Ứng dụng Cloud Computing trong đào tạo trực tuyến

103 ỨNG DỤNG CLOUD COMPUTING TRONG ĐÀO TẠO TRỰC TUYẾN Cao Thị Thu Hương1 Lê Hoài Thu Cáp Thị Thanh Vân Trường Đại học Kinh tế Quốc dân Tóm tắt Điện toán đám mây (Cloud Computing) là một bước đột phá công nghệ, là một cuộc cách mạng đang làm thay đổi bản chất của công nghệ thông tin và tác động sâu sắc vào mọi lĩnh vực trong đó có giáo dục. Các hệ thống E-Learning thường đòi hỏi nhiều tài nguyên phần cứng và phần mềm. Các công nghệ điện toán đám mây đã thay đổi cách ứng dụng được phát triển và truy cập. Chúng nhằm mục đích chạy các ứng dụng như các dịch vụ qua Internet trên cơ sở hạ tầng linh hoạt. Giờ đây, điện toán đám mây giới thiệu một phương thức mới hiệu quả cho E-Learning, cho phép các nhà cung cấp xây dựng hệ thống E-Learning dựa trên cơ sở hạ tầng điện toán đám mây. Nghiên cứu này của nhóm tác giả nhằm mục đích đưa ra cái nhìn tổng quan về điện toán đám mây, các lợi ích của việc sử dụng điện toán đám mây cho các hệ thống E-Learning và mô hình E-Learning trên nền điện toán đám mây. Từ khóa: E-Learning, Cloud computing 1. Giới thiệu E-Learning là một phương thức đào tạo hiện đại dựa trên công nghệ thông tin. Hệ thống này sử dụng công nghệ Internet để thiết kế, thực thi, quản lý, hỗ trợ, mở rộng phạm vi giảng dạy và đạt hiệu quả cao trong giáo dục. E-Learning đang phát triển mạnh mẽ và được coi là phương thức đào tạo cho tương lai do những ưu điểm nổi bật như: linh hoạt, đa dạng, khả năng đánh giá, tính mở. Điện toán đám mây là mô hình điện toán mà mọi giải pháp liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các dịch vụ qua mạng Internet, giải phóng người sử dụng khỏi việc phải đầu tư nhân lực, công nghệ và hạ tầng để triển khai hệ thống. Adhyapak [1] xác nhận rằng nhu cầu phát triển giáo dục trong xã hội ngày càng tăng, các giải pháp về chất lượng, các giải pháp tiên tiến hiện đại cho E-Learning bắt buộc phải được yêu cầu và phải đi cùng với sự phát triển của công 1 Email: huongct138@gamil.com; huongct@neu.edu.vn 104 nghệ và do đó, việc áp dụng và sử dụng điện toán đám mây là cần thiết. Elhoseny [2] khẳng định rằng nhiều tổ chức giáo dục đã thực hiện E-Learning bằng cách kết hợp các công nghệ điện toán đám mây để cung cấp một nội dung học tập linh hoạt hơn, có thể mở rộng, hiệu quả và tin cậy. Cloud computing cung cấp các tài nguyên theo nhu cầu và giải quyết nhiều vấn đề như bảo mật dữ liệu, hiệu suất, chi phí theo nhu cầu sử dụng, sao lưu, cập nhật phần mềm tức thì, dễ dàng kiểm soát dữ liệu, giảm thiểu đầu tư vào các nguồn tài nguyên phần cứng, giảm chi phí bảo trì và cải thiện hiệu suất về khả năng tương thích định dạng tài liệu. Có rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ đám mây cho các hệ thống giáo dục như Amazon, Google, Yahoo, Microsoft Bài viết này trình bày về ứng dụng Cloud computing trong hệ thống E-Learning như cơ sở hạ tầng để xây dựng một hệ thống E-Learning thành công và phù hợp, bao gồm các đặc điểm quan trọng: (1) để giám sát tình hình cấu hình và sử dụng tài nguyên trong thời gian thực, phân bổ các nguồn lực theo nhu cầu và tận dụng các nguồn lực; (2) cho phép khối lượng công việc phục hồi từ lỗi phần cứng/phần mềm không thể tránh được; (3) cung cấp một framework cho đám mây E-Learning. 