Разработкой систем обмена сообщений, изучения протоколов электронной почты занимались А. Шетухин и др. [1-5]. О том что чат является формой синхронного общения в своих исследованиях показали В.Н. Кухаренко и Н.Г. Сиротенко [6]. Передачу сообщений дополнительной расширенной информации в формате полезной нагрузки транспортного протокола реального времени описали М. Ханнуксела и Й. К. Ванг [7].

В рамках изучения информационных сетей на основе существующего прикладного протокола разработан собственный, позволяющий реализовать систему обмена текстовыми сообщениями с отложенным чтением сообщений.

Для реализации данной системы были выбраны POP3 и SMTP протоколы. POP3- это протокол для работы пользователя с почтовым ящиком. Другими словами, данный протокол позволяет реализовать возможность изъятия накопившейся информации с почтового ящика, а также возможностью ее удаления.

SMTP- это протокол передачи сообщений в сети Internet. SMTP осуществляет передачу сообщений между компьютерами от сервера к клиенту и наоборот.

При проектировании структуры и базовых алгоритмов системы обмена сообщениями в первую очередь был продуман графический интерфейс программы.

Интерфейс включает в себя:

1. главное меню с основными пунктами: «Файл» с подменю «Выход» и «Настройки» с подменю «Настройки»
2. кнопки быстрого управления для подключения клиентской части программы к серверу, либо создания серверной части при невозможности подключения к серверной части.
3. три основных поля:

1)   поле для вывода переписки пользователями

2)      поле для ввода сообщений, для последующей отправки

3)      поле вывода списка пользователей, находящихся в чате

При реализации базового алгоритма было предусмотрено наличие большое количество программного кода. Вследствие чего исходный код программного обеспечения был разбит на несколько модулей:

1. MainUnit– основная часть программы. В данную часть входит:

1) Процедура обрабатывающая событие нажатия кнопки «Подключиться». В данной процедуре происходит определение режима работы программы, будет ли запущена от имени сервера или же клиента. При определении данного значения происходит назначение соответствующих параметров для программы.

2) Процедура обработки событий нажатия кнопки «Отправить». Обрабатывает события, которые должны выполняться при нажатии кнопки. При обработке события происходит проверка режима работы программы и выполнение соответствующих действий в зависимости от того находится ли программа в режиме клиента или сервера.

3) Процедура обработки события чтения Soket’ов клиентом. В данной процедуре происходит определение команды, которую необходимо выполнить клиентским приложением и в соответствии с определенной командой выполнение необходимой операции:

0: Отправка сообщения, написанного пользователем

1: Отправка имени пользователя

2: Получение полного списка подключенных пользователей

3: Оповещение сервера принять файл

4: Получение файла с сервера

4) Процедура обработки ошибок подключения клиентской части программы с выводом соответствующего сообщения.

2. Server – в данном модуле расположены основные функции и процедуры, предназначенных для выполнения команд серверной части. Процедура предназначена для обновления списка пользователей. В данной процедуре реализовано получение имен пользователей от каждого подключенного клиента, формирование общего списка и отправка данного списка всем клиентам. Сюда входит:

1)      Дополнительная процедура, предназначенная для получения списка пользователей из массива данных и запроса имени подключившегося клиента.

2) Процедура определения полученной команды от клиента с последующим ее выполнением. Содержит следующий список команд:

0: Отправка полученных сообщений клиентам

1: Получение имени подключенных пользователей

2: Отправка клиентскому приложению файла

3: Запроса на отправку файла

3) Процедура отправки файла через сокет и отправки его определенными частями клиенту.

4) Процедура отправки запроса клиентской части на возможность отправки файла сервером. В данной процедуре производится сохранение блога сообщений в файл и определение основных параметров файла, необходимых для передачи последующего запроса на отправку файла клиентской части программы.

3. Settings – модуль визуального окна настройки, для настройки программы. В данном модуле реализована загрузка и сохранение настроек программы посредством чтения или записи необходимых значений.

Интерфейс программы реализован с использованием двух визуальных форм.

