آموزشهاي مجازي با استفاده از تكنولوژي رايانش ابري(cloud computing)

چکیده

در طی چند سال اخیر رایانش ابری به شدت مورد توجه کارشناسان و محققان فناوری قرار گرفته است. بر پایه آن شرکت های عظیم کامپیوتری نسبت به استفاده از این تکنولوژی در راستای ارایه خدمات و سرویسهای الکترونیکی خود به کاربران اقدام نموده اند. با این روند رو به رشد استفاده از این تکنولوژ ی، بعید به نظر نمی رسد که در آینده ای نزدیک اکثر شرکت ها سرویسها و خدمات الکترونیکی خود را بر این اساس عرضه نمایند از جلمه خدمات الکترونیکی که در این تکنولوژی می تواند مورد استفاده قرار گیرد، بحث آموزشهای مجازی می باشد. رایانش ابری در آموزش مجازی علی الخصوص آموزش مجازی سیار که عمدتاً از طریق موبایل صورت می پذیرد، می تواند نقش عمده ای را ایفا نماید. راهکارها و معیارهای کارآیی و بهینه سازی در این خصوص وجود دارند که می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

مقدمه

رایانش ابری یا Cloud Computing راهکارهایی را برای ارایه خدمات فناوری به کاربران مشابه آنچه که در بعضی از صنایع با کاربرد سراسری (مانند صنعت آب ، صنعت برق و ...) وجود دارد ، ارایه می دهد. این تکنولوژی اصولاً بر پایه اینترنت تعریف می شود که در آن الگویی تازه جهت ارایه سرویسهای فناوری (شامل نرم افزار، سخت افزار و سایر منابع اشتراکی) بکار گرفته می شود. در حقیقت در این تکنولوژی دسترسی به منابع فناوری اطلاعات به هنگام ارایه درخواست از طرف کاربر و بر اساس میزان تقاضای کاربر ، به وی ارایه می گردد. دلیل استفاده و تشبیه اصطلاح "ابر" به اینترنت که در شماتیک های شبکه ای نیز از شکل ابر برای نشان دادن اینترنت استفاده می شود ، در این است که اینترنت همچون ابری جزییات فنی را از دید کاربران نهایی پنهان می سازد. به معنای دیگر یک لایه انتزاعی را بین کاربران و جزییات فنی بوجود می آورد. به عنوان مثال برنامه های کاربردی تجاری و یا آموزشهای مجازی را می توان در نظر گرفت که توسط سرویس دهنده نرم افزاری رایانش ابری ارایه می گردد. این برنامه ها بر روی سرورها ذخیره می گردند و حسب درخواست کاربر در اختیار وی قرار می گیرند، در حالی که جزییات فنی از دید کاربر کاملاً مخفی است و کاربر نیازی به داشتن اطلاعات در خصوص فناوری زیرساخت ابری که از آن استفاده می کند، ندارد.

مزایای استفاده از رایانش ابری

در زیر به چند نمونه از موارد اشاره می شود:

قابلیت اطمینان بیشتر به داده ها:با توجه به اینکه در رایانش ابری داده ها بر روی ابر قرار دارند از اینرو خرابی کامپیوتر کاربر تاثیری بر روی داده ها نخواهد داشت.مضاف بر اینکه افزونگی لازم نیز در زیر ساخت ابری به نحوی توسط فراهم کنندگان آن دیده می شود که به شدت در برابر خرابی مقاوم است و راهکارهای متعددی برای تهیه نسخ پشتیبان که معمولا کاربران از آنها غافل هستند، بکار برده می شوند.
امکان دسترسی از همه جا و در هر مکان:بدلیل آنکه داده ها در ابر قرار دارند، از اینرو کاربر قادر به دسترسی به داده های خود در هر زمان و هر مکانی خواهد بود. برای اینکار تنها لازم است که کاربر از تجهیز کامپیوتری خود که می تواند یک گوشی موبایل نیز باشد به اینترنت دسترسی داشته باشد.
عدم وابستگی به سخت افزار:چون اسناد و برنامه های کاربردی روی ابر در همه حال به یک شکل هستند از اینرو تفاوتی نمی کند که با چه دستگاه سخت افزاری کاربر متصل شده است. در حقیقت اجرای برنامه ها تفاوتی نخواهد کردو دیگر نیازی به خرید سخت افزارهای مخصوص و یا ذخیره اسناد به فرمت های ویژه نمی باشد. سازگاری لازم از طرف ابر برای سخت افزار فراهم خواهد شد.
ظرفیت نامحدود ذخیره سازی:به لحاظ نظری محدودیتی در استفاده از فضای ذخیره سازی ابری وجود ندارد. این موضوع در قیاس با حجم محدود فضای ذخیره سازی کامپیوترهای شخصی بسیار قابل توجه می باشد. عجیب به نظر نمی رسد اگر بگوییم هر چیزی را که نیاز به ذخیره کردن آن داریم ، می توانیم در فضای ابری ذخیره کنیم.
هزینه پایین:بدلیل آنکه محاسبات مورد نیاز در فضای ابری انجام می شود از اینرو دیگر نیازی به استفاده از کامپیوترهای گرانقیمت در سمت کاربر نمی باشد و هزینه های مربوط به سخت افزار به شدت کاهش پیدا می کند. حتی با ساده ترین کامپیوترها که بلحاظ پردازشی و فضای دیسکی بسیار محدود می باشند، نیز می توانند از رایانش ابری حداکثر استفاده را ببرند. با توجه به اینکه اسناد در ابر ذخیره می شوند حتی نیازی به ذخیره اسناد و مستندات در کامپیوتر شخصی نمی باشد.
ارتقای سریع نرم افزاری:از دیگر مزایای مربوط به رایانش ابری این است که دیگر نیازی به بروز رسانی نرم افزارها و یا اجبار به استفاده از نرم افزارهای قدیمی به دلیل هزینه بالای ارتقای آنها نمی باشد، چون در ابر اینکار بدون اینکه کاربر متوجه شود صورت می پذیرد. بدلیل مبتنی بر وب بودن برنامه ها ارتقا و بروزرسانی ها بصورت اتومات در ابر انجام شده و کاربر بدون پرداخت هزینه اضافی قادر به بهره برداری از آخرین نسخه نرم افزارها خواهد بود.

