Educational Technology & Society 11(1) 2008

ISSN 1436-4522

Анализ информационного обслуживания при исследовании распределенного доступа в процессе
э-обучения

Р. П. Романски, И.С. Нонинска
кафедра "Компьютерные системы"
Технический университет – София, Болгария
rrom@tu-sofia.bg; irno@tu-sofia.bg

аннотация

Активное использование современных информационных и телекоммуникационных технологий во всех сферах общества вызвало потребность в разработке стратегий по созданию глобального информационного общества. Неотъемлемой его частью является э-обучение, основанное на распределенных информационных ресурсах и дистанционном доступе к ним. Для обеспечения высокой эффективности обучения необходима надежность информационного обслуживания. Статья посвящается возможности оценки информационного обслуживания путем исследования он-лайн ресурсов, предоставленных кругами для распределенного обучения. Создано программное средство для наблюдения и сбора информации относительно временных параметров доступа к ресурсам. Целью является проведение анализа источников и факторов запаздывания при реализации услуг в сети при доступе к распределенным информационным объектам.

 

The entering of the contemporary information and communication technologies in the public society forces the creation of strategies to build a global information society. The undivided part of them is the distributed e-learning, based on distributed information resources and remote access to them. To secure high efficiency of the learning it is required security and reliability of the information servicing. In this reason the paper deals with a possibility for information servicing evaluation on the base of investigation of on-line resources from different mediums for distributed learning. A program application for information monitoring and collection about time parameters of the access is designed. The goal is to make an analysis of sources and factors for delay during the network services realization at the access to the distributed information objects.

Ключевые слова

распределенные ресурсы, информационное обслуживание, программное исследование, э-обучение

Введение

Современные информационные и телекоммуникационные технологии  (Столлингс, 2003) создали предпосылку для внедрения в административный сектор новых методов информационного обслуживания. Это связано с ростом как роли телекоммуникационных услуг при общении в обществе, так и с увеличением возможностей для распределенного доступа к различным информационным ресурсам. Результатом этого является создание стратегии формирования глобального информационного общества, объединяющего отдельные национальные общества такого типа, поддерживающие принципы электронного обслуживания при реализации стратегий э-обучения, э-здравоохранения, э-правительства и пр.  (Romansky, 2006). Для этой цели необходимо создание эффективной инфраструктуры для организации распределенных информационных ресурсов на основе современных технологий. (Цимбал, 2003).

В области обучающих технологий пришлось сделать изменения, связанные с реорганизацией административных подходов и структур, с актуализацией методов и средств обучения, с новыми формами предлагаемых материалов для обучения. (Nworie, 2007). Разрабатываются различные архитектурные модели и стандарты создания обучающих систем в распределенном информационном пространстве (Baudry, 2005, Kaczmarek, 2006). Целью эти модели является установление новых эффективных концепций и стратегий для э-обучения и поддержка активного обучающего процесса (Schroeder, 2006) с возможностями для повышения и оценки его производительности (Michalis, 2007).

Статья посвящена возможности оценки информационного обслуживания путем исследования он-лайн ресурсов, предоставленных из отдельных мест для распределенного обучения. Это статичeски или динамичeски генерированные объекты в web пространстве, содержащие текст, графику, мультимедию. Для организации экспериментов создано программное средство для наблюдения и собирания информации о временных параметрах доступа к ресурсам, их доставке и визуализации на странице браузера. Для верификации функциональных возможностей проведены эксперименты с реальными информационными объектами в web пространстве, и результаты были дополнительно анализированы. При реализации использовались продукты HTML, PHP, Java Script, My SQL. Основной целью являлся анализ источников и факторов запаздывания при реализации услуг в сети и возможностей доступа к распределенным информационным объектам в зависимости от размера и их удаленности.