На основной форме расположены следующие визуальные компоненты (рис. 1):

1. TmainMenu – для организации главного меню программы;

2. TextEdit – поле ввода текстового сообщения, для последующей отправки пользователям;

3. TMemo – Поле для вывода сообщений, основной чат;

4. TButton – используется две кнопки для подключения/ отключения к чату и отправки сообщений;

5. TListView – для отображения подключившихся пользователей;

6. TGroupBox – для группировки отдельных компонентов.

Рисунок 1 - Главная форма программы

На дополнительной форме вынесены настройки для программы. Содержит три пункта:

1. Порт подключения;
2. IP адрес сервера;
3. Ник пользователя.

Для организации использованы следующие визуальные компоненты: три компонента TextEdit и два компонента TButton – для сохранения и отмены изменений настроек (рис. 2).

Рисунок 2 - Форма настроек программы

В процессе выполнения работы произведен анализ существующего протокола прикладного уровня: система обмена текстовыми сообщениями с отложенным чтением сообщений. Изучены команды прикладного протокола. Разработана программа, реализующая собственный прикладной протокол системы обмена тестовыми сообщениями с отложенным чтением сообщений, в среде программирования Delphi.

Дистанционное обучение – взаимодействие учителя и учащихся между собой на расстоянии, организованное преимущественно в сети Интернет.

Система дистанционного обучения имеет довольно большое количество преимуществ по сравнению с традиционной формой обучения, среди которых:

• возможность обучения, не выходя из дома или офиса;
• индивидуальные сроки и темпы обучения;
• развитие самоорганизации и самостоятельности;
• существенная экономия денежных средств;

Основная часть учебных материалов размещается на сайте дистанционного обучения в электронном виде или пересылается напрямую по электронной почте от преподавателя к студентам. В процессе обучения человека сопровождают: преподаватели, методисты, а также специалист СТО.

Любой процесс дистанционного обучения состоит из следующих этапов:

• собственно дистанционное обучение с использованием современных средств связи;
• аудиторное обучение на ежегодной сессии для сдачи зачетов и экзаменов;
• самостоятельная работа по выполнению проверочных заданий и других контрольных работ, необходимых для успешной сдачи экзамена.

Современные средства дистанционного обучения представляют собой набор инструментов (рисунок 1).

Рисунок 1. Инструментарий современных систем дистанционного обучения.

 На сегодняшний день системы дистанционного обучения содержат в себе такой инструментарий как:

1. Электронный журнал, предназначен для отражения степени и качества изучения курса.
2. Форум, предназначенный для консультаций с преподавателем и решением часто возникающих вопросов.
3. Размещение контента, данный функционал предназначен для размещения материалов или ссылок преподавателя.
4. Система тестирования, применяется для промежуточного или итогового контроля знаний студентов.

Анализ учебного процесса на кафедре.

На кафедре ИСиТ для организации учебного процесса активно используется в учебном процессе сложные программно-аппаратные комплексы:

• Датчики и микроконтроллеры и комплексы для их программирования.
• Системы виртуализации.
• Серверные фермы.
• Сетевая инфраструктура.
• Учебные симуляторы.
• И т.п.

Выделение особенностей обучения на кафедре.

Рисунок 2. Особенности обучения на кафедре.

              Все выше перечисленные средства, реализуемые на кафедре Информационных систем и технологий необходимы в постоянном доступе не только на кафедре, но и удаленно, т.е. у  студентов в домашних условиях. Поскольку кафедра  осуществляет обучение по очной, заочной и очно-заочной форме обучения, а также по дистанционной технологии обучения с различными формами обучения.

Анализ особенностей учебного процесса

Анализируя текущую ситуацию в сфере дистанционного обучения, мы пришли к выводу, что существующие системы дистанционного обучения классического вида (рисунок 3) включающие в себя: дистанционную систему и систему проведения вебинаров, мы вновь приходим к выводу, что они могут быть использованы только для проведения базовых, гуманитарных и естественно-научных учебных циклов.

