Инфраструктура для образовательного процесса
В средствах массовой информации немало говорится о реформах в образовании, о переходе к новой идеологии и практике педагогического процесса. Но возможна ли такая модернизация без информационных технологий? Из статьи менеджера по развитию бизнеса компании Cisco Андрея Харитонова вы узнаете о российском опыте построения региональной образовательной инфраструктуры и о сложностях, которые пришлось преодолеть ИТ-специалистам Cisco при оснащении школ Татарстана.
Современная молодежь с самого раннего детства сталкивается с цифровыми устройствами, сенсорным вводом, социальными сетями и возможностями Интернета, привыкая получать информацию в огромных объемах и различных форматах. Если люди старшего возраста еще помнят, что такое ходить в библиотеку и сидеть в читальном зале, то нынешним подросткам гораздо привычнее скачать или купить электронную книгу на сайте, а то и прочитать об интересующем их предмете в Википедии или на любом другом ресурсе. Поэтому в настоящее время вопрос создания электронной среды обучения, соответствующей мировосприятию подрастающих поколений, стал одним из важнейших.
Особую роль новые технологии образования играют в области обучения детей с ограниченными возможностями, а также в ликвидации социального и информационного неравенства, связанного с географической удаленностью и различиями в экономическом развитии регионов. Именно поэтому создание новой, надежной системы электронного образования занимает важное место среди государственных инициатив, реализуемых в настоящее время в различных странах.
Компания Cisco имеет многолетний опыт работы со сферой образования во всем мире. В России, однако, принято настороженно относиться к любым зарубежным проектам и инициативам, пока они не будут реализованы в нашей стране. Именно поэтому массовое внедрение решений Cisco в образовательных учреждениях Татарстана, которое происходило в рамках внедрения в этой республике программы «Электронного образования», имеет особое значение для дальнейшего развития сотрудничества компании с образовательными учреждениями РФ. Власти Татарстана решили создать электронные классы практически во всех школах этого региона, предоставив ученикам и учителям доступ к электронным учебным материалам. Такой подход дал также возможность внедрить новые образовательные методы, когда педагог со своего компьютера ведет урок, управляя подачей контента на системы, используемые учащимися.
Соглашение о взаимопонимании и сотрудничестве между Республикой Татарстан и компанией Cisco было подписано 27 января 2012 года, и сначала проект был запущен в 900 школах региона. На сегодняшний день новые компьютерные классы созданы уже в 1500 образовательных учреждениях Татарстана, причем грамотное построение сети обеспечило возможность роста без увеличения операционных затрат. Впрочем, к этому мы еще вернемся.
Создание инфраструктуры
Ни одна информационная система, включая средства очного и дистанционного обучения, не может работать без соответствующей инфраструктуры. Поэтому для того, чтобы новый подход начал приносить желаемые плоды, необходимо обеспечить надежную среду передачи данных, установить соответствующее программное обеспечение на учительский и ученические ПК и сформировать электронную библиотеку ресурсов, которая использовалась бы при проведении уроков.
Темпы развития современной электроники говорят в пользу беспроводных технологий. Учащиеся могут использовать свои планшеты и ноутбуки или, получив их в школе, работать с ними на уроках и продолжать заниматься дома. Вместе с тем, учитывая нагрузку, создаваемую мультимедийными трансляциями и многоточечными подключениями школьников, к созданию беспроводной инфраструктуры надо подходить с большой осмотрительностью.
Например, для трансляции видео в формате Full HD 720p (что соответствует разрешению экранов большинства современных ноутбуков и планшетов компактного класса) на каждого ученика нужно выделить как минимум 5 Мбит/с. Если в классе занимаются 30 учеников, то это, как минимум, 150 Мбит/с, без учета различного рода помех и потерь. Таким образом, для организации надежной связи, позволяющей проводить электронные уроки, необходимо использовать оборудование стандарта 802.11n, поддерживающее технологию MIMO и интеллектуальное управление радиоресурсами. При профессиональной установке такое оборудование позволяет получить пропускную способность до 450 Мбит/с и реализовать действительно эффективный компьютерный класс.
Архитектура: автономная или унифицированная?
В образовании, как и во многих других отраслях, лишних средств не бывает, поэтому при закупках оптимизации бюджетов уделяется большое внимание. Поскольку в Татарстане речь шла о подключении более 1500 школ, естественно, возник вопрос: можно ли сократить издержки на создание инфраструктуры для интерактивного учебного процесса?
