Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ П
Понятие дистанционного образования 11
Актуальность дистанционных образовательных услуг в России 17
Образовательные потребности и уровень их удовлетворения в существующей системе образования 19
Заинтересованность в основных свойствах дистанционной формы образования 22
Требования к качеству образовательных услуг 27
Формы дистанционного образования 29
Основные типы дистанционных учебных заведений 33
Однопрофильные учреждения 33
Двухпрофильные учреждения 33
Смешанные учебные заведения 35
1.5. Современная структура дистанционного образования в России 37
Предпосылки дистанционного обучения в профессиональном образовании 39
Анализ подходов к применению дистанционных образовательных технологий 41
Применение технологии дистанционного образования в России 43
1.6. Информационно-образовательное обеспечение дистанционного
образования 48
Концепция комплексной информатизации учебного процесса в ВУЗе 48
Электронные учебно-методические комплексы 51
1.7. Надежность программно-информационных технологий
дистанционного образования 57
Зависимостьнадежности от архитектуры программно-информационных технологий 57
Надежностные характеристики программно-информационного обеспечения распределенной информационно-образовательной среды 62
2. АРХИТЕКТУРА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ 66
2.1. Образовательная среда Красноярского государственного
аграрного университета 66
2.2. Общие принципы построения единой образовательной
информационной среды вуза 70
Цели создания среды 70
Компоненты среды 71
Функциональность 72
2.3. Компьютерная сеть КрасГАУ 74
2.3.1.Структура сети 74
2.3,2,Объемно-временные характеристики и пропускная способность 76
2.3.3.Организационные принципы работы и управления сетью 77
2.4. Корпоративная компьютерная сеть КрасГАУ 79
Планирование доставки учебных ресурсов 81
Использование нового оборудования и технологий 85
Администрирование учебного процесса в условиях применения ДОТ 87
2.5. Программно-аппаратная платформа для дистанционного
образования 88
Задача выбора платформы 88
Техно-ироіраммпьіе ограничения 92
Матрица принятия решения 93
Используемые программно-аппаратные платформы ДО в КрасГАУ 95
2.6, Клиент-серверная архитектура распределенной информационно-
образовательной среды 99
2.6.1, Особенности клиент-серверной архитектуры распределенной
информационно-образовательной среды 99
2.6.2. Способы организации программной архитектуры клиент-сервер 104
3. НАДЕЖНОСТНЫЙ АНАЛИЗ КЛИЕНТ-СЕРВЕРНОЙ
АРХИТЕКТУРЫ 111
3.1. Современные методы анализа надежности 114
Математические модели надежности 114
Исследование надёжности систем без резерва 117
Метод коэффициентов 118
Исследование надёжности систем с резервом 118
Применение марковских процессов для исследования надёжности резервированных систем 121
Экспериментальный закон надежности Хетагурова 123
3.2. Математическая модель анализа компьютерных систем клиент-
серверной архитектуры 127
Описание математической модели 128
Показатели надежности 131
3.3. Модель архитектурной надежности программных приложений
«клиент-сервер» 136
4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ
НАДЕЖНОСТНОГО АНАЛИЗА КЛИЕНТ-СЕРВЕРНОЙ
АРХИТЕКТУРЫ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ 145
Описание системы 145
Расчет вероятности останова компьютерной системы 147
Расчет интенсивности остановов компьютерной системы 148
Расчет вероятности аварии системы 149
Расчет интенсивностей аварий системы 150
Получение зависимости вероятностей аварии и останова системы
от числа клиентов и интенсивностей отказа подсистем 151
4.7. Анализ архитектурной надежности программных приложений
«клиент-сервер» 152
Выделение иерархических уровней 152
Исходные параметры компонентов уровней архитектуры 154
4.7.3. Анализ результатов при сравнении вариантов архитектур 155
4.8. Структура системы надежностного анализа 160
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 162
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 163
Введение к работе
Реформирование высшего образования Российской Федерации, реализация новой человекоцентристской концепции образования, а также повышение качества высшего образования требуют изменения содержания обучения и обуславливают необходимость поиска новых путей совершенствования учебного процесса в системе высших образовательных учреждений.
