REALIZACE PROJEKTU "IMPLEMENTACE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TECHNOLOGIÍ DO PÁTEŘNÍ SÍTĚ MZLU V BRNĚ"

24.09.1999 | Odborné konference

Realization of the project "Implementation of high speed technologies in the MZLU backbone network"

Ludmila Kunderová

Adresa autora

Ústav informatiky, PEF MZLU v Brně, Zemědělská 1, 616 00 Brno

Tel.:05-45132054, e-mail: lidak@mendelu.cz

Anotace:

Stěžejním úkolem vysokých škol se zaměřením na zemědělské obory je vychovávat odborníky, jejichž přispěním by se zemědělské odvětví ekonomiky ČR dokázalo uplatnit i v náročném prostředí ekonomiky evropské. Tento proces je svázán se schopností využívat nejnovější výpočetní a komunikační technologie jako podporu činností řídících, strategických, obchodních, analytických a expertních.

Obsah studijních programů na všech fakultách MZLU v Brně prošel hlubokými změnami. Inovované studijní programy si kladou mnohem vyšší nároky na zajištění takového výukového prostředí, které by umožňovalo studentům i vyučujícím přístup k výpočetním a komunikačním technologiím . Je především třeba posílit infrastrukturu lokální sítě MZLU v Brně a dovybavit ji dalšími výpočetními systémy včetně programových aplikací. Toto řeší projekt "Implementace vysokorychlostních technologií do páteřní sítě MZLU v Brně k podpoře studijních programů", který je v současné době realizován a který již přináší pozitivní výsledky.

Summary:

The primary goal of agricultural universities in the Czech Republic is to train specialists who can contribute to the agricultural sector of the economy not only in the Czech Republic but also in the highly competitive European economy. The ability to achieve this goal is linked to the use of leading edge computer and communications technology to support regulatory, strategic planning, commercial, analytical and expert activities.

To this end, the curricula in all faculties of the Mendel University of Agriculture and Forestry (MZLU) in Brno have undergone substantial changes. New, innovative programs are placing higher demands on providing this learning environment to permit students and instructors access to these technologies. It was therefore necessary to first strengthen the infrastructure of the MZLU local area network (LAN) and equip it with the needed computer systems hardware and program applications software. A project entitled "Implementation of high speed technologies in the MZLU backbone network in support of study programs" has undertaken to meet this need and brought positive results.

Klíčová slova:

lokální síť, páteřní infrastruktura, vysokorychlostní síťové komponenty, multimediální technologie, multimediální aplikace, skupinové aplikace, aplikace v reálném čase, moderní výukové technologie

Keywords:

local network, backbone infrastructure, high speed network technology, multimedia applications, multicast applications, real-time applications, progressive teaching technologies

Potřeba změny koncepce LAN MZLU v důsledku inovačních procesů ve výuce a správě školy

Infrastruktura lokální sítě MZLU v Brně (dále LAN MZLU) se vyvíjí téměř deset let a nyní již pokrývá celý univerzitní areál a dislokovaná pracoviště. Původní sběrnicová kabeláž standardu 10BASE-2 se stala nevyhovující zvláště pro standardem definovaná omezení délek segmentů a pro skutečnost, že problém jednoho připojeného zařízení způsobí ztrátu funkčnosti celé větve. Byla tedy postupně nahrazena strukturovanou kabeláží dle standardu 10BASE-T, která již vyhovuje v současnosti požadovanému charakteru síťových rozvodů a lze do ní integrovat špičkové síťové technologie. Interní směrování v LAN MZLU zajišťovaly až donedávna PC routery Novell Netware nebo Linux RedHat a připojení do metropolitní sítě BAPS, která přísluší rozlehlé síti TEN 155 (dříve TEN 33), je realizováno přepínačem ATM-LAN typu Centillion 100 firmy Bay Networks. Rozlehlá síť TEN 155 je síť technologie ATM s přenosovou kapacitou 155 Mbps poskytující podporu všem typům specifických přenosů, mezi něž patří přenosy skupinové (multicast) a přenosy v reálném čase (real-time).