Технологические особенности  распределенного э-обучения

Активное обучение (active learning) связано с взаимодействием между участниками в учебном процессе (студент, преподаватель, эксперт), при котором обучаемый сам осуществляет контроль за процессом обучения (выбор курса, места и темпа обучения; выбор и доступ к информационным источникам, мультимедийным он-лайн э-книгам, распределенным базам данных, к базам знаний и библиотекам; (консультации с экспертами). Э-обучение предусмотрено для самостоятельного и индивидуального освоения предлагаемого материала, причем современная концепция определяет обучаемому центральную роль (рис. 1).

 

Рис. 1. Архитектурная модель распределенного э-обучения

Виртуальные технологии позволяют комплектовать учебный материал в виде, подходящем (и удобном) для восприятия обучаемым. Вместе с этим следует преследовать и повышение эффективности обучения, что связано и с возможностями доступа к распределенным информационным ресурсам. Это имеет значение, так как большая часть этих ресурсов находится в web пространстве, которое организовано по технологии “клиент-сервер”. Она обладает серьезными, признанными во времени преимуществами, но вместе с этим классическая модель “клиент-сервер” имеет и недостатки:

-        файловые серверы очень загруженны;

-        протоколы для обмена данных в сети очень “разговорчивы”, что приводит к ее засорению;

-        при наличии большего числа клиентов скорость обмена данными с сервером значительно уменьшается. Основное предназначение классической схемы - ее применение в рамках одной сети и практически она неприменима в отношении гетерогенных сетей по причине невосместимости на многих уровнях.

Универсальный клиент-сервер основан на Web технологии (рис. 2). Структура его состоит из двух частей. Первая его часть охватывает все то, что находится между клиентом и НТТР сервером. Эта часть стандартизованная, независимая от платформ, основывается на Интернет-услугах и в состоянии поддерживать сети с низким дебитом. Вторая часть касается всего того, что находится после HTTP сервера. В этой части находятся элементы и применяются технологии, специфические для классической схемы “клиент-сервер”.

Рис. 2. Схема универсального клиента-сервера

У каждого отдельного элемента, представленного в центре рисунка 2, специфическая функция. Клиент управляет потребительским интерфейсом и контролирует введенные данные, чем предотвращается лишний трафик в сети. Web сервер (HTTPD) связывает данные между клиентом и сервером данных. В сервере данных осуществляется обработка данных и заявок, а также связь с сервером базы данных для доступа к данным. Эти виды обработки в серверах могут быть распределены между несколькими физическими машинами, а не выполняться на одной единственной, чем облегчается их загрузка и увеличиваются их ресурсные способности обрабатывать значительное количество заявок.

Действие одного приложения в середине универсального клиента-сервера связано со следующей последовательностью операций (рис.2):

(1) установление связи между HTTP сервером и Web клиентом для выбора (извлечения) страницы;

(2) ввод данных в HTML формы, отображенные Web браузером;

(3) контроль за введенными данными путем скриптового языка (Javascript, VBScript);

(4) направление заявки к HTTP серверу CGI методом;

(5) обработка заявки в сервере и генерирование SQL заявок;

(6) исполнение SQL заявки сервером данных (SQL сервер и пр.);

(7) генерирование web-сервером HTML страницы с полученными данными с возможностью для интерпретации со стороны клиента;

(8) направление клиенту результата и визуализация браузером.

Преимущества универсального клиента-сервера перед классической схемой вывходят на передний план благодаря способности клиента, независимо от используемой платформы, осуществлять связь конкурентным образом с произвольной конфигурацией сервера для БД посредством Web технологии или HTTP сервера. При организации распределенного обучения, основанного на предоставленной технологической модели, значение имеют временные параметры информационного обслуживания. Для их исследования разработано представленное в следующей части сетевое приложение для регистрации и проведен анализ информационных процессов.