آموزش مجازی با استفاده از رایانش ابری [1]

به صورت ساده آموزش مجازی به فرایند یادگیری از طریق اینترنت اشاره داد. ، گرچه آموزش مجازی جایگزین روش سنتی نخواهد شد، اما تا حد زیادی می تواند به بهبود بهره وری در امر آموزش کمک کند. آموزش مجازی دارای مزایای زیادی من جمله انعطاف پذیری، تنوع، دسترسی آسان و غیره می باشد که به عنوان یک متد اصلی برای یادگیری در دهه های اخیر تبدیل شده است. شکل 1 یک معماری از سیستم ساده آموزش مجازی را نشان می دهد:
شکل1 - معماری یک سیستم ساده آموزشی

در روشهای سنتی مبتنی بر وب بدینگونه عمل می گردد که سیستم های مربوط به ایجاد و نگهداری آموزشهای مجازی در داخل موسسات آموزشی و یا شرکت پیاده سازی ، که این امر منجر به بروز بسیاری از مشکلات، از جمله نیاز به سرمایه گذاری زیاد اما بدون سود، مشکلات مربوط به پشتیبانی فنی و غیره می گردد. نتیجه این امر منجر به عدم توسعه آسان این سیستمها می شود. در مقابل، آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر مدلی را معرفی مینماید که مقیاسی برای بهره وری دارد. برای مثال ساخت سیستم آموزش مجازی به تامین کنندگان رایانش ابری سپرده میشود،که می تواند ارائه دهندگان و کاربران را برای رسیدن به وضعیت برد- برد یاری نماید. محیط مبتنی بر ابر از نسل جدیدی از سیستم های آموزش مجازی که قادر به اجرا در گستره طیف وسیعی از دستگاه های سخت افزاری که در حال ذخیره سازی داده در داخل ابر هستند، پشتیبانی می نماید.
آموزش الکترونیکی هیچگاه نمی تواند به طور کامل جایگزین معلمان گردد و تنها در حوزه به روزرسانی تکنولوژی ، مفاهیم و ابزارهای جدید، ارائه محتوا، مفاهیم و روش ها برای آموزش مورد استفاده قرار می گیرد. در روش آموزش الکترونیکی میتنی بر ابر معلمان نقش رهبری و مشارکت در پیشرفت تحصیلی را خواهند داشت.
از سوی دیگر، ابر آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر حرکت به سمت استفاده از تکنولوژی رایانش ابری در زمینه آموزش الکترونیکی می باشد و در آینده ای نزدیک زیرساختهای آموزش الکترونیکی شامل سخت افزار و منابع محاسباتی نرم افزاری درگیر در آموزش الکترونیک مبتنی بر این تکنولوژی خواهند بود. معماری آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر در شکل 2 نشان داده شده است:
شکل2 - معماری آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر
معماری آموزش الکترونیکی مبتنی بر ابر پیشنهادی را می توان به لایه های زیر تقسیم تقسیم کرد:

