Киберуниверситет на вечной мерзлоте

Что мы знаем о Якутии? Скорее всего, не более того, что это территория вечной мерзлоты, c расположенным здесь полюсом холода и усыпанная алмазами. Действительно, это земля с морозами под семьдесят, а в мае в Якутске можно совершить экскурсию по шахте с ледяными скульптурами, но главное  —  она населена людьми самобытной культуры и подкупающего дружелюбия. Не менее впечатляет их увлеченность идеей всестороннего развития своего сурового края, поэтому неудивительно, что университет Якутска, не так давно преобразованный в  Северо-Восточный  федеральный университет, стал одним из пионеров реализации концепции «электронного университета», или киберуниверситета, как предпочитают называть ее здесь. Ключевым компонентом этого процесса стало формирование на базе облачных технологий единого информационного сервисного пространства университета (ЕИСП).

Создание виртуальной платформы с возможностью доступа из любой точки и с любого устройства к различным образовательным сервисам определяется в СВФУ не просто желанием быть на переднем крае информационных технологий, что также присутствует, но и насущной необходимостью, связанной с рядом особенностей работы и развития этого университета. СВФУ был организован четыре года назад на базе Якутского госуниверситета путем присоединения к нему еще нескольких вузов и научных организаций Якутии. Сегодня в состав университета входят девять факультетов, десять учебных и шесть научных институтов. Кроме того, СВФУ имеет три филиала: в Нерюнгри, Мирном и в Чукотском автономном округе, причем открытый в прошлом году Анадырский филиал стал первым высшим учебным заведением на Чукотке. В 2010 году в университете училось 22 тыс. студентов из трех регионов РФ, а к 2020-му планируется увеличение их численности до 30 тыс., и географический охват будет включать девять регионов РФ, а также некоторые страны Азиатско-Тихоокеанского региона.

Распределенность структуры университета ставит задачу организации эффективной связи между его подразделениями, а особенности региона с его суровым климатом, трудностями доступа в отдаленные районы и относительной изолированностью от остальной России делают такую связь насущной необходимостью. В университете пришли к выводу, что ликвидировать неизбежное «цифровое неравенство» студентов и преподавателей в разных частях республики и в масштабах всей Якутии по отношению к «Большой земле», а также интегрировать университет в международное образовательное пространство можно только опираясь на современные коммуникационные технологии и реализацию идеи образовательного облака. Как подчеркивает куратор проекта ЕИСП, первый проректор СВФУ по финансово-экономической и коммерческой деятельности Сергей Неустроев, ключевой задачей проекта является достижение нового качества образования и исследований в университете, но при этом есть четкое понимание того, что решение этой задачи невозможно без глубокой модернизации ИТ-инфраструктуры вуза. «Мы пришли к выводу, — замечает Неустроев, — что наши вложения в ИТ должны идти опережающими темпами по сравнению с нашими соседями — университетами Сибири — и вузами Центрального региона».

Стоит отметить, что университеты и научные организации на востоке страны действительно оказываются пионерами внедрения облачных технологий, опережая в этом отношении ведущие вузы Москвы и Санкт-Петербурга. Как признают все участники проекта, основным катализатором создания ЕИСП в СВФУ было решение ректора университета Евгении Михайловой, которая осознала необходимость нового стратегического шага в развитии вуза и после тщательного анализа и выбора дала старт этому масштабному начинанию.

ЕИСП: от идеи до реализации

По словам Неустроева, главной целью создания единого информационного сервисного пространства СВФУ является обеспечение электронными образовательными ресурсами и новыми образовательными сервисами студентов и преподавателей вуза, а в перспективе и внешних потребителей. Идея киберуниверситета, основу которого составит ЕИСП, вынашивалась в СВФУ давно и стала приобретать реальные очертания с началом тесного взаимодействия вуза с компанией «Инлайн Груп». В 2011 году специалисты компании развернули в университете суперкомпьютер «Ариан Кузьмин», и, как рассказывает Владимир Янушкевич, заместитель генерального директора «Инлайн Груп», уже в процессе обсуждения суперкомпьютерного проекта завязался диалог с руководством университета по всему спектру проблем информатизации СВФУ. «Нас очень вдохновило то, что руководство университета, его ключевые специалисты не боялись обсуждать самые передовые концепции и технологии. Идея университета третьего тысячелетия нас захватила, и уже в процессе установки суперкомпьютера мы начали предлагать основы ЕИСП», — поясняет Янушкевич.

