РАЗВИТИЕ СРЕДЫ УДАЛЕННОГО ДОСТУПА К ИНФОРМАЦИОННЫМ РЕСУРСАМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ И НАУЧНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА

А.А. Букатов, О.В. Шаройко., Г.В. Муратова
baa@rsu.ru  shar@rsu.ru  muratova@rsu.ru

Ростовский государственный университет

Аннотация

Рассмотрены вопросы развития среды удаленного доступа к информационным массивам, электронным библиотекам, федеральным и региональным образовательным порталам и другим авторитетным электронным ресурсам образовательных и научных учреждений Южного федерального округа (ЮФО) РФ и внешним электронным библиотекам.

Введение

Активное развитие телекоммуникационных технологий в последние годы привело к созданию во многих регионах России современной коммуникационной среды как транспортной основы для разнообразных информационных потоков. Содержание и направленность информационных потоков определяются потребностями конкретных регионов, однако, существуют общие тенденции. Очевидным является факт, что достижение современного уровня развития научных и образовательных структур регионов невозможно без необходимого им информационного обеспечения. Поэтому особую актуальность приобретает сегодня проблема оперативного доступа ученых, преподавателей, студентов регионов РФ к современным информационным ресурсам по различным отраслям науки, техники, образования. Такая потребность может быть удовлетворена путем создания развитой системы эффективного телекоммуникационного доступа указанной категории лиц к необходимым информационным полнотекстовым ресурсам, а также созданием интегрированного комплекса программных средств, обеспечивающей удобные функциональные интерфейсы для доступа к информационным массивам и электронным библиотекам полнотекстовых документов.

Ростовский государственный университет уделяет этому направлению работ большое внимание. В 2006 году проект РГУ «Создание системы доступа к распределенным информационным ресурсам учреждений и организаций сферы образования и науки Южного федерального округа», реализующий это направление, получил поддержку Министерства образования и науки в рамках Программы «Развитие научного потенциала высшей школы». Основным исполнителем проекта является Южно-Российский региональный центр информатизации Ростовского государственного университета (ЮГИНФО РГУ).

ЮГИНФО РГУ располагает большим опытом проектирования, создания и развития региональных магистральных научно-образовательных телекоммуникационных сетей, предоставляющих развитые средства эффективного доступа для образовательных организаций региона к информационным ресурсам. При реализации данного проекта используются опыт и наработки предыдущих исследований.

В настоящей работе рассматриваются актуальные вопросы создания единой среды удаленного доступа к образовательным ресурсам Южного федерального округа (ЮФО) РФ. В первую очередь эта среда основана на региональной научно-образовательной телекоммуникационной сети (НОТС) ЮФО РФ, созданной на базе распределенной телекоммуникационной сети Ростовского государственного университета (РГУ) [1]. Создание развитие и эксплуатацию НОТС ЮФО выполняет ЮГИНФО РГУ (в координации с ведущими научно-образовательными учреждениями других субъектов федерации (СФ) ЮФО). Наряду с созданием развитой телекоммуникационной среды крайне важным является разработка средств, обеспечивающих минимизацию затрат на оплату доступа к авторитетным электронным библиотекам (ЭБ) научно-образовательного назначения и приемлемое качество доступа к указанным ЭБ. Перечисленный комплекс вопросов является предметом рассмотрения настоящей статьи.

1. Актуальность развития региональных научно-образовательных телекоммуникационных сетей

Научно-образовательные телекоммуникационные сети (НОТС) в настоящее время являются основой единого образовательного информационного пространства. Развитию этого направления был посвящен целый ряд государственных межведомственных и Федеральных целевых программ, основной задачей которых было создание и развитие НОТС РФ. В ходе выполнения этих программ основные средства были направлены на создание нескольких ведомственных магистральных НОТС РФ, таких как RUNNet, RBNet, RASNet и др. [2-3]. Характерной особенностью указанных магистральных сетей является то, что они «доводят» свои магистральные каналы до относительно небольшого числа крупных городов РФ, включая центры Федеральных округов РФ. Развитие региональных НОТС, необходимых для подключения широкого круга научно-образовательных учреждений (НОУ) всех уровней, к национальным магистральным НОТС, как таковое, из указанных программ не финансировалось. Из средств указанных выше государственных программ финансировались лишь отдельные проекты по подключению некоторых научно-образовательных учреждений (НОУ) к инфраструктуре НОТС РФ.