لایه زیرساخت: این لایه از زیرساخت های سخت افزاری مانند حافظه فیزیکی، CPU و سرور های فیزیکی تشکیل شده اند. همچنین اطلاعات زیرساخت ها شامل اینترنت / اینترانت، نرم افزار سیستم، سیستم مدیریت اطلاعات و برخی از نرم افزارهای مشترک و سخت افزارمی باشد. بسترهای ارتباطی این لایه در پایین ترین سطح سرویس میان ابر قرار گرفته است. استفاده از تکنولوژی مجازی سازی سرور فیزیکی، منابع ذخیره سازی و شبکه های مجازی به عنوان بسترمورد استفاده در لایه های بالاتر نرم افزاری قرار می گیرند.
لایه منابع نرم افزار: به طور عمده از سیستم عامل و میان افزار تشکیل شده است. میان افزار منابع نرم افزاری متنوع را بصورت یکپارچه از طریق یک رابط واحد در اختیار توسعه دهندگان نرم افزار قرار می دهد. طوری که آنها می توانند به راحتی برنامه های کاربردی را توسعه داده و در ابر جهت استفاده قرار دهند.
لایه مدیریت منابع: این لایه اتصال راحتتر به منابع نرم افزاری و سخت افزاری را فراهم می نماید. با استفاده از استراتژی برنامه ریزی ,یکپارچه سازی, مجازی سازی و محاسبات ابری ، توزیع نرم افزار بر منابع مختلف سخت افزاری را می توان به دست آورد.
لایه سرویس: دارای سه سطح از سرویس یعنی،SaaS (نرم افزار به عنوان یک سرویس)، PaaS (بستر های نرم افزاری به عنوان یک سرویس)،IaaS (زیرساخت به عنوان یک سرویس) میباشد. در SaaS، محاسبات ابری سرویس به مشتریان ارائه می دهد. برخلاف نرم افزارهای سنتی کاربران از طریق اینترنت از نرم افزار استفاده می کنند. خرید نرم افزار و سخت افزار یک بار انجام می شود و با پرداخت هزینه ماهانه ناچیز دیگر نیاز به حفظ و ارتقاءآن نمی باشد.
لایه کاربردی: این لایه از برنامه های کاربردی خاص شامل تجمیع منابع آموزشی در مدل رایانش ابری ، دوره های تعاملی و به اشتراک گذاری منابع آموزشی تشکیل شده است . برنامه های تعاملی عمدتا برای معلمان، با توجه به یادگیرندگان و نیازهای آموزشی، با استفاده کامل از منابع اطلاعات پایه ساخته می شود و امکان تنظیم محتوای دوره و همچنین پیشرفت در هر زمان با توجه به بازخورد وجود دارد و می تواند دارای اثربخشی بیشتر نسبت به آموزش سنتی باشد. به اشتراک گذاری منابع آموزشی شامل منابع اطلاعاتی (مانند کتابخانه های دیجیتال) و منابع آموزشی انسانی از وظایف این لایه است. این لایه عمدتا شامل ماژولهای تولید محتوا، اهداف آموزشی، تحویل محتوا، ارزیابی و ماژول مدیریت می باشد.

در مدل کلاسیک آموزش الکترونیکی، معلمان وظایف آموزشی مانند تدریس حضوری به طور منظم، و یا بررسی مهارت و تکالیف دانش آموزان را انجام می دهند. اما در معماری پیشنهادی معلمان به سوالات دانش آموزان پاسخ می دهند و آموزش های ضروری برای رفع مشکلات دانش آموزان ارائه می گردد. علاوه بر این، معلمان نیز می توانند به منظور ارتقاء آموزش از محتواهای آموزشی چند رسانه ای استفاده کنند. همچنین دانش آموزان میتوانند خارج از الگوهای یادگیریشان که بصور ت خودکار تعیین می گردد درس بخوانند. انجام آزمونهای برخط اینترنتی و ارائه تحلیلهای آماری خودکار به معلمان از هر بخشی که مورد مطالعه قرار گرفته است، از مزایای این روش می باشد. معلمان نیز دانش آموزان را تشویق به همکاری با یکدیگر در یادگیری مطالب ساده و یا انجام پروژه های پیچیده مبتنی برکار گروهی می نمایند. از طریق یادگیری گروهی، دانش آموزان به تنهایی نمی توانند دانش کسب نمایند، بلکه روح هماهنگی در تیم است که در امر آموزش و پرورش کمک می نماید . نتیجه این روش برای دانش آموزان بهبود مهارت در برخورد با مردم و افزایش ابراز توانایی خودشان می باشد. شکل 3 مقایسه بین آموزش الکترونیکی سنتی و رایانش ابری را ارائه می دهد:
شکل3 - مقایسه آموزش الکترونیکی سنتی و رایانش ابری

نمونه آموزش مجازی زبان برنامه نویسی مبتنی بر ابر [2]

