СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Скидки до 50 % на комплекты
только до

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Доклад "Использование "облачных" технологий в образовательном процессе в условиях информатизации

Нажмите, чтобы узнать подробности

Использование облачных технологий для безопасного хранения и использования информации в образовательном процессе в условиях информатизации

Введение

Информатизация национальной системы образования - одна из приоритетных задач развития информационного общества. В Республике Беларусь в настоящее время созданы условия для широкомасштабного внедрения инновационных моделей информационно-коммуникационного обеспечения системы образования, таких как «облачные» компьютерные системы.

Построена высокоскоростная коммуникационная научно-образовательная среда, основу которой составляет Единая научно-информационная компьютерная сеть Республики Беларусь (НИКС), базовыми элементами которой являются сети Министерства образования Республики Беларусь UNIBEL, Национальной академии наук Беларуси BASNET и Белорусского государственного университета BSUNET.

«Облачные» технологии являются частью новой развивающейся сетевой интернет-архитектуры, которая базируется на трех основных принципах:

- информационно-ориентированная сетевая архитектура (information-centric

networking);

-«облачные» вычисления, интегрированные с сетью (cloud computing integrated

with networking);

- открытая коннективность (open connectivity).

Информационно-ориентированная сетевая архитектура ставит своей целью не коннективность интернет-хостов, а возможность эффективной организации хранения информационных объектов и доступа к ним. Информационные объекты рассматриваются как объекты, принадлежащие к определенному классу абстракции, для которого предлагаются унифицированные механизмы передачи, хранения, доступа; информация становится независимой от устройств, которые ее хранят.

«Облачные» вычисления, интегрированные с сетью, предлагают комбинацию и интеграцию «облачных» вычислений и виртуальной сети. Такое решение позволяет более глубоко интегрировать само «облако» непосредственно в сеть, что обеспечивает тесную интеграцию виртуальной сети как на уровне вычислений, так и на сетевом уровне.

Для поддержки этих двух подходов требуется так называемая открытая коннективность, основной задачей которой является обеспечение транспортных услуг и поддержка различных сетевых механизмов.

«Облака» относятся к классу сетевых компьютерных систем, основными элементами которых являются: компьютерная сеть с повышенной надежностью и пропускной способностью; клиент «облака» - аппаратное и программное обеспечение, взаимодействующее с «облаком» на основе стека протоколов TCP/IP; собственно «облако» - программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий работу «облачных» сервисов, взаимодействие с клиентом и динамическое управление ресурсами облака.

Отличительными особенностями «облачных» технологий являются следующие признаки:

- сервисная модель обслуживания - представление сетевых ресурсов в виде пула настраиваемых сервисов, готовых к немедленному использованию на условиях онлайн подписки без дополнительной установки и настройки со стороны пользователя;

- самообслуживание - возможность для потребителя самостоятельно изменять номенклатуру и конфигурацию сервисов в режиме онлайн с использованием http-клиента;

- высокая автоматизация процесса управления пулом сервисов, учетными записями пользователей и потреблением ресурсов;

- эластичность - возможность динамического перераспределения имеющихся ресурсов между потребителями; при этом внутренняя техническая структура «облака» скрыта от потребителя и недоступна ему для модификации, а само расширение доступных ресурсов является прозрачным;

-использование распространенных сетевых технологий - «облачные» сервисы должны быть доступны для любого клиентского оборудования с использованием стандартных технологий и протоколов, поддерживающих стек протоколов TCP/IP.

С точки зрения пользователя, отличием работы в «облачной» среде от использования традиционных сетевых ресурсов также является универсальный интерфейс, ориентированный на веб-технологии и http-протокол в качестве базовых средств управления «облаком» и доступа к его сервисам. Для специализированных сервисов также сохраняется возможность использования собственных прикладных протоколов, работающих в составе стека протоколов TCP/IP.

Обычно выделяют следующие базовые классы «облачных» сервисов.

1. IaaS (Infrastructure as a Service) - «инфраструктура как услуга», клиенту предоставляется полный доступ к виртуальной машине с возможностью устанавливать и настраивать операционную систему (ОС) и любое программное обеспечение (ПО). Модель IaaS предполагает, что клиент самостоятельно может управлять количеством процессоров, объемами оперативной памяти, дискового пространства и сетевых коммуникаций виртуальной машины. В качестве потребителя сервиса может выступать как удаленный клиент, так и система управления самим «облаком», использующая IaaS для построения сервисов более высокого уровня. Сервис IaaS предполагает полную ответственность клиента за безопасность, работоспособность и законность использования ПО. На оператора «облака» возлагается лишь ответственность за безопасность и надежность функционирования аппаратной платформы.

2. PaaS (Platform as a Service) - «платформа как услуга», предоставляет клиенту ограниченный доступ к управлению ОС, удаленным рабочим столом (DaaS, desktop as а service), СУБД и т. д. В этом случае на оператора «облака» возлагается установка и настройка системного ПО, соблюдение соответствующих лицензионных соглашений и обеспечение мер безопасности. Клиент же имеет возможность устанавливать, настраивать и использовать прикладное ПО, несет ответственность за его безопасность и соблюдение лицензионных прав. Сервисы PaaS также могут использоваться при организации других сервисов «облака».