2. E-Learning dựa trên Cloud Computing 2.1. Giới thiệu về Cloud computing Theo US NIST (Viện Quốc gia Tiêu chuẩn và Công nghệ Mỹ - National Institute of Standards and Technology U.S Department of Commerce) định nghĩa: điện toán đám mây là mô hình cho phép truy cập trên mạng tới các tài nguyên được chia sẻ (ví dụ: hệ thống mạng, máy chủ, thiết bị lưu trữ, ứng dụng và các dịch vụ) một cách thuận tiện và theo nhu cầu sử dụng. Những tài nguyên này có thể được cung cấp một cách nhanh chóng hoặc thu hồi với chi phí quản lý tối thiểu hoặc tương tác tối thiểu với nhà cung cấp dịch vụ [3]. Định nghĩa của US NIST chứa đựng kiến trúc, an ninh và chiến lược triển khai của đám mây. Năm đặc tính cốt lõi của điện toán đám mây được thể hiện rõ, đó là: tự phục vụ theo yêu cầu, truy cập mạng rộng rãi, tập trung tài nguyên, tính mềm dẻo, khả năng đo lường. Ứng dụng điện toán đám mây cung cấp tính linh hoạt cho tất cả các tổ chức giáo dục. Nền tảng điện toán đám mây trong khuôn viên trường cung cấp cơ sở hạ tầng hiệu quả và mô hình triển khai cho yêu cầu thay đổi của họ. Lợi ích của điện toán đám mây có thể hỗ trợ các tổ chức giáo dục giải quyết một số thách thức chung như giảm chi phí, giao tiếp nhanh chóng và hiệu quả, an ninh, tính riêng tư, linh hoạt và khả năng tiếp cận. 105 Cloud computing [4] [5] [6] là một cơ sở hạ tầng tiềm năng, cung cấp các tài nguyên tính toán và lưu trữ như là các dịch vụ. Các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cung cấp các dịch vụ của họ theo ba mô hình cơ bản sau [7]: Hình 1. Các mô hình dịch vụ chính của điện toán đám mây [7] Phần mềm như một dịch vụ (Software as a Service-SaaS): Trong mô hình này, các ứng dụng phần mềm được cung cấp như là các dịch vụ trên Internet chứ không phải là các gói phần mềm được mua bởi các khách hàng cá nhân [8]. Dịch vụ SaaS nổi tiếng nhất là Salesforce.com với các ứng dụng cho doanh nghiệp mà nổi bật nhất là CRM. Các ứng dụng SaaS cho người dùng cuối phổ biến là các ứng dụng office Online của Microsoft hay Google Docs của Google. Nền tảng như một dịch vụ (Platform as a Service-PaaS): Mô hình này cung cấp các cơ sở để hỗ trợ toàn bộ vòng đời phát triển ứng dụng bao gồm thiết kế, triển khai, gỡ lỗi, thử nghiệm, triển khai, vận hành và hỗ trợ các ứng dụng và dịch vụ Web phong phú trên Internet. Hầu hết các trình duyệt Internet được sử dụng làm môi trường phát triển. Ví dụ các platforms trong danh mục này là Microsoft Azure Services platform6, Google App Engine7, Salesforce.com Internet Application Development platform8 và Bungee Connect platform9. PaaS cho phép người dùng SaaS phát triển các tiện ích và phát triển các ứng dụng Web độc lập, sử dụng lại các dịch vụ khác và phát triển cộng tác trong một nhóm. Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ (Infrastructure as a Service – IaaS), còn gọi là phần cứng như một dịch vụ (Hardware as a Service-HaaS): Mô hình này, tài nguyên phần cứng (như lưu trữ) và khả năng tính toán (CPU và bộ nhớ) được cung cấp như là dịch vụ cho khách hàng [10]. Điều này cho phép các doanh nghiệp thuê các tài nguyên này thay vì chi tiền để mua máy chủ và thiết bị mạng chuyên dụng. Ví dụ về loại này, Amazon cung cấp S3 cho lưu trữ, EC2 cho khả năng tính toán, SQS cho truyền thông mạng cho các doanh nghiệp nhỏ và các khách hàng cá nhân. 106 Bên cạnh ba mô hình dịch vụ, Cloud computing có bốn mô hình triển khai sau [11]: Hình 2. Các mô hình triển khai của điện toán đám mây [11] Private cloud (đám mây riêng): cơ sở hạ tầng điện toán đám mây được cung cấp để sử dụng độc quyền bởi một tổ chức đơn lẻ bao gồm nhiều khách hàng (ví dụ: đơn vị kinh doanh). Nó có thể được sở hữu, quản lý và vận hành bởi khách hàng, nhà cung cấp hoặc một bên thứ ba. Khách hàng phải chịu toàn bộ chi phí cho giải pháp tại tất cả thời điểm. Public cloud (đám mây công cộng): cơ sở hạ tầng được cung cấp cho các công cộng, lưu trữ và các nguồn lực khác. Các dịch vụ này được cung cấp miễn phí hoặc được trả tiền cho mỗi lần sử dụng. Ví dụ Office 365, Microsoft Azure. Community Cloud (đám mây cộng đồng): là hạ tầng cloud được chia sẻ cho nhiều tổ chức hoặc người dùng có chung mục đích. Việc quản lý một community cloud có thể do một một tổ chức hoặc một bên thứ ba. Hybrid Cloud (đám mây lai): mô hình triển khai bao gồm hai hoặc nhiều loại mô hình cloud (private, community, public). Ví dụ: Trong hệ thống Mirosoft Office 365, có thể có nhiều mailbox lưu trữ trong hệ thống của Microsoft datacenter, nhưng cũng có thể kết hợp với Exchange Server và các mailbox dùng riêng. Kết hợp lại, tạo nên một hệ thống lai – hybrid messaging system. 2.2. Khái niệm cơ bản về E-Learning Giáo dục điện tử (E-Learning) từ lâu đã là một khái niệm phổ biến trên thế giới. E-Learning được biết đến như một cuộc cách mạng về học tập, là phương thức học tập đem lại nhiều tiện ích và quyền lợi cho người học. Nó còn được gọi là đào 107 tạo dựa trên máy tính, học qua Internet, đào tạo dựa trên Web, và học tập trực tuyến. E-Learning có thể được định nghĩa là một hình thức giáo dục sử dụng công nghệ và các thiết bị điện tử và trong công nghệ Internet và Web rộng hơn [7]. 2.3. E-Learning dựa trên Cloud Computing Cloud E-Learning hỗ trợ đào tạo hệ thống giáo dục và cung cấp chi phí phần cứng thấp và kết nối nhanh. Cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu với cơ chế trả tiền cho mỗi lần sử dụng và đáp ứng các yêu cầu học tập hiện đại [10]. Hình 3. Mô hình E-Learning truyền thống [11] Trong mô hình E-Learning truyền thống thì hệ thống được đặt bên trong các tổ chức giáo dục hay các doanh nghiệp, nên việc xây dựng, thực hiện và bảo trì phát sinh nhiều vấn đề, chẳng hạn như đầu tư đáng kể cơ sở hạ tầng hệ thống thông tin, nguồn nhân lực dẫn đến thiếu tiềm năng phát triển. Ngược lại, mô hình E-Learning trên điện toán [10] đám mây thực hiện theo cơ chế quy mô hiệu quả, tức là việc xây dựng hệthốngđược giao cho các nhà cung cấp điện toán đám mây. Mặt khác, môi trường điện toán đám mây hỗ trợ cho việc tạo ra các thếhệ mới của hệ thống E-Learning, có thểchạy trên nhiều thiết bị thiết bị phần cứng khác nhau, trong khi dữ liệu được lưu trữ trên các đám mây [7]. Bên cạnh đó, những lý do chính yếu để chuyển hệ thống E-Learning truyền thống sang nền tảng điện toán đám mây đó là có thể thực hiện bất cứ nơi đâu và bất cứ khi nào; cộng tác và phối hợp với thời gian thực; theo dõi được thông tin phản hồi một cách liên tục; quan trọng nhất là thực hiện công việc học tập và giảng dạy hiệu quả hơn Ví dụ, với việc chuyển E-Learning sang nền tảng điện toán đám mây thì các trường đại học đã tiết kiệm được chi phí đáng kể, cụ thể là Đại học Marconi (Ý) đã tiết kiệm được khoảng 23% chi phí đào tạo trong một năm khi dùng E-Learning trên điện toán đám mây so với giải pháp E-Learning truyền thống [8]. 