xây dựng hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tư vấn học tập trực tuyến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN HIẾU XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP THÔNG TIN HỖ TRỢ HỆ THỐNG TƢ VẤN HỌC TẬP TRỰC TUYẾN Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số : 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Bình Huế, 2007 - i - LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, con muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ba mẹ, những ngƣời đã sinh thành, dƣỡng dục, hỗ trợ mọi điều kiện vật chất và tinh thần để con có đƣợc ngày hôm nay. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Thanh Bình đã hƣớng dẫn chỉ bảo tận tình giúp tôi trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cám ơn Trƣờng Đại Học Khoa Học - Huế, Khoa Công Nghệ Thông Tin đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi đƣợc học tập, và quí thầy cô đã tận tình giảng dạy giúp tôi có đƣợc những kiến thức cơ bản về chuyên môn. Xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến Trung tâm Công nghệ Thông tin - Đại học Huế cùng tất cả đồng nghiệp, ngƣời thân và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này. Huế, tháng 09 năm 2007 Trần Hiếu - ii - LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn đƣợc thực hiện bằng công sức của mình, không sao chép từ công trình khác. Mọi thông tin tham khảo đều đƣợc trích dẫn đầy đủ. Nếu có gì gian dối tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Huế, tháng 9 năm 2007 Trần Hiếu - iii - DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐTTT : Đào tạo trực tuyến CNTT: Công nghệ thông tin SOA: Service Oriented Architecture (Kiến trúc hƣớng dịch vụ) UC: Usecase (Trƣờng hợp sử dụng ) ETL: Extract-Transform- Loading (Chiết – Chuyển đổi – Nạp) XML:Extensible Markup Language SOAP: Simple Object Access Protocol WSDL: Web Services Description Language UDDI: Universal Description Discovery and Integration - iv - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Kiến trúc hệ thống kho dữ liệu [3] 6 Hình 1.2 Quá trình ETL [21] 8 Hình 1.3 Lƣợc đồ thông tin học viên của phần mềm moodle 11 Hình 1.4 Bảng thông tin học viên trong phần mềm Atutor 11 Hình 1.5 Ví dụ về sự tích hợp dữ liệu 13 Hình 1.6 Kiến trúc Web Service [13] 14 Hình 1.7 Mô hình kiến trúc 2 tầng và 3 tầng [13] 16 Hình 1.8 Các tầng của kiến trúc hƣớng dịch vụ [13] 16 Hình 1.9 Hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 19 Hình 2.1 Lƣợc đồ quan hệ của các bảng chứa thông tin cần tích hợp của phần mềm Moodle 24 Hình 2.2 Lƣợc đồ quan hệ của các bảng chứa thông tin cần tích hợp của phần mềm ATutor 25 Hình 2.3 Mô hình nghiệp vụ hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 26 Hình 2.4 Kiến trúc hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 29 Hình 2.5 Kiến trúc dịch vụ chiết dữ liệu 30 Hình 2.6 Kiến trúc chiết dữ liệu theo hƣớng kết nối trực tiếp 31 Hình 2.7 Kiến trúc chức năng chuyển đổi dữ liệu 32 Hình 2.8 Kiến trúc chức năng nạp dữ liệu 32 Hình 2.9 Kiến trúc chức năng quản lý thông tin nghuồn và đích 33 Hình 2.10 Phân cấp các chiều trong kho dữ liệu của hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 37 Hình 2.11 Mô hình lƣu trữ trong kho dữ liệu theo lƣợc đồ hình sao 38 Hình 2.12 Lƣợc đồ các bảng quản lý thông tin nguồn cung cấp 41 Hình 2.13 Lƣợc đồ bảng ánh xạ 42 Hình 2.14 Lƣợc đồ các bảng luật làm sạch 43 Hình 2.15 Cấu trúc cây thuật ngữ của hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 43 Hình 2.16 Lƣợc đồ UC hệ thống tích hợp thông tin 44 Hình 2.17 Lƣợc đồ tuần tự: Đăng ký nguồn cung cấp dữ liệu 45 Hình 2.18 Lƣợc đồ tuần tự: Kích hoạt quá trình cung cấp thông tin 46 - v - Hình 2.19 Lƣợc đồ tuần tự: Chiết dữ liệu thông qua dịch vụ 47 Hình 2.20 Lƣợc đồ tuần tự: Chiết dữ liệu thông qua phƣơng