Автореферат (Разработка архитектуры, алгоритмов и принципов функционирования распределенного вычислительного комплекса информационных сервисов электронного обучения)

На правах рукописиКОНЬКИН АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧРАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ, АЛГОРИТМОВ ИПРИНЦИПОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОГОВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ИНФОРМАЦИОННЫХСЕРВИСОВ ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯСпециальность 05.13.15 – Вычислительные машины,комплексы и компьютерные сетиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в федеральном государственном автономномобразовательном учреждении высшего образования «Национальныйисследовательский университет «Высшая школа экономики»Научный руководитель:Официальныеоппоненты:Ведущая организация:Леохин Юрий Львович, доктор техническихнаук, профессор, заместитель проректора понаучной работе ордена Трудового КрасногоЗнаменифедеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшего образования «Московский техническийуниверситет связи и информатики»АзаровВладимирНиколаевич,доктортехнических наук, профессор, профессор кафедры"Менеджменткачества"федеральногогосударственного бюджетного образовательногоучреждения высшего образования «Российскийуниверситет транспорта» (г.

Москва)ЖигаловКириллЮрьевич,кандидаттехнических наук, старший научный сотрудникфедеральногогосударственногобюджетногоучреждения науки Институт проблем управленияим. В. А. Трапезникова Российской академии наук(г. Москва)Федеральноегосударственноебюджетноеобразовательное учреждение высшего образования««Магнитогорский государственный техническийуниверситет им. Г.И. Носова» (г. Магнитогорск)Защита состоится «7» декабря 2017 г. в 16-30 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.131.05 на базе федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшегообразования «Московский технологический университет» по адресу: 119454,г. Москва, пр.

Вернадского, д. 78, ауд. Д217С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскоготехнологического университета и на сайте https://mirea.ru/.Автореферат разослан «05» ноября 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного советак.т.н, доцентАндрианова Елена Гельевна2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.В настоящее время активно развиваютсясистемы, предоставляющие населению информационные сервисы различногоназначения.Например,государственныхуслуг,многофункциональныевкоторыхцентрыпользователямипорталпредоставляютсяинформационные сервисы посредством технологии “Одно окно”.

Благодаряэтой технологии от пользователя скрыт процесс межведомственногоинформационного обмена. Как правило, на этапе создания или доработкиинформационных сервисов можно так настроить их взаимодействие междусобой, чтобы можно было предоставлять пользователю данные из разныхисточников в единой форме представления.Однако существуют такие задачи интеграции информационныхсервисов, как задача создания действительно сквозного представленияинформационных сервисов от различных поставщиков.

Такая интеграциядолжна обеспечивать не просто реализацию технологии “Одно окно”, аобеспечивать совместное функционирование информационных сервисов так,чтобывзаимодействиеинформационныхсервисовнастраивалосьвзависимости от текущих потребностей конкретного пользователя. Инымисловами, такая интеграция должна обеспечивать возможность такойнастройки не на этапе создания или доработки информационных сервисов, ав процессе их функционирования.В настоящее время проработанным и передовым подходом к решениюзадачинтеграцииинформационныхсервисовсчитаетсясервисно-ориентированная архитектура (СОА). Мировыми лидерами ИТ-индустриипредлагаются такие СОА-ориентированные продукты и инструменты, какIBM WebSphere, Oracle SOA Suite, Microsoft BizTalk Server, BEA WebLogicили TIBCO Business Integration.

Однако, внедрение СОА-решения – этодолгая, дорогая и крайне трудоемкая работа, требующая серьезнойперестройки ИТ-инфраструктуры и стратегии поставщика информационныхсервисов. При этом успешно внедренное СОА-решение для одногопоставщика информационных сервисов может не так эффективно работать3для другого. Кроме того, взаимодействие информационных сервисовнастраивается на этапе внедрения или доработки СОА-решения, а не впроцессе эксплуатации.Интеграция информационных сервисов наиболее востребована вобласти электронного обучения (ЭО), поскольку эта область должнапостоянно развиваться, чтобы пользователи могли своевременно получатьактуальные информационные сервисы ЭО (ИСЭО), поскольку от этогозависит их конкурентоспособность в современном обществе.Внастоящеевремямножествообразовательныхцентров(ОЦ)предлагают большое количество разнообразных ИСЭО.

Под ОЦ вдиссертации понимается любой поставщик (например, образовательноеучреждение или индивидуальный предприниматель) ИСЭО. Одни ОЦпредоставляют ИСЭО посредством собственных разработок, другие –посредством готовых программных решений, адаптируя их по меревозможности под свои нужды. При этом полученные решения, как правило,невсегдасоответствуютобразовательнымпотребностямучастниковучебного процесса и имеют экспериментальный характер. Кроме того, одниИСЭО могут привлекать учащегося в одном ОЦ, а другие – в другом.

Приэтом, как правило, учащийся не имеет доступа к достаточной информации,чтобы до использования ИСЭО понять, какой ИСЭО правильнее было бы емувыбрать. Во многом это происходит из-за таких ОЦ, которые большеориентированы на привлечение учащихся к своим ИСЭО, а не на качество иэффективность образовательного процесса.

