Серверная компонента информационной образовательной среды вуза на платформе LMS Moodle как основа управления интерактивным взаимодействием студентов

УДК 004.77

И. И. Еремина, Т. Г. Макусева СЕРВЕРНАЯ КОМПОНЕНТА ИНФОРМАЦИОННОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ВУЗА НА ПЛАТФОРМЕ LMS Moodle КАК ОСНОВА УПРАВЛЕНИЯ ИНТЕРАКТИВНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ СТУДЕНТОВ

Ключевые слова: информационная образовательная среда, интерактивное взаимодействие, проводная и безпроводная сеть,

тестирование работоспособности сети, вебинар, веб-конференция.

На практике формирование информационной образовательной среды учебного заведения фактически основывается на создании информационных технологий и их интеграции в существующие образовательные среды. Информационная образовательная среда (ИОС) учебного заведения представляет собой сложную систему, аккумулирующую наряду с программно-методическими, организационными и культурными ресурсами, интеллектуальный, технический потенциал вуза, содержательный и деятельностный компоненты обучаемых и педагогов, при этом управление данной системой основано на специализированном оборудовании и программных средствах. Для успешного формирования и функционирования ИОС авторы рассматривают программные продукты, составляющие основу для организации интерактивного и веб-взаимодействия студентов, преподавателей и всех участников учебного процесса. В работе рассмотрены технические возможности сервисов: веб-сервера Apache, с подключенными модулями PHP; СУБД MySQL; виртуальная машина Java; Red5 Server, которые предоставили пользователям ИОС возможности получения результатов взаимодействия этих продуктов, отчетов о работе пользователя в вебинарах, видеоконференциях и веб-конференциях.

Keywords: informational and educational environment, interactive cooperation, wired and wireless network, network performance

testing, webinar, web conference.

The article deals with the formation of up-to-date university informational and educational environment actually based on the creation of new computer technologies and their integration into existing educational system. University informational and educational environment is a complex system, involving software, methodical, organizational, cultural, intellectual and technical resources of all the university, of students and teachers. This system management is based on the specialized equipment and software that form the basis for students' and teachers' interactive and web cooperation in educational process. The authors examine the software products needed for its successful formation and functioning. The paper discusses the technical possibilities of web server Apache with connected PHP modules; database management system MySQL; Java Virtual Machine; Red5 Server, which supply the students with the possibility of web-interaction in webinars, video conferences and web conferences.

Новые требования к подготовке будущих специалистов в условиях информатизации инженерного образования в качестве приоритетных направлений модернизации выдвигают поиск новых форм, методов и средств обучения, позволяющих выносить за пределы учебных аудиторий не только теоретическую составляющую изучаемых дисциплин, но и практические занятия и лабораторные работы. В этой связи целесообразно для организации и осуществления основных этапов самостоятельной информационной учебной деятельности студентов (постановки цели, планирования, осуществления контроля, коррекции, оценки деятельности, организации учебно-деловых игр [1]) применять комплекс электронных образовательных ресурсов (ЭОР).

В Казанском (Приволжском) федеральном университете и Нижнекамском химико-технологическом институте проводятся научные исследования и практическая работа, нацеленные на объединение информационных средств и электронных ресурсов образовательного процесса, внеучеб-ной, научно-исследовательской и организационно-управленческой деятельности. Результатом такой работы явились три экспериментальные площадки Зилант, Тулпар, Барс на платформе ЬМ8 МооШе.

ЬМ8 МооШе - система управления курсами (электронное обучение), также известная как система управления обучением или виртуальная обучающая среда. Представляет собой свободное

(распространяющееся по лицензии GNU GPL) веб-приложение, предоставляющее возможность создавать сайты для онлайн-обучения [2].

Система реализует философию «педагогики социального конструкционизма» и ориентирована прежде всего на организацию взаимодействия между преподавателем и учениками, хотя подходит и для организации традиционных дистанционных курсов, а также поддержки очного обучения [3].

LMS Moodle переведена на десятки языков, в том числе и русский и используется почти в 50 тысячах организаций из более чем 200 стран мира. В РФ зарегистрировано более 1000 инсталляций. Количество пользователей LMS Moodle в некоторых инсталляциях достигает 500 тысяч человек .

Лидером и идеологом системы является Martin Dougiamas из Австралии. Проект является открытым и в нём участвует и множество других разработчиков. Русификацию LMS Moodle осуществляет команда добровольцев из России, Белоруссии и Украины.