108 Bảng sau so sánh sự khác nhau giữa E-Learning thông thường và E-Learning dựa trên điện toán đám mây [5]: Đặc điểm E-Learning thông thường E-Learning dựa trên điện toán đám mây Chi phí phần cứng Chi phí cao Chi phí thấp Khả năng lưu trữ Dung lượng cố định Dung lượng thay đổi (động) Yêu cầu kiến thức chuyên sâu trong triển khai Sử dụng các chuyên gia E-Learning Sử dụng kỹ thuật viên máy tính Giai đoạn triển khai Dài Ngắn Khả năng xử lý Khởi tạo và cố định Theo yêu cầu An toàn, bảo mật Bảo trì nội bộ, an toàn bảo mật hơn Bảo trì ngoài, giảm độ bảo mật, an toàn Chi phí tổng thể Đầu tư ban đầu lớn, tăng nếu muốn mở rộng Trả phí cho mỗi lần sử dụng 2.4. Lợi ích của E-Learning dựa trên Cloud computing Khi E-Learning được thực hiện dựa trên công nghệ điện toán đám mây sẽ mang lại rất nhiều lợi ích [6][12][13], đó là: Chi phí thấp: Người dùng E-Learning không cần phải có máy tính cấu hình cao cấp để chạy các ứng dụng E-Learning. Họ có thể chạy các ứng dụng từ đám mây qua PC, điện thoại di động, máy tính bảng với cấu hình tối thiểu có kết nối Internet. Do dữ liệu được tạo và truy cập trong đám mây, người dùng không cần phải tốn nhiều tiền cho bộ nhớ lớn để lưu trữ dữ liệu trong các máy cục bộ. Các tổ chức cũng chỉ phải trả tiền cho mỗi lần sử dụng, vì vậy nó rẻ hơn và chỉ cần trả tiền cho không gian nhớ mà họ cần. Cải thiện hiệu suất: các ứng dụng và các quá trình xử lý trong đám mây, máy trạm (client) không gây ra vấn đề về hiệu năng khi chúng hoạt động [16]. Cập nhật phần mềm tức thì: phần mềm được cập nhật tự động trong nguồn đám mây. Vì vậy, người học luôn nhận được các bản cập nhật ngay lập tức. 109 Cải thiện khả năng tương thích về định dạng tài liệu: Sử dụng ứng dụng E- Learning trên điện toán đám mây không phải lo lắng về một số định dạng tệp và phông chữ không mở được đúng cách trong một số máy tính cá nhân/điện thoại di động. Lợi ích cho người học: người học có được nhiều lợi thế hơn thông qua điện toán đám mây dựa trên. Họ có thể tham dự các khóa học trực tuyến, tham dự các kỳ thi trực tuyến, nhận phản hồi về các khóa học từ giảng viên, và gửi các project và bài tập của mình thông qua mạng cho giáo viên. Lợi ích cho giáo viên: giáo viên cũng nhận được nhiều lợi ích qua điện toán đám mây dựa trên. Giáo viên có thể chuẩn bị các bài kiểm tra trực tuyến cho người học, giải quyết và tạo ra các nguồn nội dung tốt hơn cho người học thông qua hệ quản trị nội dung, đánh giá các bài kiểm tra, làm bài tập ở nhà, các project của người học, gửi phản hồi và giao tiếp với người học thông qua các diễn đàn trực tuyến. Bảo mật dữ liệu: một mối quan tâm rất lớn liên quan đến bảo mật dữ liệu vì cả phần mềm và dữ liệu đều nằm trên các máy chủ từ xa có thể sụp đổ hoặc biến mất mà không có bất kỳ cảnh báo. Cloud computing sẽ cung cấp các lợi ích an ninh cho các cá nhân và các công ty đang sử dụng/phát triển các giải pháp kiếm tiền trực tuyến. 