автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процесса разработки виртуальных лабораторий на основе облачных вычислений

На правах рукописи

005041

Болгова Екатерина Владимировна

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ НА ОСНОВЕ ОБЛАЧНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

Специальность: 05.13.06 — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (образование)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ДЕК 2012

Санкт-Петербург — 2012

005047439

Работа выполнена на кафедре информационных систем и в НИИ Наукоемких компьютерных технологий Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и

оптики (НИУ ИТМО).

Научный руководитель: Бухановский Александр Валерьевич,

доктор технических наук

Официальные оппоненты: Скуратов Алексей Константинович,

доктор технических наук, профессор, ФГАУ ГНИИ ИТТ «Информика», заместитель директора

Бояшова Светлана Анатольевна, доктор технических наук, Центр мониторинга и сертификации НИУ ИТМО, директор

Ведущая организация: Нижегородский государственный университет

им. Н.И. Лобачевского

Защита состоится 20 декабря 2012 г. в 15:30 на заседании диссертационного совета Д212.227.06 в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ ИТМО.

Автореферат разослан 20 ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, доцент Лобанов И. С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие технологий «электронного обучения» (eLearning) предъявляет новые требования к формам и способам организации электронных образовательных ресурсов (ЭОР), одним из видов которых являются виртуальные лабораторные практикумы (ВЛП) - аппаратно-программные комплексы с дистанционным (удаленным) доступом, предназначенные для имитации процессов, протекающих в изучаемых реальных объектах. Традиционно такие комплексы включают в себя средства численного моделирования различных процессов и явлений, источники данных, в том числе — эмулирующие процессы в информационно-измерительных системах, инструменты интерпретации полученных результатов (включая визуализацию), а также инфраструктуру, обеспечивающую их использование посредством сети Интернет. В России развитию методов и технологий разработки и использования ВЛП посвящены работы научных коллективов В.П. Гергеля, С.А. Бояшовой, Л.С. Лисицыной, A.B. Лямина, O.A. Касьянова и ряда других исследователей.

Для построения инфраструктуры ЭОР перспективна концепция облачных вычислений, отражающая модель предоставления доступа по требованию к массиву настраиваемых компьютерных ресурсов (сетям, серверам, хранилищам, приложениям и сервисам), которые могут быть быстро зарезервированы и высвобождены с минимальными управляющими усилиями или действиями со стороны провайдера1. Однако прямой перенос принципов облачных вычислений, характерных для бизнес-приложений, не всегда продуктивен при поддержке ВЛП, поскольку не позволяет в полной мере отразить их методическую составляющую. Как следствие, возникает задача адаптации специфических моделей и разработки предметно-ориентированных облачных технологий, ориентированных на особенности обучения с использованием ВЛП. Например, модель AaaS (Application as a Service) позволяет описывать изучаемые посредством ВЛП процессы в форме композитных приложений (КП) - совокупности взаимодействующих облачных сервисов, ориентированных на решение общей задачи. Каждый сервис решает задачи численного моделирования, доступа к данным или обработки результатов, а связи между ними отражают структуру рассматриваемого объекта с заданной степенью детализации. Однако в настоящее время не развита практическая технология разработки и настройки ВЛП с использованием модели AaaS, что и определяет актуальность темы исследования.

Предметом исследования являются процессы разработки ВЛП, функционирующих в среде облачных вычислений.

Целью работы является решение существенной для проектирования и разработки ЭОР на основе облачных вычислений задачи создания моделей обучения и технологий автоматизации процессов разработки и использования ВЛП в высокопроизводительных вычислительных средах на основе облачной модели AaaS.

1 Данное определение облачных вычислений принято Национальным институтом стандартов и технологий США (МвТ).

Задачи исследования:

- определение требований к ВЛП на основе облачных вычислений, разработка моделей обучения с использованием AaaS, а также выбор платформы облачных вычислений для разработки ВЛП и его обоснование;

- проектирование программно-аппаратной среды организации ВЛП с использованием технологий облачных вычислений второго поколения;

- разработка процедуры автоматизации создания и модификации содержимого ВЛП, а также реализация инструментального средства для этих целей;

- экспериментальное исследование разработанных ВЛП и инструментальных средств на основе учебно-научного веб-центра «Социодинамика» в среде облачных вычислений;

- оценка возможности применения предложенных решений для совместной учебно-научной деятельности распределенных групп специалистов в рамках обеспечения межвузовской мобильности.

Методы исследования включают в себя методы теории графов, теории языков программирования, методы проектирования информационных систем и построения графических человеко-машинных интерфейсов, теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна заключается в построении облачных ВЛП на основе модели AaaS второго поколения, интерпретирующей процесс обучения в виде формального потока заданий (workflow, WF), отображаемого на композитное приложение, которое функционирует в распределенной среде, что позволяет:

- обеспечить высокий уровень результатов освоения дисциплин совокупно по знаниевому, функциональному и личностно-мотивационному дескрипторам;

- минимизировать негативные эффекты технологий «электронного обучения»: эрозию знаний, иллюзию интерактивности и информационную избыточность.

Практическую ценность работы составляют:

- инструментальное средство для автоматизации процесса создания и модификации содержимого ВЛП;

- веб-ориентированный центр «Социодинамика», реализующий концепцию облачных вычислений и использующий модель AaaS для организации ВЛП.

На защиту выносятся:

- модели обучения с использованием ВЛП на основе перспективной модели облачных вычислений AaaS, которые позволяют при работе с ЭОР снизить негативные эффекты технологий «электронного обучения»;

- процедура автоматизации создания и эксплуатации ВЛП на основе платформы облачных вычислений CLAVIRE.

Достоверность научных результатов и выводов обусловлена результатами тестирования алгоритмов и программного обеспечения, экспериментальными исследованиями функциональных характеристик, исследованием на фокус-группах, а также практическим внедрением (опытной эксплуатацией) разработанных программных средств.

Внедрение результатов работы. Результаты использованы при выполнении следующих НИОКР: «Интеллектуальные технологии поддержки процессов иссле-

довательского проектирования судов и технических средств освоения океана», «Интеллектуальные технологии распределенных вычислений для моделирования сложных систем» и «Инструментальная технологическая среда для создания распределенных интеллектуальных систем управления сложными динамическими обьектами»в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., «Создание функционирующего в режиме удаленного доступа интерактивного учебно-методического комплекса для выполнения работ в области моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур, наномате-риалов, процессов и устройств на их основе, в распределенной вычислительной среде» в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 гг.», «Создание высокотехнологичного производства комплексных решений в области предметно-ориентированных облачных вычислений для нужд науки, промышленности, бизнеса и социальной сферы» в рамках реализации постановления Правительства РФ №218, «Распределенные экстренные вычисления для поддержки принятия решений в критических ситуациях» в рамках реализации постановления Правительства РФ №220, «Высокопроизводительный программный комплекс для моделирования электронных и электромеханических свойств наноуглеродных объектов», «Разработка веб-ориентированного производственно-исследовательского центра в области социодинамики и ее приложений» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 гг.».