طبق تعریف زیمرمن یادگیری خود تنظیمی (SRL Self-Regulated Learning) شامل تعیین لیست استراتژی هایی دستیابی به اهدافی مانند برنامه ریزی، سازماندهی و ارسال، جستجوی اطلاعات ، نگهداری سوابق، تمرین و حفظ، بررسی، نظارت بر خود، خود ارزیابی، ساختار محیطی و جستجو برای کمک های اجتماعی است که می تواند به طور جداگانه و یا در ترکیب برای توسعه یادگیری خود تنظیم به کار گرفته شود.
مطابق تعریف فوق در کشور هند یک سیستم مدیریت آموزشی LMS شامل بخش های مدیریت، مستندات، بررسی و ارزیابی، گزارشات و محتواهای آموزشی و آموزش برخط با استفاده از رایانش ابری جهت آموزش زبان برنامه نویسی C پیاده سازی گردیده است. این دوره در شش سطح به خاطر سپاری، درک مطلب، اجرا، تجزیه و تحلیل، ارزیابی و ایجاد برنامه طراحی گردیده است. در ادامه در خصوص هر یک از این سطوح توضیحات لازم ارایه می گردد:
1-به خاطر سپاری: در این سطح به دانش آموزان محتواهایی مانند الگوی دستورات و ساختار برنامه که باید در حافظه بلند مدت قرار گیرد ارائه می گردد.تمرینات این سطح برای آزمایش شناخت و قابلیت به خاطر سپاری دانش آموزان طراحی گردیده است.
2-درک مطلب: برای درک مطلب توسط دانش آموزان ، محتواهای ارائه شده در این سطح به گونه ای طراحی شده اند که به دانش آموزان در درک مفاهیم زبان C کمک می کنند. تمرینات این سطح جهت ارزیابی توانایی تفسیر، طبقه بندی، مقایسه و مهارت بیان دانش آموزان طراحی گردیده است.
3-اجرا : محتواهای ارائه شده به دانش آموزان جهت اجرای مباحث یاد گرفته شده زبان C کمک خواهندکرد.هدف اصلی در این سطح توانایی دانش آموزان جهت تمرکز در بکارگیری مفاهیم می باشد.تمرینات این سطح برای آزمایش توانایی اجرا و پیاده سازی توسط دانش آموزان طراحی گردیده است. یک سری ابزار مانند یک ویرایشگر C به همراه کامپایلر آن برای اجرای تمرینها در اختیار دانش آموزان قرار داده می شود.
4-تجزیه و تحلیل: در این سطح از این دوره، دانش آموزان از محتواهایی که به تجزیه و تحلیل موضوعات یاد گرفته شده کمک می کنند، بهرمند می گردند. تمرینات در این سطح جهت تعیین سطح تفاوتهای مهارت های دانش آموزان طراحی گردیده است.
5- ارزیابی: تمرکز عمده در این سطح بر ارزیابی مهارت های دانش آموزان با استفاده از تمرینهایی که توانایی نقد و داوری آنها را سنجش می نماید، می باشد.
6-ایجاد : در سطح نهایی این دوره ، دانش آموزان دانش به دست آورده و خلاقیتهای خود را اجرا می نمایند.
در این راستا برای اجرا و پیاده سازی مطالب فوق ، سیستمی بصورت کاملا وب سرویسی طراحی گردیده است. از ویژگیهای خاص این سیستم استفاده از پروتکل SOAP می باشدکه در آن قالب XML به عنوان ستون فقرات ارسال و دریافت پیام های وب سرویس استفاده شده است. در ضمن برای گرفتن بازخورد از پیشرفت تحصیلی دانش اموزان یک زیر سیستم به صورت وب سرویس نیز طراحی گردیده است که به معلم جهت تعیین سطح و وضعیت پیشرفت دانش آموز کمک می کند.

ابزارهای پایش [4]

ثبت رویدادهایی که توسط گوشی موبایل در هنگام اتصال به یک وب سایت انجام می شود را می توان به سه گروه به شرح ذیل طبقه بندی نمود:

ثبت تعاملات کاربران: شامل برنامه های ثبت کننده مجموعه تعاملاتی که کاربر با رابط کاربری برقرار می کند. نرم افزار "Event Recorder for Android Web Applications" نمونه ای از این دست نرم افزارها می باشد.
اجرا کننده خودکار وقایع: این نرم افزارها به ترتیب وقایعی که توسط مجموعه ای از دستورات معین رخ می دهد را ثبت می کنند. برای مثال ثبت مجموعه ای از فعل و انفعالاتی که در یک یا چند دستگاه رخ می دهند.این گروه از برنامه ها اجازه برنامه نویسی برای یکسری از رویدادهای سطح بالا , به منظور آزمایش آنها در یک پلت فرم پیوسته و همچنین برخی از فریم ورک های نوشته شده به زبانهای سطح بالا از هر سیستم , برای تولید وقایع در همان سیستم را می دهند. نرم افزارهای "Robotium" و "ZAP-fix" نمونه ای از این دست نرم افزارها می باشند.
ثبت کننده کلیدهای زده شده: یک نوع نرم افزار یا دستگاه سخت افزاری می باشد که تاریخچه کلیدهای زده شده را در یک فایل ذخیره می کند و یا از طریق اینترنت و بوسیله پست الکترونیکی آنها را ارسال می کند. ثبت کننده کلیدها اغلب به عنوان نرم افزارهای مخرب و یا برای کنترل کودکان مورد استفاده قرار می گیرند. نمونه ای از این نوع نرم افزارها برای دستگاههای تلفن همراه "KidLogger" می باشد.

آموزش مجازی از طریق موبایل (زیر ساخت, معماری و ابزار) [7]

یادگیری سیار یکنوع یادگیری است كه در آن دانش آموز در یک مكان مشخص ثابت مانند محل سکونت و یا محل آموزشي قرار ندارد و دانش آموز مي تواند از فرصت های ارائه شده توسط فن آوری تلفن همراه در امر یادگیری استفاده نمايد.
امروزه تعداد زیادی از کاربران دارای دستگاه های تلفن همراهی می باشند كه ویژگی های چند رسانه ای را بهبود بخشیده اند و تقریبا در هر زمان به شبکه های ارتباطی با دسترسي بالا متصل هستند. انقلاب در زمينه دستگاه های تلفن همراه محدودیت های زمانی و مکانی را حذف نموده است و اجراي فرامين را در هر مکان و در هر زمانی اجازه می دهد .از سوی دیگر نیز برخی مشکلات به دلیل تنوع زیاد دستگاه های تلفن همراه در دسترس کاربران و همچنین تنوع در اهداف آموزشی کاربران وجود دارد.
از این منظر، انطباق محتوا یکی از مؤلفه های مهم آموزشی در بحث تلفن همراه مي باشد زيرا كه پاسخگویی به طیف وسیعی از نیازهای مربوط به منابع نرم افزاري تکراری را ميسر مي سازد. الزامات مورد نیاز با توجه به اجزای نرم افزار ها،منابع چند رسانه ای و سرویس ها تعیین می گردند . انطباق محتوا با توجه به عملکرد ویژگی های دستگاه های تلفن همراه و تنظیمات کاربران , توانایی یک سیستم برای تغییر به محتوای ارائه شده بصورت پویا به هر کاربر می باشد. هدف از سیستم انطباق محتوا تعیین ارزش ها , از ویژگی های در حال تغییر در طول فرایند آموزش می باشد. از مزایای اصلی انطباق محتوا می توان به کاهش زمان مورد نیاز برای آموزشها، کاهش هزینه های آموزش ورشد بهره وری اشاره نمود.