При выборе платформы для реализации ЕИСП университет предъявлял требования, включая гибкость и масштабируемость, очевидно необходимые для такой организации, как университет с региональными филиалами и амбициозными планами по расширению, а также не менее очевидные — надежность, безопасность и управляемость. Представители СВФУ настаивали и на лицензионной чистоте решения. Кроме того, удаленность республики от других регионов порождает проблему поддержки широкополосного доступа к внешним ресурсам, поэтому необходима была платформа, предоставляющая широкие возможности создания собственного контента. Наконец, система должна была поддерживать распределенную работу, позволяя полностью задействовать профессорско-преподавательские ресурсы из всех регионов.

Все эти требования подталкивали к созданию централизованной виртуальной среды с возможностями универсального удаленного доступа, достаточным потенциалом для масштабирования и адаптируемой для поддержки разнообразных образовательных ресурсов и средств управления учебным процессом в режиме онлайн. Фактически ставилась задача построения частного облака университета. В процессе поиска решения специалисты СВФУ обращались к опыту коллег в университетах Южной Кореи, изучали проект создания виртуализированной среды в Дальневосточном федеральном университете на базе решений VMware, Microsoft и Citrix, а также возможности облачной образовательной платформы «РСК Универсум», разработанной в группе компаний «РСК» на основе технологий с открытым кодом.

В «Инлайн Груп», выступившей в роли генерального подрядчика проекта ЕИСП, рекомендовали университету последний вариант, в пользу которого говорил ряд факторов. Как поясняет Янушкевич, одним из ключевых моментов была ориентация платформы «РСК Универсум» на решения с открытым кодом, что обеспечивало сокращение инвестиций в лицензии. Данное решение позволяло обойтись без больших вложений не только в покупку ПО, но и в подготовку персонала для администрирования и поддержки, поскольку оно является достаточно простым в реализации и управлении. Кроме того, важно, что система «РСК Универсум» создавалась для конкретных образовательных задач в университетской среде, и потому, как утверждают специалисты РСК, она доступна и прозрачна для использования преподавателями и студентами, а не только ИТ-специалистами.

Реализация ЕИСП стартовала в ноябре 2011 года с разработки системного проекта единого информационного сервисного пространства СВФУ. В создании концепции ЕИСП активное участие приняла корпорация Intel, имеющая опыт внедрения подобных решений в мире. Одновременно были начаты работы по формированию инфраструктуры, прежде всего телекоммуникационной, для развертывания ЕИСП. Как отмечает Неустроев, из 4 млн долл. инвестиций в проект 80% пошло на развертывание современных коммуникаций как ключевого компонента новой образовательной среды, которая должна быть доступна пользователям из любой точки в бесперебойном и круглосуточном режиме. Было реализовано заново или серьезно модернизировано 15 телекоммуникационных подсистем на базе технологий компании Cisco, в которой, как рассказывает Янушкевич, оценивают проект в СВФУ как один из крупнейших в России с точки зрения телекоммуникаций. Задачу по созданию аппаратной платформы ЕИСП упростило наличие в университете суперкомпьютера «Ариан Кузьмин» — часть его вычислительных мощностей была выделена под развертывание облачных технологий с возможностью гибкого расширения.

Ключевым приоритетом проекта была определена поддержка мобильности пользователей ЕИСП, в качестве универсального средства доступа к системе выбраны ноутбуки, а в перспективе будет реализована возможность работы и с планшетных компьютеров и смартфонов. При этом кроме решения технических вопросов значительная часть вложений в рамках проекта была направлена на закупку «социальных ноутбуков», которые будут безвозмездно предоставляться студентам и преподавателям, не имеющим возможности приобретать собственные.

