Введение к работе
Актуальность исследования. Концепция долгосрочного социально-экономического развития РФ до 2020 г. в части развития системы образования отмечает необходимость ориентации на практические навыки и фундаментальные умения, расширение сферы дополнительного образования. Обеспечение компетентностного подхода, взаимосвязи академических знаний и практических умений обозначена как одна из первых задач для достижения стратегической цели государственной политики в области образования. Для ее решения необходимо создать технические и технологические условия, позволяющие эффективно использовать информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) в процессе обучения, в том числе дистанционного.
Современный подход к подготовке специалистов в области ИКТ предполагает значительный объем учебного и исследовательского практикума на реальном оборудовании. Для достижения требуемого уровня компетенций доля практических занятии должна составлять не менее 40% учебного времени. При этом необходим практикум именно на реальном оборудовании, поскольку ограничения, неизбежно присутствующие у различного рода симуляторов и эмуляторов, не позволяют сформировать адекватные навыки.
На зарубежном рынке присутствуют десятки предложений удаленной аренды стендов с различным инфокоммуникационным оборудованием. Ряд из них ориентирован на практическую подготовку к сдаче сертификационных экзаменов, другие предназначены для тематических университетских программ. Вместе с тем, абсолютное большинство этих стендов являются предустановленными, т.е. статичными по числу устройств и связей между ними. Выбор пользователя лимитирован изучением одной нз предлагаемых конфигураций с жестко ограниченными пределами ее модификации. Следствием этого является сужение исследовательской компоненты в дистанционном учебном процессе и, кроме того, неизбежный простой оборудования в незадействованных стендах.
Для устранения подобной ситуации требуются системы, предоставляющие удаленным пользователям возможности самостоятельного формирования и модернизации стендов из необходимых им устройств. Об их перспективности свидетельствуют планы ведущихся разработок в США, Европе и других регионах. Специалистам нашей страны предстоит сформулировать техническую политику в этой области ИКТ.
Указанные обстоятельства определяют актуальность и практическую значимость настоящей работы, нацеленной на восполнение теоретического и практического пробела в области систем удаленного форми-
рования стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных инфоком-муникационных комплексах (ИКК).
Объектом исследования являются системы, реализующие возможности удаленного формирования стендов с изменяемой сетевой топологией в ИКК учебного назначения. При этом предмет исследования состоит в системном анализе структуры объекта, требований, методов, алгоритмов и средств для его реализации.
Цель и постановка задачи исследования. Целью диссертации является разработка и исследование методов, алгоритмов и программно-аппаратных средств для систем удаленного формирования стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных ИКК. Однако, ввиду новизны, вопросы теории и практики разработки и применения систем удаленного формированием стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных ИКК не получили пока должного освещения в отечественной и зарубежной литературе.
Для устранения этого пробела и достижения цели исследования в работе ставятся следующие основные задачи:
-
Провести аналитический обзор существующих учебных ИКК с удаленным доступом.
-
Выявить структуру и основные требования к системе удаленного формирования стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных ИКК.
-
Разработать математическую модель рабочего процесса системы удаленного формирования стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных ИКК, реализующие ее алгоритмы и структуру комплекса программных средств.
-
Провести анализ методов и средств удаленного формирования стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных ИКК.
-
Провести экспериментальную проверку разработанных решений.
-
Внедрить разработанные в диссертации научные положения и технические решения в перспективные разработки, а также в учебную практику МГТУ МИРЭА и других учреждений сферы образования.
Методы исследования. Приведенные в работе научные положения и исследования базируются на использовании методов системного анализа, теории компьютерных сетей, теории графов, теории баз данных, методов целочисленного линейного программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана математическая модель рабочего процесса системы удаленного формирования множества независимых стендов с изменяемой сетевой топологией в составе одного учебного ИКК с реальным оборудованием.
-
Разработана математическая модель оценок масштабируемости и
определения условий, при которых достигается максимизация использования ресурсов учебных ИКК по различным целевым функциям. С ее помощью получены практические результаты для программы Cisco Certified Network Associated (CCNA).
-
Разработана обобщенная, независящая от используемых методов и технических реализаций, структура комплекса программных средств для всех этапов жизненного цикла удаленно сформированных стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных ИКК.
-
Разработана типовая архитектура реляционной базы данных и алгоритмы удаленного формирования стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных ИКК.
-
Показаны возможности различных методов и средств, позволяющих реализовать устройства кросс-коммутации для организации стендов с изменяемой сетевой топологией в учебных ИКК с учетом требований изолированности, прозрачности, масштабируемости, экономичности и управляемости.
Практическая ценность работы состоит в том, что применение разработанных математических моделей, обобщенной структуры, комплекса программных средств, типовой архитектуры реляционной базы данных и алгоритмов расширяет возможности учебного и исследовательского практикума на реальном ннфокоммуникационном оборудовании посредством удаленного формирования стендов с изменяемой по требованию пользователей сетевой топологией.
Полученные теоретические и практические результаты внедрены в систему дополнительного профессионального образования МГТУ МИРЭА и использованы при определении перспективных направлений развития единой системы сетевых образовательных ресурсов ФГУ ГНИЙ ИТТ «Информика».
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным применением математического аппарата, экспериментальной проверкой, успешным внедрением разработанных научных положений в практические разработки, апробацией результатов исследования на специализированных научных конференциях, публикацией основных результатов работы в рецензируемых изданиях, содержащихся в перечне ВАК.
Апробация и практическое внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и совещаниях: на Международной конференции «Инновационные подходы и информационные технологии для внедрения нового поколения государственных стандартов высшего профессионального образования», МИФИ, Москва 2009; на совещании по развитию и повышению эффективности функционирования сети RUNNet, Тамбов 2009; на XVII Всероссийской научно - методической конференции «Телематика
2010», ГИТМО, Санкт-Петербург 2010; на 59-й НТК МИРЭА, Москва 2010 и 60-й НТК МИРЭА, Москва 2011; на VII Международной научной конференции «Новые информационные технологии и менеджмент качества», Турция, 2010; на XII Международном интерактивном форуме образовательных технологий «Дополняя реальность», РГГУ, Москва 2011.
Личный вклад автора в работу. Все основные аналитические расчетные и экспериментальные данные, изложенные в диссертационной работе, получены лично автором. Использованные материалы других авторов помечены ссылками.
Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах из перечня изданий ВАК, 1 свидетельство государственной регистрации программ для ЭВМ. Полный перечень авторских публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, составляющих ядро диссертации, заключения, библиографии и 2 приложений. Диссертация содержит ПО страниц текста, 22 рисунка, 10 таблиц и библиографический список из 106 наименований.
