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.
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) bước đột phá công nghệ, cách mạng làm thay đổi chất công nghệ thông tin tác động sâu sắc vào lĩnh vực có giáo dục Các hệ thống E-Learning thường đòi hỏi nhiều tài nguyên phần cứng phần mềm Các công nghệ điện toán đám mây thay đổi cách ứng dụng phát triển truy cập Chúng nhằm mục đích chạy ứng dụng dịch vụ qua Internet sở hạ tầng linh hoạt Giờ đây, điện toán đám mây giới thiệu phương thức hiệu cho E-Learning, cho phép nhà cung cấp xây dựng hệ thống E-Learning dựa sở hạ tầng điện tốn đám mây Nghiên cứu nhóm tác giả nhằm mục đích đưa nhìn tổng quan điện tốn đám mây, lợi ích việc sử dụng điện toán đám mây cho hệ thống E-Learning mơ hình E-Learning điện tốn đám mây Từ khóa: E-Learning, Cloud computing Giới thiệu E-Learning phương thức đào tạo đại dựa công nghệ thông tin Hệ thống sử dụng công nghệ Internet để thiết kế, thực thi, quản lý, hỗ trợ, mở rộng phạm vi giảng dạy đạt hiệu cao giáo dục E-Learning phát triển mạnh mẽ coi phương thức đào tạo cho tương lai ưu điểm bật như: linh hoạt, đa dạng, khả đánh giá, tính mở Điện tốn đám mây mơ hình điện tốn mà giải pháp liên quan đến công nghệ thông tin cung cấp dạng dịch vụ qua mạng Internet, giải phóng người sử dụng khỏi việc phải đầu tư nhân lực, công nghệ hạ tầng để triển khai hệ thống Adhyapak [1] xác nhận nhu cầu phát triển giáo dục xã hội ngày tăng, giải pháp chất lượng, giải pháp tiên tiến đại cho E-Learning bắt buộc phải yêu cầu phải với phát triển cơng Email: huongct138@gamil.com; huongct@neu.edu.vn 103 nghệ đó, việc áp dụng sử dụng điện toán đám mây cần thiết Elhoseny [2] khẳng định nhiều tổ chức giáo dục thực E-Learning cách kết hợp cơng nghệ điện tốn đám mây để cung cấp nội dung học tập linh hoạt hơn, mở rộng, hiệu tin cậy Cloud computing cung cấp tài nguyên theo nhu cầu giải nhiều vấn đề bảo mật liệu, hiệu suất, chi phí theo nhu cầu sử dụng, lưu, cập nhật phần mềm tức thì, dễ dàng kiểm sốt liệu, giảm thiểu đầu tư vào nguồn tài ngun phần cứng, giảm chi phí bảo trì cải thiện hiệu suất khả tương thích định dạng tài liệu Có nhiều nhà cung cấp dịch vụ đám mây cho hệ thống giáo dục Amazon, Google, Yahoo, Microsoft… Bài viết trình bày ứng dụng Cloud computing hệ thống E-Learning sở hạ tầng để xây dựng hệ thống E-Learning thành công phù hợp, bao gồm đặc điểm quan trọng: (1) để giám sát tình hình cấu hình sử dụng tài nguyên thời gian thực, phân bổ nguồn lực theo nhu cầu tận dụng nguồn lực; (2) cho phép khối lượng công việc phục hồi từ lỗi phần cứng/phần mềm tránh được; (3) cung cấp framework cho đám mây E-Learning E-Learning dựa Cloud Computing 2.1 Giới thiệu Cloud computing Theo US NIST (Viện Quốc gia Tiêu chuẩn Công nghệ Mỹ - National Institute of Standards and Technology U.S Department of Commerce) định nghĩa: điện toán đám mây mơ hình cho phép truy cập mạng tới tài nguyên chia sẻ (ví dụ: hệ thống mạng, máy chủ, thiết bị lưu trữ, ứng dụng dịch vụ) cách thuận tiện theo nhu cầu sử dụng Những tài nguyên cung