V průběhu let se výrazně zvyšoval jednak počet počítačů připojených do infrastruktury, ať už jednotlivých počítačů umístěných v pracovnách, tak i počítačových učeben a studoven, ale také počet uživatelů síťových služeb. Současně rostly požadavky na možnost využívat progresivní síťové služby vyžadující podporu nejnovějších výpočetních technologií HW i SW. Tyto požadavky zazněly výrazněji v rámci procesu inovace studijních programů PEF MZLU v Brně, který zahrnoval rovněž vytvoření nových studijních oborů.

Využívání špičkových informačních a výpočetních technologií ve výuce může podstatně přispět k vytvoření vysoce kreativního a motivujícího výukového a studijního prostředí. Řešení tohoto úkolu vyžaduje úzkou spolupráci mezi Ústavem výpočetní techniky MZLU v Brně, který zodpovídá za síťovou infrastrukturu školy a pedagogickými útvary univerzity, jejichž úkolem je jasně formulovat své požadavky na síťový servis a aplikační rozhraní. Na základě této spolupráce vznikl návrh projektu "Implementace vysokorychlostních technologií do páteřní sítě MZLU v Brně" který byl podán do grantové agentury Fond rozvoje vysokých škol 1999 (FRVŠ) při Radě vysokých škol. Jeho realizace vyžaduje značné finanční náklady, které přesahují možnosti běžného rozpočtu školy (a tudíž i fakulty) a bez grantové dotace by nebyla možná. Návrh projektu byl přijat a přidělené finanční prostředky bylo možno začít čerpat asi od poloviny letošního roku. Značné problémy s výběrem a nákupem potřebných produktů působí ovšem dosud nevyjasněný způsob financování DPH, který je stále předmětem diskuse mezi MF ČR a MŠMT ČR.

Řešení navrhovaná projektem "Implementace vysokorychlostních technologií do páteřní sítě MZLU v Brně"

Projekt "Implementace vysokorychlostních technologií do páteřní sítě MZLU v Brně" řeší dva navzájem související problémy:

1. Povýšení infrastruktury LAN moderními komponenty využívajícími špičkové přenosové technologie, vytvářející tzv. "bezešvé" lokální sítě bez kritických úzkých profilů a se stabilní vysokou přenosovou kapacitou. Schopnosti těchto technologií umožňují další rozšíření síťových služeb (bezpečnost přenosů a přístupů k síťovým uzlům, podpora přenosů se specifickými požadavky, atd.)

2. Instalace nových výpočetních systémů, které budou schopny poskytovat dostatečnou a spolehlivou podporu výukovým procesům obzvláště v rámci studijního oboru Ekonomická informatika. Svým vybavením (HW i SW) poskytnou rovněž platformu pro experimentální činnost zaměřenou na multimediální data a jejich přenosy v rámci LAN MZLU za účelem postupného zavádění multimediálních výukových technik do praxe. Jedná se o výukové a experimentální servery s operačními systémy třídy Unix (Solaris 2.6 firmy Sun Microsystems) a Windows (NT server firmy Microsoft).

První část projektu je garantována ÚVT MZLU v Brně, při čemž její realizace probíhá za plného provozu univerzitní počítačové sítě. Kromě primárního cíle (viz výše - bod 1.) dojde i ke značnému zefektivnění využití přiděleného adresového prostoru a k umožnění připojení vybraných komunikačních uzlů (serverů, sdílených pracovních stanic apod.) do infrastruktury s přenosovou kapacitou 100 Mbps (tj. s desetinásobnou přenosovou rychlostí než původně).

Realizací druhé části projektu se zabývá Ústav informatiky PEF MZLU v Brně. Pro potřeby výuky a experimentální činnosti byla zvolena pracovní stanice Sun ULTRA 10 pracující pod operačním systémem Solaris 7 (třída UNIX) a server typu Mercury 7200 (až 8000) s operačním systémem Windows Server NT 4.0 (event. 5.0). K disposici jsou tedy dva výpočetní systémy poskytující v současné době dvě nejrozšířenější systémové platformy. Výpočetní systémy s operačními systémy třídy UNIX mají dominantní postavení zejména v oblastech databázových serverů, WWW serverů, v oblasti vývojové a v oblasti víceuživatelských vícevrstvých aplikací, kde tvoří platformu pro moduly datové a moduly aplikační logiky. Výpočetní systémy s operačními systémy typu Windows tvoří platformu pro jednouživatelské a klientské aplikace a u vícevrstvých výpočetních modelů pro moduly prezentační.