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на международных и всероссийских конференциях, семинарах, совещаниях и круглых столах, включая научный семинар Института информатики при Университете города Амстердам (декабрь 2010), XIV Всероссийскую объединенную научную конференцию «Интернет и современное общество» (12-14 октября 2011, Санкт-Петербург), XVIII Всероссийскую научно-методическую конференцию «Телематика'2011» (20-23 июня 2011, Санкт-Петербург), XIX Всероссийскую научно-методическую конференцию «Телематика'2012» (2012, Санкт-Петербург).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 - в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК РФ и 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад. В диссертацию включены результаты выполненных в соавторстве работ, соответствующие личному участию автора: аналитический обзор в проблемной области диссертационной работы, обоснование требований к ВЛП, основанным на технологии облачных вычислений. Автор обосновал выбор платформы для разработки ВЛП, принимал участие в разработке семейства моделей обучения на основе Ааа8, проектировании и реализации инструментального средства для автоматизации процесса создания и настройки содержимого ВЛП, проектировании структуры и содержания учебно-методических материалов веб-центра «Социодинамика», подготовке и проведении экспериментальных исследований веб-центра, в организации исследований с привлечением фокус-групп.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (78 наименований) и 1 приложения. Содержит 125 с. текста, включая 43 рисунка и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая значимость результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена использованию облачных технологий в «электронном образовании». Одним из наиболее ресурсоемких видов ЭОР являются виртуальные лаборатории (или ВЛП), использующие методы численного моделирования для воспроизведения изучаемых процессов и явлений при невозможности доступа к реальному экспериментальному оборудованию. Однако переход к использованию ВЛП порождает ряд негативных эффектов: эрозию знаний, иллюзию интерактивности и информационную избыточность. Первый возникает, когда учащийся может получать требуемый результат из готовых и настроенных модулей, не вникая в их устройство, что порождает разрыв между знанием и опытом познания. Иллюзия интерактивности возникает за счет использования упрощенных (шаблонных) форм дистанционного общения участников, в полной мере не отражающих реальные исследовательские процессы. Информационная избыточность появляется в результате неконтролируемой конкуренции разных видов образовательных ресурсов, поэтому обучаемый часто не может выбрать необходимый источник. В целом указанные эффекты отрицательно сказываются на системном подходе к обучению по отдельным образовательным программам. Это особенно заметно в междисциплинарных курсах и программах, количество и разнообразие которых неуклонно увеличивается благодаря развитию инструментария научного познания. Потому в настоящее время актуально создание методов и технологий автоматизации образовательных процессов, минимизирующих перечисленные негативные эффекты и одновременно унифицирующих принципы представления компетенций с обеспечением междисциплинарных связей. Несмотря на то что для традиционных видов ЭОР (например, электронных конспектов лекций) обеспечение данных механизмов является техническим аспектом, для ВЛП, реализуемых на основе современных методов компьютерного моделирования, проблема унификации междисциплинарных связей остается открытой.

Применение облачных технологий для реализации ВЛП допускает следующие модели автоматизации образовательных процессов.

- IaaS (Infrastructure as a Service): характеризуется виртуализацией вычислительной инфраструктуры вуза с последующим ее предоставлением различным подразделениям для решения собственных задач (в том числе установки специализированных программ). Применительно к ВЛП, она обеспечивает основу для развертывания ЭОР с доступом через Интернет.

- PaaS (Platform as a Service): ориентирована на предоставление виртуальных ресурсов с уже установленными вычислительными пакетами, обеспечивающими моделирование и доступ к данным в рамках ВЛП. Само программное обеспечение ЭОР на ресурсах не развернуто.

- SaaS (Software as a Service): традиционная модель предоставления доступа к ВЛП как к веб-приложению, обеспечивающему возможности использования ЭОР.

- DaaS (Data as a Service): вспомогательная модель, ориентированная на использование облачных хранилищ для коллективного доступа к массивам данных, применяемых при работе с ВЛП.

- HaaS (Hardware as a Service): специфическая модель для организации ВЛП на основе не только имитации, но и удаленного доступа к реальным информационно-измерительным системам или иным техническим средствам. В свете развития мультидисциплинарных направлений научных исследований и соответствующих образовательных программ отдельного внимания заслуживает модель организации облачных вычислений AaaS (Application as а Service). Она обеспечивает разработку и использование композитных приложений - совокупности взаимодействующих облачных сервисов, ориентированных на решение общей задачи. КП создается за счет связывания существующих программных пакетов в сложное приложение, которое исполняется на распределенных ресурсах облачной среды. Одной из наиболее прогрессивных технологий работы с КП является концепция (и реализующая ее технология) iPSE (Intelligent Problem Solving Environment)2, ориентированная на развитие интеллектуальных технологий поддержки жизненного цикла проблемно-ориентированных сред распределенных вычислений с использованием модели AaaS. В частности, она обеспечивает интеллектуальную поддержку рабочих процессов пользователя на основе экспертных знаний, отчуждаемых непосредственно от разработчиков предметно-ориентированных сервисов, вокруг которых формируется виртуальное профессиональное сообщество.

Концепция iPSE воплощена в многопрофильной инструментально-технологической платформе CLAVIRE3, предназначенной для эффективного управления вычислительными, информационными и программными ресурсами распределенных неоднородных вычислительных инфраструктур в рамках модели облачных вычислений второго поколения. Она поддерживает процессы создания, исполнения, управления и предоставления сервисов доступа к предметно-ориентированным высокопроизводительным КП, функционирующим на основе облака распределенных прикладных сервисов. Таким образом, данная платформа реализует полнофункциональную модель AaaS второго поколения, что определяет ее выбор для создания и эксплуатации ВЛП.

Вторая глава посвящена разработке моделей обучения с использованием ВЛП в рамках логики AaaS и проектированию облачной среды для поддержки функционирования ВЛП. В целом WF-представление, как основное для модели AaaS, может рассматриваться в качестве базового для формализации процесса изучения мультидисциплинарных явлений. На его основе может быть построен весь цикл обучения в рамках выполнения ВЛП. В зависимости от правил интерпретации WF в исполнимую форму можно выделить три модели обучения (рис. 1), основанные на общей модели интерпретации КП в среде облачных вычислений4.

2 Разработана в рамках научной школы, к которой принадлежит диссертант.

3 CLAVIRE: e-Science infrastructure for data-driven computing l К. V. Knyazkov, S. V. Kovalchuk, T. N. Tchurov, S. V. Matyin, and A. V. Boukhanovsky II Journal of Computational Sciences. 2012. Vol. 3(6). P. 504-510.

4 Князьков КВ. Технология разработки композитных приложений с использованием предметно-ориентированных программных модулей: Дис. канд. техн. наук: 05.13.11. СПб, 2012. 170 с.

Оценка зависимостей

Интерпретация результатов

(а)

(б)

Упакованный набор выходных данных обучаемых

Параметры проверки (1г)

О* I

Визуальное представление Результаты результатов проверки ГО^Т проверки (Ог) >

I_

Просмотр результатов проверки

(в) (г)

Рис. 1. Обучение с использованием УУР «А» - модель обучения на закрытом для просмотра и редактирования Интерпретация выполняется для в целом (рис. 1а); предполагается, что КП в форме ранее создано и отлажено; обучаемый получает непосредственный доступ к нему без возможности просмотра и изменения внутренней структуры в процессе выполнения ВЛП. Такой подход с использованием интегрированного ВЛП с доступом к удаленно выполняемым прикладным пакетам применяется для подготовки специалистов в предметных областях. Тем не менее описанный подход не решает проблемы эрозии знаний. Преимущество подхода -возможность «бесшовного» объединения пакетов в составе КП, что позволяет

расширить круг решаемых задач и состав виртуальных лабораторных работ на основе одних и тех же прикладных пакетов и вычислительных ресурсов.

