PROJEKT WIELOUSŁUGOWEJ PLATFORMY EDUKACYJNEJ W OPARCIU O WEBOWĄ PLATFORMĘ ZARZĄDZANIA DANYMI SHAREPOINT SERVER 2010 ORAZ PAKIETU MOODLE

Transkrypt

1 MATEUSZ KWAŚNIEWSKI HUBERT KUCHAREK DARIUSZ LASKOWSKI Instytut Telekomunikacji, Wydział Elektroniki Wojskowa Akademia Techniczna w Warszawie ul. Gen. S. Kaliskiego 17/407, Warszawa PROJEKT WIELOUSŁUGOWEJ PLATFORMY EDUKACYJNEJ W OPARCIU O WEBOWĄ PLATFORMĘ ZARZĄDZANIA DANYMI SHAREPOINT SERVER 2010 ORAZ PAKIETU MOODLE 1. Wstęp Współczesny świat nie byłby tak rozwinięty, gdyby nie szybka i skuteczna wymiana informacji. Ogromną rolę odegrała sieć Internet, której stworzenie rozpoczęło prawdziwą rewolucję w jej przekazywaniu. Dołączyła do ówcześnie istniejącej telefonii, faksu i wielu innych metod. Jej bezustanny rozwój prawdopodobnie przerósł początkowe założenia inżynierów, stając się de facto najważniejszym sposobem komunikacji dla wielu ludzi. Co oczywiste sieć znalazła ogromne zastosowanie w biznesie czy edukacji. Praca grupowa w firmie bądź na uczelni z wykorzystaniem nowych narzędzi nabrała dynamiki i ułatwiła komunikację w jej obrębie. Do osiągnięcia swoich celów dana uczelnia potrzebuje narzędzi ułatwiających komunikację i gwarantując przesłanie informacji do każdego z studentów. W aspekcie technicznym jest to wystarczające do stworzenia systemu wymiany wiedzy, jednak do niezawodnej i bezproblemowej wymiany wiedzy należało zaimplementować aplikacje która spełni wszystkie wymagania stawiane usługom typu e-learning, która oferuje możliwość pozyskiwania i pogłębiania wiedzy niezależnie od miejsca pobytu i czasu, tzn. każdy

2 140 Mateusz Kwaśniewski, Hubert Kucharek, Dariusz Laskowski uprawniony użytkownik sieci posiada zdolność zapoznania się z umieszczonymi w bazach danych informacjami oraz może je wielokrotnie odczytywać. Celem poniższego opracowania jest przedstawienie wielousługowej webowej platformy edukacyjnej, której cecha charakterystyczną będzie zarządzanie danymi bezpośrednio na witrynie internetowej. Odbędzie się to poprzez stworzenie serwera baz danych w środowisku SharePoint Server 2010 oraz stworzenia platformy edukacyjnej w oparciu o pakiet Moodle. Pozwoli to na przedstawienie możliwości środowiska Microsoft SharePoint Server 2010 oraz usług pakietu Moodle. 2. Charakterystyka pakietu Moodle i środowiska Microsoft SharePoint 2010 Platforma Moodle stworzona została, jako oprogramowanie Open Source i udostępniona jest darmowo w ramach publicznej licencji GNU GPL. Wspiera konstruktywną, społeczną edukację (współpraca, ćwiczenie, krytyczne przemyślenia). Może być wykorzystana zarówno do zajęć prowadzonych w pełni on-line, jak i jako uzupełnienie zajęć tradycyjnych. Posiada prosty, niewielki, efektywny, przenośny, niezbyt skomplikowany interfejs dla przeglądarek internetowych. Konstruktywizm zakłada, że uczeń (kursant) jest aktywnym podmiotem, który samodzielnie tworzy swój własny system wiedzy, korzystając przy tym z dostępnych mu źródeł nauki. Zgodnie z założeniami konstruktywizmu społecznego, wiedza przyswajana jest najefektywniej, kiedy mamy do czynienia z uczeniem się przez współpracę. Moodle (Rys. 1) daje pełną elastyczność - użytkowanie platformy można rozpoczynać od dowolnych, w danej chwili potrzebnych, nawet pojedynczych komponentów (np. forum dyskusyjnego lub pojedynczego udostępnionego zasobu). Każdy użytkownik może się zarejestrować na forum i od tej chwili nowe posty (wiadomości) są mu przesyłane em (a odpowiedzi na nie - trafiają w stosowne miejsce wątku na forum). Dydaktyk może ustawić powiadamianie em dla prywatnych dialogów. Także wystawienie oceny owocuje powiadomieniem wraz z towarzyszącą jej informacją zwrotną.

