Rechnergestützte Gruppenarbeit: Eine Einführung in Verteilte Anwendungen

451 Pages·1995·11.12 MB·German

by  Dr. habil. Uwe M. Borghoff

Springer- Lehrbuch
Uwe M. Borghoff
Johann H. Schlichter
Rechnergesttitzte
Grupp en arb eit
Eine Einfiihrung
in Verteilte Anwendungen
Springer
Dr. habil. Uwe M. Borghoff
Rank Xerox Research Centre
Grenoble Laboratory
6, chemin de Maupertuis
F-38240 Meylan
Professor Dr. Johann H. Schlichter
Institut fUr Informatik
Technische Universitat Miinchen
ArcisstraBe 21
0-80333 Miinchen
Mit 178 Abbildungen
und 20 Tabellen
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Borghoff, Uwe M.: Rechnergestiitzte Gruppenarbeit: eine Einfiihrung in verteilte
Anwendungen / Uwe M. Borghoff; Johann H. Schlichter. -Berlin; Heidelberg;
New York; London; Paris; Tokyo; Hong Kong; Barcelona; Budapest: Springer,
1995
(Springer-Lehrbuch)
ISBN-13: 978-3-540-58119-2 e-ISBN-13: 978-3-642-97581-3
DOl: 10.1007/978-3-642-97581-3
NE: Schlichter, Johann H.:
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995
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Vorwort
Groupware und CSCW (Computer Supported Cooperative Work) sind seit geraumer
Zeit Modeworter in der Informatikszene. Diese Einfiihrung in die rechnergestiitzte
Gruppenarbeit solI einerseits verdeutlichen, was man unter den beiden Begriffen zu
verstehen hat, andererseits zeigen, welche vielf:iltigen Nutzungsmoglichkeiten, aber
auch Risiken, mit ihnen verbunden sind. Ziel dieses Buches ist dabei die Vorstel
lung eines Anwendungsbereiches fi.ir verteilte Systeme, namlich die Rechnerun
terstiitzung fiir Gruppen von Personen, die gemeinsam an einem Problem arbeiten,
aber moglicherweise raumlich und zeitlich verteilt sind.
Rechnergestiitzte Gruppenarbeit ist eine gebietsiibergreifende Anwendung. Sie
kann als eine Synergie zwischen den Gebieten Verteilte Systeme und (Multimedia-)
Kommunikation aber auch zwischen Informationswissenschaften, Soziologie und
Organisationstheorie gesehen werden. Wir wenden uns deshalb an Studenten dieser
Fachrichtungen sowie an Anwender und Entwickler von Systemen, bei den en die
Kommunikation und die Kooperation innerhalb einer Gruppe vorrangige Bedeutung
haben.
Autbau des Buches. Zum Verstandnis der rechnergestiitzten Gruppenarbeit sind
einige Grundkenntnisse von verteilten Systemen notwendig. Diese werden im vor
bereitenden Kapitell vermittelt. Wir besprechen dabei das Schliisselkonzept Trans
parenz eben so wie das Problem der Ressourcenzuordnung, mogliche Kommunika
tionsmechanismen und vor aHem Grundlagen objektorientierter verteilter Systeme.
Das Client-Server-Modell und der sogenannte remote-procedure-call-Mechanismus
sind hierbei grundlegend und werden sehr ausfiihrlich diskutiert.
In Kapitel 2 betrachten wir die verschiedenen Arten von Kooperation inner
halb einer Gruppe und die hierfiir notwendigen Mechanismen. Es werden zuerst die
allgemeinen Konzepte behandelt, anschlieBend werden spezielle Aspekte von Grup
penarbeit und deren Unterstiitzung durch die Informatik vorgestellt. Dabei wird
zwischen asynchroner und synchroner Kooperation unterschieden. Hypertext bzw.
Hypermedia wird als moglicher Mechanismus fi.ir die Informationsverwaltung im
Kontext rechnergestiitzter Gruppenarbeit beriicksichtigt. Grundkonzepte von Hyper
text sind die abstrakte Hypertextmaschine sowie die Navigationsmechanismen im
Knoten-Kanten-Netz. Am Beispiel der IBIS-Methodik werden die Grundkonzepte
naher beleuchtet. SchlieBlich diskutieren wir Bewertungskriterien und die Erfahrun
gen mit bereits realisierten Systemen zur rechnergestiitzten Gruppenarbeit.