«Б» — модель обучения на открытом только для просмотра 1УР. Интерпретация выполняется по блокам, однако пользователь не может менять структуру V/? (рис. 16). Очевидно, что выходные параметры О заданного блока являются входными I зависимого блока. Например, выходной параметр блока Л', О,"' является входным параметром /,Л'3 блока Л'3. Также 0|л'2 = и т.д. В таком режиме возможны пошаговая интерпретация работы и мониторинг промежуточных параметров. Для описания этого процесса вводится функция промежуточной интерпретации на узле Л',:

Рк, (1ГР): Туре{1х )х ...х 7>ре(/й)-> Туре[о^ )х ...хТуре(о%-) , (1)

где О^1 (у = 1../и ) - выходной параметр узла (блока) Л';.

К этому классу относится случай, когда рассматриваются только функции интерпретации независимо для каждого из содержательных блоков \УР. Этот подход ориентирован на обучение применению отдельных прикладных пакетов, включая подготовку входных данных, запуск на исполнение, визуализацию и интерпретацию результатов расчетов (рис. 1 а). Его цель состоит не столько в изучении междисциплинарных явлений, сколько в дополнении компетенций навыками использования прикладных пакетов, характерных для той или иной предметной области.

«В» — модель обучения на открытом для просмотра и редактирования Интерпретация выполняется последовательно для всех блоков - от начала к концу. В этом случае обучаемый имеет возможность пошагово исследовать процессы, происходящие в моделируемой системе, анализируя выходные данные каждого из пакетов и интерпретируя их влияние на результаты последующих вычислений. Возможны дополнительные действия над WF (добавление дополнительных блоков, вариативное исследования и др.) с целью получения необходимых данных для исследования (рис. 1в). Данный режим работы предпочтителен, поскольку позволяет воспроизвести «осязаемые» связи между объектами исследования и их составляющими.

Уровень выполнения обучаемыми лабораторных работ на базе ВЛП или созданных/модифицированных \УР оценивается с помощью специального проверочного (рис. 1 г). Предполагается, что результаты помещаются в архив /,. В случае необходимости могут вводиться параметры проверки /2. Узел ТУ, производит распаковку архива и передает проверочному узлу N2 группу файлов. После проверки результаты передаются на выход XVР (О,) и на узел построения графического представления результатов проверки ЛГ3.

Для анализа состоятельности моделей «А»—«В» в табл. 1 приведены оценки дескрипторов уровней знаний, умений и личностных качеств, развиваемых посредством соответствующих ВЛП. Достигаемые соответствующей моделью уровни освоения компетенций отмечены знаком «+», не достигаемые — знаком «-». Из таблицы следует, что модель «В» обладает наибольшей полнотой

положительных дескрипторов, включая стимулирование инициативной ответственности за счет вовлечения обучаемого в процесс конструирования

Таблица 1. Дескрипторы уровней знаний, умений и личностных качеств по отношению _к моделям обучения с использованием ВЛП_

Индекс Уровень Дескриптор Модель

«А» | «Б» | «В»

Дифференциация требования «должен знать»

31 Знание-знакомство Может узнавать объект, явление и понятие при повторном восприятии ранее усвоенной информации о них, находить в них различия и относить к той или иной классификационной группе, знание источников получения информации + + +

32 Знание-копия Может самостоятельно осуществлять репродуктивные действия над знанием путем воспроизведения и применения информации + + +

33 Знание-продукция (аналитические знания) Может воспроизводить и понимать полученные знания, самостоятельно систематизировать их, т.е. представлять знания в виде элементов системы и устанавливать взаимосвязи между ними, продуктивно применять в отдельных ситуациях - + +

34 Знание-трансформация 'системные знания) Может самостоятельно извлекать новые знания из окружающего мира, творчески их использовать для принятия решений в новых нестандартных ситуациях - - +

Дифференциация требования «должен уметь»

У1 Первичные умения Умеет корректно выполнять предписанные действия по инструкции, алгоритму и т.п. в известной ситуации. + + +

У2 Репродуктивные умения Умеет самостоятельно выполнять действия по решению типовых задач, требующих выбора из числа известных методов, в предсказуемо изменяющейся ситуации + + +

УЗ Продуктивные умения (умелая деятельность) Умеет самостоятельно выполнять действия (приемы, операции) по решению нестандартных задач, требующих выбора на основе комбинации известных методов, в непредсказуемо изменяющейся ситуации - + +

У4 Исследовательские умения Умеет самостоятельно выполнять действия, связанные с решением исследовательских задач, творческое использование умений (технологий) - - +

Дифференциация понятия «отношение к осуществляемой деятельности»

0 [безответственность Безразличное, безответственное отношение к учебе, порученному делу + - -

СЛ1 Ответственность Демонстрирует позитивное отношение к учебной и трудовой деятельности, проявляет активность при выполнении порученного дела - + +

СЛ2 Инициативная ответственность Проявляет настойчивость и увлеченность, трудолюбие, творческий подход, готовность самостоятельно выполнять порученное дело - - +

Для практической реализации ВЛП, функционирующих в рамках моделей «А»-«В», спроектирована технологическая среда на основе платформы CLAVIRE. Она включает в себя управляющую оболочку (ядро платформы), набор прикладных сервисов — вычислительных пакетов и средств доступа к данным, а также дополнительные средства, обеспечивающие поддержку виртуального профессионального сообщества пользователей и обеспечение учебного процесса в рамках концепции web 2.0.

Рис. 2. Высокоуровневая архитектура среды

На рис. 2 представлена высокоуровневая архитектура такой среды. Ее интерфейс пользователя реализуется посредством веб-портала, который предоставляет основные элементы пользовательского интерфейса и обеспечивает доступ к базовым функциональным возможностям ВЛП. Удаленные сервисы образуют управляющее ядро, построенное на базе платформы CLAVIRE и реализующее основные системные функции по управлению и унифицированному доступу к разнородным программным, аппаратным и информационным ресурсам. Прикладные пакеты, в свою очередь, реализуют функционал ВЛП в конкретной предметной области. Ресурсы включают в себя различные вычислительные системы под общим управлением ядра CLAVIRE, которое сопоставляет их конкретным пакетам (например, исходя из требований использования GPU, ограничений на дисковую и оперативную память и пр.).

Третья глава посвящена процедуре автоматизации разработки и исполнения ВЛП, функционирующих в рамках модели AaaS. Практическое воплощение моделей «А»-«В» сводится к интерпретации абстрактного WF (AWF) в исполнимую форму с последующем запуском на выполнение в распределенной вычислительной среде. Граф AWF транслируется в исполнимую форму - граф конкретного WF (CWF). Процесс интерпретации динамический, т.е. граф CWF определяется по мере выполнения блоков AWF. При интерпретации одного блока AWF могут порождаться множественные узлы в CWF. Таким образом, уравнение для интерпретации (1), примененное к КП, позволяет на абстрактном уровне задавать WF, который однозначно транслируется в исполнимую форму.

Разработка ВЛП достаточно трудоемка, поскольку включает в себя не только создание КП в форме AWF, но в первую очередь - развертывание в облачной среде необходимых прикладных пакетов. Для платформы CLAVIRE этот

процесс включает в себя установку прикладных пакетов на ресурсах в облаке и их регистрацию в базе пакетов, включающую описание на предметно-ориентированном языке EasyPackage (основан на языке Ruby) различных сценариев использования в составе ВЛП. Благодаря такому подходу в зависимости от целевой аудитории один и тот же прикладной пакет можно представить в «облаке» по-разному и ограничить варианты его использования, тем самым устраняя эффекты информационной избыточности, характерные для ЭОР.