3 Projekt wielousługowej platformy edukacyjnej 141 Rys. 1. Strona główna zaprojektowanej platformy edukacyjnej Wykorzystanie najnowszych technologii informacyjno - komunikacyjnych w procesie kształcenia ma korzystny wpływ, na jakość tegoż procesu. W kontekście tego zagadnienia należy zauważyć, że jakość kształcenia obejmuje następujące elementy: bazę lokalowo - sprzętową, programy nauczania i treści programowe, metody nauczania oraz obsługę procesu administracyjnego poprzez zastosowanie Microsoft SharePoint 2010, która jest zaawansowaną platformą ułatwiającą współpracę zespołów pracujących nad różnymi projektami. Ideą SharePoint Server 2010 jest upraszczanie tworzenia i zarządzania zawartością przy pomocy przeglądarki internetowej. W ten sposób użytkownicy mogą bez wysiłku identyfikować swoje zasoby przy pomocy znaczników oraz szybciej znajdować niezbędne informacje. Miejscem, gdzie można znaleźć te wszystkie informacje jest witryna Moja witryna. Każdy użytkownik dysponuje taką witryną, gdzie może składować swoje dokumenty oraz wszelkie niezbędne informacje. W przypadku większej ilości zasobów możliwe jest ich wyszukiwanie. Oczywiście użytkownik sam określa dokumenty widoczne dla innych użytkowników portalu. Dostęp do portalu jest możliwy praktycznie z każdego miejsca. Może on funkcjonować zarówno, jako portal intranetowy, jak i internetowy. Wdrożenie witryny SharePoint przynosi ogromną korzyść, jaką jest centralizacja informacji. Zasada działania opiera się na stworzeniu jednolitego środo-

4 142 Mateusz Kwaśniewski, Hubert Kucharek, Dariusz Laskowski wiska złożonego z witryn internetowych, na które składają się biblioteki, listy oraz składniki web parts. Intuicyjny interfejs ułatwia nawigowanie nawet na dużej witrynie, sprawne wyszukiwanie informacji i tworzenie własnych treści. Witryny są łatwo edytowalne przez wszystkich uprawnionych użytkowników. Administrator portalu posiada szereg narzędzi do tworzenia nowych witryn, grup oraz organizacji struktury portalu. Dodatkowo środowisko SharePoint jest otwarte na rozwiązania z zewnątrz, co docenią programiści. Możliwe jest wprowadzenie niestandardowych rozwiązań opartych o ASP.NET. SharePoint Server 2010 wyróżnia się także integracją z pakietem Microsoft Office. Wszelkie dokumenty stworzone w tym pakiecie, mogą być edytowane przez wielu użytkowników w obrębie portalu. Nie jest wymagane pobranie takiego pliku na dysk lokalny użytkownika. Przydatną funkcją są alerty, informujące o wszelkich zmianach danego dokumentu. Pracując w grupie nad dokumentem, dzięki alertom nie musimy informować o wprowadzonych przez nas zmianach wszystkich współpracowników. SharePoint zrobi to za nas. Alerty mogą dotyczyć nie tylko dokumentów, a także dyskusji, list czy bibliotek. Rys. 2. Widok strony głównej SharePoint 2010 Server 3. Koncepcja scentralizowanej platformy edukacyjnej Pierwszą składową ze zbioru programów wykorzystanych do projektu wielousługowej platformy edukacyjnej jest Microsoft SharePoint 2010 ze względu na stabilność i możliwość łatwej współpracy z licznymi aplikacjami programowymi. Kolejnym programem jest Moodle. Moodle to jeden z najlepszych roz-