Существуют два варианта архитектуры построения беспроводных сетей Wi-Fi: автономная и унифицированная. С автономными устройствами, предоставляющими доступ к беспроводной сети, мы сталкиваемся каждый день дома, а также в кафе и некоторых офисах. При этом подразумевается, что одно устройство, совмещающее в себе и точку доступа, и маршрутизатор, обеспечивает полный спектр сервисов для всех клиентов, которые к нему подключаются. Использование автономных систем позволяет легко решить задачу подключения к сети на небольшой территории и для небольшого количества терминалов.
Унифицированная архитектура, в свою очередь, подразумевает наличие центрального маршрутизатора и точек доступа, часть функционала которых реализована на узловом компоненте сети, называемом контроллером. В данном случае настройка параметров сети и правил передачи трафика происходит на более мощном и интеллектуальном устройстве, контролирующем работу всех подключенных к нему точек доступа. С теоретической точки зрения, свои преимущества данный подход проявляет тем активнее, чем обширнее зона действия сети и чем больше количество точек доступа и клиентских систем, подключаемых к ним.
При выделении бюджетов на оснащение компьютерных классов в школах Татарстана по программе «Электронное образование» естественным образом возник вопрос, какая архитектура лучше всего подойдет для решения поставленных задач. Теоретизирование в данном случае было практически бессмысленным, и специалисты департамента образования Правительства РТ вместе с экспертами Cisco провели полноценное тестирование с использованием типизированных клиентских устройств – ученических ноутбуков Intel Classmate PC на базе процессоров Intel Atom со встроенными беспроводными модулями 802.11n от компании Realtek.
Тестирование
Для сравнения с предложенной департаментом образования точкой доступа были использованы такие элементы унифицированной архитектуры, как двухдиапазонная точка доступа AIR-LAP1142-R-K9, контроллер AIR-CT5508-12-K9, WLC SW 7.3 и система упрвления Prime Infrastructure 1.1. Тестирование проводилось с использованием ПО, предназначенного для реализации электронного класса – MandrivaClass. Данный продукт соответствует требованиям, предъявляемым к современным системам электронного обучения. К точке доступа подключалось 30 клиентских устройств, расположенных в помещении на партах учеников. Между учительским и ученическими компьютерами проводилась передача различных видов трафика (индивидуальный, широковещательный, передача данных, передача видео).
Для того, чтобы полнее оценить потребности систем обучения и востребованность таких технологий, как multicast, тестирование унифицированной архитектуры проводилось по трем сценариям:
1. Ученики подключаются по технологии 802.11n в диапазоне 2,4 ГГц, учительский ноутбук подключается также по технологии 802.11n, но в диапазоне 5 ГГц на 1 двухдиапазонную точку доступа. Для групповой передачи видео используется функционал multicast direct.
2. Ученики подключаются с использованием технологии 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц, учительский ноутбук также подключается по технологии 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц (для этого на двухдиапазонной точке доступа был принудительно отключен режим 5 ГГц). Для групповой передачи видео используется функционал multicast direct.
3. Ученики подключаются с использованием технологии 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц, учительский ноутбук также подключается по технологии 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц (для этого на двухдиапазонной точке доступа был принудительно отключен режим 5 ГГц). Функционал multicast direct отключен.
Как видно на диаграмме, унифицированная архитектура дает серьезные преимущества перед автономной, даже если речь идет об оснащении лишь одного класса и использовании одной точки доступа. Более того, в процессе нашего тестирования при подключении к автономной точке доступа при большой нагрузке (весь класс смотрит видео) некоторые ноутбуки периодически теряли связь с сетью, так как автономная точка доступа была попросту перегружена. Более того, на некоторых ноутбуках передача слайдов отставала на несколько секунд из-за того, что отсутствие специальных механизмов борьбы с помехами на автономной точке доступа приводило к постоянной конкуренции между клиентами.
Что касается использования дополнительного диапазона для подключения учительского ноутбука и специализированных функций по обработке трафика с групповой адресацией (multicast), то эти технологии не только повысили стабильность сети, но и позволили добиться качественного улучшения скорости передачи данных и сокращения задержек при передаче необходимой информации на экраны ученических компьютеров.
Дальнейшие перспективы
Несмотря на доступность автономной архитектуры, результаты тестирования показали ее непригодность для развития электронного образования, и еще в 2012 году в школах Татарстана началось активное оснащение компьютерных классов унифицированными беспроводными решениями Cisco.