Для автоматизации процесса встраивания пакетов в CLAVIRE и устранения необходимости ручного описания сценариев их использования на формальном языке спроектирован интеллектуальный редактор CLAVIRE/PackageManager. Он предоставляет интерфейс конструктора, отображающий описание пакета в форме совокупности полей, каждое из которых описывает соответствующий атрибут. Для редактирования информации об атрибутах, описывающих входные и выходные данные о пакете, требуется лексический и синтаксический разбор файла описания пакета. При запросе на создание нового пакета пользователю предоставляется полный набор полей и атрибутов для заполнения, а также автоматически назначаются права доступа к создаваемому пакету. Для отладки и проверки работоспособности встроенных пакетов в CLAVIRE используется технология проблемно-ориентированных интерфейсов.

Проблемно-ориентированный интерфейс (ПОИ)

CLAVIRE

Package Base

IV

Инициализации Ct

_L

F А С

г 1 I ¥ ? I А

_ .. Запрос списка Получение списка 1......... Запрос Получение Сохвэнв

Запрос ели. гт Получение i

1 *

Запрос Псшуче

Г.""*" ""Т

Вызов ПОИ

I

Модуль интерфейсов взаимодействия с Facade

| Модуль разбора описания , пакета

Модуль преобразования данных

Модуль построения дерева зависимостей параметров

О- I

Графический интерфейс попьзователя

Пользователь

Рис. 3. Архитектура интеллектуального редактора CLA VIRE/PackageManager На рис. 3 представлена архитектура CLAVIRE/PackageManager. Взаимодействие инструмента с системными сервисами CLAVIRE других компонентов происходит посредством компонента Facade, который осуществляет идентифи-

кацию и авторизацию запросов с внешних интерфейсов, обеспечивая информационную безопасность всей среды. Все операции выполняются через модуль пользовательского интерфейса. В нем реализованы методы вызова соответствующих функций из других логических модулей. Все функции работы с сервером (инициализация сессии, запрос списка пакетов, запросы описаний пакетов, запрос на создание и сохранение пакета) реализованы в модуле работы с сервером. Модуль разбора описания пакета на EasyPackage выполняет лексический и синтаксический разбор описания пакета и представляет данные в соответствующем формате для модуля пользовательского интерфейса, а также выполняет обратное преобразование, т.е. собирает представленные пользователем данные о пакете и преобразует их в описание пакета на языке EasyPackage. Модуль преобразования данных предназначен для отображения описания пакета, представленного в виде пользовательских форм, в формат, использующий модуль построения графа зависимостей параметров и наоборот. Функциональность модуля обеспечивает возможность работы с описанием пакетов в режиме отображения графа без сохранения описания, так как данный режим работы позволяет исключить ошибки, связанные с циклическими зависимостями параметров.

Интеллектуальный редактор CLAVIRE/PackageManager представляет собой веб-приложение и реализован с использованием следующих технических средств: язык JavaScript, HTML, таблицы стилей CSS, а также ExtJS -Javascript-фреймворк, расширяющий возможности javascript. Для передачи данных и запросов используется текстовый формат обмена данными.

В четвертой главе особенности разработки публичных ВЛП рассмотрены на примере учебно-научного веб-центра «Социодинамика», предназначенного для поддержки ЭОР в сфере социодинамики и социометрии, ориентированных, в первую очередь, на исследования в социальных сетях в Интернете. Аппаратная составляющая поддержки центра формируется в составе распределенной иерархической среды облачных вычислений, включающей выделенные суперкомпьютеры, виртуальные машины в облаке (модель IaaS) и целевые системы в составе Грид. Единообразный способ работы с центром, равно как и оптимизация распределения вычислительной нагрузки, осуществляется средствами управляющей оболочки без привлечения пользователя. На рис. 4 представлена схема функционирования сервисов доступа к данным и приложениям веб-центра в области социодинамики. Пользователь авторизуется в проблемно-ориентированной среде через портал провайдера. Через соответствующий веб-интерфейс он может выбрать конкретные сервисы или шаблоны готовых КП, а также получить (при необходимости) доступ к другим видам ЭОР. Выбрав необходимые сервисы, пользователь средствами управляющей оболочки конструирует соответствующее КП, определяющее правила сбора, обработки и анализа данных в социальных сетях. Вычислительные ресурсы и сервисы сбора данных используются с учетом единого сертификата, который обеспечивает права пользователя, делегированные провайдером. По завершении расчетов пользователь может получить доступ к результатам расчетов через интерфейс портала веб-центра.

Пользователь

Хранилище данных

Результаты расчетов

*

fr \Ь

Распределенное хранилище

данных социальной сети

Рис. 4. Схема функционирования веб-г/ентра «Социодинамика»

В состав ЭОР центра «Социодинамика» входят учебно-методические материалы: лекции, электронные тьюторы, методические указания для выполнения лабораторных работ, методика обучения, а также собственно ВЛП, построенные на основе прикладных пакетов SD/Crawler, SD/Dynamics, SD/Analysis; стороннего программного обеспечения - Jung, Prefuse, NetworkX, iGraph, Pajek, Stocnet. В соответствии с назначением выделяются два блока ВЛП:

1) методический, предназначенный для ознакомления с основами работы веб-центра «Социодинамика» и языком метапрограммирования EasyFlow, на котором пользователь может в дальнейшем строить собственные КП, связанные с автоматизированным сбором данных, анализом и моделированием в сфере общественных наук;

2) гуманитарный, позволяющий обучаемым осваивать практические навыки анализа и моделирования процессов в социальных сетях, ориентированных на гуманитарные исследования (анализ и прогноз индексов общественных настроений (на примере темы «законы о пропаганде гомосексуализма»); выявление призывов к офф-лайн общественным/экстремистским акциям (на примере темы «Зеленый weekend»); обнаружение источников

умышленной дезинформации (на примере темы «Введение платного среднего образования»)).

ВЛП гуманитарного блока использованы в качестве контрольных примеров для экспериментальных исследований производительности веб-центра. В табл. 2 приведены вероятностные характеристики временных издержек - дополнительных затрат, связанных с использованием не локального, а облачного ресурса.

Таблица 2. Вероятностные характеристики составляющих временных издержек (с) на выполнение ВЛП в веб-11ентре «Социодинамика»

Составляющая времени, с Порядковые статистики Моменты

Мш 25 % Ме 75 % Мах среднее ско

Управление ресурсом 4.03 13.62 19.44 23.39 28.99 17.91 7.15

Подключение пакета 0.53 0.56 0.57 0.58 2.04 0.58 0.09

Мониторинг ресурса 0.02 0.02 0.02 0.05 1.28 0.05 0.15

Передача данных 0.03 0.04 0.04 0.04 1.31 0.05 0.09

Прием данных 0.01 0.71 0.77 0.80 3.01 0.70 0.29

Из таблицы видно, что среднее суммарное время издержек на выполнение задачи не превышает 20 с, из которых 85 % связано с реактивностью собственной системы управления удаленным вычислительным ресурсом, и только 15 % - с работой самого веб-центра, что подтверждает эффективность предложенных решений.