تکنولوژیهای چند رسانه ای برای آموزش سیار

توسعه برنامه های کاربردی چند رسانه ای در طی چند سال گذشته را می توان نتیجه استفاده زیاد از داده های چند رسانه ای در امر آموزش با توجه به رشد صعودی اینترنت، دانست .در نتیجه ،اهمیت پژوهش در زمینه تکنولوژیهای چند رسانه ای افزایش یافته است. چرا که بر خلاف داده های سنتی , تکنیک های مدیریتی و پرس و جو که از امکانات و ویژگی های داده های چند رسانه ای می باشند ، از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند.

ویژگیهای داده های چند رسانه ای

داده های چند رسانه ای دارای انواع متفاوتی به شرح ذیل می باشند :
•برخی از داده ها وابسته به زمان است و برخی دیگر مستقل از زمان
•برای نمایش داده های چند رسانه ای از فرمت های مختلف استفاده می شود.
•برخی از داده ها ساخت یافته است و برخی بدون ساختار یا نیمه ساختار یافته می باشند.
•برخی ممکن است برای انتقال انواع داده از راه دور به یک زمان کوتاه و برخی به زمان زیاد احتیاج داشته باشند.
در مقایسه با سیستم های مبتنی بر متن، برنامه های کاربردی چندرسانه ای دارای درک قوی تری با توجه به دارا بودن ویدئو، صدا، انیمیشن و تصاویر میباشد. اما بین تفکر کاربران در مورد واقعیت و نمایش فیزیکی داده های چند رسانه ای اختلاف بزرگی است.کاربران می خواهند به داده های چند رسانه ای در سطح درک خود از شی دسترسی داشته باشند. اما در سیستم های چند رسانه ای تمایل برای نشان دادن داده های چند رسانه ای بر اساس سطوح درک پایین مانند رنگ ها، الگوها، بافت و شکل ( بدون ترکیب این ویژگی ها ) وجود دارد و هیچ راهی برای نشان دادن خودکار این موضوع، بر اساس تفکر انسانی وجود ندارد. تحقق بخشیدن به نمایش داده های چندرسانه ای بر اساس دیدگاه انسان بسیار مشکل است. هیچ سیستم داده های چندرسانه ای توانایی درک خودکار و شناسایی و طبقه بندی موضوعات را ندارد. استفاده از داده های چندرسانه ای برای ارائه موضوعات یک چالش بزرگ در سیستم آموزش سیار می باشد.

راه کارهای چند رسانه ای برای آموزش سیار

آموزش سیار به دستگاه های گیرنده سیار و دستگاههای جانبی و تکنولوژیهای ارتباطی مانند گوشی موبایل, PDA ، کامپیوتر قابل برنامه ریزی ، آی پاد، دستگاه پخش ویدئو های شخصی و دوربین های دیجیتال ویدئویی وابسته می باشد. راه کارهای چندرسانه ای برای آموزش سیار شامل موارد ذیل می باشد:

واقعیت مجازی و شبیه سازی محیط : راهکاری پیچیده برای آموزش و تمرینات تعاملی را فراهم می آورد.واقعیت مجازی می تواند یک فضای محدود و یا فضای باز، در داخل طبیعت را شبیه سازی نماید و اجازه اجرای انواع تعاملات را به کاربر می دهد.
برنامه های نرم افزاری تعاملی: شرایط عملی متفاوت را شبیه سازی و روند آموزشی را تسهیل می نماید.
استفاده از دستگاه های جانبی و تجهیزات چندرسانه ای : امکان جمع آوری و تفسیر مقادیر از طریق رسانه های مختلف را به صورت برخط بوجود می آورد. این روش اجازه استفاده از راه حل های غیر رسمی برای آموزش و بازدید مکانهایی مانند: باغ گیاهان، باغ وحش، رودخانه ها و غیره را می دهد.

نرم افزارهای کاربردی تلفن همراه کنترل محیطی بهتری را ارائه می دهند و می توانند معایبی مانند: وجود اختلال در ارتباطات ، محدودیت پهنای باند شبکه های ارتباطی ، محدودیت فضای ذخیره سازی و عدم وجود تنوع ابزار تعاملی را بر طرف نمایند.همچنین امکان بهبود تجارب اجتماعی در مقایسه با روشهای یادگیری کلاسیک را فراهم می کنند.