В основном это обусловлено невсегда достаточным уровнем применения педагогических методов ЭО,скудностьюинформационногонаполненияислабойтехническойоснащенностью конкретных регионов России.Для решения таких задач необходимо объединить имеющийся опытинформатизации образования и перейти от создания разрозненных ИСЭОразличных ОЦ к их интеграции в общее информационно-образовательноепространство на основе единых принципов функционирования.4Для этого в диссертации предлагается разработать вычислительныйкомплекс информационных сервисов электронного обучения (ВКИСЭО).ПодВКИСЭОвдиссертациипонимаетсясовокупностьИСЭОинтегрированных ОЦ в ВКИСЭО (далее – ОЦВК), между которымиобеспечивается осуществление распределенной обработки данных на любомуровне их функционирования в рамках распределенных прикладныхпроцессов ВКИСЭО.

Под распределенным прикладным процессом ВКИСЭОпонимается единый прикладной процесс, части которого выполняются вразличных ОЦВК.Существенный вклад в решение задачи интеграции ИСЭО различныхОЦ внесли работы таких ученых и специалистов, как Е.И. Горбунова,С.Л.

Лобачев, А.А. Малых, А.В. Манцивода, А.А. Поляков, В.И. Солдаткин иВ.П. Тихомиров.Благодаряэтимрезультатампользовательможетвоспользоваться ИСЭО различных интегрированных ОЦ. Однако этирезультаты не ориентированы на создание действительно сквозногопредоставления ИСЭО интегрированных ОЦ. Поэтому для решения этойзадачи необходимо проведение дополнительных исследований.Учитывая различную степень оснащенности ОЦ компьютернойтехникойикоммуникационнойинфраструктурой,ВКИСЭОдолженобеспечивать различных ОЦВК равными техническими возможностипредоставления ИСЭО.Потребность в ВКИСЭО можно обосновать следующими аргументами: требованием быстрой адаптации ИСЭО под постоянно меняющийсярынок труда и под потребности пользователей.

Например, для полученияучащимися квалификации в соответствии с их интересами, способностями,возможностями и требованиями рынка труда на протяжении всей их жизни; требованием развития ИСЭО по законам рыночной экономики, в основекоторой спрос и предложение. Равные условия в ВКИСЭО создаютнормальную конкуренцию между лекторами/ОЦВК, чтобы учащиесяпроходилиобучениеименноу5них(пользовалисьихИСЭО/предложениями). При этом учащихся (их спрос) нужно правильнымобразом мотивировать, чтобы они стремились стать конкурентоспособнымиспециалистами на рынке труда; требованием высоких показателей жизнеспособности ИСЭО. Во многомэтообеспечиваетсятем,чтоОЦВКбудутсвоевременнорешатьвозникающие задачи либо через их совместное участие, либо из-за ихконкурентного отношения друг к другу.

Например, ОЦВК могутпредоставлять учебные курсы, части которых преподаются лекторами изразных ОЦВК, или можно синтезировать учебные курсы, содержаниекоторых раньше преподавалось по отдельности или в ОЦ разного профиля.На основании вышеизложенного, разработка ВКИСЭО, своевременноучитывающеготребованияразличныхОЦ,учащихсяипостоянноменяющегося рынка труда, а также особенности состояния сетевыхкоммуникаций и информационного наполнения конкретных регионовРоссии, представляется чрезвычайно актуальной в современных условиях дляповышения качества и эффективности образовательного процесса.Целью диссертационной работы является разработка архитектуры,алгоритмовипринциповфункционированияраспределенноговычислительного комплекса, обеспечивающих интеграцию разрозненныхинформационных сервисов электронного обучения в общее информационнообразовательное пространство.Задачиисследования.Длядостиженияпоставленнойцеливдиссертационной работе решаются следующие основные задачи:1) провести анализ области электронного обучения и методов интеграцииприложений;2) разработать требования к вычислительному комплексу информационныхсервисов электронного обучения;3) провести анализ существующих методов распределенной обработкиданных с целью выбрать метод для эффективного функционированиявычислительного комплекса информационных сервисов электронногообучения;64) разработать архитектуру вычислительного комплекса информационныхсервисов электронного обучения;5) разработатьметодраспределеннуюиалгоритмы,обработкуданныхобеспечивающихиприкладныхэффективнуюпроцессовввычислительном комплексе информационных сервисов электронногообучения;6) разработать метод и алгоритмы решения задачи разгрузки серверов,обслуживающих предельное количество запросов пользователей ввычислительном комплексе информационных сервисов электронногообучения;7) разработатьметодиалгоритмырешениязадачисинхронизациираспределенных данных в вычислительном комплексе информационныхсервисов электронного обучения;8) разработать принципы функционирования вычислительного комплексаинформационных сервисов электронного обучения;9) провести компьютерное моделирование вычислительного комплексаинформационных сервисов электронного обучения с целью проверкидостоверности основных результатов диссертационной работы.Объектом исследования являются сетевые программно-техническиекомплексы, обеспечивающие реализацию электронного обучения.Предмет исследования определяется перечнем решаемых задач, а такжеобластями исследования №1, 3 и 4 паспорта специальности 05.13.15.Методы исследования.