Программная реализация

При разработке приложения использована концепция “клиент-сервер” коммуникаций в одной распределенной (сетевой) среде. Модель организации исследования показана на рисунке 3. Рассматриваются два компонента – приложение (клиент или front-end) и сервер информационных ресурсов (сервер или back-end), к которому осуществляется доступ при информационном обслуживании. Потребитель генерирует заявку на клиентском компьютере, в которой загружено приложение. Модель на рисунке 3 предусматривает следующие фазы:

(1) генерирование потребительской заявки (resolve time);

(2) осуществление связи (connection time);

(3) интервал до начала передачи (start time);

(4) предача данных сервером (server time);

(5) доставка информации клиенту (load time);

(6) процесс информационного обслуживания для одной web-страницы (total time).


Рис. 3. Модель организации  исследования

В основной своей части приложение разработано на языке PHP, и целью его является предоставить максимально упрощенный и удобный для работы потребительский интерфейс. Основная форма включает поле для ввода адреса страницы, в отношении которой необходимо сделать соответствующие измерения и кнопку “Search” для старта процесса. При старте начинается мониторинг объема (bytes), скорости (speed) и времени загрузки запрошенной страницы распределенного пространства (total time). В процессе работы регистрируются и значения времени: resolve time, connection time, start time. Результаты  сохраняются  в базе  данных, состоящей из двух таблиц – для результатов от PHP-сессии и для результатов от JavaScript-сессии.

Для визуализации накопленных экспериментальных данных создан отдельный модуль. Он регистрирует значения времени, связанные с принятием информационных объектов в браузере. При проведении эксперимента заявленная страница визуализируется в браузере, а исследованные компоненты появляются в нижней ее части. Если не будет введен адрес или если запрошенная страница не существует, приложение выводит соответствующее сообщение.  Предусмотрены возможности для табличной визуализации накопленных данных и для их графической интерпретации после каждого изменения трафика. Для этого предусмотрены два режима – для визуализации измерений в базе данных в табличном виде и для построения графики по этим данным. Для осуществления последнего необходимо определить параметры поля графика путем задания масштаба, цветов и прочих атрибутов графического представления.

Анализ и оценка экспериментальных результатов

На рисунке 4 показана диаграмма эмпирических оценок передачи информационных образовательных ресурсов при реализации услуг в сети. Объекты классифицированы в шесть групп по размеру передаваемых страниц (табл. 1).

 

Таблица 1

Группа

1

2

3

4

5

6

Размер [Kb]

< 0,01

0,01-1

1-10

11-100

101-1000

> 1000

 

Как видно из оценок используемости, самое большое распространение в распределенном образовательном web-пространстве имеют информационные ресурсы с объемом до 100 Kb. Это использовано при определении основных объектов, которые следует подвергнуть экспериментам для исследования параметров информационного обслуживания разработанным монитором. Выбранные для проведения исследования шесть web-объектов  представлены  в таблице 2.

 


Рис. 4. Изпользуемость информационных объектов

Таблица 2

Статичная страница
(html-
объект)

Динамичная страница
(
web объект)

www-объект
размера 25-30
Kb

Текст

Текст и изображения

53 Kb

200 Kb

28 Kb

29 Kb

Test1

Test2

dir.bg

start.bg

data.bg

yahoo.com

 

При анализе следует иметь в виду, что ограничения клиентского компьютера могут оказывать влияние на скорость информационной доставки. С другой стороны, неограниченное время использования информационных ресурсов может оказаться в конфликте с сетевыми процессами при передаче информации между сервером и клиентом. Эти ограничения проявляются в начале (resolve time) и в конце (presentation time) связи.

В отношении сервера также можно определить два компонента, вызывающие некоторые ограничения – размер информационного объекта (определяет латентность связи) и стоимость информационного обмена (ограничивает скорость передачи).

Часть экспериментальных результатов представлены на рисунках 5 и 6.