За последние три десятилетия дистанционная форма обучения стала глобальным явлением образовательной и информационной культуры, изменив облик образования во многих странах мира. Возникла и бурно развивается целая индустрия образовательных услуг, объединяемых общим названием «дистанционное обучение».
В настоящее время в российской системе образования также происходят сложные процессы перехода к дистанционному образованию, созданию и освоению новой информационно-технологической базы. Для успешной реализации этих реформ требуется создание единого образовательного пространства, охватывающего всю территорию Российской Федерации и характеризующегося выполнением единых требований к уровню образовательных услуг, предоставляемых различными образовательными учреждениями.
Решение такой задачи заключается в целенаправленном применении информационно-коммуникационных технологий и архитектурных решений с целью создания единой образовательной информационной среды, с помощью которой можно упростить доступ граждан к получению высококачественных образовательных услуг вне зависимости от места жительства, социального положения, финансового состояния, возраста, состояния здоровья и других жизненных обстоятельств.
Концепция дистанционного образования предполагает распределенную
информационно-образовательную среду, где обучаемый и преподаватель
дистанцированы друг от друга. Участники образовательного процесса взаимодействуют через единую информационную инфраструктуру, реализуемую на основе архитектуры клиент-сервер. Информационное обеспечение большинства процессов, связанных с профессиональным образованием, делает возможным хранение и доступ к базовой информации, необходимой для обеспечения профессионального образования.
Программно-информационные технологии в дистанционном образовании обладают гетерогенностью и распределенной архитектурой, что требует решения задач повышения надежности и обеспечения отказоустойчивости с учетом распределенных ресурсов, анализа трафика и управления пропускной способностью сети, перераспределения серверной нагрузки, отслеживания текущего состояния подсистем серверов приложений и .т.д.
Предоставление образовательных услуг предъявляет определенные требования по надежности как к программно-информационному обеспечению, так и к аппаратной платформе информационно-образовательной среды. Обеспечение заданного уровня надежности данной среды требует комплексного подхода к оценке аппаратного и программно-информационного обеспечения. Поэтому возникает техническая проблема -создание автоматизированных средств оценки и анализа надежности компонент распределенной информационно-образовательной среды. В связи с этим необходимо разработать модели и методы, которые позволили бы выполнить анализ надежности программного обеспечения информационно-образовательной среды и ее аппаратной платформы, что является научной проблемой.
Объектом диссертационного исследования является распределенная информационно-образовательная среда, обеспечивающая поддержку дистанционной формы обучения.
Предмет исследований - клиент-серверная архитектура аппаратно-программных средств информационно-образовательной среды.
Цель диссертационного исследования состоит в повышении эффективности анализа надежности информационно-образовательной среды, используемой при дистанционной форме обучения.
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
анализа и архитектурной декомпозиции распределенной информационно-образовательной среды, обеспечивающей поддержку дистанционной формы обучения;
анализа существующих моделей и методов оценки надежности аппаратного и программного обеспечения;
разработки модели оценки надежности аппаратной платформы распределенной информационно-образовательной среды;
разработки модели оценки клиент-серверной архитектуры программного обеспечения распределенной информационно-образовательной среды;
разработки комплексной модели оценки и анализа распределенной информационно-образовательной среды, используемой в дистанционном образовании;
программной реализации системы анализа надежности клиент-серверной архитектуры распределенной информационно-образовательной среды.
Методы исследования. Основные теоретические и прикладные результаты работы получены на основе методологии системного анализа, а также информационных и коммуникационных технологий и методов прикладной математики.
Научная новизна работы: 1. Разработана модель оценки надежности аппаратной платформы информационно-образовательной среды, позволяющая получить
значения надежностных характеристик аппаратного обеспечения, находящегося в эксплуатации, по найденным экспериментально статистическим эквивалентам функций распределения.