thức kết nối trực tiếp 48 Hình 2.21 Lƣợc đồ tuần tự: Chuyển đổi dữ liệu 49 Hình 2.22 Lƣợc đồ tuần tự: Nạp dữ liệu 49 Hình 2.23 Lƣợc đồ triển khai Hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 50 Hình 3.1 Mô hình thuật toán chung của hệ thống tích hợp thông tin 51 Hình 3.2 Phần đầu của định nghĩa dịch vụ 57 Hình 3.3 Phần định nghĩa kiểu của tham số vào ra của dịch vụ 58 Hình 3.4 Phần định nghĩa tham số vào ra của thông điệp 59 Hình 3.5 Xác định kiểu dữ liệu cho thông điệp vào ra 59 Hình 3.6 Định nghĩa các thông điệp vào ra 60 Hình 3.7 Xác định địa chỉ của dịch vụ 60 Hình 3.8 Thông điệp yêu cầu đến chức năng getNumProfile 61 Hình 3.9 Thông điệp phản hồi của chức năng getNumProfile 61 Hình 3.10 Thông điệp yêu cầu chức năng getProfile 62 Hình 3.11 Một phần thông điệp phản hồi của chức năng getProfile 63 Hình 3.12 Giao diện danh sách các nguồn cung cấp 65 Hình 3.13 Giao diện đăng ký nguồn cung cấp 66 Hình 3.14 Giao diện định nghĩa thông tin về cơ sở dữ liệu của nguồn cung cấp 67 Hình 3.15 Giao diện định nghĩa thông tin dịch vụ của nguồn cung cấp 68 Hình 3.16 Giao diện định nghĩa ánh xạ từ nguồn cung cấp đến chuẩn chung 69 Hình 3.17 Giao diện định nghĩa các qui tắc làm sạch dữ liệu 70 Hình 3.18 Giao diện nhập mốc thời gian cung cấp thông tin 71 Hình 3.19 Giao diện thông báo trạng thái các quá trình tích hợp 71 Hình 3.20 Giao diện thông báo kết quả tích hợp thông tin 72 Hình 3.21 Giao diện chức năng xem nhật ký cung cấp thông tin 72 Hình 3.22 Mô phỏng dữ liệu trong kho dữ liệu của hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 73 Hình 3.23 Khối dữ liệu đa chiều của kho dữ liệu liệu tƣ vấn 74 - vi - DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông tin học viên theo chuẩn IMS 34 Bảng 2.2 Bảng thông tin identification 34 Bảng 2.3 Bảng thông tin Goal 35 Bảng 2.3 Bảng thông tin Qcl 35 Bảng 2.5 Bảng thông tin Activity 35 Bảng 2.6 Bảng chuẩn chung thông tin của học viên 36 - vii - MỤC LỤC trang LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi MỤC LỤC vii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍCH HỢP THÔNG TIN HỖ TRỢ HỆ THỐNG TƢ VẤN HỌC TẬP TRỰC TUYẾN 3 1.1. Vấn đề tích hợp trong các hệ thống thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 3 1.1.1. Giới thiệu 3 1.1.2. Tích hợp dữ liệu 5 1.1.3. Tích hợp hƣớng dịch vụ 13 1.2. Tích hợp thông tin từ các nguồn tài nguyên học tập hỗ trợ cho các hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 18 1.2.1. Hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 19 1.2.2. Các vấn đề chuẩn hóa cho nguồn tài nguyên học tập 20 1.3. Tiểu kết 22 CHƢƠNG 2 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TÍCH HỢP THÔNG TIN HỖ TRỢ HỆ THỐNG TƢ VẤN HỌC TẬP TRỰC TUYẾN 23 2.1. Phát biểu bài toán 23 2.1.1. Yêu cầu của hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 23 2.1.2. Mô hình nghiệp vụ hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 25 2.2. Một số hƣớng triển khai hỗ trợ quá trình tích hợp thông tin 27 2.3. Mô hình hóa hệ thống 29 2.4. Xây dựng chuẩn chung về thông tin học viên 33 2.5. Mô hình kho dữ liệu 36 2.6. Xây dựng lƣợc đồ các bảng siêu dữ liệu của hệ thống tích hợp 40 2.6.1. Lƣợc đồ các bảng quản lý thông tin các nguồn cung cấp 40 2.6.2. Bảng lƣu trữ các luật làm sạch dữ liệu 42 2.6.3. Hệ thống cây thuật ngữ (Terminology) 43 2.7. Mô hình hóa hệ thống tích hợp thông tin bằng ngôn ngữ UML 44 2.7.1. Lƣợc đồ chức năng đăng ký nguồn dữ liệu: 45 - viii - 2.7.2. Lƣợc đồ chức năng Kích hoạt quá trình cung cấp thông tin 45 2.7.3. Lƣợc đồ chức năng chiết dữ liệu thông qua dịch vụ 46 2.7.4. Lƣợc đồ chức năng chiết dữ liệu thông qua kết nối trực tiếp 47 2.7.5. Lƣợc đồ chức năng chuyển đổi dữ liệu 48 2.7.6. Lƣợc đồ chức năng nạp dữ liệu 49 2.7.7. Lƣợc đồ triển khai hệ thống tích hợp thông tin 50 2.8. Tiểu kết 50 CHƢƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP THÔNG TIN HỖ TRỢ HỆ THỐNG TƢ VẤN HỌC TẬP TRỰC TUYẾN 51 3.1. Xây dựng thuật toán cho các chức năng chính của hệ thống 51 3.1.1. Chức năng tổng thể của hệ thống tích hợp thông tin 51 3.1.2. Chức năng làm sạch dữ liệu 52 3.1.3. Chức năng chiết dữ liệu từ các nguồn cung cấp dữ liệu thông qua kết nối trực tiếp đến cơ sở dữ liệu 53 3.1.4. Chức năng chiết dữ liệu từ các nguồn cung cấp dữ liệu qua dịch vụ 54 3.1.5. Chức năng chuyển đổi dữ liệu 55 3.1.6. Chức năng nạp dữ liệu 56 3.2. Xây dựng dịch vụ cung cấp dữ liệu 56 3.2.1. Định nghĩa dịch vụ cung cấp dữ liệu 57 3.2.2. Xây dựng cấu trúc của các thông điệp trao đổi giữa các dịch vụ 60 3.3. Chƣơng trình mô phỏng 64 3.4. Mô phỏng hoạt động của kho dữ liệu trong việc hỗ trợ tƣ vấn học tập 72 3.5. Tiểu kết 74 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 - 1 - LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, ngày càng nhiều các hệ thống học tập trực tuyến(E-learning) đƣợc phát triển và áp dụng một cách rộng rãi, dẫn đến việc bùng nổ thông tin về tài nguyên học tập. Nhằm tƣ vấn cho học viên lựa chọn khóa học trực tuyến một cách chính xác, phù hợp hơn, nhiều nghiên cứu theo hƣớng phát triển hệ thống tƣ vấn học tập đã đƣợc thực hiện [4, 5]. Tuy nhiên, cũng nhƣ các hệ thống dựa trên nền tảng Web khác, các hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến hiện nay đang gặp phải nhiều thách thức trong việc định vị, tìm kiếm, chiết cũng nhƣ tích hợp những thông tin có chất lƣợng từ nhiều nguồn tài nguyên học tập trực tuyến phân tán, đa tạp về nền, về cấu trúc, và về ngữ nghĩa. Chính vì vậy, khả năng truy cập một cách kịp thời và hiệu quả đến các nguồn tài nguyên thông tin học tập đã trở thành một trong những yếu tố quan trọng quyết định sự thành công của hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến. Bên cạnh việc phát triển các chuẩn hỗ trợ tích hợp các nguồn tài nguyên học tập, các hƣớng nghiên cứu hiện nay đang rất quan tâm đến kiến trúc hƣớng dịch vụ [13] (Service-oriented architecture) cùng công nghệ dịch vụ Web (Web services). Hƣớng tiếp cận này đảm bảo khả năng giao tác chung giữa các hệ thống học trực tuyến với nhau, cũng nhƣ hỗ trợ khả năng tích hợp linh động các nguồn tài nguyên học tập đa tạp thông qua các dịch vụ. Tuy nhiên, một môi trƣờng tích hợp theo SOA cũng làm nảy sinh các vấn đề mới đối với việc tích hợp thông tin từ các hệ thống học trực tuyến sử dụng phƣơng thức cung cấp thông tin theo kiến trúc hƣớng dịch vụ, gọi là tích hợp dịch vụ. Nhằm giải quyết cho những vấn đề nêu trên, luận văn hƣớng đến nghiên cứu đề tài “Xây dựng hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến” với các mục tiêu sau:  Nghiên cứu và ứng dụng việc chuẩn hóa các nguồn tài nguyên học tập  Nghiên cứu và chọn phƣơng thức tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến [...]... toán tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Xây dựng chuẩn chung về thông tin học viên, phân tích mô hình nghiệp vụ, định nghĩa các chiều và lƣợc đồ chiều trong kho dữ liệu của hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Sử dụng UML để mô hình hóa hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Chƣơng 3 Xây dựng hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập. .. - CHƢƠNG 2 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TÍCH HỢP THÔNG TIN HỖ TRỢ HỆ THỐNG TƢ VẤN HỌC TẬP TRỰC TUYẾN 2.1 Phát biểu bài toán 2.1.1 Yêu cầu của hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Dữ liệu đầu vào: Dữ liệu vào của hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến đƣợc phân thành hai loại: Các cơ sở dữ liệu quan hệ và dữ liệu cung cấp thông qua các dịch vụ Các... liệu Hệ thống đào tạo trực tuyến Hình 1.9 Hệ thống tư vấn học tập trực tuyến Trong mô hình hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến ở trên, hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến có một kho dữ liệu chứa thông tin lịch sử của các học viên đã tham gia các chuyên ngành đào tạo của các hệ thống đào tạo trực tuyến, dữ liệu này - 20 - đƣợc lấy từ các hệ thống đào tạo trực tuyến thông qua công cụ tích hợp thông tin. ..  