کاربرد رایانش ابری در آموزش سیار [6]

(MCC (MOBILE CLOUD COMPUTING از سه مفهوم رایانش ابری ,رایانش سیار و شبکه تشکیل شده است. ویژگی های جالب و جذاب MCC پارادایم تحرک با امکان قابلیت های زیاد می باشد. ما رایانش ابری سیار را به این صورت تعریف می کنیم: "یک تکنولوژی قدرتمند رایانش سیارکه ابزار یکپارچه از منابع ابرهای متنوع و تکنولوژیهای شبکه را نسبت به قابلیت های نامحدود ذخیره سازی و تحرک در اختیار قرار می دهد. رایانش ابری به بسیاری از دستگاه های تلفن همراه در همه جا ، در هر زمان و از طریق کانال اینترنت ، بدون در نظر گرفتن محیط های ناهمگن و سیستم عامل، بر اساس اصل پرداخت به ازای استفاده سرویس می دهد."
استفاده از MCCمزایای توزیع، فاصله ، منابع غنی، زیرساخت های ابر وتقویت بسیاری از دستگاه های تلفن همراه، به ویژه گوشی های هوشمند و کاهش کاستی های آنها را در بر دارد. پیش بینی دستاوردهای آینده استفاده ازMCC در حوزه های مختلف مانند بهداشت و درمان (مانندtelemonitoring و telesurgery)، آموزش و پرورش، کسب و کار فناوری اطلاعات ، توسعه شهری و روستایی و شبکه های اجتماعی می باشد.در این راستا، تلاش های زیادی مانند استقرار فن آوری رایانش ابری برای افزایش قابلیت گوشی های هوشمند صورت پذیرفته است.
علاوه بر این، اعمال نفوذ در منابع مجازی به منظور افزایش امنیت اطلاعات در گوشی های هوشمند سودمند است چرا که آنها دائما مستعد سرقت، از بین رفتن و آسیب های فیزیکی می باشند. Dropbox و SugarSync از جمله خدمات ذخیره سازی ابر هستند که می توانند داده های واقع در دستگاه های مختلف محاسباتی (به عنوان مثال تلفن های هوشمند، تبلت، و لپ تاپ) را همگام سازی نمایند.همانگونه که در شکل 4 مشاهده می گردد لایه واسط(Arbitrator Layer) به معماری چند لایه سیستم عامل موبایل (MNO) اضافه گردیده است که در ادامه به شرح هریک از این بخش ها می پردازیم.
شکل4 - ساختار استفاده از لایه واسط

لایه واسط Arbitrator Layer

این لایه از سیستم عامل موبایل در واقع به عنوان واسط بین بخش جلویی(front- end -شامل ابر کاربران تلفن همراه) و بخش عقبی(back- end - شامل ارائه دهندگان سرویس ابر) می باشد. این لایه درخواست تخصیص منابع از لایه SOA را دریافت می نماید و لایه زیرساخت را بررسی می کند تا سرویسی که اجرای کارآمدتری دارد را تعیین کند. سپس یک کپی مستقل از این سرویس به لایه زیرساخت به عنوان مرجع برای مراجعات بعدی منتقل خواهد شد. در این روش، سربار شبکه به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد.

زمانبندی کننده منابع: هنگامی که یک سرویس جدید در بخش رجیستری سرویس ثبت و ذخیره شد ، درخواست تخصیص به بخش زمانبندی کننده منابع فرستاده می شود. بخش زمانبندی کننده خواص درونی و توصیفی سرویس را تجزیه و تحلیل می نماید و سرویسی که کارایی بالاتری دارد را برای اجرا تعیین می کند.
سرویس پروفایل: یکی از مسئولیت های واسط می باشد برای نظارت بر اعتبار و عملکرد سرویس و در صورت نیاز جایگزین آنها با سرویس مناسب تر می باشد. ماژول سرویس پروفایل یک سناریو تعریف شده برای ارزیابی عملکرد واقعی سرویس دارد. اگر عملکرد سرویسی مطابق با شرح سرویس نباشد برای نگه داشتن موثر سیستم آن سرویس توسط یک سرویس کارآمد تر جایگزین می شود.
پروفایل کاربر: از آنجا که سرویسهای مختلفی از طرف مصرف کنندگان سرویس درخواست می گردند ، سازمان دهی یا تنظیمات شخصی مهم هستند. بنابراین ماژول پروفایل کاربر مسئول نظارت و ذخیره ترجیحات کاربران جهت تحویل خدمات سفارشی و اجرای سرویسها بر اساس این معیارهای حاصله می باشد.
جمع آوری کننده اعمال کاربر در زمان اجرا: به منظور افزایش کارایی و عملکرد سیستم ،جمع آوری اعمال کاربر در زمان اجرا یک فرایند حیاتی است. اطلاعات مربوط به این اعمال می تواند در زمانبندی قوی و مجدد منابع در این معماری به ما کمک کند.
اجرا کننده استاندارد: استاندارد سازی یکی از تکنیک های مفید جهت رفع عدم تجانس درمحیط های ناهمگن MCC می باشد. از این رو، توجه به استانداردها در طراحی معماری بسیار مهم است. این ماژول مسئول نظارت و اجرای استانداردسازی برای سرویسها می باشد.
تجزیه و تحلیل محاسباتی: در طی مقدار دهی اولیه در بخش رجیستری سرویس ، یک لایه خاص زیرساخت به هر سرویس اختصاص داده می شود. با این حال، نمی توان از انتخاب بهینه مطمئن بود. از این رو، برای دستیابی به عملکرد بهینه، ماژول تجزیه تحلیل محاسباتی بر قابلیت های محاسباتی منابع اختصاص داده شده نظارت می کند.
تجزیه و تحلیل عملکرد: از آنجایی که هدف معماری ما کاهش زمان تاخیر شبکه می باشد، ماژول تجزیه و تحلیل عملکرد وظیفهس اش تجزیه و تحلیل تاخیر ارتباطی و الگوی مصرف منابع سرویس های مختلف است. اگر مقدار منابع مورد نیاز برای اجرای یک سرویس خاص با عوامل دیگر مانند ارتباطات مطابقت نداشته باشد و از اینرو موجب تعویق اجرای سرویس گردد ، آنگاه تقاضای زمانبندی منابع جهت تعیین زیرساخت های مناسب تر تکرار می گردد. علاوه بر این، نظارت بر رابطه بین تعداد دفعات درخواست و اجرای سرویس و مقدار منابع مصرف شده وظیفه این ماژول می باشد. نتایج حاصل از این تجزیه و تحلیل به منظور ارتقاء کیفیت طور کلی مفید است. به عنوان مثال، اگر یک سرویس حساس به تاخیر ابر بیش از حد فراخوانی گردد، این سرویس را می توان به نزدیکترین سیستم عامل موبایل مجاور منتقل نمود یا به ارائه دهنده مجاز برای مقابله با تاخیر ارتباطاتی مراجعه نمود.

