 7 illustriert wichtige
Aspekte im Bereich Workflow. Wir diskutierten hier zunachst die historische
Entwicklung und die begriffiichen Grundlagen. AnschlieBend erlautern wir
das Konversationsmodell und fUhren in verschiedene Koordinationsmodelle
ein. Wir zeigen beispielhaft die Modellierung von Workflows und fUhren in
mogliche Ausfiihrungsumgebungen ein. AnschlieBend besprechen wir Proble
me und offene Fragen. Das Kapitel schieBt mit der Besprechung adaptiver
Workflows und des Workflow-Lebenszyklus. In Kapitel 8 gehen wir auf die
Applikationsklasse der Kooperationssysteme naher ein. Wir besprechen die
elektronische Sitzungsunterstiitzung anhand ausgewahlter Modellarchitektu
ren, der notwendigen Sitzungsstrukturierung und der Design-Alternaltiven
Vorwort zur zweiten Auflage VII
fUr die Konferenzzirnmer. Wir beschaftigen uns femer mit verteilten Doku
mentensystemen. Wir benutzen hierbei Dokumente mit einem hohen Struktu
rierungsgrad zusarnmen mit logischen Sichten auf die Dokumentstruktur, urn
prazise und iibersichtliche Aussagen iiber die Aktivitaten der Gruppenmit
glieder bereitzustellen. Die Basisoperationen auf den logischen Sichten wer
den dargestellt und diskutiert. Das Konzept der logischen Sichten wird eben
falls im Rahmen einer Versions-und Historienverwaltung verwendet. Logische
Sichten bilden sehr flexible und iiberschaubare Prasentations- und Manipu
lationseinheiten eines Gruppeneditors. Das Zuriicknehmen von Operationen
(Undo) bei einer Gruppennutzung wird besprochen. Kapitel 9 behandelt
schlieBlich die intelligente Koordination, die auf dem Einsatz von Agenten
beruht. 1m Kontraktnetzprotokoll findet der Austausch semistrukturierter
Informationen durch Kooperation von Agenten statt. Das Konzept und erste
Realisierungen sogenannter Informationsvermittlungssysteme werden eben
falls ausfUhrlich behandelt. Wir diskutieren femer die Agentenkooperation
am Beispiel der verteilten Terminplanung und stellen das sogenannte Aktor
modell vor.
Verwendungsvorschlag. Der Inhalt dieses Buches basiert im wesentlichen
auf Vorlesungen iiber verteilte Anwendungen - "Grundlagen" und "Rechner
gestiitzte Gruppenarbeit" -, die von J. Schlichter seit dem Wintersemester
1991/92 an der Technischen Universitat Miinchen regelmiillig gelesen wer
den. Zusatzlich wurden Teile der Vorlesung "Verteiltes Informationsmanage
ment" integriert, die von U. Borghoff sowohl fur die Technische Universitat
Munchen als auch fUr die Universitat der Bundeswehr Munchen konzipiert
wurde. Befruchtend wirkte sich auch der fUnfmonatige Forschungsaufenthalt
von J. Schlichter am Xerox Research Centre Europe in Grenoble aus (Borg
hoff und Schlichter 1996).
Die Kapitel 1 und 2 eignen sich fiir eine zweistundige Vorlesung uber
die Grundlagen verteilter Anwendungen. Falls aus Zeitgrunden Kurzungen
notwendig werden, k6nnen die Abschn. 1.6.5, 1.6.6 und 1.7.4 iibersprungen
werden. Die Kapitel 3, 4, 6-9 k6nnen fUr eine drei- bis vierstiindige Folge
vorlesung iiber synchrone und asynchrone Techniken verteilter Anwendungen
herangezogen werden. Falls aus Zeitgrunden abermals Kiirzungen notwendig
werden, konnen die Abschn. 3.2, 3.3, 8.3 und 9.6 ubersprungen werden. Das
Kapitel 5 kann beim ersten Lesen iiberschlagen werden. Viele Spezialvorlesun
gen, die auch die Problematik verteilter Synchronisationsverfahren enthalten
(z.B. verteilte Betriebssysteme oder verteilte Datenbanken), k6nnen durch
die in diesen Abschnitten vorgestellten L6sungen ebenso bereichert werden
wie einschliigige Seminarthemen.
Da das Gebiet der rechnergestutzten Gruppenarbeit eine sehr junge Diszi
plin innerhalb der Informatik ist, k6nnen nicht zu allen Kapiteln einschlagige
Lehrbiicher angegeben werden. Wir haben deshalb eine recht vollstandige -
allerdings auch lange - Literaturliste am Ende zusammengestellt. Der Leser,
VIII Vorwort zur zweiten Auflage
der sich mit Details der vorgestellten Verfahren beschi:iftigen will, findet dort
umfassendes Material zum Selbststudium.