Пятая глава посвящена использованию инфраструктуры платформы СЬАУ1КЕ для создания облачного ВЛП как инструментального средства поддержки межвузовской мобильности молодых ученых. В ней приведены результаты апробации разработок (см. гл. 2, 3 диссертации) в рамках уникального проекта обеспечения межвузовской мобильности молодых ученых, посвященного разработке предметно-ориентированных технологий интерактивной ЗО-визуализации. Проект реализован на базе НИУ ИТМО, для его выполнения привлечены 10 молодых специалистов из вузов и академических организаций, представляющих 8 городов России. Перед каждым специалистом была поставлена индивидуальная задача - разработать программу визуализации результатов расчетов своего прикладного пакета, создать на его основе облачный сервис в среде СЬАУШЕ и интегрировать его с широкоэкранной системой виртуальной реальности таким образом, чтобы удаленные пользователи в НИУ ИТМО могли интерактивно управлять процессом визуализации с помощью системы захвата движения. Таким образом, каждый привлеченный специалист рассматривался как потенциальный разработчик ВЛП. При этом ни один из них ранее не имел опыта работы с облачными средами второго поколения; потому для унификации действий специалистов в рамках выполняемого проекта был использован интеллектуальный редактор СЬАУ[кЕ/РасказеМапа§ег. На рис. 5 приведена схема организации научных исследований привлеченных специалистов.

Управление визуалиэатором

Участник проекта/эксперт

X Е^* Ш Т Передача задачи на исполнение, обмен данными

| Формирование данных пакетов для запуска задачи, ^

Средства административного доступа к СЦА\/1РЕ

Описание ресурса участника проекта

1 Инструмент в ПОИ ПОИ Редактор

| описания пакета WorkFlow/Ginger

Предоставление Описание S Запуск

пакета, визуализатора / пакета 1 пакета

информации о ресурсе А___J

Редактирование/ запуск МР, работа с данными

Администратор

Участник проекта

Рис. 5. Схема организации научных исследований привлеченных специалистов

С использованием описанных выше подходов и технологий привлеченными специалистами был дистанционно разработан ряд композитных приложений, каждое из которых может интерпретироваться как интерактивный ВЛП, что позволило экспериментально исследовать эргономические и методические характеристики решений, описанных в главах 2 и 3 диссертации. Для экспериментальных исследований были проведены интервью с представителями двух фокус-групп. Первая группа включала участников проекта межвузовской мобильности молодых ученых и специалистов (10 человек), они самостоятельно осваивали инструментарий и ВЛП в дистанционном режиме, пользуясь только методическими указаниями. Вторая фокус-группа включала 15 студентов первого года обучения магистратуры (специальность «Прикладная математика и информатика», кафедра высокопроизводительных вычислений НИУ ИТМО); для них были проведены аудиторное занятие и мастер-класс по разработке и использованию ВЛП.

Проанализировав интервью, можно сделать следующие выводы. Большинство студентов отметили безусловную перспективность технологии, доступность для среднего пользователя; также к достоинствам были отнесены возможность дистанционного встраивания вычислительных пакетов, универсальный механизм использования прикладных пакетов в различных областях научной деятельности, удобный скриптовый язык программирования. К недостаткам студенты отнесли зависимость пользователя от экспертов по работе с плат-

формой, некоторые отметили сложность встраивания своего пакета и определения источников возникающих ошибок.

Ответы молодых ученых в целом более емкие, они касаются конкретных проблем технологии, что обусловлено опытом непосредственной работы в CLAVIRE. Молодые ученые охарактеризовали технологию как перспективную, однако отметили необходимость развития и доработки на различных уровнях. Они посчитали излишним использование механизма встраивания прикладного пакета посредством интеллектуального редактора. Однако отсутствие данного механизма не позволит построить процесс обучения в рамках AaaS по моделям «Б» и «В», поскольку будет невозможно достичь положительных эффектов, в том числе дескрипторов уровней знаний, умений и личностных качеств.

Мнения молодых ученых и студентов о достоинствах и недостатках технологии в общем совпадают.

Заключение. В ходе выполнения диссертационной работы были получены следующие основные результаты.

- Разработаны модели обучения с использованием ВЛП в рамках логики AaaS, обеспечивающие высокий уровень результатов освоения дисциплин совокупно по знаниевому, функциональному и личностно-мотивационному дескрипторам.

- Предложена общая архитектура программно-аппаратной среды поддержки функционирования ВЛП с использованием технологий облачных вычислений второго поколения на основе платформы CLAVIRE.

- Разработана процедура автоматизации процессов создания и модификации содержимого ВЛП, реализованная в интеллектуальном редакторе CLAVIRE/PackageManager.

- Продемонстрирована эффективность предложенного подхода к построению публичных ВЛП на примере учебно-научного веб-центра «Социодинамика».

- С помощью социологических исследований, основанных на методе фокус-групп, получена в целом положительная оценка возможности применения облачной среды для обучения.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Иванов С. В., Болгова Е. В., Каширин В. В., Якушев А. В., Чугунов А. В., Бу-хановский А. В. Web-ориентированный производственно-исследовательский центр «Социодинамика» // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. № 10. С. 65-71 [Входит в перечень ВАК].

2. Болгова Е. В., Иванов С. В., Грипина Е. А., Слоот П. М. А., Бухановский А. В. Параллельные алгоритмы моделирования динамических процессов на комплексных сетях // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. № 10. С. 72-79 [Входит в перечень ВАК].

3. Болгова Е.В., Богачева A.B., Духанов A.B., Князьков КВ., Бухановский A.B. Инфраструктурное обеспечение виртуальных лабораторных практикумов для междисциплинарных образовательных программ в рамках концепции

облачных вычислений // Современные проблемы науки и образования 2012. № 5 (Электронный журнал). URL: www.science-education.ru/105-6977 [Входит в перечень ВАК].

4. Чугунов A.B., Бершадская Л.А., Якушев A.B., Болгова Е.В., Биккулов A.C. Социальные сети и социометрические исследования: теоретические основания и практика использования автоматизированного инструментария изучения виртуальных сообществ // Информационные ресурсы России. 2012. № 4. С. 19-24 [Входит в перечень ВАК].

5. Бершадская Л.А., Биккулов A.C., Болгова Е.В., Чугунов A.B., Якушев A.B. Социометрические исследования в социальных сетях как инструментарий социологии и политологии // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4 (Электронный журнал). URL: http://www.science-education.ru/104-6901 [Входит в перечень ВАК].

6. Марьин C.B., Болгова Е.В. и др. Интеллектуальные технологии распределенных вычислений для моделирования сложных систем // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2010. Вып. 70. С. 123-124 [Входит в перечень ВАК].

7. Болгова Е.В., Бухановский A.B., Гуськов A.A., Духанов A.B., Насонов Д.А., Свитенков А.И. Учебно-методический комплекс для освоения многопрофильной инструментально-технологической платформы создания и управления распределенной средой облачных вычислений CLAVIRE// Матер. XIX Всеросс. науч.-метод. конф. «Телематика 2012». СПб, 2012.

8. Иванов С. В., Болгова Е. В., Каширин В. В., Якушев А. В., Чугунов А. В., Бухановский А. В., Слоот П.М.А. Веб-ориентированный центр в области со-циодинамики: концепция и принципиальная архитектура // Тр. XIV Всеросс.объединенной конф. «Интернет и современное общество» (IMS-2011). СПб, 2011.

9. Болгова Е. В., Урусова Г. 3. Многомерный статистический анализ неформальных сообществ в социальных сетях // Матер. Всеросс. конф. молодых ученых «ИНТЕРНЕТ: инновационные технологии и инженерные разработки». СПб, 2011.

10. Программная система анализа и моделирования информационных процессов в социальных сетях «SD/Dynamics» / B.B. Каширин, E.B. Болгова, A.B. Бухановский, П.М.А. Слоот. Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2012617949 от 03.09.2012 г.

11. Распределенная информационная система в области социодинамики и ее приложений / Е.В. Болгова, A.A. Гуськов, A.B. Богачева, A.B. Духанов, A.B. Бухановский. Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2012619134 от 26.10.2012 г.

