بخشی از مقاله
چکیده
رایانش ابری به نرمافزارهای اینترنتی به صورت سرویس، سختافزارها و سرورهایی که در مراکز داده، آن نرم افزارها را اجرا مینمایند، اشاره دارد. رایانشابری بسیار مقیاسپذیر بوده و منابع مجازی را به طور اشتراکی در اختیار کاربران قرار میدهد. با رشد عظیمی از کاربران، خدمات، مطالب و منابع آموزشی، سیستمهای یادگیری الکترونیکی با چالشهای تخصیص منابع بهینهسازی، برخورد با خواستههای همزمانی پویا، دسترسی به ذخیرهسازی سریع و هزینه های کنترل روبرو هستند. بسترهای نرمافزاری یادگیریالکترونیکی، نیاز به هزینههای بالای اولیه در زیرساخت و برنامههای کاربردی دارند.
استفاده از ابرها در زمینه آموزشی، فرصتهای بزرگی برای دانشآموزان جهت بهبود نتایج یادگیری فراهم آورده و فراگیران مزایای مهمی در محیط آموزشی جدید به دست میآورند. همچنین اتخاذ ابر می تواند کمک قابل توجهی به کاهش هزینههای زیرساخت، نرمافزار و منابع انسانی کند. در این مقاله یک چارچوب مبتنی بر معماری رایانش ابری سرویسگرا جهت مقیاسپذیری، کیفیت سطح خدمات، تعامل واقعی و استفاده کارآمد از منابع در محیط یادگیریالکترونیکی ارائه میگردد. همچنین Aneka یک پلتفرم به عنوان سرویس، جهت مقیاسپذیری، استفاده کارآمد از منابع و پشتیبانی از مدلهای مختلف برنامهنویسی جهت ساخت و توسعهی برنامههایکاربردی در محیط یادگیریالکترونیکی پیشنهاد میشود.
-1 مقدمه
یادگیریالکترونیکی1 ، استفاده از فناوریهای اینترنت برای ارائهی طیف گسترده ای از راهحلها برای ارتقاء دانش و عملکرد است. یادگیریالکترونیکی شامل مجموعه برنامههای کاربردی و فرایندها مانند کلاس مجازی، یادگیری مبتنی بر وب و مبتنی بر کامپیوتر و همکاریهای دیجیتال است. [10] رایانشابری2 به گونهای از سیستم های توزیع شده و موازی شامل مجموعهای از کامپیوترهای مجازی متصل به یکدیگر اطلاق میگردد.
این کامپیوترها به طور پویا عرضه شده و به عنوان یک یا چند منبع محاسباتی یکپارچه بر اساس توافقات بین سرویسدهندگان و مصرفکنندگان، سرویس میدهند. به طورکلی مصرفکنندههای رایانشابری مالک زیرساخت فیزیکی ابر نیستند، بلکه برای دوری از هزینههای سرمایهای، آن را از عرضهکنندگان شخص ثالث اجاره میکنند. آنها منابع را در قالب سرویس مصرف میکنند و تنها بهای منابعی که به کار میبرند، میپردازند.[13]
بسترهای یادگیری الکترونیکی موجود، قادر به مقیاسپذیری پویا نیستند و همکاری با دیگر مؤسسات آموزشی را ندارند. ما به دنبال حرکت سیستم یادگیری از کلاسها یا مؤسسات به داخل زیرساخت رایانش ابری هستیم. رایانش ابری با توجه به استاندارد باز، قابلیت همکاری با دیگر مؤسسات را فراهم آورده و به دلیل همکاری محتوا موجب تولید محتوای غنی آموزشی در سراسر جهان میشود. ابر مزایای برجستهای برای مؤسسات، مدیران، استادان و مهمتر از همه فراگیران دارد.