2.5. Kiến trúc đám mây E-Learning Một khi các tài liệu giáo dục cho các hệ thống E-Learning được ảo hóa trong các máy chủ đám mây, các tài liệu này có sẵn để sử dụng cho sinh viên và các doanh nghiệp giáo dục khác dưới dạng thuê nhà từ các nhà cung cấp đám mây [17]. Kiến trúc E-Learning [4][5] dựa trên đám mây được chia thành năm lớp là: lớp tài nguyên phần cứng, lớp tài nguyên phần mềm, lớp quản lý tài nguyên, lớp máy chủ và lớp ứng dụng kinh doanh theo hình dưới đây [5]: 110 Hình 4. Kiến trúc điện toán đám mây E-Learning [5] Lớp tài nguyên phần cứng (Hardware resource layer): Lớp tài nguyên phần cứng là lớp nền, còn gọi là lớp máy chủ. Lớp này là quan trọng nhất đối với cơ sở hạ tầng tổng thể. Thông thường, tài nguyên phần cứng là không tốn kém và không chịu lỗi. Khả năng chịu lỗi được cung cấp ở các lớp khác để bất kỳ sự cố phần cứng nào thì người dùng không nhận thấy. Sử dụng nhiều nền tảng phần cứng để đạt được sự dự phòng. Khả năng tính toán cơ bản như máy chủ vật lý, lưu trữ và mạng từ nhóm ảo hóa được gọi là upper software platform. Physical host pool là động và có thể mở rộng, host vật lý mới có thể được thêm vào để tăng cường sức mạnh điện toán vật lý cho các dịch vụ đám mây middleware. Lớp tài nguyên phần mềm (Software resource layer): Lớp này chủ yếu được kết hợp với hệ điều hành và phần mềm trung gian. Bởi vì công nghệ middleware, nhiều nguồn phần mềm được tích hợp để cung cấp một giao diện thống nhất cho các nhà phát triển phần mềm, sau đó họ có thể dễ dàng phát triển nhiều ứng dụng dựa trên các nguồn phần mềm và nhúng chúng vào đám mây, làm cho chúng có sẵn cho người dùng điện toán đám mây. Lớp quản lý tài nguyên (Resource management layer): Lớp này là chìa khóa để hoàn thiện khớp nối lỏng lẻo của tài nguyên phần mềm và phần cứng. Do sự tích hợp của ảo hóa và điện toán đám mây, có thể đạt được chiến lược lập kế hoạch, theo yêu cầu, lưu lượng tự do và phân phối phần mềm qua các tài nguyên phần cứng khác nhau. 111 Lớp dịch vụ (Service layer): Lớp máy chủ được chia thành ba cấp SaaS (phần mềm như một dịch vụ), Paas (Nền tảng như một dịch vụ) IaaS (Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ). SaaS cung cấp các dịch vụ điện toán đám mây cho khách hàng theo yêu cầu. PaaS là một nền tảng cho việc tạo ra phần mềm và được cung cấp qua Web. IaaS - lớp cơ sở hạ tầng tương ứng với các dịch vụ cơ sở hạ tầng. IaaS là lớp thấp nhất của mạng. Các lớp dịch vụ này giúp khách hàng đám mây sử dụng nhiều loại tài nguyên đám mây. Lớp ứng dụng (Application layer): Lớp này là một ứng dụng E-Learning rõ ràng được sử dụng để chia sẻ tài nguyên học tập và tương tác giữa người sử dụng bao gồm thảo luận đồng bộ hoặc không đồng bộ và trò chuyện. 3. Kết luận E-Learning dựa trên điện toán đám mây là một phần của điện toán đám mây trong lĩnh vực giáo dục dành cho các hệ thống E-Learning. E-Learning trên điện toán đám mây sẽ là tương lai cho công nghệ và cơ sở hạ tầng của E-Learning. E-Learning dựa trên điện toán đám mây có đầy đủ các quy chuẩn như phần cứng và phần mềm để tăng cường cơ sở hạ tầng cho E-Learning. Toàn bộ thế giới kiến thức bây giờ có thể được cung cấp cho giáo viên và sinh viên thông qua các dịch vụ dựa trên đám mây từ bất kỳ thiết bị nào. Bằng cách giúp đỡ các nước trên toàn thế giới giảm chi phí và đơn giản hoá việc cung cấp các dịch vụ giáo dục, điện toán đám mây cho phép sinh viên trên toàn thế giới có được tri thức, các kỹ năng để cạnh tranh và thành công trong xã hội thông tin toàn cầu. 