cấp cách nhanh chóng thu hồi với chi phí quản lý tối thiểu tương tác tối thiểu với nhà cung cấp dịch vụ [3] Định nghĩa US NIST chứa đựng kiến trúc, an ninh chiến lược triển khai đám mây Năm đặc tính cốt lõi điện toán đám mây thể rõ, là: tự phục vụ theo yêu cầu, truy cập mạng rộng rãi, tập trung tài nguyên, tính mềm dẻo, khả đo lường Ứng dụng điện toán đám mây cung cấp tính linh hoạt cho tất tổ chức giáo dục Nền tảng điện toán đám mây khuôn viên trường cung cấp sở hạ tầng hiệu mơ hình triển khai cho u cầu thay đổi họ Lợi ích điện tốn đám mây hỗ trợ tổ chức giáo dục giải số thách thức chung giảm chi phí, giao tiếp nhanh chóng hiệu quả, an ninh, tính riêng tư, linh hoạt khả tiếp cận 104 Cloud computing [4] [5] [6] sở hạ tầng tiềm năng, cung cấp tài nguyên tính toán lưu trữ dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cung cấp dịch vụ họ theo ba mơ hình sau [7]: Hình Các mơ hình dịch vụ điện tốn đám mây [7] Phần mềm dịch vụ (Software as a Service-SaaS): Trong mô hình này, ứng dụng phần mềm cung cấp dịch vụ Internet gói phần mềm mua khách hàng cá nhân [8] Dịch vụ SaaS tiếng Salesforce.com với ứng dụng cho doanh nghiệp mà bật CRM Các ứng dụng SaaS cho người dùng cuối phổ biến ứng dụng office Online Microsoft hay Google Docs Google Nền tảng dịch vụ (Platform as a Service-PaaS): Mơ hình cung cấp sở để hỗ trợ toàn vòng đời phát triển ứng dụng bao gồm thiết kế, triển khai, gỡ lỗi, thử nghiệm, triển khai, vận hành hỗ trợ ứng dụng dịch vụ Web phong phú Internet Hầu hết trình duyệt Internet sử dụng làm mơi trường phát triển Ví dụ platforms danh mục Microsoft Azure Services platform6, Google App Engine7, Salesforce.com Internet Application Development platform8 Bungee Connect platform9 PaaS cho phép người dùng SaaS phát triển tiện ích phát triển ứng dụng Web độc lập, sử dụng lại dịch vụ khác phát triển cộng tác nhóm Cơ sở hạ tầng dịch vụ (Infrastructure as a Service – IaaS), gọi phần cứng dịch vụ (Hardware as a Service-HaaS): Mơ hình này, tài nguyên phần cứng (như lưu trữ) khả tính toán (CPU nhớ) cung cấp dịch vụ cho khách hàng [10] Điều cho phép doanh nghiệp thuê tài nguyên thay chi tiền để mua máy chủ thiết bị mạng chuyên dụng Ví dụ loại này, Amazon cung cấp S3 cho lưu trữ, EC2 cho khả tính tốn, SQS cho truyền thông mạng cho doanh nghiệp nhỏ khách hàng cá nhân 105 Bên cạnh ba mơ hình dịch vụ, Cloud computing có bốn mơ hình triển khai sau [11]: Hình Các mơ hình triển khai điện toán đám mây [11] Private cloud (đám mây riêng): sở hạ tầng điện toán đám mây cung cấp để sử dụng độc quyền tổ chức đơn lẻ bao gồm nhiều khách hàng (ví dụ: đơn vị kinh doanh) Nó sở hữu, quản lý vận hành khách hàng, nhà cung cấp bên thứ ba Khách hàng phải chịu tồn chi phí cho giải pháp tất thời điểm Public cloud (đám mây công cộng): sở hạ tầng cung cấp cho công cộng, lưu trữ nguồn lực khác Các dịch vụ cung cấp miễn phí trả tiền cho lần sử dụng Ví dụ Office 365, Microsoft Azure Community Cloud (đám mây cộng đồng): hạ tầng cloud chia sẻ cho nhiều tổ chức người dùng có chung mục đích Việc quản lý