5 Projekt wielousługowej platformy edukacyjnej 143 wiązań dostępnych w sieci, ze względu na uniwersalność i bezproblemowa współprace zarówno z aplikacjami komercyjnymi (tj. aplikacje firmy Microsoft) jak i open sourceowymi (tj. MySQL, HTTP Apache, OpenSSL, itp.) zarówno od strony serwera jak i klienta. Użytkownikowi wystarczy urządzenie (tj. komputer, PocketPC, telefon komórkowy) z dostępem do sieci, w której Moodle jest osiągalny. Ważną składową projektu Moodle jest strona internetowa na wzór moodle.org stanowiąca centrum informacji, dyskusji oraz współpracy użytkowników Moodle, do których zaliczają się administratorzy, nauczyciele, naukowcy oraz deweloperzy. Projekt zakłada uporządkowaną i zhierarchizowaną formę o zdefiniowanych obszarach udostępniania. Rys. 3. Umiejscowienie sieci szkieletowej w projekcie wielousługowej platformy edukacyjnej Szkielet sieci (Rys. 3) przeznaczony dla platformy oparty na niezawodnych i wydajnych routerach zapewni pracę 24 godziny na dobę. Niezależnie od obciążenia sieci wynikającego z dużego przepływu danych generowanych przez studentów oraz korzystania z zasobów serwerów usługowych, platforma ma zapewnić bezpieczeństwo informacji oraz szybkość działania. Serwer webowy zbudowany w oparciu o Microsoft SharePoint 2010 (Rys. 4) umożliwi archiwizowanie wszystkich materiałów edukacyjnych w jednym miejscu, ponadto daje możliwość łatwego i szybkiego dostępu do wybranych materiałów poprzez skatalogowanie ich oraz nadanie uprawnień poszczególnym użytkownikom.

6 144 Mateusz Kwaśniewski, Hubert Kucharek, Dariusz Laskowski Rys. 4. Projekt sieci dostępowej platformy edukacyjnej w oparciu o SharePoint Uruchomienie i weryfikacja zaproponowanych rozwiązań Sprawdzenie poprawności działania platformy dokonano poprzez testowanie wydajnościowe zbudowanej platformy edukacyjnej, które są przeprowadzane w celu oceny stopnia spełnienia wymagań przez prezentowaną platformę, istnieje kilka rodzajów wymagań wydajnościowych: wymagania na szybkości przetwarzania; wymagania, co do równoległości przetwarzania; wymagania na wielkość obsługiwanych danych. Celem sprawdzenia poprawności instalacji i konfiguracji urządzeń oraz oprogramowania systemowego i aplikacyjnego przeprowadzono kilka testów

7 Projekt wielousługowej platformy edukacyjnej 145 ukierunkowanych na szybkości i równoległości przetwarzania oraz wielkość przesyłanych danych. Badanie wykonano w środowisku laboratoryjnym ze względu na uniknięcie błędów i użyteczność platformy. Należy uwypuklić, iż wynikowa funkcjonalność platformy edukacyjnej postrzegana przez studenta uzależniona jest od dwóch składowych: integralnych elementów platformy, własności sieci (ruchu występującego w danej chwili). Badanie przeciążenia serwera HTTP zostało zrealizowane poprzez podłączenie się do sieci lokalnej, w której była udostępniona platforma edukacyjna, sieć zgodna z rysunkiem (Rys. 5). W sieci lokalnej zlokalizowano stacje roboczą, na której była zainstalowana platforma edukacyjna pełniąca rolę serwera usługi WWW, natomiast druga stacja z zainstalowaną aplikacją ApacheBench generowała żądania dostępu do platformy. Testowanie obciążenia serwera WWW ma na celu pokazanie wpływu żądań HTTP GET na czas i opóźnienie realizacji transakcji dla ruchu HTTP w zależności od natężenia ruchu generowanego przez użytkowników sieci wewnętrznej, która pracowała w trybie normalnym. Rys. 5. Schemat stanowiska do przeprowadzania testów wydajnościowych Żądania transmisji danych zostały zainicjowane na stacji roboczej wewnątrz sieci i skierowane do serwera HTTP. W przypadku usługi WWW wygenerowano żądania protokołu HTTP pobrania obiektu dla następującej ilości jednoczesnych połączeń: 1, 10, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 oraz 400. Pobieranym obiektem były pliki HTML o rozmiarze 50kB i 200kB. Na tej podstawie określono wpływ żądań na czas realizacji transakcji w zależności od wielkości