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. S. Adhyapak, "Cloud Computing and Benefits of Private Cloud In E-Learning Solutions", International Journal of Computer Application (2250-1797), 2015. 2. H. Elhoseny, "A Content Oriented Smart Education System based on Cloud Computing", International Journal of Multimedia and Ubiquitous Engineering, pp. 313-328, 2013. 3. A. Hussein and O. Mohamed, "Cloud computing and its effect on performance excellence at higher education institutions in Egypt", European Scientific Journal, November 2015. 4. G. Riahi, "Cloud Computing for E-Learning", in The 2015 International Conference on Soft Computing and Software Engineering (SCSE), 2015. 5. G. Bibi and I. Sumra, "A comprehensive Survey on E-Learning system in Cloud Computing environment", Engineering Science And Technology International Research Journal, vol. 1, 2017. 6. M. S. Jamwal and C. Jamwal, "Cloud Computing for E-Learning", Advances in Computer Science and Information Technology (ACSIT), pp. 26-29, 2015. 7. S. Mohammadi and Y. Emdadi, "E-Learning Based on Cloud Computing", International Journal of Basic Sciences & Applied Research, vol. 3, pp. 793-802, 2014. 8. A. Fernandez, "An Overview of E-Learning in Cloud Computing", in Workshop on LTEC 2012, AISC, 2012. 9. F. F. Ahmed, "Comparative Analysis for Cloud Based E-Learning", in International Conference on Communication, Management and Information Technology (ICCMIT), 2015. 10. M. Phankokkruad, "Implement of Cloud Computing for e-Leaming System," in International Conference on Computer & Information Science (ICCIS), 2012. 11. T. Simoes, "E-Learning Solutions for Cloud Environments", in IEEE Latin Conference on Cloud Computing and Communications, 2012. 12. A. R. Muhammad and S. M. Abdulrahman, "Cloud Computing Based E- Learning: Opportunities and Challenges for Tertiary Institutions in Nigeria", International Journal of e-Businesss, e-Management and E-Learning, 2015. 13. X. Huang, "An E-Learning System Architecture based on Cloud Computing," International Scholarly and Scientific Research & Innovation, 2012. 14. T. D. Nguyễn, "Sự chấp nhận và sử dụng đào tạo trực tuyến trên điện toán đám mây", Tạp chí phát triển KH&CN, tập 17, vol. Q3, 2014. 15. T. KIHARA, "Use of Cloud Computing Platform for E-Learning in Institutions of Higher Learning in Kenya", IIMC International Information Management Corporation, 2014. 16. W. Mehdi, "A Proposed Architecture of Cloud Computing for Teaching and Education", GSTF Journal on Computing (JoC), vol. 4, 2015. 17. P. Pocatilu, F. Alecu and M. Vetrici, "Measuring the Efficiency of Cloud Computing for E-Learning Systems", Wseas Transactions on Computer, 2010. 18. N. Selviandro and Z. A. Hasibuan, "Cloud-Based E-Learning: A Proposed Model and Benefits by Using E-Learning Based on Cloud Computing for Educational Institution", in IFIP International Federation for Information Processing, 2013.