یکی از نگرانیها در حوزهی آموزشی، ادغام یادگیری الکترونیکی و شبکه، تأکید بر ساخت بسترهای نرمافزاری و سختافزاری سیستم یادگیری الکترونیکی، مدیریت امنیت شبکه و آموزش، یکپارچگی فناوری اطلاعات به منظور آموزش، آموزش آنلاین، محیط شبکه باز و وب معنایی است. در حال حاضر سیستمهای یادگیریالکترونیکی هنوز در مقیاسپذیری در سطح زیرساخت ضعیف هستند. منابع متعددی را میتوان فقط برای انجام وظایف خاص در زمانی که حجم کاربالا است، مستقر و اختصاص داد. سیستم نیاز به اضافهکردن و پیکربندی منابع جدید از همان نوع را دارد و در نتیجه هزینه ساخت و مدیریت منابع بسیار گران است. این مسأله کلیدی به استفاده مؤثر و کارآمد از منابع مرتبط است.
یک معماری از روش یادگیری بر اساس حل مسأله، یکپارچه شده با سیستم یادگیری الکترونیکی با فناوری ابر ارائه شده است. آن از زیرساخت ابر در سیستم یادگیریالکترونیکی برای رسیدن به مقیاسپذیری، در دسترس بودن، ذخیره سازی مداوم و استفاده کارآمد از منابع استفاده کرده است.[10] مزایای در نظر گرفته شده از معماری ابر یادگیری الکترونیکی در محاسبات قدرتمند و ظرفیت ذخیرهسازی، دردسترسپذیری بالا، امنیت بالا، مجازیسازی، امکان دسترسی آسان به نرمافزارهای پرهزینه است.
[7] در معماری آموزش مبتنی بر ابر برای علوم کامپیوتر، یک مطالعه شامل مقایسه بین کلاسهای درس مجازی مبتنی بر ابر و سیستم آموزش یادگیری سنتی برای برجسته کردن استفاده از ابرها انجام داده است.[1] BlueSky یک چارچوب یادگیری الکترونیکی ترکیب شده با ابر است. این چارچوب بر اساس اصول معماری سرویسگرا1 طراحی شده است. [4] یک معماری توسعه یافتهی اکوسیستم یادگیری الکترونیکی با استفاده از زیرساختهای رایانش ابری، قابل اعتماد، انعطافپذیر، خودبهبود با کیفیت سطح خدمات و تقلیل هزینه است.[5]
در این مقاله به تعریف یادگیری الکترونیکی پرداخته و سپس ضمن بررسی مفاهیم رایانش ابری آن را به یادگیری الکترونیکی ضمیمه نموده و یک چارچوب مبتنی بر معماری رایانش ابری سرویسگرا برای محیط یادگیری الکترونیکی توصیف میکنیم. در این چارچوب از Mandi ، یک معماری مبتنی بر بازار، الهام گرفته شده است. در این چارچوب توابع سنتی یادگیری الکترونیکی در قالب سرویس ارائه میگردد. سپس پلتفرم Aneka را جهت توسعه آسان برنامههایکاربردی برای محیط یادگیریالکترونیکی پیشنهاد میکنیم که مقیاس در تقاضا، بهینه سازی استفاده از بودجه و ارائهی کیفیت مطلوب سرویس را فراهم میآورد.
-2 یادگیری الکترونیکی
یادگیری الکترونیکی یک فرایند یادگیری مبتنی بر فناوری اینترنت جهت طراحی، پیادهسازی، انتخاب، مدیریت، پشتیبانی و توسعهی یادگیری است. یادگیریالکترونیکی انعطافپذیری در زمان، مکان و برنامهریزی را فراهم میآورد. عوامل کلیدی یادگیریالکترونیکی، استفاده مجدد، به اشتراک گذاری منابع و قابلیت همکاری هستند.[3] مهمترین بخشهای مرتبط با یادگیری الکترونیکی شامل سیستم مدیریت یادگیری2، سیستم مدیریت محتوای یادگیری3، ابزار تولید و تدوین محتویات و مطالب الکترونیکی4، سیستمهای تحویل ارائه یادگیری الکترونیکی و ابزارهای ارزیابی و سنجش است.