Между тем, задача создания развитых региональных НОТС является логическим продолжением задачи развития магистральных НОТС национального масштаба. При этом крайне ограниченное финансирование создания региональных НОТС (осуществляемое, как правило, из различных источников и выделяемое в различные периоды времени различным НОУ региона) предъявляет особые требования к эффективности использования выделенных средств. Поэтому в ЮГИНФО РГУ] выполнен ряд работ по созданию общей методологии [4-6] и частных методов [7-10], направленных на создание эффективных региональных НОТС. При их разработке были  существенно использованы опыт и результаты, полученные в ходе создания и развития региональной НОТС Южного федерального округа (ЮФО) РФ.

В ходе создания НОТС ЮФО был решен ряд организационных и технических проблем построения эффективной региональной НОТС, обеспечивающей потребности подключенных к ней НОУ в необходимых телекоммуникационных, информационных и вычислительных услугах, включая услугу гарантированного качества сетевого обслуживания (QoS-Quality of Service) при доступе к определенным видам ресурсов сети. Методы обеспечения эффективного доступа к приоритетным ЭР и ЭБ рассматриваются в последующих разделах настоящей статьи.

2. Структурная организация и организация взаимодействия подсетей НОТС ЮФО

Разработанная методология создания и развития региональных НОТС определяет, в первую очередь, типовую топологическую структуру региональной НОТС и организационную схему взаимодействия ее подсетей. В качестве типовой топологической схемы выбрана двух или более уровневая иерархическая звезда с главным центром, расположенным в центре региона, и с центрами второго уровня, расположенными в центрах СФ. НОТС СФ являются автономными системами (AS) по отношению к НОТС округа и используют скоординированную политику управления сетями. Возможно, что НОТС СФ включает несколько скоординировано функционирующих AS.

Предлагаемая топологическая структура обусловлена тем, что на уровне федерального округа интенсивность информационных потоков типа «СФ – центр» существенно выше интенсивности потоков типа «СФ – СФ». Аналогично информационные потоки типа «подсубъект – СФ» значительно интенсивнее потоков типа «подсубъект – подсубъект». Возможный вопрос о надежности сетевых соединений в предлагаемой топологической схеме, для которой характерно отсутствие резервных каналов передачи данных, снимается применением одного из основных принципов построения региональных НОТС – принципом аренды междугородних каналов у крупных коммерческих операторов каналов передачи данных. При этом необходимый уровень резервирования каналов должен обеспечиваться этими операторами.

В качестве иллюстрации применения рассмотренной типовой топологии региональной НОТС приведем представленную на рис. 1. схему междугородних каналов НОТС ЮФО.

Рис. 1. Схема междугородних каналов НОТС ЮФО

Переходя к вопросу о необходимой автономности НОТС СФ и их подсубъектов, вспомним характер финансирования работ по созданию региональных НОТС. В соответствии с ним, средства, используемые для построения региональных НОТС, обычно выделяются из различных источников конкретным НОУ для их подключения их к НОТС национального масштаба. Поэтому сетевая инфраструктура, созданная за выделенные финансовые средства вынужденно ставится на баланс соответствующих НОУ, находится под административным управлением этих НОУ и обычно оформляется в виде соответствующих автономных систем (AS).

При этом скоординированная политика управления сетями (AS) должна обеспечивать необходимую маршрутизацию информационных потоков AS каждого из НОУ в соответствующую национальную ведомственную НОТС. В работе [5] рассмотрены методы обеспечения прозрачного подключения, основанные на технологиях MPLS VPN для обеспечения прозрачного транзита трафика ведомственных сетей через инфраструктуру региональной НОТС и технологии BGP/MPLS VPN для прозрачного функционирования протоколов управления маршрутизацией.

Следует также остановиться и на рассмотрении характеристик магистральных НОТС центра региона (для ЮФО – Ростов-на-Дону) и центров СФ и иных крупных населенных пунктов. Эти сети входят в состав AS ведущих НОУ центра региона (РГУ для ЮФО) и СФ, но имеют особую организацию в виду территориальной плотности подключаемых к ним сетей. Поэтому ниже такие магистральные сети мы будем называть территориальными. Характерной их особенностью является высокая плотность узлов передачи данных (допускающая создание относительно дешевых каналов передачи данных между такими узлами) и наличие таких узлов на площадках ведущих коммерческих операторов передачи данных региона или СФ.

3. Организация средств обеспечения качества обслуживания при доступе к ресурсам НОТС ЮФО

Требуемый уровень качества обслуживания (QoS) при доступе к приоритетным ИР и ЭБ может быть реализован путем резервирования емкости каналов, находящихся на пути между потребителем и источником ресурсов (в пределах НОТС ЮФО и ее пограничных каналов). Впервые такие средства были реализованы для служб доступа к вычислительным ресурсам ЦВВ РГУ [8]. Затем эти средства были адаптированы для резервирования емкости каналов для служб доступа к приоритетным ЭР и ЭБ [11]. Рассмотрим принципы работы и организацию этих средств подробнее.