Основной раздел

Для экспериментальной работы по созданию редактированию и внедрению ЭОР в учебный процесс было принято решение установить LMS Moodle [4] в под сети Набережночелнинского института, отработать связку «LMS Moodle - Openmeetings» и выбрать оптимальные параметры технического сопровожде-

ния. Проектируя информационную образовательную среду, за основу была взята ОС Community ENTerprise Operation System (CentOS). CentOS - опреционная система корпаративного использования, полученная из исходных текстов, видных североамериканским поставщиком Red hat Enterprise Linex (RHEL). Надежность, направленность на серверное использование, распространенность и совместимость с RHEL обусловили наш выбор. Проанализировав функциональные возможности и область применения веб-сервера Apache и сервера баз данных MySQL, был определен выбор программных продуктов для организации взаимодействия операционной системы CentOS, платформы Moodle и системы организации вебинаров Openmeetings.

В качестве сервера был использован компьютер следующей конфигурации:

Процессор: Intel Celeron CPU 2.80GHz Оперативная память: 512MB DDR-II Жесткий диск: Samsung HDD 80GB Sata-II Материнская плата: Intel D945GTP Сетевая карта: Intel 100Мб/сек Установка производилась на отдельный раздел жесткого диска объемом 25 Гбайт. Разбиение было сделано следующим:

1,5 Гбайт выделено под файл подкачки (SWAP);

100 Мбайт выделено под раздел Boot (/boot); 23 Гбайт - под ОС и данные (/). Установка производилась путем выбора русского языка и русской раскладки, часового пояса UTC+4 — Московское время, Объединённые Арабские Эмираты, Оман, Азербайджан, Армения, Грузия (Delta).

Для сервера в существующей сети был выделен IP-адрес 172.16.0.28, маска сети 255.255.252.0. Имя узла установлено как web-centos.

Для установки были выбраны только пакеты раздела «Базовая система - Основа».

Файервол настроен на запрет входящих подключений к серверу, кроме портов веб-сервера -80; клиента ssh - 35625; openmeetings 5080, 1935. Исходящий трафик разрешен. Переадресация отключена.

Сервер ssh настраивался на прием соединений с порта 35625, использование протокола 2 версии, так как 1 версия протокола была успешно взломана. Так же был запрещен удаленный вход суперпользователя (root), и разрешен вход только для пользователя admi-nOS.

В стандартной комплектации дистрибутива входит большое количество служб, для работы вебсервера многие службы не требуются, поэтому они были отключены. Список отключенных служб: ana-cron atd autofs avahi-daemon bluetooth cups firstboot gpm ip6tables isdn mcstrans mdmonitor netfs nfslock pcscd portmap readahead_early readahead_later restore-cond rpcgssd rpcidmapd sendmail yum-updatesd hidd lvm2-monitor.

В связи с тем, что для работы веб-сервера не требуются некоторые компоненты системы, они были удалены: bluez-gnome bluez-utils bluez-libs cadaver cairo cups GConf2 libnotify gtk2 libwnk pango notifica-

tion-daemon paps redhat-lsb cups-libs dhcpv6-client irda-utils isdn4k-utils iptables-ipv6 firstboot-tui system-config-securitylevel-tui nfs-utils-lib nfs-utils pcmciautils portmap ypbind yp-tools wireless-tools NetworkManager rhpl wpa_supplicant system-config-network-tui sendmail ORBit2 anacron ccid fbset hesiod ifd-egate dhclient dhcdbd libX11 libXext libXxf86vm mesa-libGL startup-notification. i386 nss_ldap nscd oddjob-libs oddjob rng-utils rp-pppoe wvdial.

Для установки свежих версий пакетов php, веб-сервера Apache, СУБД MySQL и сервера Red5 в систему были добавлены несколько репозиториев. В частности: EPEL (Extra Packages for Enterprise Linux), remi (Les RPM de Remi) и RPMForge.

Установлены пакеты следующих версий: httpd 2.2.3-43, mysql-server 5.1.54-1, php 5.3.5-1, java 1.6.0. Операционная система CentOS версии 5.5, ядро 2.6.18-194.32.1.