Для проведения занятий по базовым, гуманитарным и естественно-научным циклам необходимы следующие функции: Размещение лекционного и лекционно-практического материала, Форум для общения студентов с преподавателем, система среза знаний студентов и в некоторых случаях еще необходимы видеоконференции с преподавателем для пояснения сложных разделов учебного курса.
За исключением проведения лабораторных работ систем классического типа вполне достаточно для проведения базового и естественно-научного цикла

 Рисунок 3. Анализ особенностей учебного процесса

              Для примера можно рассмотреть систему дистанционного обучения которая применяется в Уральском федеральном университете для кафедры Информационных систем и технологий, это продукт компании Гиперметод, который в общем виде состоит из 3х совместно интегрированных элементов и права доступа к различным объектам.

Компания ГиперМетод — ведущий европейский разработчик решений для организации дистанционного обучения, управления знаниями и учебным процессом, развития и оценки персонала в компаниях и учебных заведениях.
Решения представлены основной линейкой продуктов компании — eLearning 4G .

Рисунок 4. Структура программы Гиперметод.

              Проанализировав работу  и структуру программного продукта Гиперметод (рисунок 4), был сделан вывод, что данный продукт относится к ряду систем дистанционного обучения классического вида, и в большинстве своем не отвечает всем параметрам и требованиям для проведения занятий по техническим спец. дисциплинам.

Исследование средств для реализации особенностей учебного процесса кафедры.

               Однако для проведения спецкурсов учебного плана вышеперечисленных средств явно недостаточно, поскольку для организации таких курсов активно используются сложные программно-аппаратные комплексы и лабораторные установки на кафедре. Поэтому возникает некоторая проблема, связанная с удаленным обучением студентов по спецкурсам.

В качестве решения для определенного набора курсов можно предложить варианты удаленного подключения студентов используя канал интернет к серверам кафедры для работы в удаленном режиме с необходимым программно-аппаратным обеспечением.

Рисунок 5. Спецкурсы с использованием специализированного программного обеспечения.

Рисунок 6. Спецкурсы с использованием сложных программно-аппаратных станций.

Такая схема реализуема только для тех спецкурсов, где осуществляется работа с различным (Рисунок 5) специализированным программным обеспечением  (лаборатория машинного зрения).

Однако там где осуществляется работа с аппаратным комплексом (датчики + микроконтроллеры) (Лаборатория робототехники) организация удаленной работы с этим комплексом невозможно (Рисунок 6).

Тем  не менее, студенты могут выполнять данную работу в домашних условиях, при условии имеющихся у них всех компонентов.

Анализ технических возможностей реализации технологии для организации дистанционного обучения.

Проводя анализ возможности технической реализации выше приведенного метода для организации проведения спец. дисциплин была составлена схема текущей конфигурации серверного оборудования кафедры, представленная на рисунке ниже.

Рисунок 7. Схема конфигурации серверного оборудования на кафедре

Также были представлены минимальные технические характеристики сервера для организации удаленного подключения к серверам кафедры способной выдерживать пиковую нагрузку:

• 4-х ядерный проц. с частотой 2.27 Ghz

• ОЗУ- 4ГБ

• Дисковая подсистема -4 ТБ.

Заключение:

Проведя данное исследование, выявив недостатки каждой из существующих систем дистанционного обучения можно сделать вывод, что предложенный вариант использования удаленного подключения к серверам кафедры по средствам сети Интернет является наиболее оптимальным вариантом организации дистанционного обучения с возможностью проведения спец. дисциплин с точки зрения минимальных затрат временных и материальных ресурсов.

Итоговая модель реализации системы дистанционного обучения может, является совокупностью систем классического типа для проведения базовых и гуманитарных циклов, а для организации спец. дисциплин необходимо программное и аппаратное обеспечение, которое будет работать через сервер терминалов реализованный на площадке кафедры (серверная инфраструктура кафедры) и составляющий специфику проведения необходимых работ.

На данный момент сложно дать чёткое определение кластера, так как основополагающих, регламентирующих стандартов, определяющих кластер как технологию, не было создано. Неизменными остаются только требования, которые предъявляются к системе [1]:

• вычислительная мощность;
• доступность функции;
• масштабируемость;
• надежность.