VI Vorwort
In Kapitel 3 besprechen wir asynchrone CSCW-Systeme. Das elektronische
Postsystem (E-mail) ist zentraler Gegenstand dieser Untersuchung, weil aufbauend
auf E-mail verschiedene asynchrone Systeme entwickelt wurden. 1m einzelnen
behandeln wir - nach einer fundierten Vorstellung des Modells ftir einen Rech
nerverbund - Strategien zur Verteilung von Informationseinheiten, Strukturen fUr
die asynchrone Gruppeninteraktion und schlieBlich ein Konversationsmodell. Die
Konzepte werden anhand von realisierten Systemen demonstriert. Der Austausch
semi-strukturierter Informationen ist hierbei eine wesentliche Neuerung von asyn
chronen CSCW-Systemen. 1m Kontraktnetzprotokoll findet dieser Austausch durch
Kooperation von Agenten statt. Wir behandeln deshalb die intelligente Koordination,
die auf dem Einsatz von Agenten beruht. Dazu werden die verschiedenen Ansatze
am Beispiel der verteilten Terminplanung naher vorgestellt und das sogenannte Ak
tormodell eingeftihrt.
Synchrone CSCW-Systeme benotigen Verfahren zur NebenHiufigkeitskontrolle.
Bislang werden optimistische Verfahren, schlichtes Sperren, Floor Passing-Ver
fahren sowie Transaktions- und Transformationsverfahren verwendet. Die dezen
trale Kontrolle nebenlaufiger Zugriffe auf replizierte Datenbestande wird in verteil
ten Dateisystemen zunehmend mit Hilfe von Votierungsverfahren erledigt. Der
Hauptvorteil ist eine erhebliche Erhohung der Verftigbarkeit der replizierten Daten
bestande unter gleichzeitiger Gewahrleistung der Konsistenz, selbst wahrend der Par
titionierungsphasen im Netz. In Kapitel 4 untersuchen wir deshalb sehr ausfUhrlich,
ob und wie Votierungsverfahren in synchronen CSCW-Systemen mit replizierten
Datenbestanden eingesetzt werden konnen. Da eine Vielzahl von Votierungsvari
anten existiert, erstellen wir zunachst einen Kriterienkatalog zur Beurteilung der Ein
satzfahigkeit der einzelnen Varianten. 1m einzelnen untersuchen wir die Tolerierung
von Partitionierungen des Netzes, die erzielbare VerfUgbarkeit und die notwendige
Nachrichtenzahl ftir die Votierungsprotokolle, d. h. es ergibt sich neben der reinen
Verftigbarkeitsanalyse auch eine Untersuchung nach Leistungsgesichtspunkten. An
schlieBend diskutieren wir exemplarisch, welche Forderungen an die Nebenlaufig
keitskontrolle von synchronen CSCW-Systemen gestellt werden. Es wird deutlich,
daB die Transparenz beim Zugriff - wie sie von Votierungsverfahren implizit zur
Verftigung gestellt wird - durch den Begriff group awareness erganzt werden muB.
1m Gegensatz zu den verteilten Dateisystemen findet bei den synchronen CSCW
Systemen eine Mitteilung (Notifikation) bei Veranderung statt: Die unterschiedlichen
Benutzer sind sich ihrer Gegenwart bewuBt. Dies muB bei der Verwendung eines
Votierungsverfahrens berticksichtigt werden.
In Kapitel5 wird die zweite groBe Klasse von Systemen, namlich die synchronen
CSCW-Systeme, besprochen. Nach der Vorstellung grundlegender Eigenschaften
und ausgewahlter Architekturen solcher Systeme beschaftigen wir uns mit elektro
nischer Untersttitzung von Konferenzen sowie mit verteilten Dokumentensystemen.
Wir benutzen hierbei Dokumente mit einem hohen Strukturierungsgrad zusammen
mit logischen Sichten auf die Dokumentstruktur, urn priizise und tibersichtliche
Aussagen tiber die Aktivitiiten der Benutzer bereitzustellen. Die Basisoperationen
auf den logischen Sichten werden dargestellt und diskutiert. Das Konzept der logi-
Vorwort VII
schen Sichten wird ebenfalls im Rahmen einer Versions- und Historienverwaltung
verwendet. Logische Sichten bilden sehr flexible und iiberschaubare Priisentations
und Manipulationseinheiten eines Mehrbenutzereditors. Das Zuriicknehmen von
Operationen (Undo) wird eben so besprochen wie die Integration eines synchronen
CSCW-Systems in ein asynchrones CSCW-System.