В конфигурацию сервера Apache внесены следующие изменения:

- значение ServerTokens установлено Prod, чтобы не показывать в случае ошибки запроса версии ОС, веб-сервера;

- значение TimeOut установлено 45;

- значение KeepAlive установлено on разрешает персистентные соединения;

- значение MaxKeepAliveRequest установлено 50 задает максимальное количество запросов при одном персистентном соединении;

- значение KeepAliveTimeout установлено 2 время в секундах ожидания запросов в одном персистентном соединении;

- значение StartServers установлено 4 определяет количество дочерних процессов, запускаемых при запуске сервера Apache;

- значение MinSpareServers установлено 3 задает минимальное количество свободных дочерних процессов;

- значение MaxSpareServers установлено 4 задает максимальное количество свободных дочерних процессов;

- значение ServerLimit установлено 10 устанавливает максимальное значение MaxClients;

- значение MaxCliets установлено 10 задает максимальное число дочерних процессов, которым разрешено запуститься для обработки запросов;

- порт для обслуживания http-запросов установлен в значение 80;

- в значение Directory Index добавлен in-dex.php;

- отключены все языки кроме русского и английского;

- директива ServerName установлена local-

host;

- добавлены виртуальные хосты LMS Moodle.ru и testovik.ru.

Значения StartServers, MinSpareServers, MaxSpareServers, MaxClients были установлены исходя из объема оперативной памяти [5].

В конфигурацию MySQL внесены следующие изменения:

- порт для подключения установлен в значение 3306 (стандартный);

- кодировка по умолчанию была установлена в формат utf8.

Остальные параметры были установлены из файла стандартной конфигурации MySQL, расположенного в директории /usr/share/mysql. здесь есть примеры настроек для различного использования сервера MySQL.

Созданы базы данных для LMS Moodle и Openmeetings. Также установлены пользователи этих баз данных и пароли [6].

Файлы LMS Moodle были размещены в директории /var/www/LMS Moodle.ru, файлы данных находятся в директории /usr/LMS Moodle-data.

Сервер Red5 был собран и установлен в директорию /usr/local/red5. Файлы Openmeetings были размещены в директории

/usr/local/red5/webapps/openmeetings.

Первоначальное тестирование проводилось в беспроводной сети Wi-Fi с ноутбуками HP. LMS Moodle функционирует без нареканий,

В состоянии бездействия параметры системы следующие: загруженность процессора менее процента от его мощности; оперативная память занята почти вся. Из имеющегося объема 512 Мбайт занято 445 Мбайт свободно 60 Мбайт; активен только один процесс init.

В системе LMS Moodle работает один пользователь. Параметры системы следующие: загруженность процессора 7,3% от его мощности; использование памяти 462 Мбайт занято 42 Мбайт свободно; активные процессы: httpd 6,7% CPU, 3,3% Mem; mysqld 0,7% CPU, 3,4% Mem; java 0,3% CPU, 21,9% Mem.

Сетевая активность: скорость передачи 319 Кбит/сек, скорость приема 54.7 Кбит/сек, всего передано за сеанс 612 Кбайт.

В системе LMS Moodle работают пять пользователей. Параметры системы следующие: загруженность процессора 13% от его мощности; использование памяти 410 Мбайт занято 94 Мбайт свободно; активные процессы: httpd 6,7% CPU, 10,3% Mem; mysqld 2,7% CPU, 3,4% Mem; java 0,3% CPU, 21,9% Mem.

Сетевая активность: скорость передачи 1,13 Мбит/сек, скорость приема 60,7 Кбит/сек, всего передано за сеанс 2,67 Мбайт.

В системе LMS Moodle работают 10 пользователей (рис.1). Параметры системы следующие: загруженность процессора 48% от его мощности; использование памяти 496 Мбайт занято 9 Мбайт свободно; активные процессы: httpd 45% CPU, 18% Mem; mysqld 3,3% CPU, 3,4% Mem; java 0% CPU, 21,9% Mem.

Сетевая активность: скорость передачи 1,33 Мбит/сек, скорость приема 94,6 Кбит/сек, всего передано за сеанс 2,91 Мбайт.