Основной подход создания сетевой инфраструктуры до введения кластерной виртуализации заключается в создание системы взаимодействующих сервисов работящих по принципу один сервис, одна физическая машина. Для достижения максимальной безотказности работы, наиболее важные сервисы дублировались, что в большей степени увеличивало парк физических машин. Огромному количеству физических машин требовалось всё больше ресурсов для подержания стабильной работы: площадь серверного помещения, затраты на электроэнергию и обслуживающий персонал. Активно развивающиеся предприятия довольно скоро столкнулось с проблемой масштабируемости, при увеличении производства требовалось, так же развивать и сетевую составляющую, что и влекло за собой большое увеличение затрат [2].

Такой подход имеет большой ряд недостатков:

• невозможность плавного масштабирования. Необходимость планирования каждого расширения, как с финансовой, так и со стороны реализации;
• постоянно растущие затраты на электроэнергию. Постоянно растущий объём физических компьютеров требует всё большего количества электроэнергии на подержание стабильной работы;
• необходимость увеличение штата сотрудников;
• дорогостоящие покупки физических машин и лицензионного программного обеспечения.

Создание кластерной системы позволит избежать указанных недостатков. Наиболее простая реализация отказоустойчивого кластера представлена на рис 1. Два узла NODE1 и NODE2 под управлением операционной системы windows server 2008 r2. Каждый узел подключён сразу к двум сетям: локальная сеть предприятия LAN и сеть хранения данных SAN.

Одним из требований системы является использование серверных процессоров одного производителя (от компанииIntel или AMD), в противном случае миграция виртуальных машин между узлами будет невозможна. Сервер хранилища может быть подключён к сети предприятия и являться членом домена. Хранилище данных может быть реализовано на любой доступной технологии, однако пропускная способность обмена данных должна быть не ниже 1 Гбит/с.

Рисунок 1 – Рисунок 1 - Наиболее простая реализация отказоустойчивого кластера

Такая система позволяет виртуализировать большую часть сервисов корпорации. Виртуальные компьютеры управляться отказоустойчивым кластером, который можно использовать внутри виртуальных компьютеров для наблюдения за рабочими нагрузками и их перемещением, что позволят:

• уменьшить общий объём необходимых физических машин, так как большая часть всех сервисов будет перенесена на виртуальные машины кластера;
• обеспечить максимальный уровень отказоустойчивости. В случае выходя из строя виртуальной машины, его можно перезапустить на том же сервере или переместить на другой. Так как кластер Windows Server имеет встроенные механизмы обнаружения и автоматического восстановления, то время простоя сводится к минимуму;
• в случае выхода из строя одного из узлов кластера или серьёзного снижения производительности, на котором работают виртуальные машины, другие узлы кластера автоматически перехватят управление и приведут его в рабочее состояние, как показано на рис 2.

Рисунок 2 – Виртуальный компьютер и его хранилище переносятся на новый компьютер размещения.

Решение задачи экономии финансовых и иных ресурсов на поддержание IT инфраструктуры связана с виртуализацией рабочих мест и серверного парка оборудования. Залогом успешного внедрения виртуализации является грамотное планирование. Оценка экономической эффективности и целесообразность внедрения должны просчитываться заранее с учетом средних показателей предприятий TCO/ROI, что допускает возврат инвестиций в течение 3 – 5 лет.

В результате организации типовой миграции в кластерную виртуальную инфраструктуру можно добиться:

• уменьшения эксплуатационных расходов на 50-70%;
• снижения общего числа необходимых физических коммутаторов;
• сокращения серверной площади в 5 – 6 раз;
• достижение уровня доступности до 99,999%;
• экономии электроэнергии кондиционирования в 9 раз;
• десятикратной экономии электроэнергии на поддержание основных сервисов;
• сокращения общего числа физических серверов;
• увеличения эффективности серверного оборудования в рабочие часы до 70%.

Так же стоит отметить возможность создания терминальной структуры работы, которая позволит полностью отказаться от необходимости персональных рабочих мест и перейти на терминальное решение. Применение клиент-серверная системы используют вычислительные мощности непосредственно в серверной стойке, что позволяет наращивать масштабируемость и гибкость системы под нужды предприятия в любой момент времени. [3]

Вывод. Создание кластерной системы позволяет отказаться от подхода, при котором для каждого отдельного сервиса закупалось различное дорогостоящее оборудования, а рабочие места пользователей требовали дополнительных ресурсов.