Verwendungsvorschlag. Der Inhalt dieses Buches basiert auf zwei Vorlesungen
iiber verteilte Anwendungen - "Grundlagen" und ,,Rechnergestiitzte Gruppenarbeit"
-, die von J. Schlichter seit dem Wintersemester 1991192 an der Technischen Uni
versitiit Miinchen regelmiiBig gelesen werden [339, 340]. Zusiitzlich wurden die
Ergebnisse der Habilitationsschrift ,,Moglicher Einsatz von Votierungsverfahren zur
Nebenliiufigkeitskontrolle in synchronen Groupware-Systemen" von U. Borghoff
integriert [63].
Die Kapitel lund 2 konnen fiir eine zweistiindige Vorlesung iiber die Grund
lagen verteilter Anwendungen verwendet werden. Falls aus Zeitgriinden Kiirzun
gen notwendig werden, konnen die Abschnitte 1.6.5, 1.6.6 und 1.7.4 iibersprun
gen werden. Das Kapitel 3, die Abschnitte 4.1 - 4.6 und das Kapitel 5 konnen fUr
eine dreistiindige Folgevorlesung tiber synchrone und asynchrone Techniken verteil
ter Anwendungen herangezogen werden. Die verbleibenden Abschnitte 4.7 - 4.12
konnen beim ersten Lesen iibersprungen werden. Viele Spezialvorlesungen, die auch
die Problematik verteilter Synchronisationsverfahren enthalten (z.B. verteilte Be
triebssysteme oder verteilte Datenbanken), konnen durch die in diesen Abschnitten
vorgestellten Losungen ebenso bereichert werden wie einschliigige Seminarthemen.
Da das Gebiet der rechnergestiitzten Gruppenarbeit eine sehr junge Disziplin
innerhalb der Informatik ist, konnen zu den einzelnen Kapiteln keine einschliigigen
Lehrbiicher angegeben werden. Wir haben deshalb eine recht vollstiindige - aller
dings auch lange - Literaturliste am Ende zusammengestellt. Der Leser, der sich
mit Details der vorgestellten Verfahren beschiiftigen will, findet dort umfassendes
Material zum Selbststudium.
Danksagungen. Die Beschreibung von TACTS in den Abschnitten 3.5.6 und 5.7
stammt von Herrn Dr. Gunnar Teege. Hierfiir gilt ihm unser Dank. Wir danken Herrn
Prof. H.-J. Siegert fiir kritische Anmerkungen in Kapitel4. Der Mehrbenutzereditor
IRIS, der in Abschnitt 5.5.2 vorgestellt wird, wurde in wei ten Teilen im Rahmen
von Diplomarbeiten implementiert. Hierfiir danken wir den Diplomanden Franz
Bauernfeind, Thorsten Gesing, Michael Koch und Anke Miikio eben so wie Kathrin
Moslein ftir ihre Vorarbeiten zur Interpretation des Begriffs CSCw. Unser Dank gilt
in besonderer Weise Frau Evelyn Gemkow, die Teile des Manuskripts erfaBt und in
steter Bereitschaft auch stichpunktartig vorgelegte Passagen bewiiltigt hat, und Frau
Elfriede Bunke, die uns bei der Formatierung unterstiitzt hat. Die kapiteleinfiihrenden
Zeichnungen stammen von Frau Julia Schlichter. Hierfiir bedanken wir uns sehr herz
lich. Herrn Dr. Hans Wossner yom Springer-Verlag und dem yom Verlag bestellten
Lektor Herrn Christoph Bussler danken wir fiir ihre wertvollen Anregungen, die
zum Gelingen des Buches maBgeblich beigetragen haben.