В процессе воплощения данного проекта унифицированная архитектура показала дополнительные преимущества: при оснащении нескольких классов, находящихся в «радиодоступности» друг от друга, а также при размещении дополнительных точек доступа в коридорах централизованный подход избавил ИТ-специалистов от необходимости ручного радиопланирования и позволил создать полноценное покрытие без пробелов путем добавления точек доступа в нужных местах. Кстати, учителя и ученики принимали активное участие в диагностике и улучшении параметров сетей, которыми они активно пользуются уже сегодня.
Как уже говорилось, на данный момент примерно 1500 средних учебных заведений этого региона используют общую сеть. Более того, весной 2013 года с департаментом образования Республики Татарстан были проведены переговоры о предоставлении нового решения для унифицированного управления проводной и беспроводной сетевой инфраструктурой Cisco Prime Infrastructure (Cisco PI). Данный продукт позволяет добиться повышенной отдачи от сетевой инфраструктуры, объединяющей все школы республики. Помимо повышения удобства за счет объединения инструментов управления беспроводной и проводной сети, Cisco PI делает возможным предоставление необходимых ресурсов для приложений по требованию, а также реализует контроль подключения мобильных устройств и обеспечение заданного качества сервиса во всей сети. При этом уже в первом приближении стало очевидно, что решение позволит заказчику значительно снизить операционные затраты на поддержку сети, одновременно повышая уровень защищенности и устойчивости инфраструктуры.
В случае необходимости дальнейшего оснащения классов и создания зон общего доступа к беспроводной сети нужно будет лишь подключить к центральному коммутатору дополнительную точку доступа. Все остальные настройки, выбор диапазона, калибровка и сочетание нового сегмента сети с существующими будут выполняться автоматически. Такая гибкость открывает дополнительные возможности и преимущества, которыми школы Татарстана смогут воспользоваться уже в ближайшем будущем.
Накопленный опыт
Подводя итоги проведенных тестов и работ по подключению школ в республике, можно сказать, что уже существуют опробованные и доказавшие свою эффективность архитектура и идеология построения сетей для образовательных учреждений России. В случае тиражирования решения на другие регионы, даже если речь идет пока о подключении только одного компьютерного класса, унифицированная архитектура позволяет добиться именно той стабильности, которая необходима для ведения интерактивных уроков и использования мультимедийных материалов для группового и дистанционного обучения.
Теги: образовательный процесс, региональная образовательная инфраструктура, Республика Татарстан, Cisco, электронные классы, беспроводная инфраструктура, стандарт 802.11n, унифицированные беспроводные решения Cisco, беспроводная сетевая инфраструктура Cisco Prime Infrastructure (Cisco PI).
Особую роль новые технологии образования играют в области обучения детей с ограниченными возможностями, а также в ликвидации социального и информационного неравенства, связанного с географической удаленностью и различиями в экономическом развитии регионов. Именно поэтому создание новой, надежной системы электронного образования занимает важное место среди государственных инициатив, реализуемых в настоящее время в различных странах.
Компания Cisco имеет многолетний опыт работы со сферой образования во всем мире. В России, однако, принято настороженно относиться к любым зарубежным проектам и инициативам, пока они не будут реализованы в нашей стране. Именно поэтому массовое внедрение решений Cisco в образовательных учреждениях Татарстана, которое происходило в рамках внедрения в этой республике программы «Электронного образования», имеет особое значение для дальнейшего развития сотрудничества компании с образовательными учреждениями РФ. Власти Татарстана решили создать электронные классы практически во всех школах этого региона, предоставив ученикам и учителям доступ к электронным учебным материалам. Такой подход дал также возможность внедрить новые образовательные методы, когда педагог со своего компьютера ведет урок, управляя подачей контента на системы, используемые учащимися.
Соглашение о взаимопонимании и сотрудничестве между Республикой Татарстан и компанией Cisco было подписано 27 января 2012 года, и сначала проект был запущен в 900 школах региона. На сегодняшний день новые компьютерные классы созданы уже в 1500 образовательных учреждениях Татарстана, причем грамотное построение сети обеспечило возможность роста без увеличения операционных затрат. Впрочем, к этому мы еще вернемся.