Телекоммуникационная инфраструктура и аппаратная платформа для развертывания ЕИСП входили в компетенцию «Инлайн Груп», а компания «РСК» выступила в роли поставщика системы дистанционного обучения на облачной платформе. Как отмечает Неустроев, одним из наиболее важных факторов успеха первого этапа проекта, который удалось реализовать за шесть месяцев, стало создание временного творческого коллектива по реализации проекта, объединившего преподавателей-предметников, методистов, сотрудников управления по информатизации университета, специалистов «Инлайн» и РСК. В завершающие полтора месяца первого этапа, с марта по май 2012 года, прошла опытная эксплуатации ЕИСП, в которой приняли участие 154 студента в 12 студенческих группах. В систему «РСК Универсум» внесены около 500 электронных материалов: лекции, практические занятия, тесты, документы, приложения — по шести учебным курсам из химии, математики, информатики и экологии.

В опытной эксплуатации ЕИСП приняли участие студенты и преподаватели трех подразделений СВФУ: Института математики и информатики, биолого-географического факультета и Физико-технического института. В мае 2012 года система передана в опытно-промышленную эксплуатацию, и в университете начато обучение функциональным возможностям и практической работе в ЕИСП 997 преподавателей, ведущих занятия на первых и вторых курсах всех факультетов и институтов СВФУ. Это позволит с нового учебного года охватить возможностями этой образовательной платформы около четырех тысяч студентов университета.

Пространство образовательных сервисов

Архитектура единого образовательного сервисного пространства СВФУ охватывает несколько уровней (см. рисунок). В качестве аппаратной базы для системы выделена часть кластера «Ариан Кузьмин», построенного на основе стандартных серверов-лезвий BL2x220 и HP SL39, которая масштабируется по мере расширения круга пользователей. Телекоммуникационная инфраструктура сейчас обеспечивает работу в ЕИСП из всех учебных корпусов и общежитий кампуса университета в Якутске, а подключение филиалов университета планируется на следующем этапе реализации проекта. По словам Янушкевича, в системе предусмотрены развитые возможности виртуализации телекоммуникационной среды, которые позволяют организовывать частные виртуальные сети разных масштабов, в том числе в рамках отдельных кафедр или лабораторий.

Архитектура ЕИСП

Смысловым центром ЕИСП является облачная платформа и среда дистанционного обучения «РСК Универсум». К сожалению, хотя разработчики и ориентируются на продукты с открытым кодом, они не раскрыли архитектурных деталей своего решения. Известно только, что для реализации облачного подхода используются гипервизор Xen и облачная IaaS-платформа Eucalyptus, предоставляющая возможности распределения нагрузки между виртуальными машинами, добавления и вывода ресурсов кластера из использования и др. Облачная инфраструктура надстроена образовательной средой «РСК универсум», предоставляющей средства создания и развертывания различных сервисов для онлайн-обучения, что можно рассматривать как облачную образовательную «платформу в качестве сервиса» (PaaS).

В компании Intel считают, что при создании образовательных платформ необходимо учитывать особенности студенческой аудитории и, как правило, ограниченные возможности ИТ-специалистов вузов, максимально упрощая процессы доступа и использования решения, а также его администрирования, расширения и сопровождения. Для доступа к среде «РСК Универсум» на конечном устройстве необходим только браузер, благодаря чему пользователям не нужно овладевать специальными навыками для работы с системой, а администраторам достаточно контролировать только централизованную облачную часть решения, поскольку никаких обновлений ПО на клиентских рабочих местах не требуется. В ходе первого этапа проекта ЕИСП было обучено три ИТ-специалиста университета, которым теперь поручена несложная работа по администрированию.