Авторами настоящей статьи разработаны методы, предлагаемые для использования в научно-образовательных телекоммуникационных сетях (НОТС) для динамического адаптивного резервирования емкости телекоммуникационных каналов для обеспечения эффективности удаленного доступа (требуемого QoS) к наиболее приоритетным научно-образовательным службам: службам удаленного доступа к вычислительным и приоритетным информационным ресурсам [8,11]. К числу последних относятся внутренние (размещенные в ядре НОТС)  и внешние (российские и иностранные) электронные библиотеки (ЭБ) полнотекстовых научных и учебно-методических публикаций. Целесообразность подобного резервирования мотивируется тем, что каналы НОТС фактически используются для открытого доступа к Интернет, имеющего меньшее значение для научно-образовательных учреждений, чем оперативный доступ к вычислительным ресурсам и к необходимым для обеспечения научных исследований и учебного процесса научным и учебно-методическим публикациям.

Рассматриваемые методы основаны на изначально разработанных методах динамического резервирования емкости телекоммуникационных каналов для служб удаленного доступа к вычислительным ресурсам центра высокопроизводительных вычислений (ЦВВ) коллективного пользования [8]. Эти методы реально применяются в региональной НОТС ЮФО. Поскольку наиболее перегруженными в региональных сетях являются пограничные (внешние) каналы, то наиболее значимой частью разработанных методов являются методы распределения емкости внешних каналов.

Для резервирования емкости в пограничных каналах удаленного доступа к ЦВВ РГУ разработаны специальные средства, основанные на использовании механизма обратной связи стека протоколов TCP/IP. На ближней к получателю стороне канала устанавливаются некоторые ограничения, определяемые на основе текущей потребности и заданных администратором приоритетов. Вследствие ограничения часть пакетов отбрасывается и отправляющая сторона уменьшает размер окна TCP/IP, что приводит к снижению нагрузки на канал со стороны данного информационного потока.

Разработанные средства резервирования емкости внешних каналов доступа к ЦВВ основаны на разработанном ранее программном комплексе учета и регулирования уровня загруженности каналов научно-образовательных телекоммуникационных сетей [12] и используют его для определения текущей потребности в канальных ресурсах и непосредственного изменения ограничений на каналах. Основу разработанных средств составляет программа-демон, выполняющая пересчет ограничений канальной емкости, доступной той или иной группе потребителей. Группы могут быть общего или некоторого специального типа. Группы специального типа используются для учета особенностей тех или иных протоколов (служб) НОТС. В частности, для групп активных соединений с ЦВВ терминального типа, состав которых динамически определяется упомянутым демоном, размер резервируемой полосы пропускания определяется с учетом статистического мультиплексирования емкости резервируемой полосы между всеми входящими в группу активными терминальными соединениями с ЦВВ в соответствии с правилами, рассмотренными в [8]. Затем обеспечивается динамическое резервирование полосы пропускания, необходимой для обеспечения эффективной пересылки данных всех активных терминальных соединений. Резервирование емкости внешнего канала для соединений по пересылке файлов выполняется по иным законам. Для каждого активного соединения пересылки файлов резервируется полоса пропускания, ограниченная не только снизу, но и сверху. Это связано с тем, что трафик соединений по пересылке файлов способен заполнять всю свободную емкость каналов.

Рассмотрим способ резервирования каналов доступа к внешним ЭБ. Служба доступа к ЭБ реализуется PROXY-сервером, через который осуществляется доступ к ЭБ со всех компьютеров корпоративной НОТС. По аналогии с тем, как это сделано для организации резервирования внешнего канала для служб доступа к ЦВВ, на этот сервер устанавливается программа-демон, рассчитывающая текущий уровень интенсивности запросов к ЭБ и динамически определяющая минимально необходимую емкость канала, необходимую для более или менее оперативного удовлетворения активных запросов к ЭБ. Поскольку трафик рассматриваемой службы (трафик пересылки объемных файлов полнотекстовых документов) может заполнять всю свободную полосу пропускания внешнего канала, ограничение сверху на ширину резервируемой для доступа к ЭБ полосы пропускания внешнего канала рассчитывается на основе политики и приоритетов распределения емкости канала для потребностей различных служб НОТС.