3. SaaS (Software as a Service) - «прикладное ПО как услуга», предоставляет

онлайн-доступ к использованию прикладного ПО. При этом настройка ПО, обеспечение мер безопасности и соблюдение лицензионных соглашений возлагаются на оператора «облака».

Здесь следует обратить внимание на концепцию сервиса KaaS (Knowledge as a Service) - «знания как услуга», «облачный» сервис, содержащий «однозначно интерпретируемые актуальные знания, обеспечивающие поддержку принятия решений» и предоставляющий технологические средства их использования.

Программно-техническая инфраструктура «облака» строится на основе центров обработки данных (ЦОД). В зависимости от размещения и принадлежности ЦОД, порядка предоставления доступа к сервисам и способа организации работы клиента выделяются корпоративные или специализированные «частные облака» (private cloud), универсальные «публичные облака» (public cloud), совместно используемые «общие облака» (common cloud) и смешанный тип обслуживания - «гибридные облака» (hybrid cloud).

1. Основные цели, задачи и приложения «облачных» технологий в образовании

Современные тенденции развития информационно-коммуникационных технологий позволяют утверждать, что суперкомпьютерные и «облачные» технологии в близкой перспективе станут вычислительным инструментарием развития высоких технологий в научно-технической, социально-экономической и общественно политической деятельности, основой повышения национальной конкурентоспособности в критически важных областях деятельности государства и общества. Исходя из этого, широкомасштабное внедрение в системе образования данных технологий в настоящее время имеет стратегический характер. Основной целью использования «облачных» технологий в образовании является обеспечение нового качества образовательного процесса, адекватного инновационному развитию государства и общества.

Применение «облачных» технологий в системе образования позволяет решить две основные задачи. Во-первых, обеспечить для образовательных учреждений и отдельных учащихся возможность использовать современные и постоянно актуализируемые компьютерную инфраструктуру, программные средства, электронные образовательные ресурсы и сервисы. Во-вторых, снизить затраты отдельных учебных заведений и системы образования в целом на построение локальных информационных инфраструктур за счет эффективного использования вычислительных ресурсов, сосредоточенных в «облаке» и эластично выделяемых пользователям в соответствии с их запросами.

Рассмотрим основные, перспективные на наш взгляд, приложения «облачных» технологий в образовании.

Непрерывный доступ учащихся к образовательным ресурсам. Клиент-серверные архитектуры в совокупности с веб-технологиями позволяют предоставить пользователям, работающим с различными компьютерными устройствами, гомогенную масштабируемую среду для доступа к вычислительным и информационным ресурсам. Современная молодежь, стремящаяся постоянно присутствовать в сети Интернет, должна получить адекватные механизмы использования имеющихся компьютерных устройств для образования. В настоящее время в Республике Беларусь подавляющее большинство домохозяйств, в которых есть учащиеся и студенты, оснащены персональными компьютерами и имеют широкополосный доступ в Интернет. Широкомасштабное вовлечение в образовательный процесс персональных устройств позволит существенно сократить издержки на оснащение компьютерами и лицензионными программными продуктами компьютерных классов в учебных заведениях, а также отвлечь молодежь от бесполезного использования персональных устройств (например, для общения в социальных сетях и т. п.). В молодежной среде распространены мобильные компьютеры, планшетные устройства и смартфоны. «Облачные» технологии позволяют создать удобную среду для доступа к ресурсам с разнообразных устройств и обеспечить синхронизацию деятельности пользователя, осуществляемой с нескольких устройств (компьютер в учебном классе, домашний компьютер, смартфон и т. п.).

Хостинг информационных ресурсов и информационное взаимодействие субъектов образовательного процесса. Можно утверждать, что объем информационных ресурсов, публикуемых белорусскими учебными заведениями в сети интернет, подчиняется общим законам экспоненциального роста ресурсов данной глобальной сети. При этом растут затраты на серверное оборудование и широкополосные каналы для исходящего трафика в интернет, которые могли бы обеспечить хранение больших объемов информации и доступ к ним. Создание в системе образования единого национального ЦОД позволило бы существенно снизить эти затраты, а также повысить безопасность хранимых ресурсов, снизить требования к квалификации ИТ-персонала учебных заведений. Кроме того, на базе такого «облачного» ЦОД могли бы быть реализованы сервисы, обеспечивающие информационное взаимодействие преподавателей и студентов (разделяемые файловые хранилища и др.).