Как поясняет исполнительный директор РСК Алексей Шмелев, все данные пользователей «РСК Универсум» размещаются в централизованном хранилище, которое обеспечивает надежность и безопасность хранения информации благодаря использованию средств резервного копирования и восстановления. Система поддерживает персонализированные профили каждого пользователя, что позволяет студенту, например, начать работать с системой в аудитории в ходе учебного занятия, а затем вернуться к ней для выполнения домашнего задания в общежитии. В хранилище данных «РСК Универсум» сохраняются как данные пользователя, так и его персональные настройки, что, по мнению Шмелева, обеспечивает реализацию персональных виртуальных рабочих мест. Стоит заметить, что при этом система не предоставляет каких-либо средств управления групповыми политиками, имеющих важное значение для организации вузовского учебного процесса в режиме онлайн (как это сделано, например, в образовательном облаке Южно-Уральского госуниверситета, построенном на базе технологий Microsoft и Citrix).

Платформа «РСК Универсум» поддерживает работу с персонализированным учебным планом, создание интерактивных методических пособий в различных форматах, в том числе с поддержкой аудио и видео, реализацию лабораторных работ и тестирования, а также запуск различных приложений. Для иллюстрации последней возможности в СВФУ приводятся расчеты на базе Excel, работа с приложениями OpenOffice, обучение программированию на языке Паскаль, но утверждается, что возможности запуска приложений в облаке на суперкомпьютерной платформе ничем не ограничены. Более того, в качестве одной из перспектив применения «РСК Универсум» рассматривается использование суперкомпьютерных приложений в учебном процессе, например, для обучения параллельному программированию или для проведения на старших курсах лабораторных работ на базе результатов научных исследований. Как подчеркивают в РСК, именно возможность работы с реальными приложениями отличает их облачную образовательную платформу от традиционных систем дистанционного обучения, которые ограничиваются доступом к электронным ресурсам и интерактивным учебным пособиям.

В системе реализованы также специальные модули для деканата и ректора, позволяющие получить статистику разного уровня детализации по использованию системы при изучении различных курсов, формировать расписания и выполнять тесты. Такой взгляд на систему «с высоты птичьего полета», предоставляющий возможность углубиться в данные вплоть до отдельного преподавателя или студента, позволит руководству университета, с одной стороны, анализировать качество работы профессорско-преподавательского состава и успеваемость студентов, а с другой, оценивать эффективность применения платформы «РСК Универсум» в учебном процессе.

Платформа предоставляет инструменты для создания новых образовательных сервисов. Специальное рабочее место «РСК Универсум» поддерживает различные возможности формирования нового учебного контента — от простого выкладывания в онлайн-доступ презентаций или материалов в формате PDF до их компоновки в интерактивные учебные курсы, создания тестовых заданий и т. д. Вся эта работа, по словам Шмелева, может быть освоена любым преподавателем, поэтому университет, получив на первом этапе проекта определенный набор образовательных сервисов, имеет возможность расширять ЕИСП в соответствии со своими потребностями, не прибегая к помощи внешних консультантов. Более сложной задачей является развертывание облачных приложений, но и она в большинстве случаев вполне решаема силами ИТ-специалистов вуза.

Уже на первом этапе проекта преподаватели СВФУ активно участвовали в развертывании «РСК Универсум», высказывая свои замечания и предложения, что помогло оптимизировать настройку системы на конкретные задачи университета. И сейчас, накануне распространения платформы на все факультеты СВФУ, продолжается изучение специфики ее применения на различных учебных направлениях для соответствующего развития функциональности системы. Кроме того, студенты университета изъявляют желание выкладывать в систему собственные разработки, а в СВФУ планируют реализовать в ЕИСП своего рода «магазин приложений», который позволит расширять возможности образовательного облака. Соответствующие доработки «РСК универсум» для поддержки такой инициативы запланированы на ближайшее время, уверяет Шмелев.

Дистанционное обучение для СВФУ не в новинку — здесь уже в течение ряда лет используют хорошо известную в этой области систему c открытым кодом Moodle, и одной из задач проекта ЕИСП является перенос накопленных в ней электронных образовательных ресурсов на платформу «РСК Универсум». Кроме того, платформа РСК не имеет в своем составе инструментов управления образовательным процессом в онлайн-режиме, и для этих целей пока используются возможности Moodle.