کاربرد تکنولوژی Edge [ر5]

شبکه EDGE آخرین مرحله میان GPRS و UMTS است که نویدبخش سه برابرسازی ظرفیت شبکه‌های GSM با صرف هزینه اندک است. فناوری EDGE به بهره‌بردار امکان می‌دهد با ارائه مجموعه‌ای از خدمات اینترنتی و چندرسانه‌ای به درآمدهای تازه‌ای دست یابد. EDGE ساده و ارزان می‌نماید اما به هر حال دست آورد ارتقاء دادن شبکه GPRS به شبکه EDGE باید از چنان کیفیت خدماتی برخوردار باشد که برآورنده نیازهای کاربرد‌های داده‌ محور باشد.برای بهره‌برداران دارای مجوز UMTS ، شبکه EDGE راهی جذاب برای ارائه خدمات نسل سوم در خارج از نواحی شهری متراکم را فراهم می نماید. هنگامی که مشترک از ناحیه پوشش UMTS بیرون می‌رود، افزایش سرعت ارسال داده افت کیفیت خدمات را تا حدی جبران می‌کند.

معیارهای کارآیی

برای سنجش کارآیی شبکه‌های IP مثل شبکه EGPRS از چهار معیار گذردهی، اتلاف، تأخیر و لغزش می‌توان بهر‌ه گرفت. تأثیر هر کدام از این معیارها به کیفیت خدمات رسانی به کاربر و یا خدمات موردنظر بستگی دارد.
گذردهی به معنای تعداد بایت‌هایی است که می‌توان در هر ثانیه از خط ارتباط EDGE عبور داد و بنابراین بیان‌گر قابلیت هر لینک در ارائه خدماتی مانند گشت و گذار در اینترنت یا ارسال ویدیو به صورت بلادرنگ است. اتلاف به درصد بسته‌های داده‌ای از دست رفته در شبکه اطلاق می‌شود. بسته‌های از دست رفته را دوباره باید ارسال کرد که این امر سرعت انتقال داده‌ها برای مشترک را کاهش می‌دهد. تأخیر به میزان زمانی گفته می‌شود که صرف انتشار بسته‌های IP از طریق شبکه می‌شود. تأخیر هم بر سرعت ارسال داده از دید مشترک اثر منفی می‌گذارد و از جمله معیارهای کلیدی در ارتباطات صوتی بلا‌درنگ است. معیار آخر نیز لغزش است که به تغییرات آماری تأخیر اطلاق می‌شود.
در EDGE از مدولاسیون ۸ PSK- استفاده می‌شود که می‌تواند با استفاده از شکاف‌های زمانی استاندارد GSM ،گذردهی داده‌ای GPRS را سه برابرکند. اما EDGE شمار شکاف‌های زمانی را افزایش نمی‌دهد، بنابراین بهره‌بردار همچنان با محدودیت ظرفیت در بسیاری از موارد مواجه است. در واقع ممکن است در برخی شرایطEDGE اوضاع را بدتر هم بکند زیرا با ارائه خدمات جدید و پرسرعت سبب می‌شود حجم انتقال داده‌ها به گونه‌ای سرسام‌آور افزایش یابد. شکی نیست که افزایش ترافیک داده‌ها باعث افزایش درآمدها می‌شود اما بسیاری از بهره‌برداران هم دچار معضلی به نام کمبود ظرفیت خواهند شد.