Подписано в печать «19» ноября 2012 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,1. Тираж 150 экз. Заказ № 105 Отпечатано в цифровом копировальном центре «Восстания — 1» 191036, Санкт-Петербург, Восстания, 1.

Основные обозначения и сокращения.

Введение

Глава 1 Облачные технологии еЬеагпн^.

1.1. Электронные образовательные ресурсы и виртуальные лаборатории.

1.2. Технологии облачных вычислений.

1.3. Модели организации ЭОР на основе облачных вычислений.

1.4. Перспективы организации ВЛП на основе модели Ааа8.

Выводы по главе 1.

Глава 2 Модели обучения с использованием ВЛП на основе модели Ааа8.

2.1. Состав и структура ВЛП.

2.2. Информационные модели обучения с использованием ВЛП.

2.3. Организация ВЛП на основе платформы СЬАУЖЕ.

2.4. Программно-аппаратное обеспечение учебного процесса.

Выводы по главе 2.

Глава 3 Инструментальное средство автоматизации построения ВЛП.

3.1. Процедура и технологии построения ВЛП на основе платформы СЬАУШЕ.

3.2. Проектирование и детализация архитектуры инструментального средства.

3.3. Проектирование интерфейсов инструментального средства.

3.4. Методика применения инструментального средства.

Выводы по главе 3.

Глава 4 Организация публичных ВЛП: \уеЬ-центр «Социодинамика».

4.1. Концепция шеЬ-центра.

4.2. Состав и высокоуровневая архитектура луеЬ-центра.

4.3. Экспериментальные исследования производительности шеЬ-центра.

4.4. Пример выполнения ВЛП на основе шеЬ-центра.

Выводы по главе 4.

Глава 5 Использование инструментального средства для поддержки межвузовской мобильности молодых ученых.

5.1. Организация коллаборативной облачной инфраструктуры для поддержки межвузовской мобильности молодых ученых.

5.2. Процесс разработки композитных приложений для интерактивной визуализации.

5.3. Примеры композитных приложений, разработанных привлеченными молодыми учеными и специалистами.

5.4. Экспериментальное исследование возможности применения платформы облачных вычислений для обучения.

Выводы по главе 5.

Развитие технологий «электронного обучения» (eLearning) предъявляет новые требования к формам и способам организации электронных образовательных ресурсов (ЭОР), одним из видов которых являются виртуальные лабораторные практикумы (ВЛП) - аппаратно-программные комплексы с дистанционным (удаленным) доступом, предназначенные для имитации процессов, протекающих в изучаемых реальных объектах. Традиционно такие комплексы включают в себя средства численного моделирования различных процессов и явлений, источники данных, в том числе - эмулирующие процессы в информационно-измерительных системах, инструменты интерпретации полученных результатов (включая визуализацию), а также инфраструктуру, обеспечивающую их использование посредством Интернет. В России развитию методов и технологий разработки и использования ВЛП посвящены работы научных коллективов В.П. Гергеля, С.А. Бояшовой, Л.С. Лисицыной, A.B. Лямина, O.A. Касьянова и ряда других исследователей.

Одной из перспективных концепций для построения инфраструктуры ЭОР являются облачные вычисления, отражающие модель предоставления доступа по требованию к массиву настраиваемых компьютерных ресурсов (например, сетям, серверам, хранилищам, приложениям и сервисам), которые могут быть быстро зарезервированы и высвобождены с минимальными управляющими усилиями или действиями со стороны провайдера. Однако прямой перенос принципов облачных вычислений, характерных для бизнес-приложений, для поддержки ВЛП не всегда продуктивен, поскольку не позволяет в полной мере отразить их методическую составляющую. Как следствие, это ставит проблему адаптации специфических моделей и разработки предметно-ориентированных облачных технологий, ориентированных на особенности обучения с использованием ВЛП. Одной из них является модель AaaS (Application as a Service), которая позволяет описывать процессы, изучаемые посредством ВЛП, в форме композитных приложений (КП) - совокупности взаимодействующих облачных сервисов, ориентированных на решение общей задачи. Каждый из таких сервисов решает задачи численного моделирования, доступа к данным или обработки результатов, а связи между ними отражают структуру рассматриваемого объекта с заданной степенью детализации. Однако практическая технология разработки и настройки ВЛП с использованием модели AaaS в настоящее время неразвита, что и определяет актуальность темы исследования.

Предметом исследования являются процессы создания ВЛП, функционирующих в среде облачных вычислений.

Целью работы является решение задачи, играющей существенную роль в области проектирования и разработки ЭОР на основе облачных вычислений - создание моделей обучения и технологий автоматизации процессов разработки и использования ВЛП в высокопроизводительных вычислительных средах на основе облачной модели AaaS.

Задачи исследования. Достижение поставленной цели подразумевает решение следующих задач:

- определение требований к ВЛП на основе облачных вычислений, разработка моделей обучения с использованием AaaS, а также выбор платформы облачных вычислений для разработки ВЛП и его обоснование;

- проектирование программно-аппаратной среды организации ВЛП с использованием технологий облачных вычислений второго поколения;

- разработка процедуры автоматизации создания и модификации содержимого ВЛП, а также реализация инструментального средства для этих целей;

- экспериментальное исследование разработанных ВЛП и инструментальных средств на основе учебно-научного веб-центра «Социодинамика» в среде облачных вычислений;

- оценка возможности применения предложенных решений для совместной учебно-научной деятельности распределенных групп специалистов в рамках обеспечения межвузовской мобильности.

Методы исследования включают в себя методы теории графов, теории языков программирования, методы проектирования информационных систем и построения графических человеко-машинных интерфейсов, теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна заключается в построении облачных ВЛП на основе модели AaaS второго поколения, интерпретирующей процесс обучения в виде формального потока заданий (workflow, WF), отображаемого на композитное приложение, которое функционирует в распределенной среде, что позволяет:

- обеспечить высокий уровень результатов освоения дисциплин совокупно по знание-вому, функциональному и личностно-мотивационному дескрипторам;

- минимизировать негативные эффекты технологий «электронного обучения»: эрозию знаний, иллюзию интерактивности и информационную избыточность.

Практическую ценность работы составляют:

- инструментальное средство для автоматизации процесса создания и модификации содержимого ВЛП;

- \уеЬ-ориентированный центр «Социодинамика», реализующий концепцию облачных вычислений и использующий модель АааБ для организации ВЛП.

На защиту выносятся:

- модели обучения с использованием ВЛП на основе перспективной модели облачных вычислений АааБ, которые позволяют снизить негативные эффекты эрозии знаний, иллюзии интерактивности и информационной избыточности при работе с ЭОР;

- процедура автоматизации создания и эксплуатации ВЛП на основе платформы облачных вычислений СЬАУЖЕ.

Достоверность научных результатов и выводов обусловлена результатами тестирования алгоритмов и программного обеспечения, экспериментальными исследованиями функциональных характеристик, исследованием на фокус-группах, а также практическим внедрением (опытной эксплуатацией) разработанных программных средств.

Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве, заключается в выполнении аналитического обзора в проблемной области диссертационной работы, обосновании требований к ВЛП, основанных на технологии облачных вычислений, участии в разработке семейства моделей обучения на основе АааБ, обосновании выбора платформы для разработки ВЛП, проектировании и реализации инструментального средства для автоматизации процесса создания и настройки содержимого облачных ВЛП, проектировании структуры и содержания учебно-методических материалов луеЬ-центра «Социодинамика», подготовке и проведении экспериментальных исследований луеЬ-центра, участии в организации исследований с привлечением фокус-групп. Из работ, выполненных в соавторстве, в диссертацию включены результаты, которые соответствуют личному участию автора.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам НИИ НКТ НИУ ИТМО:

Алексею Валентиновичу Духанову за обсуждение и полезные указания по развитию моделей обучения (п. 2.2),

Константину Валерьевичу Князъкову и Тимофею Николаевичу Чурову за поддержку вычислительной инфраструктуры СЬАУЖЕ, на основе которой строились средства автоматизации ВЛП (п. 2.4, 5.1),

Даниилу Валентиновичу Волошину и Ксении Антоновне Пузыревой за помощь в организации социологического исследования (п. 5.4).