Итоги и перспективы

Одной из основных задач проекта ЕИСП было повышение качества образования в университете, но пока говорить о достижении этой цели рано — система только введена в опытно-промышленную эксплуатацию, реально используется незначительная часть функций «РСК Универсум», а масштабный охват студентов и преподавателей значится в планах на 2012–2013 учебный год. Поэтому о большинстве преимуществ, которые ЕИСП обеспечит университету, участники проекта говорят в будущем времени, однако экономическая эффективность выбранного подхода очевидна уже сейчас. В университете отпадает необходимость в создании и поддержке специализированных компьютерных классов, поскольку вся работа студентов и преподавателей в ЕИСП ведется с ноутбуков, а в будущем станет возможна и с любых других мобильных устройств. Это позволит также решить проблему оптимального использования учебных площадей, дефицит которых университет в условиях роста постоянно испытывает. Кроме того, облачный подход дает возможность минимизировать лицензионные платежи, поскольку для каждого приложения, которое будет запускаться в облаке, число закупаемых лицензий определяется числом пользователей, одновременно работающих с системой, а не общим их количеством. Все это в совокупности, убежден Неустроев, позволит окупить проект за полтора года.

Рассматривая этот проект более глобально, в университете рассчитывают, что ЕИСП позволит сделать дистанционное обучение равноправной частью учебного процесса, обеспечив доступность высшего образования всем, кому оно необходимо, включая людей с ограниченными физическими возможностями. Облачная платформа поможет, считает Неустроев, и в дальнейшем развитии академической мобильности преподавателей и студентов. Университет поддерживает ряд совместных учебных и научных программ с вузами за рубежом, и с помощью ЕИСП участники смогут, например, продолжать обучение в своем университете одновременно с получением диплома другого вуза. Кроме того, уже ведутся переговоры с преподавателями из Южной Кореи о возможности удаленного преподавания их курсов в СВФУ.

Однако все это еще отдаленные перспективы, учитывая, что подключение филиалов и других территориально удаленных подразделений университета запланировано только на третьем этапе проекта — в 2013–2014 годах, а внешний доступ в систему по беспроводным каналам будет обеспечен не раньше 2013 года. Сейчас идет второй этап проекта, который должен завершиться вводом ЕИСП в промышленную эксплуатацию к концу 2012 года. Это потребует значительного развития технологической инфраструктуры системы. Как поясняет Янушкевич, ЕИСП должен войти в учебный процесс и в повседневную жизнь университета, стать для него «бизнес-критичным» приложением, а это означает новые требования к надежности программно-аппаратной платформы, резервированию данных, решению задач информационной безопасности, в том числе с точки зрения выполнения законодательных требований по защите персональных данных. Понадобится сложная многоплановая интеграция с другими университетскими системами, в том числе с платформой корпоративного управления, с находящимся сейчас в стадии разработки проектом «цифрового кампуса», а в перспективе и с системой управления научно-исследовательскими работами. Планируется также развертывание в масштабах университета централизованного хранилища данных, которое будет оснащено аналитическими средствами для обработки информации об оперативной деятельности различных подразделений и поддержки принятия управленческих решений.

Актуальность этих задач усиливается в связи с планами университета по предоставлению ресурсов своего частного облака внешним пользователям —например, органам государственной власти Якутии для хостинга их систем или резервирования критичных данных, а также школам для поддержки дистанционного обучения. Как поясняет Янушкевич, реализация всех этих задумок, несмотря на изначальную ориентацию на простоту решения, в конечном итоге сделает сопровождение ЕИСП достаточно сложным процессом. Поэтому сейчас рассматривается возможность создания в СВФУ предприятия, которое будет заниматься задачами эксплуатации и развития университетских информационных систем, включая ЕИСП, готовить необходимых специалистов и предоставлять внешние услуги республике как по подготовке и переподготовке кадров, так и по поддержке информационных систем.