-1-2 اکوسیستم یادگیری الکترونیکی
اکوسیستم یادگیری الکترونیکی برای توصیف تمام قطعات مورد نیاز برای پیاده سازی یک راهحل یادگیری الکترونیکی است. این مؤلفهها در سه دستهی تأمینکنندگان محتوا، مشاوران و زیرساختها قرار دارند. ارائهدهندگان محتوا، مطالب را برای راهحلهای یادگیری ارائه می دهند. مشاوران به سازمانها برای ایجاد سیستمهای جدید، راهبردها و طرحها در عمل کمک میکنند. زیرساخت یادگیریالکترونیکی شامل سیستم مدیریت محتوای یادگیری - - LCMS، سیستم تحویل محتوا - - CDS5 و ابزارها است. سیستم مدیریت محتوای یادگیری یک راهحل نرمافزاری برای مدیریت مؤثر آموزش و توسعه است.
مزایای آن دسترسی سریع به داده و اطلاعات با توجه به استفاده و اثربخشی آموزش است. دو نوع سیستم تحویل محتوای همزمان و غیر همزمان وجود دارد. سیستمهای تحویل محتوای همزمان، از پلتفرمهای باز و استانداردهای پیشرفته برای طراحی فیزیکی و تحویل محتوا جهت دسترسی در هر زمان استفاده میکنند. سیستمهای تحویل ناهمزمان بسیاری از ویژگیهای محاورهای مانند اینترنت، چت، مشاوره همسالان و غیره است. [12] درک عمیقی از اهداف، وظایف و الزامات مورد نیاز از اکو سیستم یادگیریالکترونیکی در [8] نشان داده شده است. اکوسیستم یادگیریالکترونیکی با چالشهای تخصیص منابع بهینه سازی، برخورد با خواستههای همزمانی پویا، ذخیرهسازی سریع و هزینه های کنترل روبرو است. بازیگران اصلی در این اکوسیستم یادگیرنده، مربی، نویسنده، هماهنگکننده، مدیر سایت و کارفرما است.
-3 بررسی رایانش ابری
رایانشابری به نرمافزارهای اینترنتی به صورت سرویس، سختافزارها و سرورهایی که در مراکز داده، آن نرم افزارها را اجرا مینمایند، اشاره دارد. سرویسهای کامپیوتر نیاز به قابلیت اطمینان بالا، مقیاسپذیری و خودمختاری جهت پشتیبانی از دسترسپذیری در همه جا را دارند. در رایانش ابری XaaS به تعداد فزایندهای از سرویسها که از طریق اینترنت به جای ارائه به صورت محلی یا در سایت تحویل داده میشود، اشاره دارد.
در مدل نرمافزار به عنوان سرویس - - 1SaaS، یک نرمافزار با معماری گسترده در مرورگر هزاران مشتری اجرا میشود، و مشتری هیچ هزینهای بابت راهاندازی سرور یا مجوز خرید نرمافزار نمیدهد. در مدل پلتفرم به عنوان سرویس - - 2PaaS، راهی برای اجاره سختافزار، سیستمعامل، ذخیرهسازی و ظرفیت شبکه بر روی اینترنت میباشد. در مدل زیرساخت به عنوان سرویس 3IaaS - - ، زیرساخت رایانهای که یک بستر مجازی است را به صورت سرویس ارائه میدهد. IaaS، پردازش، ذخیرهسازی، شبکه ها و سایر منابع محاسباتی اساسی را جهت استقرار و اجرای نرمافزار مصرفکننده به صورت سرویسهای استاندارد در شبکه فراهم میآورد.
مدل های پیاده سازی ابر به صورت خصوصی4، گروهی5، هیبرید6 و عمومی7 میباشد. در ابرخصوصی، زیر ساخت ابر فقط برای یک سازمان میباشد و به وسیله سازمان یا یک شخص ثالث مدیریت میشود. در ابر گروهی، اشتراک زیرساخت برای گروه های خاص میباشد. در جایی که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاشتن زیر ساخت از مزایای ابر بهره مند شوند، استفاده میگردد. در ابر عمومی، ابر به مشتریان با زیرساختهای با مقیاس بزرگ فروخته میشود. سرویس ها به صورت پویا و از طریق اینترنت ارائه میگردد و منابع به صورت اشتراکی در اختیار کاربران قرار میگیرد . در ابر هیبرید ترکیبی از دو یا چند ابر - خصوصی،گروهی یا عمومی - است که به وسیله فناوریهای استاندارد یا اختصاصی به همدیگر متصل شدهاند و قابلیت حمل داده و برنامه هایکاربردی را فراهم میسازند.