Создание инфраструктуры
Ни одна информационная система, включая средства очного и дистанционного обучения, не может работать без соответствующей инфраструктуры. Поэтому для того, чтобы новый подход начал приносить желаемые плоды, необходимо обеспечить надежную среду передачи данных, установить соответствующее программное обеспечение на учительский и ученические ПК и сформировать электронную библиотеку ресурсов, которая использовалась бы при проведении уроков.
Темпы развития современной электроники говорят в пользу беспроводных технологий. Учащиеся могут использовать свои планшеты и ноутбуки или, получив их в школе, работать с ними на уроках и продолжать заниматься дома. Вместе с тем, учитывая нагрузку, создаваемую мультимедийными трансляциями и многоточечными подключениями школьников, к созданию беспроводной инфраструктуры надо подходить с большой осмотрительностью.
Например, для трансляции видео в формате Full HD 720p (что соответствует разрешению экранов большинства современных ноутбуков и планшетов компактного класса) на каждого ученика нужно выделить как минимум 5 Мбит/с. Если в классе занимаются 30 учеников, то это, как минимум, 150 Мбит/с, без учета различного рода помех и потерь. Таким образом, для организации надежной связи, позволяющей проводить электронные уроки, необходимо использовать оборудование стандарта 802.11n, поддерживающее технологию MIMO и интеллектуальное управление радиоресурсами. При профессиональной установке такое оборудование позволяет получить пропускную способность до 450 Мбит/с и реализовать действительно эффективный компьютерный класс.
Архитектура: автономная или унифицированная?
В образовании, как и во многих других отраслях, лишних средств не бывает, поэтому при закупках оптимизации бюджетов уделяется большое внимание. Поскольку в Татарстане речь шла о подключении более 1500 школ, естественно, возник вопрос: можно ли сократить издержки на создание инфраструктуры для интерактивного учебного процесса?
Существуют два варианта архитектуры построения беспроводных сетей Wi-Fi: автономная и унифицированная. С автономными устройствами, предоставляющими доступ к беспроводной сети, мы сталкиваемся каждый день дома, а также в кафе и некоторых офисах. При этом подразумевается, что одно устройство, совмещающее в себе и точку доступа, и маршрутизатор, обеспечивает полный спектр сервисов для всех клиентов, которые к нему подключаются. Использование автономных систем позволяет легко решить задачу подключения к сети на небольшой территории и для небольшого количества терминалов.
Унифицированная архитектура, в свою очередь, подразумевает наличие центрального маршрутизатора и точек доступа, часть функционала которых реализована на узловом компоненте сети, называемом контроллером. В данном случае настройка параметров сети и правил передачи трафика происходит на более мощном и интеллектуальном устройстве, контролирующем работу всех подключенных к нему точек доступа. С теоретической точки зрения, свои преимущества данный подход проявляет тем активнее, чем обширнее зона действия сети и чем больше количество точек доступа и клиентских систем, подключаемых к ним.
При выделении бюджетов на оснащение компьютерных классов в школах Татарстана по программе «Электронное образование» естественным образом возник вопрос, какая архитектура лучше всего подойдет для решения поставленных задач. Теоретизирование в данном случае было практически бессмысленным, и специалисты департамента образования Правительства РТ вместе с экспертами Cisco провели полноценное тестирование с использованием типизированных клиентских устройств – ученических ноутбуков Intel Classmate PC на базе процессоров Intel Atom со встроенными беспроводными модулями 802.11n от компании Realtek.
Тестирование
Для сравнения с предложенной департаментом образования точкой доступа были использованы такие элементы унифицированной архитектуры, как двухдиапазонная точка доступа AIR-LAP1142-R-K9, контроллер AIR-CT5508-12-K9, WLC SW 7.3 и система упрвления Prime Infrastructure 1.1. Тестирование проводилось с использованием ПО, предназначенного для реализации электронного класса – MandrivaClass. Данный продукт соответствует требованиям, предъявляемым к современным системам электронного обучения. К точке доступа подключалось 30 клиентских устройств, расположенных в помещении на партах учеников. Между учительским и ученическими компьютерами проводилась передача различных видов трафика (индивидуальный, широковещательный, передача данных, передача видео).
Для того, чтобы полнее оценить потребности систем обучения и востребованность таких технологий, как multicast, тестирование унифицированной архитектуры проводилось по трем сценариям:
1. Ученики подключаются по технологии 802.11n в диапазоне 2,4 ГГц, учительский ноутбук подключается также по технологии 802.11n, но в диапазоне 5 ГГц на 1 двухдиапазонную точку доступа. Для групповой передачи видео используется функционал multicast direct.