8 146 Mateusz Kwaśniewski, Hubert Kucharek, Dariusz Laskowski obiektu oraz od ilości jednoczesnych połączeń. W celu ograniczenia możliwych wariancji pomiarów wykonano 400 prób dla każdego eksperymentu. Po przeprowadzeniu pierwszego badania żądań pobrania określonego obiektu dokonano modyfikacji badania, włączono dostępną Zaporę Sieciową w systemie operacyjnym w celu zwiększenia realizowalności transakcji. Niniejszy eksperyment sprawdza zachowanie Zapory Sieciowej podczas przesyłania przez nią różnej ilości danych z wykorzystaniem protokołu HTTP. Efekt pomiarów przedstawiono w tabeli 1. Tab. 1. Całkowity średni czas realizacji transakcji HTTP GET na obiekcie o rozmiarze 50kB w [ms] Liczba transakcji Poziom 1 6,54 66, , , , , , , ,35 Poziom 2 7,33 115,61 403,54 802, , , , , , ,84 Niniejszy eksperyment przeprowadzono w ten sam sposób, co poprzednio z tą różnicą, że rozmiar obiektu zwiększono 4-krotnie. Wyniki pomiarów całkowitego średniego czasu realizacji transakcji http przedstawia tabela 2. Tab. 2. Całkowity średni czas realizacji transakcji HTTP GET na obiekcie o rozmiarze 200kB w [ms] Liczba transakcji Poziom 1 21,85 254, , , , , , , , ,80 Poziom 2 23,14 264, , , , , , , , ,00 Dla poziomu nr 1, który oznacza brak włączonych mechanizmów filtrowania zaobserwowano proporcjonalny wzrost całkowitego czasu realizacji transakcji HTTP przy zwiększaniu natężenia ruchu, co skutkuje utrzymującym się na stałym poziomie średnim opóźnieniem realizacji transakcji dla obu rozmiarów obiektu HTML (dla obiektu HTML 50kB średnio 6,8ms, zaś dla obiektu HTML 200kB - 23ms). Na wartość tego opóźnienia ma wpływ tzw. opóźnienie na łączu (ang. serialization delay) zależne od rozmiaru pakietu oraz przepustowości danego łącza oraz czasu przetwarzania pakietów przez router. W przypadku poziomu nr 2 zaobserwowano blisko 10-15% wzrost średniego opóźnienia realizacji transakcji HTTP w stosunku do poziomu 1, co było spowodowane koniecznością przetwarzania przez filtry każdego z pakietów w celu znalezienia odpowiedniej reguły filtrowania. Wpływ na wartość opóźnień, w tym przypadku, ma również liczba oraz kolejność reguł filtrowania

9 Projekt wielousługowej platformy edukacyjnej 147 uruchomionych w filtrach Bramki Sieciowej. Te parametry natomiast są zależne od zastosowanej domyślnej polityki analizy pakietów. Rys. 6. Wykres całkowitego średniego czasu realizacji transakcji http w zależności od liczby jednoczesnych połączeń dla obiektu HTML 50kB Rys. 7. Wykres całkowitego średniego czasu realizacji transakcji http w zależności od liczby jednoczesnych połączeń dla obiektu HTML 200kB