Rechnergestiitzte Kooperation bei der Bucherstellung. Die Entstehung dieses
Buches selbst ist ein gutes Beispiel fiir den Einsatz der rechnergestiitzten Gruppen-
VIII Vorwort
arbeit. Beide Autoren waren gemeinsam mit einem Problem (dem Buch) beschaftigt
und raumlich (in Grenoble und Miinchen) sowie zeitlich (aufgrund unterschiedlicher
Arbeitsrhythmen) verteilt. 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
fern ten Informationsaustausch wurden eine Reihe unterschiedlicher Kommunika
tionsmittel eingesetzt, die von Telefon iiber Fax bis hin zu E-mail, Dateitransfer und
World-Wide Web reichten. Das Telefon wurde dabei nur fUr "brisante" miindliche Ab
sprachen 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 iibermittelt, zum Teil mit erheblichem Informationsvolu
men (u. a. 130 PostScript-Abbildungen). KonsolidierteZwischenversionen einzelner
Buchkapitel wurden regelmaBig im World-Wide Web komprimiert abgelegt und dem
jeweiligen Mitautor zum Dateitransfer angeboten. Die endgiiltige Textaufbereitung
wurde in Miinchen vorgenommen, da sich dort die vollstandige und konsistente
Formatierungsinformation befand. Die Autoren hoffen zuversichtlich, daB bei einer
erneuten Zusammenarbeit die europaische breitbandige Infrastruktur (Stichwort:
information highway) in einer Form installiert und zuganglich ist, die Koopera
tionsarten, wie sie beispielsweise von verteilten Mehrbenutzereditoren angeboten
werden, anders als bisher effizient einzusetzen erlaubt.
Grenoble und Miinchen, Januar 1995 U.M.B.
J.H.S.
Inhaltsverzeichnis
1. Grundlagen ................................................. .
1.1 Allgemeines zu verteilten Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Transparenz............................................ 3
1.2.1 Arten von Transparenz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Transparenzarten existierender Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.3 Probleme mit der Transparenz bei CSCW . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Kommunikationsmechanismen............................. 9
1.3.1 Information Sharing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
1.3.2 Nachrichtenaustausch.............................. 10
1.3.3 Bidirektionale Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14
1.3.4 Erzeuger-Verbraucher-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17
1.4 Client-Server-Modell..................................... 17
1.4.1 Definitionen...................................... 18
1.4.2 Client-Server-Kommunikation....................... 20
1.4.3 Abarbeitung von Serviceanforderungen ................ 22
1.5 Remote Procedure Call (RPC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
1.5.1 Eigenschaften des RPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
1.5.2 Vermitt1er........................................ 34
1.5.3 Asynchroner RPC ................................. 36
l.5.4 Fehlersemantik des RPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37
1.6 Objektorientierte verteilte Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38
1.6.1 Definitionen...................................... 39
1.6.2 Verteilung von Objekten .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41
1.6.3 Objektmobilitiit................................... 42
1.6.4 Common Object Request Broker Architecture . . . . . . . . . .. 45
1.6.5 Der Tupelraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48
1.6.6 Lineare Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49
1.7 Verteilte Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 52
1.7.1 Gruppenkommunikation............................ 53
1. 7.2 Entwurf von verteilten Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56
1.7.3 Verteilte Anwendungen in ODP ...................... 60
1.7.4 Ressourcenzuordnung.............................. 65
1.7.5 Historie verteilter Systeme .......................... 68
1.8 Weiterfiihrende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
X Inhaltsverzeichnis
2. Rechnergestiitzte Gruppenarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77
2.1 Einleitung.............................................. 78
2.2 Hintergriinde fiir die Unterstiitzung von Gruppen . . . . . . . . . . . . . .. 79
2.3 Begriffsvielfalt.......................................... 80
2.4 CSCW-Gruppen in der Praxis - Szenarien .................... 85
2.4.1 Unterstiitzung von face-to-face Sitzungen . . . . . . . . . . . . . .. 86
2.4.2 Unterstiitzung von verteilten elektronischen Sitzungen .... 89
2.4.3 Unterstiitzung der Gruppenarbeit zwischen den Sitzungen .. 91
2.5 Anwendungsgebiete und deren Charakteristika. . . . . . . . . . . . . . . .. 94
2.5.1 Software-Entwurfund Software-Entwicklung ........... 94
2.5.2 Ausbildung und Schulung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95
2.5.3 Weitere Beispiele fUr Gruppenarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95
2.6 Interpretation von CSCW ................................. 96