Danksagungen. Die Beschreibung von TACTS in Abschn. 7.2.6 stammt
von Herrn Dr. Gunnar Teege. Die AusfUhrungen zu Campiello in Abschn. 6.3.8
stammen von Herrn Dr. Michael Koch. Hierfiir gilt ihnen unser Dank. Wir
danken Herrn Prof. H.-J. Siegert fUr kritische Anmerkungen. Der Gruppen
editor IRIS, der in Abschn. 8.2.3 vorgestellt wird, wurde in weiten Teilen im
Rahmen von Diplomarbeiten implementiert. Hierfiir danken wir unseren Di
plomanden Franz Bauernfeind, Thorsten Gesing und Anke Miikio ebenso wie
Kathrin Moslein fiir ihre Vorarbeiten zur Interpretation des Begriffs CSCW.
Unser Dank gilt in besonderer Weise Frau Evelyn Gemkow, die Teile des Ma
nuskripts erfaBt und in steter Bereitschaft auch stichpunktartig vorgelegte
Passagen bewaltigt hat, und Frau Elfriede Bunke, die uns bei der Forma
tierung unterstiitzt hat. Die kapiteleinfUhrenden Zeichnungen stammen von
Frau Julia Schlichter. Hierfiir bedanken wir uns sehr herzlich. Herrn Dr. Hans
Wossner vom Springer-Verlag und dem vom Verlag bestellten Lektor fUr die
erste Auflage Herrn Christoph Bussler danken wir fUr ihre wertvollen Anre
gungen, die zum Gelingen des Buches maBgeblich beigetragen haben.
Rechnergestiitzte Kooperation bei der Bucherstellung. Die Entste
hung dieses Buches selbst ist ein gutes Beispiel fUr den Einsatz der rechner
gestiitzten Gruppenarbeit. Beide Autoren waren gemeinsam mit einem Pro
blem (dem Buch) beschaftigt und bis Anfang 1998 raumlich (in Grenoble und
Miinchen) sowie zeitlich (aufgrund unterschiedlicher Arbeitsrhythmen) ver
teilt.Wahrend der gemeinsamen Bucherstellung wurde sehr eng kooperiert.
In mehreren face-to-face-Sitzungen wurde das generelle Vorgehen zunachst
abgesprochen, spater weiter verfeinert und schlieBlich festgelegt. Zum ent
fernten Informationsaustausch wurden eine Reihe unterschiedlicher Kommu
nikationsmittel eingesetzt, die von Telefon iiber Fax bis hin zu E-mail, Da
teitransfer und World Wide Web reichten. Das Telefon wurde dabei nur fUr
"brisante" miindliche Absprachen genutzt. Uber Fax wurden beispielsweise
Abbildungsskizzen zur Priifung durch den Mitautor verschickt. E-mail und
Dateitransfer bildeten das Riickgrat der entfernten Kooperation. So wurden
allein im Zeitraum August bis Dezember 1994 ca. tausend E-mails iibermit
telt, zum Teil mit erheblichem Informationsvolumen (u. a. 130 PostScript
Abbildungen). Das Ubertragungsvolumen wurde bei der vollstandigen Uber
arbeitung des Buches im Zeitraum Juni 1996 bis August 1998 noch erheblich
iibertroffen. Konsolidierte Zwischenversionen einzelner Buchkapitel wurden
zuniichst regelmiiBig im World Wide Web komprimiert abgelegt und dem
jeweiligen Mitautor zum Dateitransfer angeboten. Spater setzten die Auto
ren das GMD-System BSCW als gemeinsamen Informationsraum ein. Dies
erleichterte die Kooperation erheblich und schaffte die Basis fiir das erforder
liche GruppenbewuBtsein.
Miinchen, August 1998 U.M.B.
J.H.S.
Inhaltsverzeichnis
Teil I. Einfiihrung
1. Grundlagen........ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1 Allgemeines zu verteilten Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 'Transparenz........................................... 6
1.2.1 Arten von 'Transparenz.. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 'Transparenzarten existierender Systeme . . . . . . . . . . . .. 10
1.2.3 Probleme mit der Transparenz bei CSCW . . . . . . . . . .. 11
1.3 Kommunikationsmechanismen............................ 12
1.3.1 Information Sharing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 12
1.3.2 Nachrichtenaustausch............................. 13
1.3.3 Bidirektionale Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17
1.304 Erzeuger-Verbraucher-Modell...................... 18
fA Client-Server-Modell.................................... 19
104.1 Definitionen..................................... 21
1.4.2 Client-Server-Kommunikation...................... 23
104.3 Abarbeitung von Serviceanforderungen . . . . . . . . . . . . .. 24
1.5 Remote Procedure Call (RPC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 29
1.5.1 Eigenschaften des RPC ........................... 29
1.5.2 Vermittler....................................... 38
1.5.3 Asynchroner RPC ... . .. . . . ... . .. .. .. . . .. . . .. . .... 39
1.504 Fehlersemantik des RPC .......................... 41
1.6 Objektorientierte verteilte Systeme ....................... 42
1.6.1 Definitionen..................................... 42
1.6.2 Verteilung von Objekten .......................... 45
1.6.3 Objektmobilitat.................................. 46
1.604 Common Object Request Broker Architecture (CORBA) 50
1.6.5 Der Thpelraum .................................. 52
1.6.6 Lineare Objekte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 53
1. 7 Verteilte Anwendungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57
1.7.1 Gruppenkommunikation........................... 59
1.7.2 Entwurf verteilter Anwendungen ................... 63
1.7.3 Verteilte Anwendungen in ODP . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68