community cloud một tổ chức bên thứ ba Hybrid Cloud (đám mây lai): mơ hình triển khai bao gồm hai nhiều loại mơ hình cloud (private, community, public) Ví dụ: Trong hệ thống Mirosoft Office 365, có nhiều mailbox lưu trữ hệ thống Microsoft datacenter, kết hợp với Exchange Server mailbox dùng riêng Kết hợp lại, tạo nên hệ thống lai – hybrid messaging system 2.2 Khái niệm E-Learning Giáo dục điện tử (E-Learning) từ lâu khái niệm phổ biến giới E-Learning biết đến cách mạng học tập, phương thức học tập đem lại nhiều tiện ích quyền lợi cho người học Nó cịn gọi đào 106 tạo dựa máy tính, học qua Internet, đào tạo dựa Web, học tập trực tuyến E-Learning định nghĩa hình thức giáo dục sử dụng công nghệ thiết bị điện tử công nghệ Internet Web rộng [7] 2.3 E-Learning dựa Cloud Computing Cloud E-Learning hỗ trợ đào tạo hệ thống giáo dục cung cấp chi phí phần cứng thấp kết nối nhanh Cung cấp dịch vụ theo yêu cầu với chế trả tiền cho lần sử dụng đáp ứng yêu cầu học tập đại [10] Hình Mơ hình E-Learning truyền thống [11] Trong mơ hình E-Learning truyền thống hệ thống đặt bên tổ chức giáo dục hay doanh nghiệp, nên việc xây dựng, thực bảo trì phát sinh nhiều vấn đề, chẳng hạn đầu tư đáng kể sở hạ tầng hệ thống thông tin, nguồn nhân lực… dẫn đến thiếu tiềm phát triển Ngược lại, mô hình E-Learning điện tốn [10] đám mây thực theo chế quy mô hiệu quả, tức việc xây dựng hệthốngđược giao cho nhà cung cấp điện tốn đám mây Mặt khác, mơi trường điện tốn đám mây hỗ trợ cho việc tạo thếhệ hệ thống E-Learning, có thểchạy nhiều thiết bị thiết bị phần cứng khác nhau, liệu lưu trữ đám mây [7] Bên cạnh đó, lý yếu để chuyển hệ thống E-Learning truyền thống sang tảng điện toán đám mây thực nơi đâu nào; cộng tác phối hợp với thời gian thực; theo dõi thông tin phản hồi cách liên tục; quan trọng thực công việc học tập giảng dạy hiệu hơn… Ví dụ, với việc chuyển E-Learning sang tảng điện tốn đám mây trường đại học tiết kiệm chi phí đáng kể, cụ thể Đại học Marconi (Ý) tiết kiệm khoảng 23% chi phí đào tạo năm dùng E-Learning điện toán đám mây so với giải pháp E-Learning truyền thống [8] 107 Bảng sau so sánh khác E-Learning thông thường E-Learning dựa điện toán đám mây [5]: Đặc điểm E-Learning E-Learning dựa thơng thường điện tốn đám mây Chi phí phần cứng Chi phí cao Chi phí thấp Khả lưu trữ Dung lượng cố định Dung lượng thay đổi (động) Yêu cầu kiến thức chuyên Sử dụng chuyên gia Sử dụng kỹ thuật viên sâu triển khai E-Learning máy tính Giai đoạn triển khai Dài Ngắn Khả xử lý Khởi tạo cố định Theo yêu cầu An tồn, bảo mật Bảo trì nội bộ, an tồn Bảo trì ngồi, giảm độ bảo mật Chi phí tổng thể bảo mật, an toàn Đầu tư ban đầu lớn, Trả phí cho lần sử tăng muốn mở rộng dụng 2.4 Lợi ích E-Learning dựa Cloud computing Khi E-Learning thực dựa công nghệ điện toán đám mây mang lại nhiều lợi ích [6][12][13], là: Chi phí thấp: Người dùng E-Learning khơng cần phải có máy tính cấu hình cao cấp để chạy ứng dụng E-Learning Họ chạy ứng dụng từ đám mây qua PC, điện thoại di động, máy tính bảng với cấu hình tối thiểu có kết nối