Управление в системе образования. На протяжении последних лет в национальной системе образования сформирован целый ряд интегрированных баз данных, на основе которых юридическим и физическим лицам могут предоставляться те или иные информационные сервисы. Одним из наиболее эффективных инструментов предоставления таких сервисов являются «облачные» системы. Так, в 2012 г. Министерством образования проводится исследование возможностей использования «облачной» системы информационного обеспечения учебного процесса «Дневник.ру». Начиная с 2010 г. в вузах Республики Беларусь внедрены пластиковые студенческие билеты на основе смарт-карт. Относительно небольшое число вузов и их достаточно развитая информационная инфраструктура позволили внедрить автономные программные комплексы изготовления студенческих билетов непосредственно в высших учебных заведениях. Масштабирование данного проекта с целью внедрения билетов учащихся для учеников общеобразовательных школ, учащихся средних специальных учебных заведений потребует создания централизованной и в то же время очень гибкой программной системы учета, изготовления и использования пластиковых документов на основе «облачной» технологии. В конечном итоге можно прогнозировать уже в ближайшем будущем переход от автономных систем управления учебным процессом, функционирующих в локальных сетях вузов, к централизованным «облачным» системам.

2. Архитектура «облачной» системы

На основе анализа различных «облачных» систем, поддерживаемых такими компаниями, как Microsoft, VMware, HP, Amazon, авторами работы предлагается обобщенная модель архитектуры «облака», представленная на рисунке. Основными элементами такой модели являются:

1. Отказоустойчивое программно-аппаратное ядро ЦОД, включающее аппаратное обеспечение ЦОД, кластерное системное ПО, гипервизор системы виртуализации и средства обеспечения работы сети на основе стека ТСРЛР. Аппаратное обеспечение включает вычислительный кластер и комплекс сетевых подсистем хранения (SAN, NAS).

2. Интерфейс управления «облаком» на основе веб-сервера, позволяющий управлять ресурсами «облака» и получать доступ к его сервисам на основе http-протокола с использованием веб-технологий.

3. Среда виртуализации и управления виртуальными ресурсами «облака», представляющая собой специализированное «промежуточное» ПО, позволяющее обеспечивать ключевые свойства «облака» (представление ресурсов в виде сервисов, автоматизация управления, самообслуживание клиентов), управлять учетными записями, потреблением ресурсов, правами пользователей. Организация передачи управляющей информации ресурсам может быть представлена в виде универсальной шины управления ресурсами, доступ к которой имеет как среда управления, так и клиент «облака» посредством веб-интерфейса.

Архитектура «облачной» компьютерной системы

4. Средства доступа к сервисам «облака», представляющие собой набор протоколов и технологий, позволяющих пользователю подключаться и пользоваться нужными сервисами. Организация обмена данными между клиентом и сервисами может быть представлена в виде шины доступа к сервисам, поддерживающей стандартные протоколы передачи и доступной как для непосредственного сетевого доступа, так и для доступа с помощью веб-интерфейса, транслирующего http-запросы клиента в специализированные протоколы доступа к сервисам.

На основе анализа предложенной схемы, являющейся общей для разных видов «облака» и отражающей основные компоненты архитектуры, могут быть сделаны следующие выводы:

1. Комплекс системного ПО «облака» может рассматриваться как операционная система «облачного» типа, отличительной особенностью которой является обязательное наличие модуля виртуализации и динамической реконфигурации виртуальных ресурсов.

2. Архитектура «облака» предполагает и включает средства обеспечения двух режимов работы пользователя: режима управления ресурсами и режима использования сервисов.

3. Использование веб-сервера для организации универсального интерфейса пользователя, с одной стороны, позволяет упростить доступ к сервисам, а с другой - ограничивает возможности сервисов «облака» рамками http-протокола. В связи с этим можно прогнозировать появление специально разработанного расширения http-протокола или нового протокола удаленного управления для «облака».

4. В отличие от IaaS и PaaS сервисов, программное обеспечение уровней SaaS и KaaS значительно более разнообразно и создается большим количеством независимых производителей; соответственно должна быть предусмотрена возможность создания специального «облачного» программного интерфейса (cloud-API), который позволит обеспечить разработку многочисленных SaaS- и KaaS-приложений и их переносимость для разных реализаций «облака».

Основные классы «облачных» сервисов могут быть упорядочены в иерархию (стек) сервисов «IaaS-PaaS-SaaS-KaaS», показанную на рисунке, в которой каждый вышележащий уровень использует ресурсы нижних. Отсюда целесообразна специализация «облаков» в виде ресурсных IaaS-, Раа8-«облаков» и сервисных SaaS-, Каа8-«облаков» для гибкого построения на их базе «гибридных облаков» любого назначения.

Заключение

«Облачные» компьютерные системы представляют собой новый способ организации информационно-коммуникационной инфраструктуры, характеризующийся упрощением и унификацией методов, средств и способов работы пользователя за счет сосредоточения высокотехнологичных операций, сложного программно-аппаратного обеспечения и квалифицированных кадров в рамках специализированных центров обработки данных. Основными практическими преимуществами использования «облачных» систем в образовательной инфраструктуре являются: снижение требований к техническому оснащению и квалификации пользователей, оптимизация использования дорогостоящего высокопроизводительного оборудования и программного обеспечения, упрощение процессов управления лицензиями и обновлениями, стандартизация выполнения операций в рамках системы менеджмента качества.

Категория: Информатика
27.01.2020 11:50


Рекомендуем курсы ПК и ППК для учителей

Вебинар для учителей

Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!