Введение к работе
Актуальность темы. История дистанционного обучения начинается с конца 19 века. С тех пор технология дистанционного обучения эволюционировала с «корреспондентского обучения» до обучения с использованием информационных технологий. В 2002 году приказом Министерства образования и науки Российской Федерации была утверждена "Методика применения дистанционных образовательных технологий (дистанционного обучения) в образовательных учреждениях высшего образования Российской Федерации". В 2003 году на основании результатов эксперимента в Федеральный закон "Об образовании" было введено понятие "дистанционные образовательные технологии" (ред. Федерального закона от 10.01.2003 № 11-ФЗ), а также принята серия нормативно-правовых актов, определяющих порядок организации дистанционного обучения. Таким образом, государство официально дало разрешение на использование дистанционных технологий в системе высшего, среднего и дополнительного профессионального образования, которые к XXI веку уже получили широкое распространение в учебном процессе. В образовательном стандарте третьего поколения этому уделяется еще больше внимания. Так, например, определены «интерактивные» формы обучения, которые регламентируют работу со студентами с использованием дистанционных технологий как для очной формы обучения, так и для любой другой. Кроме того, в образовательном стандарте третьего поколения, реализация компетентностного подхода должна предусматривать широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития профессиональных навыков у студентов. Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, в учебном процессе должен составлять не менее двадцати процентов аудиторных занятий.
Развитие Web-технологий и появление стандартов Web 2.0 привело к развитию инструментария дистанционных технологий в образовании. В настоящее время инструментарий интернет-образования позиционируется как E-Learning 2.0. Наиболее значимым инструментом этого стандарта стало применение веб-конференций в форме вебинаров для организации интерактивных занятий с преподавателем в режиме реального времени.
Организация интерактивных и активных форм обучения при реализации стандартов третьего поколения не возможна без распределенных систем веб-конференций и подсистем управления ими.
Разработка распределенных систем веб-конференций достаточно подробно рассматривается в работах Т. Bourke, И.М. Труб, L. Libman, V. Cardellini и других. Ежегодно рынок систем веб-конференций пополняется как проприетарными, так и свободно распространяемыми системами. К числу наиболее известных систем можно отнести: Cisco WebMeeting, Skype, OpenMeeting, Adobe Connect, IBM Lotus Sametime и т.д. В тоже время при организации управления распределенными системами веб-конференций не решаются вопросы оптимизации загрузки узлов системы, в результате чего может возникнуть дисбаланс в их работе, сбои передачи видеоизображения и звука в них.
Целью работы является повышение качества технической организации веб-конференций за счет балансировки нагрузки на серверных узлах распределенной системы. Для достижения поставленной цели, требуется решить следующие задачи:
Построить математическую модель распределенной системы веб-конференций, которая позволит формализовать описание системы серверов, созданных вебинаров и клиентских приложений, подключаемых к ним;
Разработать метод и алгоритм управления распределенной системой веб-конференций, позволяющие оптимизировать загрузку узлов системы;
Разработать архитектуру управления системой веб-конференций и реализовать ее в программном комплексе;
Исследовать работоспособность разработанных моделей и алгоритмов посредством вычислительных и натурных испытаний.
Методы исследования
Проведенные в работе исследования базируются на использовании математического моделирования, модели массового обслуживания с параллельными каналами, Марковских процессов, статистических методов, модульного и объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна отражена в следующих результатах:
-
Построена математическая модель кластерной организации веб-конференций, позволяющая описать изменение состояния системы при подключении нового пользователя;
-
Предложен метод управления подключениями пользователей к веб-конференциям, который основан на имитационном моделировании последовательности состояний системы в виде цепей Маркова, что позволяет оптимизировать загрузку кластера веб-конференций и понизить вероятность сбоя в работе системы.
-
Разработан алгоритм, реализующий метод управления пользователями веб-конференций, который дает возможность определить узел для подключения к кластеру с вычислительной сложностью равной o(KN2);
-
Разработана архитектура распределенной системы веб-конференций, в которой управление подключениями пользователей реализовано виде подсистемы балансировки нагрузки между узлами на основе веб-сервиса, что дает возможность использовать его с различными системами веб-конференций,
На защиту выносятся:
-
Математическая модель кластерной организации веб-конференций, позволяющая описать изменение состояния системы при подключении нового клиентского приложения.
-
Имитационный метод оценки эффективности работы кластерной системы веб-конференции, как вероятность возникновения очереди в установившемся режиме модели массового обслуживания разомкнутой системы с несколькими параллельными приборами.
-
Метод и алгоритм управления подключениями пользователей веб-конференции, который основан на имитационном моделировании последовательности состояний системы в виде цепей Маркова.
-
Программный комплекс, реализующий алгоритм управления подключения пользователей к кластеру системы, реализация которого отвечает требованиям стандартов открытых систем.
Практическая значимость работы состоит в том, что на основе разработанного метода управления подключения пользователей создан программный комплекс,
реализующий подсистему балансировки между узлами в распределенной системе веб-конференций. Эффективность разработанных методов и алгоритмов подтверждена вычислительными экспериментами и практикой использования внедренной системы веб-конференции.
Реализация и внедрение результатов работы
Система веб-конференций внедрена в Институте дистанционного образования Тюменского государственного университета. Внедрение этой системы для Нижневартовского филиала ТюмГУ дало возможность вести занятия для студентов заочников, по специальности Прикладная информатика в экономике, без выезда преподавателей в филиал.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:
Межвузовская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Безопасность информационного пространства VI», г. Тюмень, 2007; всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Дистанционные образовательные технологии: опыт применения и перспективы развития», г. Тюмень, 2008; вторая научно - практическая региональная конференция молодых ученых «Современные проблемы математического и информационного моделирования. Перспективы разработки и внедрения инновационных IT - решений», г. Тюмень, 2009; П-ая межрегиональная научно-практическая конференция «Информационные технологии и телекоммуникации в экономике, управлении и социальной сфере», г. Тюмень, 2007; Ш-я межрегиональная научно-практическая конференция «Информационные технологии и телекоммуникации в экономике, управлении и социальной сфере», г. Тюмень, 2008; V международная научно-методическая конференция «Совершенство подготовки 1Т-специалистов», г. Москва, 2009; XI Международная конференция "Информатика: проблемы, методология, технологии", г. Воронеж, 2011; Научно - методические семинары кафедры информационных систем Тюменского государственного университета (2006 - 2011 гг.).
Публикации
По теме диссертации автором опубликовано 12 печатных работ, из которых - 3 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ и 1 статья, опубликованная в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 130 наименований. Общий объем диссертации - 122 страниц, в том числе 30 рисунков и 10 приложений.