بهینه‌سازی

بهره‌برداران برای رفع معضل کمبود ظرفیت باید تخصیص درست کانال‌ها را در دستور کار خود قرار دهند. یعنی باید کانال را به گونه‌ای به کاربردها اختصاص داد که مشترکین در موقع و مکان مناسب خود به پهنای باند کافی دسترسی داشته باشند. برای مثال، مشترکی که می‌خواهد حجم بزرگی از داده‌ها را بارگذاری کند از کاهش ناگهانی پهنای باند دلخور می‌شود اما کاربری که دارد از پست الکترونیکی استفاده می‌کند حتی متوجه چنین کاهشی نمی‌شود.
ترازبندی ظرفیت براساس شمار کاربران و میزان پهنای باند لازم برای کاربردهای موردنظرش در تمامی زمان‌ها، محور اصلی عملیات بهینه‌سازی را تشکیل می‌دهد. تخصیص فرکانس، کار دشواری نیست زیرا می‌توان از کانال‌های EDGE در چارچوب طرح موجود تخصیص فرکانس استفاده کرد و آنها را همانند کانال‌های GSM تخصیص داد.
در کاربردهای مبتنی بر پروتکل کنترل انتقال باید تمامی داده‌های از دست رفته بر اثر تداخل را دوباره ارسال کرد و این اثر منفی زیادی درلایه کاربرد به جای می‌گذارد و در نهایت باعث ناخرسندی کاربر می‌شود. برای حل این معضل دو راه وجود دارد، یکی کوچک‌ کردن اندازه سلول‌ها و دیگری استفاده از شیوه‌های کدگذاری بهتر می باشد. شیوه دوم باعث می‌شود شمار دفعات ارسال داده‌ها کاهش یابد. افزایش سرعت ارسال داده‌ها به معنای افزایش حجم جابه‌جایی داده‌ها در شبکه هسته است که این الگوی ترافیک داده ها را بطور چشم‌گیری تغییر می‌دهد. اغلب ادعا می‌شود که در EDGE نیازی به تغییر شبکه هسته نیست و این از دیدگاه پروتکلی درست است. اما ممکن است شبکه هسته موجود دارای ظرفیت لازم برای پوشش دادن EDGE نباشد. بهره‌بردارانی که می‌خواهند به سراغ EDGE بروند باید شرایط EDGE را شبیه‌سازی کنند و شبکه هسته را تحت آزمایش‌های دقیق قرار دهند.تأخیر می‌تواند در شبکه هسته یا سایر شبکه‌های درگیر با انتقال داده‌ها ایجاد شود. بنابراین حتی اگر همه شبکه هسته سلولی از لحاظ پوشش دادن حجم داده‌ها کم و کسری نداشته باشد باز ممکن است شبکه‌های همکارش توانایی لازم را نداشته باشند و این عامل تعیین کننده‌ای در موضع‌گیری مشترکین در قبال شبکه تلفن همراه به حساب می‌آید.

الگوی سرویس غیر برخط موبایل با روش REST [ر3]

در موبایل شرایط محیطی برای یک سرویس بطور پیوسته در حال تغییر است. ارتباط صحیح دائمی را نمی توان تضمین کرد.بنابراین الگوی معماری رایانش ابری باید به خوبی الگوهای پردازش غیر برخط را پشتیبانی کند.استراتژیهای صف(Queue) , Cache و اطلاعات Information ممکن است به نوع سرویس محتوا و نوع عملیات وابسته باشند.برای مثال یک درخواست اطلاعات از ابر ممکن است در حالت پیشرفته Cache شود یا برعکس یک در خواست به روزآوری در صف Queue قرار بگیردکه البته موارد فوق به نوع سرویس ارائه محتوا بستگی دارد. برای پیاده سازی این درخواستها از روالهای اتصال از راه دور مانند SOAP,XML-RPC,COBRA, .NET Remoting که بر عملیات درونی نظارت دارند می توان استفاده نمود.

نتیجه گیری

در این تحقیق ابتدا تعریفی از محیط رایانش ابری به همراه نقاط قوت آن عنوان و سپس ساختار آموزش مجازی با استفاده از رایانش ابری در مقایسه با روش های سنتی آموزش الکترونیک بیان گردیده است و تفاوتهای و مزایای آنها مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه پیاده سازی شده این امر در کشور هند جهت آموزش درس برنامه نویسی سی بکار گرفته شده است که در آن از وب سرویسها استفاده شده است. در ادامه ابزار هایی که که برای ارزیابی وضعیت و تعاملات کاربر لازم است تشریح شده اند و در نهایت زیر ساختها , معماری, روشهای پیاده سازی و تکنولوژی های ارتباطی آموزش مجازی سیار که یکی از روش های جدید آموزش مجازی می باشد، بررسی گردیده است.

درخت دانش

شکل5 - درخت دانش

مراجع

1- Md. Anwar Hossain Masud, Xiaodi Huang
An E-learning System Architecture based on Cloud Computing
5th IEEE International Conference on Cloud Computing (CLOUD), 2012
2- Thamarai Selvi, S.; Panneerselvam, K.
A Self-regulated Learning approach for programming language using cloud-based Learning Management System
International Conference on Recent Trends In Information Technology (ICRTIT), 2012
3-Damm, S.; Ritz, T.; Strauch, J.
Adaption of Archetype Patterns for mobile cloud-based business apps
IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PERCOM Workshops), 2011
4-Garcia, E.; Garcia, A.; Garcia-Cabot, A.; de-Marcos, L.; Hilera, J.
Development of an Application for Mobile Devices to Record Learner Interactions with Web-Based Learning Objects
12th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT), 2012
5-Farshad A.Samimi , Philip K.McKinley and Masoud Sajadi
Mobile Service Clouds: A Self-Managing Infrastructure for Automic Mobile Computing Services
6-Zohreh Sanaei, Saeid Abolfazli, Abdullah Gani, Muhammad Shiraz
Service-Based Arbitrated Multi-Tier Infrastructure for Mobile Cloud Computing
1st IEEE International Conference on Communications in China Workshops (ICCC), 2012
7-Adriana Reveiu , Lon Smeureanu , marian Dardala
Content Adaptation in Mobile Multimedia System for M-Learning
7th IEEE International Conference on Mobile Bussiness ,2008