Политика и приоритеты резервирования емкости каналов определяются в соответствующем конфигурационном файле системы динамического адаптивного резервирования емкости каналов. При этом указанная политика может существенно опираться на результаты статистического анализа аномальных режимов загрузки внешнего канала сети, методы которого рассматриваются в [13].

В настоящее время выполнена разработка проекта демона динамического расчета потребности службы доступа к ЭБ в емкости внешнего канала и взаимодействия этого демона с демоном PROXY сервера. После разработки соответствующих программ они будут установлены для опытной эксплуатации в состав ПО серверов главного телекоммуникационного узла НОТС РГУ.

4. Схема корпоративного доступа к научным электронным библиотекам (ЭБ)

Рассмотрим организационно-технические методы снижения себестоимости доступа сотрудников образовательных учреждений к доступным на коммерческой основе электронным библиотекам (ЭБ) полнотекстовых научных публикаций [14], таким как Научная электронная библиотека России [15], библиотека Кембриджского университета (также доступная через [15]), библиотека ЭБСКО [16] , библиотека электронного издательства Elsevier [17] и др.

Важность обеспечения режима наиболее льготного режима профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и студентов к указанным библиотекам обусловлена высокими темпами развития науки во всех областях, а так же практическим отсутствием возможности доступа к печатным версиям большинства научных публикаций. Снижение себестоимости доступа указанных выше категорий лиц к коммерческим электронным библиотекам может быть достигнуто путем кооперации научно-образовательных учреждений (НОУ) при заключении договоров на получение доступа к ЭБ от имени сообществ этих НОУ. При этом экономия достигается за счет того, что в рамках одного договора стоимость доступа к ЭБ зависит от количества компьютеров, с которых осуществляется доступ к ЭБ, не линейно. С увеличением числа компьютеров себестоимость доступа к ЭБ с одного компьютера уменьшается.

Технически доступ сообщества НОУ к любой из электронных библиотек реализуется через PROXY-сервер одного из НОУ с указанием в Договоре на предоставление доступа количества компьютеров, осуществляющих доступ к ЭБ через указанный PROXY-сервер. То есть техническая схема доступа полностью аналогична той, с помощью которой осуществляется доступ к ЭБ одного НОУ. При этом, однако, должны быть выполнены два дополнительных условия, одно из которых является организационным, а второе – техническим. Во-первых, все НОУ, входящие в состав сообщества, заключающего договор с ЭБ от имени одного, назовем его ведущим в доступе к ЭБ НОУ, должны заключить соответствующие договора с ведущим НОУ (о пропорциональной количеству компьютеров оплате подключения к ЭБ). Во- вторых, все НОУ, входящие в состав указанного сообщества, должны быть объединены общей скоростной телекоммуникационной сетью. Для НОУ Южного федерального округа (ЮФО) РФ такой сетью является созданная Ростовским государственным университетом (РГУ) научно-образовательная телекоммуникационная сеть (НОТС) ЮФО/

Рассмотренная схема была практически проверена при организации доступа к ЭБ участников Южного корпоративного университета, включающего в свой состав РГУ, Таганрогский радиотехнический университет (ТРТУ) и Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) – ЮРГТУ (НПИ). При этом техническая схема продемонстрировала свою работоспособность.

Следует отметить, что в силу возможной загруженности внутренних и внешнего канала НОТС ЮФО трафиком доступа к отличным от ЭБ информационным ресурсам может быть целесообразной организация динамического адаптивного резервирования емкости таких каналов для потребностей доступа к ЭБ в соответствии с методами, рассмотренными в этом разделе.

Заключение

Кроме телекоммуникационной основы важной компонентой развития информационной среды является наполнение современными информационными ресурсами, основной структурной формой которых являются порталы. В рамках работ по созданию системы образовательных порталов РФ, проводившихся под руководством ГНИИ ИТТ «Информика», ЮГИНФО РГУ участвовал в разработке федерального портала «Здоровье и образование», гуманитарного раздела образовательного портала Ростовской области, других информационных проектах.

В течение последних 5 лет ЮГИНФО РГУ проводил активную работу по обеспечению доступа сотрудников и студентов РГУ к известным электронным библиотекам, в число которых входят электронные библиотеки РФФИ, издательств Elsevier, Kluer, Кэмбриджского университета, EBSCO, базы данных диссертаций и пр. Выполнена разработка методологии корпоративной подписки на известные электронные библиотеки полнотекстовых документов, включая  разработку методологии и схемы организации корпоративного доступа сообщества образовательных и научных учреждений ЮФО к общероссийским и зарубежным электронным библиотекам;

При построении систем доступа к информационным массивам и электронным библиотекам научных и образовательных учреждений используется новый подход к интеграции разобщенных информационных массивов и электронных ресурсов в унифицированном стандарте в среде единой интегрированной информационной системы. Эта система реализуется сотрудниками ЮГИНФО РГУ в рамках построения Информационного Интегрирующего Комплекса, представляющего учебно-методическую среду, объединяющую информационные ресурсы различных видов и интегрированные, унифицированные средства поиска и авторизованного доступа к различным информационным ресурсам [18].