На базе беспроводной сети конференцию удалось без проблем реализовать связь с помощью Openmeetings с 5 пользователями. Параметры системы следующие: загруженность процессора 8,6%

от его мощности; использование памяти 386 Мбайт занято 118 Мбайт свободно; активные процессы: java 11,6% CPU, 21,4% Mem.

top - 13:34:25 up 1 day, 2:11, 1 user, load average: 0.17, 0.23, 0.23 Tasks: 56 total, 2 running, 54 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu(s): 6.O^us, 1.3Ssy, O.Oini, 91.6^id, O.OSwa, O.Oihl, l.O^si, O.OSst Mem: 505672k total, 433416k used, 72256k free, 66612k buffers Swap: 1043563k total, 96k used, 1043472k free, 115136k cached

2071 18 0 665m 154m lira S 7. , 7 31, ,2 8: : 30. , 58 java

2031 raysql 15 0 125га 26m 6112 s 0. , 3 5, .4 2: : 48. , 38 mysqld

1 root 15 0 2160 680 584 s 0. , 0 0, .1 0: : 00. , 56 init

2 root RT -5 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 migrat i on/0

3 root 34 19 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 ksoftirqd/O

4 root RT -5 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 watchdog/0

5 root 10 -5 0 0 0 s 0. 0 0, ,0 0; : 00, 00 events/0

6 root 10 -5 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 fchelper

7 root 10 -5 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 k: thread

10 root 20 -5 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 01 kblocfcd/0

11 root 20 -5 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 kacpid

106 root 20 -5 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 cqueue/0

109 root 10 -5 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 khubd

111 root 10 -5 0 0 0 s 0. ,0 0, .0 0: : 00. 00 kseriod

173 root 21 0 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 khungtaskxi

174 root 25 0 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 00 pdf1изЬ

175 root 15 0 0 0 0 s 0. , 0 0, .0 0: : 00. , 03 pdf1изЬ

Рис. 1 - Вид системы работают 10 человек

Сетевая активность: скорость передачи 2,29 Мбит/сек, скорость приема 650 Кбит/сек, всего передано за сеанс 29,2 Мбайт.

В системе Openmeetings работают 10 пользователей. Параметры системы следующие: загруженность процессора 6% от его мощности; использование памяти 433 Мбайт занято 72 Мбайт свободно; активные процессы: java 7,7% CPU, 31,2% Mem; mysqld 0,3% CPU, 5,4% Mem (рис.3, 4, 5).

Сетевая активность: скорость передачи 6,24 Мбит/сек, скорость приема 1,08 Мбит/сек, всего передано за сеанс 63,3 Мбайт.

Использование ЦП

Кол-во пользователей

Кривая нагрузки

Рис. 2 - Нагрузка на процессор

Свободная ОЗУ

Кол-во пользователей

Кривая Свободной ОЗУ

Рис. 3 - Свободная память системы

" 50

Нагрузка на сеть

7000 6000 5000 g 4000 3000 2000 1000 0

0 5 10

Кол-во пользователей

Рис. 4 - Нагрузка на сеть

Заключение

Таким образом, система LMS Moodle работает хорошо, даже с учетом небольшой свободной оперативной памяти система вполне выдержит нагрузку в 30-50 человек. Для большего количества клиентов требуется увеличение свободной оперативной памяти. Во время тестирования нагрузка на процессор увеличивалась и уменьшалась. Пик нагрузки приходился на максимальной число запросов от клиентов.

Система организации конференций в режиме конференции и с использование беспроводной Wi-Fi сети позволила организовать работу 5 пользователей, после подключения 6 пользователя начинались зависания у клиентов и после подключения 8 пользователя полная неработоспособность конференции. Анализ загруженности сервера и степень свободных ресурсов позволили сделать вывод о том, что в данном случае узким местом являлась среда передачи данных. Для оптимальной работы системы требуется канал со следующими характеристиками :

Для сервера:

- Входящий: 256 кбит/сек * количество пользователей;

- Исходящий: 256 кбит/сек * количество пользователей (количество пользователей - 1).

Для клиентов:

- Входящий: 256 кбит/сек * (количество пользователей - 1);

- Исходящий: 256 кбит/сек.

Также нужно время прохождения пакетов (ping) между конечными узлами и от каждой точек до сервера менее 80 мс.

Сеть Wi-Fi при подключении 8 компьютеров к серверу создавала трафик, равный 17 Мбит/сек, точка доступа не справлялась с такой нагрузкой, поэтому появлялись большие задержки.

При втором тестировании использовалась проводная сеть, Ethernet с пропускной способностью равной 100 Мбит/сек. Подключались 10 клиентов, присутствовала задержка менее 1 секунды, нагрузка на сервер оставалась менее 10% его мощности. К данному серверу могут быть подключены одновременно 15-20 человек, большее количество вызовет переполнение оперативной памяти и работа замедлится.