Выводы по главе 5

В пятой главе описывается использование инфраструктуры платформы СЬАУ1КЕ для создания облачного ВЛП как инструментального средства поддержки межвузовской мобильности молодых ученых. Приведены результаты апробации предложенного подхода к созданий ВЛП в рамках уникального проекта обеспечения межвузовской мобильности молодых ученых, посвященного разработке предметно-ориентированных технологий интерактивной ЗБ-визуализации.

Привлеченными специалистами был дистанционно разработан ряд композитных приложений, каждое из которых может интерпретироваться как интерактивный ВЛП, что позволило экспериментально исследовать эргономические и методические характеристики решений, описанных в главах 2 и 3 диссертации. Для экспериментальных исследований были проведены интервью с представителями двух фокус-групп.

Независимо от того, что респонденты обеих фокус-групп имели разную степень знакомства с СЬАУЖЕ, их мнения о достоинствах и недостатках технологии в общем совпадают. Респонденты дали в целом положительную оценку возможности применения платформы для обучения. Однако следует отметить, что из-за сложности освоения облачных технологий с точки зрения создания ВЛП, существенную роль играет качество эксплуатационной, программной и методической документации. тических ситуациях» в рамках реализации постановления Правительства РФ №220, «Высокопроизводительный программный комплекс для моделирования электронных и электромеханических свойств наноуглеродных объектов», «Разработка \уеЬ-ориентированного производственно-исследовательского центра в области социодинамики и ее приложений» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»

Полученные в работе результаты обсуждались на международных и всероссийских научных конференциях, семинарах и совещаниях и круглых столах, включая: научный семинар Института информатики при Университете города Амстердам (декабрь 2010 г.), XIV Всероссийскую объединенную научную конференцию «Интернет и современное общество» (12-14 октября 2011г., г. Санкт-Петербург), XVIII Всероссийскую научно-методическую конференцию «Телематика'2011» (20-23 июня 2011 г., г. Санкт-Петребург), XIX Всероссийскую научно-методическую конференцию «Телематика'2012» (2012 г., Санкт-Петербург).

По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 — в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК РФ и 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

1. Ong C.-S., Lai J.-Y., & Wang Y.-S. Factors affecting engineers' acceptance of asynchronous elearning systems in high-tech companies. Information & Management, 41 (6), 795-804.

2. Jones A.J. ICT and Future Teachers: Are we preparing for e-Learning? Paper presented at the

3. IP Working Groups 3.1 and 3.3 Conference: ICT and the Teacher of the Future, January 27-31, 2003, Melbourne, Australia.

4. ГОСТ P 53620-2009. Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Электронные образовательные ресурсы. Общие положения Введ. 01.01.2011. - М. : Стандартинформ, 2011. - 12 с.

5. ГОСТ Р 52653-2006. Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Термины и определения. Введ. 01.07.2008. - М. : Стандартинформ, 2007. - 12 с.

6. ГОСТ Р 52657-2006. Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Образовательные интернет-порталы федерального уровня. Рубрикация информационных ресурсов. Введ. 01.07.2008. - М. : Стандартинформ, 2007. - 12 с.

7. Глоссарий учебных реурсов. Электронный ресурс. Режим доступа: http://edu.kspu.rU/file.php/l/hrestomatia/glossarv.htm, свободный. Загл. с экрана.

8. Трухин А. В. Об использовании виртуальных лабораторий в образовании // Открытое идистанционное образование. 2002. №4 (8).

9. Глоссарий центра новых информационных технологий. Электронный ресурс. Режим доступа: http://cnit.mpei.ac.ru/textbook/07 00 00 00.htm. свободный. Загл. с экрана.

10. BenioffM., Lazowska E. Computational Science: Ensuring America's Competitiveness; President's Information Technology Advisory Committee (PITAC) Report, June 2005. http://www.nitrd.gov.

11. Васильев В. H., Лисицына Л. С., Лямин А. В. Сетевое сообщество на основе методического интернет-центра: первый опыт создания и перспективы развития//Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2006. №32. С. 254-259.

12. Foster /., Zhao Y, Raicu I., Lu S. Cloud Computing and Grid Computing 360-Degree Compared. Электронный ресурс. Режим доступа: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0901/0901.0131 .pdf, свободный.

13. Rajkumar Buyya, Chee Shin Yeo, Srikumar Venugopal, James Broberg, Ivona Brandie Cloud computing and emerging it platforms: Vision, hype, and reality for del ivering computing as the 5th utility, Future Generation Computer Systems 25 (6) (2009) 599-616.

14. Twenty-One Experts Define Cloud Computing // Cloud Computing Journal электронный ресурс. Режим доступа: http://cloudcomputing.sys-con.com/node/612375/, свободный.

15. NIST.gov Computer Security Division - Computer Security Resource Center электронный ресурс. Режим доступа: http://csrc.nist.gov/groups/SNS/cloud-computing/, свободный.

16. Defining the Cloud Computing Framework // Cloud Computing Journal электронный ресурс. Режим доступа: http://cloudcomputing.sys-con.com/node/811519, свободный.

17. Youseff L, Butrico M, Da Silva D. Toward a unified ontology of cloud computing. In: Grid computing environments workshop, 2008. GCE '08grid computing environments workshop, 2008, GCE '08, pp 1-10.

18. Cloud Computing Vendors Taxonomy // OpenCrowd электронный ресурс. Режим доступа: http://cloudtaxonomy.opencrowd.com/taxonomy/, свободный.

19. Laird OnDemand: Cloud Computing Taxonomy at Interop Las Vegas, May 2009 электронный ресурс. Режим доступа: http://peterlaird.blogspot.com/2009/05/cloud-computing-taxonomy-at-interop-las.html, свободный.

20. Marios D. Dikaiakos, Dimitrios Katsaros, Pankaj Mehra, George Pallis, Athena Vakali. Cloud computing: Distributed internet computing for it and scientific research, IEEE Internet Computing 13 (5) (2009) 10-13.

21. Jorge Ejarque, Marc de Paloland Inigo Goiri, Ferran Julia, Jordi Guitart, Rosa M. Badia, Jordi Torres SLA-driven semantically-enhanced dynamic resource allocator for vir tualized service providers, in: Proceedings of the e-Science Conference, 2008.

22. R. Buyya, D. Abramson, S. Venugopal The Grid economy, Proceedings of the IEEE 93 (3) (2005) 698-714.

23. G. Stuer, K. Vanmechelena, J. Broeckhovea A commodity market algorithm for pricing sub-stitutable grid resources, Future Generation Computer Systems 23 (5) (2007) 688-701.

24. B. Van Looy, P. Gemmel, R. Van Dierdonck (Eds.), Services Management: An Integrated Approach, in: Financial Times, Prentice Hall, Harlow, England, 2003.

25. Облачные вычисления в образовании электронный ресурс. Режим доступа: http://iite.unesco.org/flles/policy briefs/pdf/ru/cloud computing.pdf, свободный

26. Яндекс.Дискэлектронный ресурс. Режим доступа: http://disk.yandex.ru/, свободный.