Internet Do liệu tạo truy cập đám mây, người dùng không cần phải tốn nhiều tiền cho nhớ lớn để lưu trữ liệu máy cục Các tổ chức phải trả tiền cho lần sử dụng, rẻ cần trả tiền cho không gian nhớ mà họ cần Cải thiện hiệu suất: ứng dụng trình xử lý đám mây, máy trạm (client) không gây vấn đề hiệu chúng hoạt động [16] Cập nhật phần mềm tức thì: phần mềm cập nhật tự động nguồn đám mây Vì vậy, người học nhận cập nhật 108 Cải thiện khả tương thích định dạng tài liệu: Sử dụng ứng dụng ELearning điện toán đám mây lo lắng số định dạng tệp phông chữ không mở cách số máy tính cá nhân/điện thoại di động Lợi ích cho người học: người học có nhiều lợi thơng qua điện tốn đám mây dựa Họ tham dự khóa học trực tuyến, tham dự kỳ thi trực tuyến, nhận phản hồi khóa học từ giảng viên, gửi project tập thơng qua mạng cho giáo viên Lợi ích cho giáo viên: giáo viên nhận nhiều lợi ích qua điện tốn đám mây dựa Giáo viên chuẩn bị kiểm tra trực tuyến cho người học, giải tạo nguồn nội dung tốt cho người học thông qua hệ quản trị nội dung, đánh giá kiểm tra, làm tập nhà, project người học, gửi phản hồi giao tiếp với người học thông qua diễn đàn trực tuyến Bảo mật liệu: mối quan tâm lớn liên quan đến bảo mật liệu phần mềm liệu nằm máy chủ từ xa sụp đổ biến mà khơng có cảnh báo Cloud computing cung cấp lợi ích an ninh cho cá nhân công ty sử dụng/phát triển giải pháp kiếm tiền trực tuyến 2.5 Kiến trúc đám mây E-Learning Một tài liệu giáo dục cho hệ thống E-Learning ảo hóa máy chủ đám mây, tài liệu có sẵn để sử dụng cho sinh viên doanh nghiệp giáo dục khác dạng thuê nhà từ nhà cung cấp đám mây [17] Kiến trúc E-Learning [4][5] dựa đám mây chia thành năm lớp là: lớp tài nguyên phần cứng, lớp tài nguyên phần mềm, lớp quản lý tài nguyên, lớp máy chủ lớp ứng dụng kinh doanh theo hình [5]: 109 Hình Kiến trúc điện toán đám mây E-Learning [5] Lớp tài nguyên phần cứng (Hardware resource layer): Lớp tài nguyên phần cứng lớp nền, gọi lớp máy chủ Lớp quan trọng sở hạ tầng tổng thể Thông thường, tài nguyên phần cứng không tốn không chịu lỗi Khả chịu lỗi cung cấp lớp khác để cố phần cứng người dùng không nhận thấy Sử dụng nhiều tảng phần cứng để đạt dự phịng Khả tính tốn máy chủ vật lý, lưu trữ mạng từ nhóm ảo hóa gọi upper software platform Physical host pool động mở rộng, host vật lý thêm vào để tăng cường sức mạnh điện toán vật lý cho dịch vụ đám mây middleware Lớp tài nguyên phần mềm (Software resource layer): Lớp chủ yếu kết hợp với hệ điều hành phần mềm trung gian Bởi cơng nghệ middleware, nhiều nguồn phần mềm tích hợp để cung cấp giao diện thống cho nhà phát triển phần mềm, sau họ dễ dàng phát triển nhiều ứng dụng dựa nguồn phần mềm 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 chìa khóa để hồn thiện khớp nối lỏng lẻo tài nguyên phần mềm phần cứng Do tích hợp ảo hóa điện tốn đám mây, đạt chiến lược lập kế hoạch, theo yêu cầu, lưu lượng tự phân phối phần mềm qua tài nguyên phần cứng khác 110 Lớp dịch vụ (Service layer): Lớp máy chủ chia thành ba cấp SaaS (phần mềm dịch vụ), Paas (Nền tảng dịch