В результате экспериментальной работы проведено тестирование созданного сервера. В качестве клиентов использовались ноутбуки HP Compaq 610. Система Openmeetings базуруется на сервера Red5, который управляет работой потоков видео и аудио. При этом само видео кодируется на клиентском компьютере, что создает некоторую нагрузку на процессор. В данном ноутбуке используется процессор AMD Turion II Dual-Core 2400 МГц, нагрузка составила 25%, на ноутбуке установлена операционная система Microsoft Windows 7 Home Basic. Эта нагрузка не зависит от количества подключенных пользователей.

Во время всего тестирования нагрузка на сервер не превышала 50% от его мощности, система не использовала дополнительную память из раздела SWAP.

Для комфортной работы только LMS Moodle 512 Мбайт оперативной памяти вполне достаточно. Система выдержит большое количество пользователей. Путем изменения настроек вебсервера можно добиться подключения большого числа пользователей.

Для работы LMS Moodle и Openmeetings на одном сервере оперативной памяти явно недостаточно. Требуется увеличение объема ОЗУ хотя бы до 1024 Мбайт. К тому же при отправке файла на доску участники конференции испытывали трудности, так как происходит конвертация документа в формат swf. Выходом из данной ситуации служит использование многоядерного процессора, который способен обработать конвертацию документа и не допустить задержек для пользователей.

Сервер видеоконференций должен обладать каналом, обеспечивающим достаточную скорость и малое время задержки от каждого клиента до сервера.

Появление современных средств обучения, на базе интерактивных технологий, позволяет построить новый вид учебного взаимодействия между членами учебного процесса. В таких условиях информационно-образовательная среда является, как источником учебной информации, так и обеспечивает осуществление информационной деятельности как между педагогом и студентами, так и с интерактивными средствами обучения [7].

Литература

1. Макусева, Т.Г. Коммуникативные функции компьютерной учебно-деловой игры [Текст] / С.К. Карауылбаев, Т.Г. Макусева // Вестник Казанского государственного технологического университета. - Казань, 2014. - №18. - С. 293-295.

2. Pedagogy. http://docs.moodle.org/en/Pedagogy.

3. Электронное образование на платформе Moodle / А.Х. Гильмутдинов, Р.А. Ибрагимов, И.В. Цивильский. — Казань: КГУ, 2008. — 169 с.

4. Ерёмина И.И., Садыкова А.Г. Теоретические основы и принципы построения информационной образовательной среды федерального университета подготовки IT-профессионалов и ее практическая реализация // Электронный научный журнал «Образовательные технологии и общество» 2013. том 16, №3. / Издательство: официальный журнал Международного Форума "Образовательные

Технологии и Общество". С.631-644. ISSN 1436-4522, электронная версия размещена на сайте http://ifets.ieee.org/russian/periodical/V_163_2013EE.html 5. Grice H. P. Logic and conversation. - In: «Syntax and semantics», v. 3, ed. by P. Cole and J. L. Morgan, N. Y., Academic Press, 1975, p. 41-58. В переводе http://kant.narod.ru/grice.htm.

6. Moodle philosophy. http://docs.moodle.org/en/Philosophy

7. Артюхина, М.С., Артюхин, О.И., Клешнина, И.И. Аппаратная составляющая интерактивных технологий образовательного назначения / М.С. Артюхина. О.И. Артюхин, И.И. Клешнина // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань, 2014. № 8. С. 308-315.

© И. И. Еремина - к.п.н., доцент кафедры математических моделей и информационных технологий в экономике, Набережночелнинский институт КФУ, ereminaii@yandex.ru; Т. Г. Макусева - канд. пед. наук, заведующая кафедрой математики НХТИ КНИТУ, makuseva2008@yandex.ru

© I. I. Eryemina, PhD, Associate Professor of the department «Mathematical modeling and information technology in the economy» Branch of the Federal state Autonomous educational institution of higher professional education «Kazan (Volga) Federal University» in the city, ereminaii@yandex.ru; T. G. Makuseva, the Candidate of Pedagogical Science, Reader of chair of mathematic and mathe-matic teaching method, head of the Department of Mathematics Nizhnekamsk Institute of Chemical Technology (branch of) KNRTU, makuseva2008@yandex.ru.