Toto řešení dává tedy prostor pro práci s celou škálou různých typů aplikačního programového vybavení.

Podpora výuky předmětů zaměřených na výpočetní technologie

Instalacemi výukových a experimentálních serverů dochází k výraznému rozšíření nástrojů podporujících výuku a studium zvláště předmětů zabývajících se výpočetními, informačními a komunikačními technologiemi. Tento typ předmětů je zaměřen na:

· Práci v základním uživatelském rozhraní operačního systému.

· Základy správy a údržby operačního systému s důrazem na správu síťových funkcí systému a síťový servis.

· Základy vývoje aplikačního SW ( prostřednictvím programovacích jazyků TurboPascal, C, C++, Perl, PHP, Delphi, Java Studio, Java Workshop aj.).

· Práci s databázovými servery (MYSQL, Oracle).

· Práci se specifickými SW nástroji (programové balíky typu klient - server Rational Suite - Analyst Studio firmy Rational Software pro podporu analýzy a návrhu informačních systémů a Power Designer firmy SYBASE pro modelování a analýzu informačních systémů).

Výuka provozovaná na serverech určených k tomuto účelu nepřináší nebezpečí vzniku konfliktních situací, jako by tomu bylo v případě, kdyby probíhala v rámci výpočetních systémů určených i k plnění dalších funkcí.

Výukové servery také poskytují vhodný prostor pro práci na diplomových projektech. Pracovní stanice Sun ULTRA 10 již sloužila pro testy a měření zpracované v diplomové práci "Bezpečnost výpočetních systémů ve veřejných počítačových sítích" a v letošním roce bude tentýž stroj poskytovat prostředí pro práci na diplomovém projektu "Integrace multimediálních informačních zdrojů do podnikových intranetů".

Podpora výuky na bázi využívání multimediálních informačních zdrojů

Podporu výuky multimediálními informačními zdroji lze implementovat dvěma způsoby:

· jako součást výuky použít příjem živého vysílání přednášky, semináře apod. probíhajícího ve vzdálené lokalitě (distance teaching)

· využití řízeného vysílání (interpretaci) multimediálních výukových zdrojů archivovaných na CD nosičích, videokazetách nebo v souborových systémech serverů.

V prvně uvedeném případě se jedná v podstatě o video-conferencing pasivní (naslouchání) nebo dokonce i aktivní (možnost vstupů do vysílání). Kromě příjmu zvukové a video složky lze zařadit do informačního toku i tzv. "white board", což je grafická plocha, která je k disposici účastníkům vysílání k průběžnému vytváření nákresů, editování poznámek apod. I když je video-conferencing aplikovaný ve výuce bezesporu vysoce motivující a kreativitu podporující nástroj, jeho využívání je zatím v našich podmínkách ve fázi počátečního ověřování jeho funkčnosti. Kromě problémů materiálních (nutnost vybavení všech pracovišť v počítačové učebně zvukovými adaptory a sluchátky nebo zakoupení velmi kvalitního datového videoprojektoru), jsou zde i značné problémy technické (s vysílací stranou je třeba se dohodnout na kódovacích a kompresních standardech a na typu přenosového kanálu) a organizační (dojednání obsahu přednášky, čas vysílání apod.). Po provedených testech s příjmem veřejných videokonferencí probíhajících v rámci Internetu nelze ani s určitostí prohlásit, že by bylo možno zaručit stabilní příjem kvalitního obrazu a srozumitelného zvuku. Nicméně je nutno ve výzkumu možností využití videokonferenčních nástrojů ve výuce pokračovat, neboť je tato metoda bezesporu vysoce perspektivní. Pro tento výzkum rovněž slouží prostředí experimentálního a výukového serveru.

Druhý uvedený způsob, pro potřeby výuky vytvoření a následné používání multimediálních výukových zdrojů, má oproti přímému příjmu lekcí vysílaných ze vzdálených lokalit větší předpoklady pro nasazení do výukových procesů v dohledném časovém horizontu, přestože se jedná rovněž o metodu finančně značně náročnou. Kromě doplnění výbavy počítačů v učebnách a pořízení speciálního projektoru (viz výše) je třeba počítat s dosti vysokými náklady na pořízení multimediálních výukových zdrojů a jejich archivaci.