Xây dựng khung tích hợp cho hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến  Cài đặt một công cụ tích hợp dữ liệu và thông tin mẫu từ các nguồn tài nguyên học tập Dựa vào những mục tiêu đó, luận văn đƣợc xây dựng theo cấu trúc dƣới đây: Chƣơng 1 tổng quan về tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Chƣơng này, giới thiệu một cách tóm tắt về khái niệm hệ thống. .. thống tƣ vấn học tập trực tuyến, kho dữ liệu, ETL (Extract – Transform - Load), Kiến trúc hƣớng dịch vụ, dịch vụ Web (Web Service) và một số vấn đề liên quan cần giải quyết, đây chính là cơ sở để xây dựng hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn Chƣơng 2 Mô hình hóa hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Nội dung của chƣơng này tập trung vào việc phân tích yêu... thống tƣ vấn học tập trực tuyến 1.3 Tiểu kết Trong chƣơng này đã trình bày các khái niệm liên quan đến hệ thống tích hợp thông tin nhƣ Kho dữ liệu, ETL, Tích hợp dữ liệu, Kiến trúc hƣớng dịch vụ, Web Service và hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Ngoài ra trong chƣơng này cũng đề cập đến các khó khăn và thách thức khi xây dựng hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến - 23 -... các thông tin về nguồn dữ liệu, cấu trúc dữ liệu dùng chung và các thông tin liên quan đến quá trình tích hợp Việc giao tiếp giữa hệ thống tích hợp hƣớng dịch vụ và các nguồn cung cấp dữ liệu đều diễn ra thông qua các thông điệp (message) 1.2 Tích hợp thông tin từ các nguồn tài nguyên học tập hỗ trợ cho các hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến - 19 - 1.2.1 Hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Việc tƣ vấn. .. lƣợc đồ quan hệ thông qua Hình 2.2 - 25 - Hình 2.2 Lược đồ quan hệ của các bảng chứa thông tin cần tích hợp của phần mềm ATutor Đầu ra: Dữ liệu tổng hợp lƣu trong bảng dữ kiện cơ sở của kho dữ liệu của hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 2.1.2 Mô hình nghiệp vụ hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến Dựa trên việc phân tích yêu cầu của bài toán tích hợp thông tin cho kho... đề xuất hƣớng phát triển trong tƣơng lai -3- CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍCH HỢP THÔNG TIN HỖ TRỢ HỆ THỐNG TƢ VẤN HỌC TẬP TRỰC TUYẾN 1.1 Vấn đề tích hợp trong các hệ thống thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 1.1.1 Giới thiệu Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, ngày càng nhiều các hệ thống đào tạo trực tuyến (ĐTTT) đƣợc phát triển và áp dụng một cách rộng rãi Với những... chủ đề học viên Kho dữ liệu sẽ có khung nhìn tổng thể về thông tin học viên, và bao gồm dữ liệu từ các hệ thống Moodle, hệ thống ATutor, hệ thống BlackBoard - 13 - BlackBoard ATutor Chủ đề = Học viên Moodle Môi trường đào tạo trực tuyến Kho dữ liệu Hình 1.5 Ví dụ về sự tích hợp dữ liệu Trong bối cảnh đó, với mục tiêu xây dựng hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến, luận . Mô hình nghiệp vụ hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 26 Hình 2.4 Kiến trúc hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 29 Hình 2.5. VỀ TÍCH HỢP THÔNG TIN HỖ TRỢ HỆ THỐNG TƢ VẤN HỌC TẬP TRỰC TUYẾN 3 1.1. Vấn đề tích hợp trong các hệ thống thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 3 1.1.1. Giới thiệu 3 1.1.2. Tích. 2.1.1. Yêu cầu của hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 23 2.1.2. Mô hình nghiệp vụ hệ thống tích hợp thông tin hỗ trợ hệ thống tƣ vấn học tập trực tuyến 25 2.2.