 


Server time


Client time

Рис. 5. Экспериментальные результаты

На основе информации, полученной в результате проведенных экспериментов было установлено, что ограничение со стороны клиента очень небольшое при статичных страницах, из чего можно сделать вывод, что клиент почти не оказывает влияние. При динамически генерированных страницах время для представления немного увеличивается, но не в такой степени, чтобы потребитель мог почувствовать это. Абсолютное ограничение клиента представляет небольшая часть запаздывания, которое потребители регистрируют при динамическом генерировании страницы. Анализ показывает, что использованный браузер не оказывает влияния при загрузке информационных обучающих объектов, как показано на рисунке 7(а).

 


Э
кранная форма с измеренными стоимостями в отношении наблюдаемых параметров


Графичное обобщение стоимостей базовых времевых параметров

Рис. 6. Оценки информационного обслуживания

Сервер оказывает существенное влияние при загрузке страницы, в особенности при динамических страницах, так как в этом случае он ищет в базе данных, а не в своем дереве. Влияние оказывает как моментное состояние сети, т.е. скорость загрузки страницы в данный момент, так и ее нагрузка.


(а)


(б)

Рис. 7. Оценки временных параметров

Анализ полученных результатов при исследовании ограничений со стороны клиента и сервера показывает, что в отношении файлов, генерируемых в динамичском порядке, ограничение со стороны сервера является самым важным фактором. Время выполнения запроса сервером и время для визуализации страницы у клиента с момента получения первых пакетов данных почти одинаковое и отосюда можно сделать вывод, что в данном случае сеть почти не оказывает влияния. Существенное влияние она оказывает только при вводе внешних страниц, как например, yahoo.com рисунок  7(б).

Заключение

В статье обсуждаются проблемы, связанные с информационным обслуживанием в распределенной среде, реализованным путем коммуникаций между клиентом и сервером. Разработано программное обеспечение для моделирования процессов и реализавана программа для мониторинга и анализа информационного обслуживания при работе с распределенными образовательными объектами.

Проведенные измерения показывают, что клиентская часть почти не оказывает влияния, в то время как сервер оказывает существенное влияние при поиске страницы (в особенности при динамичных страницах). Это определяется тем фактом, что в таких случаях сервер осуществляет поиск в базе данных, а не в своем дереве. Влияние оказывает как моментное состояние сети, т.е. скорость загрузки страницы в определенный момент, так и ее нагруженность. Скорость передачи данных зависит от типа информационного ресурса (статического или динамического), а также от ограничений со стороны сервера. В результате анализа было установлено, что существует значительная разница между передачей данных, которые получены из базы данных и передачей, при которой данные получены из файла. Вторая группа представлена лучше первой, при которой наблюдается сильное ограничение.

Литература

[Столлингс, 2003] Столлингс В. Современные компьютерные сети. – СПб.: Питер, 2003.

[Цимбал, 2003] Цимбал А. А., Аншина М. Л. Технологии создания расспределенных систем. – СПб.: Питер, 2003.

[Baundry., 2005] Baudry A., Bungenstock M., Mertsching B. An E-Learning System for Standard Compatible and Uniform Course Development//International Journal on e-Learning, 4 (vol. 4), 2005, pp.385-408.

[Kaczmarek, 2006] Kaczmarek J., Landowska A. Model of Distributed Learning Objects Repository for a Heterogenic Internet//Interactive Learning Environment, 1 (vol.14), 2006, pp.1-15.

[Michalis, 2007] Michalis X., Papadopolus T. Computer Aided Evaluation of Higher Education Tutors’ Performance//Studies in Educational Evaluation, 2 (vol.33), 2007, pp.175-196.

[Nworie, 2007] Nworie, J. Academic Technology in Higher Education: Organizing for Better Results//Journal of Educational Technology, 1 (vol.35), 2007, pp.105-128.

[Romansky, 2006] Romansky R., Noninska I. E-Learning in the Frame of the European e-Governance//Proceedings of the 3rd E-Learning Conference, Coimbra, Portugal, 7-8 September 2006, pp. 89-93.

[Schroeder, 2006] Schroeder U., Spannagel C. Supporting the Active Learning Process//International Journal on e-Learning, 2 (vol.5), 2006, pp.245-264.