2. Ученики подключаются с использованием технологии 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц, учительский ноутбук также подключается по технологии 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц (для этого на двухдиапазонной точке доступа был принудительно отключен режим 5 ГГц). Для групповой передачи видео используется функционал multicast direct.
3. Ученики подключаются с использованием технологии 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц, учительский ноутбук также подключается по технологии 802.11g в диапазоне 2,4 ГГц (для этого на двухдиапазонной точке доступа был принудительно отключен режим 5 ГГц). Функционал multicast direct отключен.
Как видно на диаграмме, унифицированная архитектура дает серьезные преимущества перед автономной, даже если речь идет об оснащении лишь одного класса и использовании одной точки доступа. Более того, в процессе нашего тестирования при подключении к автономной точке доступа при большой нагрузке (весь класс смотрит видео) некоторые ноутбуки периодически теряли связь с сетью, так как автономная точка доступа была попросту перегружена. Более того, на некоторых ноутбуках передача слайдов отставала на несколько секунд из-за того, что отсутствие специальных механизмов борьбы с помехами на автономной точке доступа приводило к постоянной конкуренции между клиентами.
Что касается использования дополнительного диапазона для подключения учительского ноутбука и специализированных функций по обработке трафика с групповой адресацией (multicast), то эти технологии не только повысили стабильность сети, но и позволили добиться качественного улучшения скорости передачи данных и сокращения задержек при передаче необходимой информации на экраны ученических компьютеров.
Дальнейшие перспективы
Несмотря на доступность автономной архитектуры, результаты тестирования показали ее непригодность для развития электронного образования, и еще в 2012 году в школах Татарстана началось активное оснащение компьютерных классов унифицированными беспроводными решениями Cisco.
В процессе воплощения данного проекта унифицированная архитектура показала дополнительные преимущества: при оснащении нескольких классов, находящихся в «радиодоступности» друг от друга, а также при размещении дополнительных точек доступа в коридорах централизованный подход избавил ИТ-специалистов от необходимости ручного радиопланирования и позволил создать полноценное покрытие без пробелов путем добавления точек доступа в нужных местах. Кстати, учителя и ученики принимали активное участие в диагностике и улучшении параметров сетей, которыми они активно пользуются уже сегодня.
Как уже говорилось, на данный момент примерно 1500 средних учебных заведений этого региона используют общую сеть. Более того, весной 2013 года с департаментом образования Республики Татарстан были проведены переговоры о предоставлении нового решения для унифицированного управления проводной и беспроводной сетевой инфраструктурой Cisco Prime Infrastructure (Cisco PI). Данный продукт позволяет добиться повышенной отдачи от сетевой инфраструктуры, объединяющей все школы республики. Помимо повышения удобства за счет объединения инструментов управления беспроводной и проводной сети, Cisco PI делает возможным предоставление необходимых ресурсов для приложений по требованию, а также реализует контроль подключения мобильных устройств и обеспечение заданного качества сервиса во всей сети. При этом уже в первом приближении стало очевидно, что решение позволит заказчику значительно снизить операционные затраты на поддержку сети, одновременно повышая уровень защищенности и устойчивости инфраструктуры.
В случае необходимости дальнейшего оснащения классов и создания зон общего доступа к беспроводной сети нужно будет лишь подключить к центральному коммутатору дополнительную точку доступа. Все остальные настройки, выбор диапазона, калибровка и сочетание нового сегмента сети с существующими будут выполняться автоматически. Такая гибкость открывает дополнительные возможности и преимущества, которыми школы Татарстана смогут воспользоваться уже в ближайшем будущем.
Накопленный опыт
Подводя итоги проведенных тестов и работ по подключению школ в республике, можно сказать, что уже существуют опробованные и доказавшие свою эффективность архитектура и идеология построения сетей для образовательных учреждений России. В случае тиражирования решения на другие регионы, даже если речь идет пока о подключении только одного компьютерного класса, унифицированная архитектура позволяет добиться именно той стабильности, которая необходима для ведения интерактивных уроков и использования мультимедийных материалов для группового и дистанционного обучения.
Теги: образовательный процесс, региональная образовательная инфраструктура, Республика Татарстан, Cisco, электронные классы, беспроводная инфраструктура, стандарт 802.11n, унифицированные беспроводные решения Cisco, беспроводная сетевая инфраструктура Cisco Prime Infrastructure (Cisco PI).
Источник:
http://www.tele2.ru