-4 معماری رایانش ابری
الزامات معماری رایانشابری بر اساس الزامات ارائهدهندگان ابر، سازمانهایی که از ابر استفاده میکنند و کاربران نهایی طبقهبندی شده است. از دیدگاه ارائه دهنده سرویس، معماری سرویس بسیار کارآمد برای پشتیبانی زیرساخت و سرویسها برای ارائه ی سرویسهای مجازی و پویا مورد نیاز است. یک مدیریت داده امن و سازمان یافته و مکانیسم ذخیره سازی همراه با مدل هزینه جذاب مورد نیاز است.
از دیدگاه سرمایهگذاری، یک کیفیت سطح خدمات8 و سیستم مطمئن و مقیاسپذیر مورد نیاز است. از دیدگاه کاربر، الزامات اساسی یک واسط9 ساده با سازگاری و قابلیت خودیادگیری است، که باید به قیمتگذاری شفاف، اندازهگیری و موافقتنامه سطح خدمات10 رسیدگی شود. حفظ حریم خصوصی مشتری محور، رمزگذاری یا رمزگشایی، ثبات و قابلیت استفاده از سرویسهای ابر را افزایش میدهد. [9]
1-4 معماریهای رایانشابری سرویسگرا
در رایانش ابری برنامهها دسترسی مستقیم به منابع ندارند، بلکه از طریق سرویس دسترسی دارند. به طور معمول، سرویس، دسترسی به مقدار زیادی منابع فیزیکی دارد و در صورت نیاز به طور پویا به آن تخصیص داده میشود. معماری سرویسگرا در واقع مجموعهای از سرویسها است که با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند . در حین این ارتباط ممکن است دادههایی را بین یکدیگر پاسکاری کنند و همچنین ترکیب دو یا چند سرویس با هم یک کار را انجام دهند. در ادامه دو معماری رایانش ابری سرویسگرا بررسی میگردد.
2-4 معماری سرویسگرای Mandi
هدف اصلی Mandi برای ارائه بازار است. معماری سرویسگرای Mandi یک مزایده دوبل برای مطابقت با قیمتهای پیشنهادی از درخواستهای منابع متعدد به ارائهدهندگان را انجام میدهد. اول، ارائه دهندگان منابع را با قیمتشان ارائه میدهند. مصرفکنندگان پیشنهادشان را برای نشان دادن علاقه خود در اجاره منابع تبلیغ شده، ارسال میکنند. همهی مناقصهها و سؤالات در پایگاه داده ذخیره خواهد شد که در پایان مزایده برای محاسبهی مناقصهی برنده در دسترس قرار خواهند گرفت.
متابروکر، عامل اصلی Mandi ، هماهنگ کننده تطبیق سؤالات و مناقصهها و معاملهی بین شرکتکنندگان در معامله است. در پایان مزایده، متابروکرها بهترین برندگان را انتخاب و درخواستهای رزرو شده را به سرویس رزرو Mandi ارسال میکنند. سپس سرویس رزور به ارائهدهندگان منابع و مشتریان در مورد نسخه مزایده اطلاعرسانی میکنند. اطلاعات در مورد رزرو در داخل Mandi با استفاده از سرویس حسابداری ذخیره میشود.
معماری Mandi از مفاهیم » بازار آزاد« الهام گرفته است که در آن هر کاری میتواند به آن ملحق شده و سرویسهای محاسباتی را خرید و فروش کند. Mandi شامل سرویسهای اصلی کاربر و هسته است، که هر یک از سرویسها میتوانند روی ماشینهای متفاوت به طور مستقل از طریق ارتباط با سرویس پایگاهداده انجام شوند. سرویسهای کاربر شامل سرویس ثبتنام، سرویس مزایده، سرویس منابع، سرویس احراز هویت و مجوز میباشد. و سرویسهای هسته شامل سرویس متابروکر، سرویس رزرو، سرویس حسابداری و سرویس پایگاه داده میباشد.