K vytvoření obsahově i formálně kvalitních výukových multimediálních zdrojů je třeba sestavit skupinu, jejíž členové by byli jednak z řad vyučujících, kteří by se podíleli na odborné náplni materiálu a jeho výukové struktuře, ale také z řad odborníků, kteří mají zkušenostmi se zvukovou a video technikou, s přenášením těchto zdrojů po komunikačních kanálech a s jejich interpretací na koncových uživatelských stanovištích. Některé univerzity, mezi něž MZLU v Brně náleží, mají zřízena speciální pracoviště poskytující služby z oboru audiovizuálních technologií ostatním univerzitním útvarům a disponují nejen profesionální výbavou (zařízení pro osvětlení, pro snímání zvuku a obrazu, SW pro konverze audio a video formátů atd.), ale též potřebnými specialisty. Pro archivaci výukového materiálu je vhodný CD datový nosič, který pojme asi 30 min audiovizuálního záznamu. Pro možnost přímého přístupu k informačnímu zdroji je vhodné jej umístit do souborového systému síťového serveru. Způsob přístupu je možno realizovat ze standardního uživatelského rozhraní technologie WWW pomocí klientských programů typu WWW browser. Při návrhu paměťových kapacit tohoto archivního serveru je třeba brát v úvahu, že pro jednu výukovou jednotku s trváním 40 min. je třeba plánovat přibližně 1 GB paměťového prostoru.

Výhoda řízeného vysílání multimediálních zdrojů spočívá v možnosti vyučujícího si průběh výuky podle momentální potřeby organizovat (přerušit, doplnit výkladem, určitý úsek zopakovat), což v případě on-line příjmu není možné. Struktura výukového materiálu může obsahovat i průběžný test, výklad proložený názornými ukázkami, obrazovým doprovodným materiálem apod. Aby tento výukový materiál splnil své poslání, je třeba zajistit, jak již bylo řečeno, jeho profesionální zpracování a zvážit, který typ vyučovaných předmětů je pro tento typ výuky vhodný.

Kvalitní příjem přenášeného multimediálního informačního zdroje je podmíněn též vhodnou infrastrukturou LAN MZLU, garantující rychlý, plynulý a stabilní přenos multimediálních datových proudů mezi datovým serverem a koncovými uživatelskými pracovišti.

Závěr

Bez prostředků získaných prostřednictvím grantového projektu "Implementace vysokorychlostních technologií do páteřní sítě MZLU v Brně" by nebylo možno komplexně řešit problém výuky předmětů zaměřených na výpočetní, informační a komunikační technologie a bylo by velmi obtížné zahájit výzkum zavádění progresivních výukových metod na MZLU v Brně. Přínosy realizace tohoto projektu lze spatřovat ve dvou oblastech:

· Nasazením špičkových síťových technologií do infrastruktury LAN MZLU dochází ve vlastním provozu této lokální sítě nejen ke zrychlení přenosů a odezev, ale i k zvýšení bezpečnosti přenosů a umožnění provádět centrální správu a průběžné sledování provozu a stavu jednotlivých síťových zařízení. Konfigurace síťových zařízení navíc poskytuje podporu novým typům přenosů (multicast, real-time) potřebných pro realizaci nových forem komunikace.

· Instalacemi výukových a experimentálních serverů dochází k výraznému rozšíření nástrojů podporujících výuku a studium zvláště předmětů zabývajících se výpočetními, informačními a komunikačními technologiemi.

Přestože do ukončení realizace projektu a jeho konečného zhodnocení zbývá ještě několik měsíců a jeho přínos se výrazněji projeví během nastávajícího zimního semestru studijního roku 1999/2000, lze s určitostí předpokládat, že projekt "Implementace vysokorychlostních technologií do páteřní sítě MZLU v Brně" svůj účel ve všech aspektech splní a lze na něj navázat dalšími projekty podporujícími využívání stále se zdokonalujících výpočetních a informačních technologií v univerzitním prostředí.