Литература

1.     Белоконь А.В., Букатов А.А., Крукиер Л.А. Создание научно-образовательной сети Ростова-на-Дону, Ростовской области и Южного федерального округа на базе телекоммуникационной сети РГУ // Труды Международной научно-методической конференции «Телематика’2001», СПб, 2001, с. 37-38.

2.     Тихонов А.Н., Васильев В.Н. Направления развития университетской компьютерной сети RUNNet // Тезисы докладов Всероссийской научно-методической конференции  «Телематика’96», СПб, 1996, с.8-10.

3.     Садовничий В.А., Васенин В.А., Мокроусов А.А. Тутубалин А.В. Российский Интернет в цифрах и фактах. М: изд. МГУ, 1999, 148 с.

4.     Букатов А.А. Методологические аспекты повышения эффективности создания и эксплуатации научно-образовательной сети Южного федерального округа РФ // Приложение к журналу «Открытое образование», Материалы XXXIII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе», май 2006, с.224-225.

5.     Букатов А.А., Муратова Г.А., Шаройко О.В. Развитие среды удаленного доступа к информационным ресурсам образовательных и научных учреждений Южного федерального округа // Материалы Международной научной конференции «Информационные технологии и телекоммуникации в образовании и науке», Турция, май 2006, с. 166‑167.

6.     Букатов А.А., Букатов С.А., Монастырский М.И., Шаройко О.В. Анализ эффективных методов построения транспортной инфраструктуры региональных научно-образовательных телекоммуникационных сетей // Известия вузов. Северокавказский регион. Технические науки, № 3, 2004, 12-17.

7.     Букатов А.А., Букатов С.А. Оптимизация разбиения на сегменты коммутируемой сети Ethernet с множественными резервными каналами  // Известия ТРТУ, № 10, 2005, с 140-145.

8.     Букатов А.А., Шаройко О.В. Методы и средства резервирования емкости каналов для служб удаленного доступа к вычислительным ресурсам регионального центра высокопроизводительных вычислений // Известия вузов. Северокавказский регион. Технические науки, 2004, № 2, с. 3-6.

9.     Березовский А.Н., Шаройко О.В. Реализация системы сбора и обработки статистической информации о функционировании телекоммуникационной сети и методы организации обработки потоков информации в этой системе // Искусственный интеллект, журнал Института искусственного интеллекта Национальной Академии наук Украины, № 3, 2005, с.708-715.

10.   Букатов А.А., Шаройко О.В. Организация коннективности российских научно-образовательных сетей через магистральную сеть РГУ // Тезисы докладов XII конференции представителей региональных научно-образовательных сетей “RELARN-2005”, Н. Новгород, 2005, с. 15-17.

11.   Шаройко О.В. Метод динамического резервирования емкости телекоммуникационных каналов доступа к электронным библиотекам // Материалы научно-методической конференции «Современные информационные технологии в образовании: Южный федеральный округ», Ростов-на-Дону: ЦВВР, 2006, с. 274-275.

12.   Букатов А.А., Шаройко О.В. Организация средств динамического резервирования каналов удаленного доступа к региональному центру высокопроизводительных вычислений // Материалы конференции «Relarn-2002», Нижний Новгород, 2002, с. 17‑18.

13.   Березовский А.Н. Система выявления аномальных режимов работы телекоммуникационных каналов // Труды XIII Всероссийской научно-методической конференции «Телематика’2006», СПб, 2006, с. 242-243.

14.   Шаройко О.В., Березовский А.Н., Букатов А.А. Техническая и организационная схема организации корпоративного доступа сообщества вузов к электронным библиотекам // Материалы научно-методической конференции «Современные информационные технологии в образовании: Южный федеральный округ», Ростов-на-Дону: ЦВВР, 2006, с.276-277.

15.   http://www.elibrary.ru

16.   http://search.epnet.com

17.   http://www.sciencedirect.com

18.   Кияшко Т.М.,. Кондратенко В.А, Орехова О.Д., Пищик Л.А. Информационная среда для управления научно-образовательным  процессом ВУЗа // Материалы научно-методической конференции Современные информационные технологии в образовании: Южный Федеральный Округ, Ростов-на-Дону, 2006 г., с. 124-126.