vụ) IaaS (Cơ sở hạ tầng dịch vụ) SaaS cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cho khách hàng theo yêu cầu PaaS tảng cho việc tạo phần mềm cung cấp qua Web IaaS - lớp sở hạ tầng tương ứng với dịch vụ sở hạ tầng IaaS lớp thấp mạng Các lớp dịch vụ giúp khách hàng đám mây sử dụng nhiều loại tài nguyên đám mây Lớp ứng dụng (Application layer): Lớp ứng dụng E-Learning rõ ràng sử dụng để chia sẻ tài nguyên học tập tương tác người sử dụng bao gồm thảo luận đồng khơng đồng trị chuyện Kết luận E-Learning dựa điện toán đám mây phần điện toán đám mây lĩnh vực giáo dục dành cho hệ thống E-Learning E-Learning điện tốn đám mây tương lai cho cơng nghệ sở hạ tầng E-Learning E-Learning dựa điện tốn đám mây có đầy đủ quy chuẩn phần cứng phần mềm để tăng cường sở hạ tầng cho E-Learning Toàn giới kiến thức cung cấp cho giáo viên sinh viên thông qua dịch vụ dựa đám mây từ thiết bị Bằng cách giúp đỡ nước toàn giới giảm chi phí đơn giản hố việc cung cấp dịch vụ giáo dục, điện toán đám mây cho phép sinh viên tồn giới có tri thức, kỹ để cạnh tranh thành công xã hội thơng tin tồn cầu 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO S Adhyapak, "Cloud Computing and Benefits of Private Cloud In E-Learning Solutions", International Journal of Computer Application (2250-1797), 2015 H Elhoseny, "A Content Oriented Smart Education System based on Cloud Computing", International Journal of Multimedia and Ubiquitous Engineering, pp 313-328, 2013 A Hussein and O Mohamed, "Cloud computing and its effect on performance excellence at higher education institutions in Egypt", European Scientific Journal, November 2015 G Riahi, "Cloud Computing for E-Learning", in The 2015 International Conference on Soft Computing and Software Engineering (SCSE), 2015 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 M S Jamwal and C Jamwal, "Cloud Computing for E-Learning", Advances in Computer Science and Information Technology (ACSIT), pp 26-29, 2015 S Mohammadi and Y Emdadi, "E-Learning Based on Cloud Computing", International Journal of Basic Sciences & Applied Research, vol 3, pp 793-802, 2014 A Fernandez, "An Overview of E-Learning in Cloud Computing", in Workshop on LTEC 2012, AISC, 2012 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 ELearning: 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 sử dụng đào tạo trực tuyến điện tốn 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 112 ... E-Learning dựa Cloud Computing Cloud E-Learning hỗ trợ đào tạo hệ thống giáo dục cung cấp chi phí phần cứng thấp kết nối nhanh Cung cấp dịch vụ theo yêu cầu với chế trả tiền cho lần sử dụng đáp ứng yêu... quyền lợi cho người học Nó cịn gọi đào 106 tạo dựa máy tính, học qua Internet, đào tạo dựa Web, học tập trực tuyến E-Learning định nghĩa hình thức giáo dục sử dụng cơng nghệ thiết bị điện tử công... System Architecture based on Cloud Computing, " International Scholarly and Scientific Research & Innovation, 2012 14 T D Nguyễn, "Sự chấp nhận sử dụng đào tạo trực tuyến điện tốn đám mây", Tạp