Разработана комплексная модель, включающая оценку надежности распределенной информационно-образовательной среды при различном количестве слоев клиент-серверной архитектуры программно-информационного обеспечения и при различной конфигурации аппаратной платформы.
Предложена и реализована процедура анализа архитектуры программного обеспечения клиент-серверных приложений, моделируемых как набор сервисов, предоставляемых сервером клиентским процессам, что позволяет предотвратить потери информации.
Разработана и программно реализована система анализа надежности клиент-серверной архитектуры распределенной информационно-образовательной среды.
Значение для теории. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, имеют существенное значение для развития моделей и методов оценки надежности, качества и эффективности сложных информационных систем и сред, используемых при дистанционном образовании. Разработанные в диссертации модели могут использоваться при оценке и анализе надежности программного и аппаратного обеспечения систем обработки информации и управления.
Практическая ценность. Разработанная в диссертации система анализа надежности распределенной информационно-образовательной среды позволяет оценить надежность клиент-серверной архитектуры программного обеспечения и аппаратной платформы информационных систем. Архитектура клиент-серверных программных приложений, моделируемых как набор сервисов, позволяет предотвратить потери информации, что важно
для систем дистанционного образования. Система анализа надежности позволила провести оценку информационно-образовательной среды Красноярского государственного аграрного университета, находящейся на этапе эксплуатации.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием методологии системного анализа и теоретических методов оценки надежности информационного и коммуникационного обеспечения дистанционного образования при обосновании полученных результатов, выводов, рекомендаций, а также успешной апробацией и демонстрацией возможностей разработанной системы при проведении экспериментов на базе информационно-образовательной среды в КрасГАУ.
Реализации результатов работы.
Диссертационная работа выполнялась в рамках программы по созданию единой краевой информационной образовательной системы и в рамках межправительственного проекта Россия-Франция «Содействие развитию дистанционной формы обучения в аграрном образовании России».
Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в учебный процесс ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».
На основе моделей и математических методов была разработана программная система, предназначенная для анализа надежности клиент-серверной архитектуры распределенной информационно-образовательной среды. Программная система прошла экспертизу и зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП), что делает ее доступной широкому кругу специалистов по системному анализу и проектировщиков программного обеспечения сложных информационных систем.
На защиту выносятся: 1. Модель оценки надежности аппаратной платформы информационно-образовательной среды.
Комплексная модель оценки надежности клиент-серверной архитектуры распределенной информационно-образовательной среды.
Процедура анализа архитектуры программного обеспечения клиент-серверных приложений, моделируемых как набор сервисов, гарантирующих сохранность информации.
Система анализа надежности клиент-серверной архитектуры распределенной информационно-образовательной среды. Апробация работы. Основные положения и результаты работы
прошли всестороннюю апробацию на международных и всероссийских
научных, научно-практических и научно-технических конференциях, В том
числе, на Всероссийской научной конференции «Красноярский край:
освоение, развитие, перспективы» (Красноярск, 2002-2004), на
Международной научно-методической конференции «Проблемы
модернизации образования» (Красноярск, 2003), на Международной научно-методической конференции «Управление качеством в современном ВУЗе» (Красноярск, 2004), на Всероссийской научной конференции «Студенческая наука-взгляд в будущее (Красноярск, 2005), на Девятой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации региона ПИР-2005» (Красноярск, 2005), на VII Всероссийской научно-методической конференции (Красноярск, 2006), на Всероссийской конференции «Инновации в системе непрерывного профессионального образования» (Красноярск, 2006).
Диссертационная работа в целом обсуждалась на научных семинарах Красноярского государственного аграрного университета, Сибирского государственного аэрокосмического университета, а также НИИ Систем управления, волновых процессов и технологий (2002-2006 гг.).
Похожие диссертации на Система анализа надежности клиент-серверной архитектуры распределенной информационно-образовательной среды