2.6.1 CSCW: Work. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 98
2.6.2 CSCW: Cooperative Work. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99
2.6.3 CSCW: Supported Cooperative Work .................. 101
2.6.4 CSCW: Computer Supported Cooperative Work ......... 101
2.7 Historie einschliigiger CSCW-Systeme ....................... 102
2.8 Klassifikation und Konzepte von CSCW-Systemen ............. 106
2.8.1 Klassifikation nach Raum und Zeit .................... 106
2.8.2 Funktionelle Klassifikation .......................... 107
2.8.3 Weitere Klassifikationsmodelle ....................... 112
2.8.4 GruppenprozeB ................................... 112
2.8.5 GruppenprozeBmodelle ............................. 117
2.8.6 Kommunikation in der Gruppe ....................... 120
2.8.7 Nebenliiufigkeitskontrolle ........................... 121
2.8.8 Koordination in der Gruppe .......................... 124
2.8.9 Rollen in der Gruppe ............................... 126
2.9 Informationsverwaltung fiir rechnergestiitzte Gruppenarbeit ...... 126
2.9.1 Allgemeine Definitionen ............................ 127
2.9.2 Historie der Hypertext-/Hypermediasysteme ............ 129
2.9.3 Architektur von Hypermediasystemen ................. 133
2.9.4 Navigation in Hypermedia ........................... 142
2.9.5 IBIS-Methodik .................................... 146
2.10 Kriterien fiir den Einsatz von CSCW-Systemen ................ 149
2.10.1 M6g1iche Aspekte ................................. 149
2.10.2 Kriterien fiir die Akzeptanz von CSCW-Systemen ........ 151
2.10.3 Faktoren fiir den MiBerfolg eines CSCW-Systems ........ 151
2.10.4 Nutzen und Risiken von CSCW ...................... 153
2.10.5 Empirische Untersuchungen ......................... 153
2.10.6 Das Portland-Experiment. ........................... 156
2.10.7 Lotus Notes ...................................... 159
2.11 Weiterfiihrende Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Inhaltsverzeichnis XI
3. Asynchrone Kooperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 163
3.1 Elektronisches Postsystem (E-mail) ......................... 164
3.1.1 Nachrichtenubertragungseinheit ...................... 165
3.1.2 Lokales Postsystem ................................ 166
3.1.3 Nachrichtenumschlag .............................. 167
3.1.4 Nachrichtenadressierung ............................ 168
3.1.5 Eigenschaften eines elektronischen Postsystems. . . . . . . . . . 169
3.1.6 Das Andrew-Nachrichtensystem ...................... 169
3.2 Modell fur einen Rechnerverbund ........................... 171
3.2.1 Direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindung ................... 171
3.2.2 Indirekte Kommunikationsverbindungen und -rechner ..... 172
3.3 Strategien zur Verteilung neuer Informationseinheiten ........... 176
3.3.1 Direkte Punkt -zu-Punkt -Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
3.3.2 Hierarchie von Rechnerverbunden .................... 177
3.3.3 Broadcast Flooding ................................ 178
3.3.4 Wegwahlmechanismus .............................. 180
3.4 Strukturen fur asynchrone Gruppeninteraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
3.4.1 Lineares Modell (Emisari) ........................... 181
3.4.2 Kamm-Modell (Confer, Usenet) ...................... 182
3.4.3 Verzweigungsmodell (Parti) ......................... 183
3.5 Konversationsmodell ..................................... 183
3.5.1 Definition des Sprechaktes .......................... 185
3.5.2 Konversationsnetze ................................ 186
3.5.3 Konversationssysteme .............................. 188
3.5.4 Coordinator...................................... 190
3.5.5 Vorgangssystem Domino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
3.5.6 Aktivitiitssystem TACTS ............................ 194
3.6 Intelligente Koordination zur rechnergestutzten Kooperation ...... 198
3.6.1 Klassifikation ..................................... 199
3.6.2 Austausch semistrukturierter Information ............... 199
3.6.3 Kooperation zwischen Agenten ....................... 202
3.6.4 Das Kontraktnetzprotokoll ........................... 203
3.6.5 Bewertung des Kontraktnetzprotokolls ................. 209
3.6.6 Verteilte Terminplanung ............................ 210
3.6.7 Formale Definition des Terminvereinbarungsproblems (TVP)211
3.6.8 Randbedingungen fur das TVP ....................... 213
3.6.9 Ablauf der Terminvereinbarung ....................... 214
3.6.10 Modell fur die Terminvereinbarung .................... 215
3.6.11 Strategien ........................................ 216
3.6.12 Aktormodell ...................................... 217
3.6.13 Aktordefinition .................................... 218
3.6.14 Autbau eines Aktorsystems .......................... 218
3.6.15 Beispiel fur ein Aktorsystem ......................... 219
3.7 Weiterfuhrende Literatur .................................. 220