27. Skydrive электронный ресурс. Режим доступа: https://skydrive.live.com/, свободный.

28. Виртуальная образовательная лаборатория VirtuLab. электронный ресурс. Режим доступа: http://www.virtulab.net/, свободный.

29. Виртуальная лаборатория «Физикам преподавателям и студентам» челябинского государственного университета. электронный ресурс. Режим доступа: http://teachmen.ru/, свободный.

30. Центр научно-образовательных электронных ресурсов eScience&Learning. электронный ресурс. Режим доступа: http://cdokp.tstu.tver.ru/site.center/index.aspx, свободный.

31. Математическое моделирование в естественных науках, электронный ресурс. Режим доступа: http://www.mathmod.aspu.ru/, свободный.

32. Виртуальная лаборатория «Физика», электронный ресурс. Режим доступа: http://barsic.spbu.ru/www/labl 108/index.html, свободный.

33. Язык программирования BARSIC. электронный ресурс. Режим доступа: http://progopedia.ru/language/barsic/, свободный.

34. Портал «Нанолаборатория РГРТУ с дистанционным доступом через сеть Internet к комплексу нанотехнологического исследовательского оборудования», электронный ресурс. Режим доступа: nanocent.rsreu.ru, свободный.

35. Mervyn F., Senthil Kumar А., Вок S.H., Nee A.Y.C. Developing distributed applications for integrated product and process design // Computer-Aided Design. Vol 36, Issue 8. 2004. P. 679-689.

36. Fan L.Q. et al. Development of a distributed collaborative design framework within peer-to-peer environment. // Computer-Aided Design. Vol. 40. 2008. P. 891-904.

37. Twenty-One Experts Define Cloud Computing Электронный ресурс.// Cloud Computing Journal. Режим доступа: http://cloudcomputing.sys-con.com/node/612375/, свободный. -Загл. с экрана. - Яз. англ.

38. Виртуальный лабораторный практикум «Многомасштабное моделирование в нанотех-нологиях». Электронный ресурс. Режим доступа: nanomodel.ru, свободный. - Загл. с экрана.

39. Triana Open Source Problem Solving Software Электронный ресурс. - Режим доступа: http://www.trianacode.org/.

40. I. Taylor, M. Shields, I. Wang, and A. Harrison. In I. Taylor, E. Deelman, D. Gannon, and M. Shields, editors, Workflows for e-Science, pages 320-339. Springer, New York, Secau-cus, NJ, USA, 2007.

41. LONI Pipeline Электронный ресурс. Режим доступа: http://pipeline.loni.ucla.edu/.

42. Taverna open source and domain independent Workflow Management System Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.taverna.org.uk/.

43. D. Hull, К. Wolstencroft, R. Stevens, C. Goble, M. Pocock, P. Li, and T. Oinn Taverna: a tool for building and running workflows of services. Nucleic Acids Research, vol. 34, iss. Web Server issue, pp. 729-732, 2006.

44. MeSsAGE Lab Nimrod Toolkit Электронный ресурс. - Режим доступа: http://messagelab.monash.edu.au/Nimrod.

45. Abramson D., Giddy, J. and'Kotler L. High Performance Parametric Modeling with Nim-rod/G: Killer Application for the Global Grid?, International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS), pp 520- 528, Cancun, Mexico, May 2000.

46. CLAVIRE: e-Science infrastructure for data-driven computing / К. V. Knyazkov, S. V. Kovalchuk, T. N. Tchurov, S. V. Maryin and A. V. Boukhanovsky // Journal of Computational Sciences, Vol. 3(6) 2012 - P. 504-510.

47. Бухановский А. В., Ковалъчук С. В., Марьин С. В. Интеллектуальные высокопроизводительные программные комплексы моделирования сложных систем: концепция, архитектура и примеры реализации // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 10. С. 5—24.

48. Бухановский А. В., Васильев В. Н. Современные программные комплексы компьютерного моделирования e-Science // Изв. вузов. Приборостроение. 2010. Т. 53, № 3. С. 60—64.

49. A.B. Бухановский, В.Н. Васильев и др. CLAVIRE: Перспективная технология облачных вычислений второго поколения // Известия высших учебных заведений. Приборостроение.-2011.-№10.-С. 7-14.

50. Web-ориентированный производственно-исследовательский центр «Социодинамика». Электронный ресурс. Режим доступа: http://socio.escience.ifmo.ru/, свободный.

51. Учебно-научный комплекс «HPC-NASIS II Компьютерное моделирование в нанотех-нологиях». Электронный ресурс. - Режим доступа: http : //hpc-nasis. ifmo .ru/, свободный. - Загл. с экрана.

52. Князьков К.В. Технология разработки композитных приложений с использованием предметно-ориентированных программных модулей: Дис. канд. техн. наук: 05.13.11. СПб, 2012. 170 с.

53. Лисицына Л. С., Лямин A.B., Шехонин A.A. Разработка рабочих программ дисциплин (модулей) в составе основных образовательных программ, реализующих ФГОС ВПО. СПб: СПбГУ ИТМО, 2011.

54. Chau, D. H., Pandit, S., Wang, S., & Faloutsos, C. Parallel crawling for online social networks. Proceedings of the 16th international conference on World Wide Web

55. Князьков К. В., Ларченко А. В. Предметно-ориентированные технологии разработки приложений в распределенных средах // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. Т. 54, № 10. С. 36-43.

56. Бухановский А. В., Васильев В. Н., Виноградов В. Ю., Смирнов Д. А., Сухорукое С. С., Яппаров Т. Г. CLAVIRE: перспективная технология облачных вычислений второго поколения // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2011. Вып. 10.

57. Инструментально-технологическая среда построения композитных приложений для моделирования сложных систем «Easis». Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ №2011611380.

58. Программная система интеллектуального сбора и анализа данных в социальных сетях «SD/Crawler». Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ №2012617951 от 03.09.2012 г.

59. Программная система анализа и моделирования информационных процессов в социальных сетях «SD/Dynamics». Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2012617949 от 03.09.2012 г.

60. Pajek Электронный ресурс. Режим доступа: http://pajek.imfm.si/doku.php?id=, свободный. Загл. с экрана. - Яз. англ.69. iGraph Электронный ресурс. Режим доступа: http://igraph.sourceforge.net/, свободный.

61. Network X Электронный ресурс. Режим доступа: http://netw0rkx.lanl.g0v/#, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

62. Prefuse information visualization toolkit Электронный ресурс. - Режим доступ: http://prefuse.org/, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

63. StOCNET Электронный ресурс. Режим доступа: http://stat.gamma.rug.nl/stocnet/, свободный. Загл. с экрана. - Яз. англ.

64. JUNG Электронный ресурс. Режим доступа: jung.sourceforge.net, свободный. -Загл. с экрана. Яз. англ.

65. Olston С. Web Crawling // Foundations and Trends in Information Retrieval. 2010.

66. Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 г.» электронный ресурс. http://www.fcpk.rn/Default.aspx

67. Burdea G.C., Coiffet P. Virtual Reality Technology, 2nd Edition. Wiley-IEEE Press, 2003.

68. Young Russian researchers take up challenges in the computational sciences / Peter M.A. Sloot, Alexander V. Boukhanovsky // Journal of Computational Science, 3(6) 2012 - P. 439-440.

69. Prospects for Computational Steering of Evolutionary Computation / S. Bullock, J. Cartlidge, M. Thompson // Workshop Proceedings of the Eighth International Conference on Artificial Life. MIT Press. 2002. - pp. 8-13