10 148 Mateusz Kwaśniewski, Hubert Kucharek, Dariusz Laskowski Program Apache JMeter jest zaawansowanym systemem do analizy wydajności obiektów statycznych oraz dynamicznych. Umożliwia testowanie wydajności, poprawności, wytrzymałości na duże obciążenie oraz analizę otrzymanych danych. Rys. 8. Schemat stanowiska pomiarowego dla jednego z czterech wariantów (przypadek czwarty) Rys. 9. Wyniki testów dla czterech wariantów Symulacja wydajności platformy opierała się na scenariuszu, w którym 50 użytkowników uruchamiało platformę na 10 sekund każdy użytkownik korzystał z platformy w odstępie 2 sekundowym. Podany scenariusz był wykonywa-

11 Projekt wielousługowej platformy edukacyjnej 149 ny w 4 wariantach. Wariant pierwszy testowanie odbywało się w budynku ITK poprzez medium transmisyjne: kabel miedziany czteroparowy (skrętka UTP kat. 5e), wariant drugi budynek WEL poprzez medium transmisyjne: kabel miedziany czteroparowy (skrętka UTP kat. 5e), wariant trzeci budynek ITK poprzez medium transmisyjne: dostęp bezprzewodowy standardu g (zakres 2,4 GHz), wariant czwarty budynek WEL poprzez medium transmisyjne: dostęp bezprzewodowy standardu g (zakres 2,4 GHz). 5. Wnioski Niniejsza praca obejmuje projekt wielousługowej platformy edukacyjnej, ułatwiającej pozyskiwanie oraz wymianę wiedzy bezpośrednio na witrynie internetowej. Projekt został wykonany z wykorzystaniem serwera baz danych w środowisku SharePoint Server 2010 oraz stworzenia platformy edukacyjnej w oparciu o pakiet Moodle. Portal miał za zadanie ułatwić społeczności akademickiej codzienną pracę przez centralizację danych w obrębie jednego portalu. Istotnym założeniem było nastawienie na prostotę obsługi i jednoczesne zapewnienie dużej funkcjonalności. Platforma jest łatwo skalowalna w ujęciu programowym, ponieważ modułowość portalu oferuje proste dodawanie kolejnych bloków tematycznych. Przeprowadzone testy wykazały niezależność pracy portalu od systemu użytkownika. Portal oferował pełną funkcjonalność zarówno w środowisku komercyjnym, jak i opensourceowym. Badania przeciążeniowe jakimi został poddany serwer WWW pokazują, że liczba nawet 400 użytkowników żądających dostępu do platformy nie blokuje poprawnego działania. Jedynie czas oczekiwania na zrealizowanie transakcji wydłuża się przyjmując charakter liniowy. Włączenie zapory programowej powoduje wydłużenie czasu realizacji transakcji poprzez filtrowanie pakietów, jednak zwiększa bezpieczeństwo przed nieautoryzowanym dostępem do platformy. Badania wydajnościowe platformy przeprowadzone w czterech wariantach dla dwóch różnych mediów transmisyjnych pokazały, że czas oczekiwania na wczytanie się witryny kształtuje się na poziomie ponad jednej sekundy. Udostępnienie w sieci globalnej (Internet) powoduje, że zbudowana platforma edukacyjna jest dostępna dla każdego użytkownika niezależnie od miejsca pobytu oraz pory czasu.

12 150 Mateusz Kwaśniewski, Hubert Kucharek, Dariusz Laskowski Literatura 1. B. English, Brian, Microsoft SharePoint 2010, poradnik administratora J.Lightfoot, C. Beckett, Microsoft SharePoint 2010 PL. Praktyczne podejście, Helion 3. ITU-T G.1010, End-user multimedia QoS categories 4. Telecommunication Management Network, [ ], ITU-T Recommendation. 5. Clarke A. [2007], E-learning. Nauka na odległość, WKŁ Warszawa. 6. Howil W. [2010], Moodle. Stwórz własny serwis e-learningowy, Helion. 7. Brzózka P. [2010], Moodle dla nauczycieli i trenerów. Zaplanuj, stwórz i rozwijaj platformę e-learningową, Helion. 8. Plebańska M. [2011], E-learning. Tajniki edukacji na odległość.