Implementarea unei aplicaţii pentru sisteme e-learning cu capabilităţi multimedia streaming Radu Rădescu Universitatea Politehnica Bucureşti, radu.radescu@upb.ro Andrei Marinescu Universitatea Politehnica Bucureşti, andrei@vitalitymedia.ro Abstract Tehnologiile de transmisie de date au cunoscut o mare dezvoltare în ultimii ani. Penetrarea conexiunilor de tip broadband în Romania se apropie de 9,8% din totalul populaţiei, o mare parte din calculatoarele conectate fiind dotate cu webcam şi microfon şi putând reda cursiv imagini şi semnal audio. Astfel, terenul este pregătit pentru o revoluţie în modul în care învăţăm. În cele ce urmează, se va demonstra faptul că implementarea unei sesiuni de videoconferinţă cu elemente multimedia într-o platformă e-learning presupune o infrastructură accesibilă şi cunoştinţe tehnice minime. 1. Introducere În cadrul acestei lucrări, se va propune o arhitectură de server web care va conţine o aplicaţie open-source dedicată activităţii de e-learning asincron, cât şi o platformă dedicată organizării de webinarii (seminarii desfăşurate pe Internet). De asemenea, este propusă implementarea Google Apps, o suită de aplicaţii web oferite de Google, şi anume: Gmail, Google Docs, Google Calendar. Aplicaţia Gmail va rula pe domeniul propriu serverului web, oferind adrese de email locale (de tipul user@domeniu.tld). Costurile pentru un astfel de sistem implică închirierea unui server virtual dedicat (aprox. 50 EUR/lună) şi cumpărarea unui nume de domeniu (50 USD pe viaţă, în cazul domeniilor.ro). Aplicaţia dedicată organizării non-interactive a cursurilor se numeşte Moodle şi este folosită pe scară largă la nivel mondial. Aceasta poate fi instalată gratuit şi permite formarea de clase şi cursuri virtuale, postarea de diferite documente aferente materiei predate. Este de asemenea posibilă organizarea de testări ale studenţilor. Practic, prin intermediul acestei aplicaţii se realizează tranziţia tuturor activităţilor didactice obişnuite în mediu virtual. Toate, cu excepţia uneia, realizează contactul (mai mult sau mai puţin) direct cu studentul. În acest sens, se va folosi aplicaţia DimDim WebMeeting. Este vorba de o aplicaţie dedicată conferinţelor video pe Internet. Aplicaţia oferă un whiteboard, posibilitatea de screen-casting şi URL-sharing, dar şi posibilitatea încărcării unui fişier pdf sau ppt şi susţinerea unei prezentări. Mai mult chiar, sunt disponibile până la 3 sloturi de cameră web şi 5 sloturi de microfon, pentru a putea uşura comunicarea între participanţi. Pentru a finaliza tranziţia activităţilor academice, se va implementa Google Apps pentru a permite fiecărui actor implicat în utilizarea aplicaţiei să aibă propria adresă de email, pe baza căreia poate folosi un sistem integrat de chat şi poate edita orice fel de documente, în sistem colaborativ. Sistemul este disponibil gratuit pentru un număr de până la 200 de participanţi. 2. Implementarea Moodle Nu se va insista foarte mult pe configurarea de bază a serverului. Cerinţele minimale ale unui sistem care să susţină toate aplicaţiile de mai sus sunt: procesor mononucleu, 1-2 GB RAM, SO Linux (preferabil CentOS 5); server web Apache, SGBD MySQL, interpretor PHP; acces SSH sau direct la un terminal cu acces root.
132 Universitatea din Bucureşti şi Universitatea Tehnică Gh. Asachi Iaşi Astfel de sisteme pot fi găsite în mod curent în majoritatea mediilor academice sau pot fi închiriate de la firme de webhosting, la preţuri variind între 20 şi 50 EUR. Instalarea Moodle se desfăşoară asemănător aplicaţiilor desktop moderne. De la adresa http://download.moodle.org se poate descărca varianta cea mai recentă a aplicaţiei. Conţinutul arhivei este copiat în rădăcina serverului web (de regulă, /var/www/html/) şi se creează o nouă bază de date MySQL, care va folosi la stocarea datelor. Se accesează apoi serverul web (direct pe numele de domeniu sau pe adresa IP, în cazul în care nu este asociat un nume de domeniu) şi se urmează paşii unei proceduri (wizard) de instalare. Aplicaţia poate fi personalizată grafic prin diferite teme disponibile gratuit pe Internet şi administrată cu ajutorului unui username de administrare creat pe parcursul wizardului. Paşii următori sunt crearea de conturi de profesori şi studenţi, şi punerea în producţie a aplicaţiei. Timpul mediu pentru instalarea unei astfel de platforme este de 0,5-2 ore. Timpul necesar personalizării şi creării userilor variază în funcţie de instituţie, dar toate activităţile se desfăşoară prin intermediul interfeţei grafice de administrare. 3. DimDim WebMeeting La momentul redactării acestei lucrări, varianta open-source a tehnologiei DimDim WebMeeting este oferită în 3 variante: pachet RPM pentru CentOS 5.2, cod sursă şi imagine de maşină virtuală VMWare. Indiferent de varianta de împachetare, platforma are arhitectura din figura 1. Streamingul este realizat pe baza tehnologiei Flash, cu ajutorului unui Flash Media Server gratuit, numit Red5. Datele sunt transmise prin protocolul RTMP (Real Time Media Protocol) şi pot fi accesate pentru înregistrare pe baza unor URL-uri separate pentru fiecare conferinţă. Părţile aplicaţiei care nu ţin de streaming (chatul public şi privat, interfaţa aplicaţiei şi panoul de administrare) sunt implementate folosind tehnologia Java Servlets şi sunt servite clienţilor cu ajutorul lui Apache Tomcat Web Server. Datorită faptului că serverul va avea active două servere web simultan (cel responsabil de Moodle şi cel responsabil de DimDim), se va configura DimDim să ruleze pe alt port decât cel predefinit pentru protocolul HTTP, şi anume, 80. Configurarea se face prin rularea unui script, toată procedura fiind documentată într-un fişier text livrat odată cu aplicaţia. Pentru managementul documentelor, aplicaţia foloseşte o serie de librării din OpenOffice SDK, cât şi o serie de librării Python 2.4 şi 2.5 (folosite de asemenea pentru comunicarea intercomponente). Instalarea acestor librării se face înaintea rulării pachetului RPM sau a compilării codului sursă. Obţinerea şi instalarea acestor pachete este complet documentată în fişierul care însoţeşte pachetul descărcat de pe dimdim.com. Serverul DimDim este compus dintr-o serie de componente responsabile de diferite unităţi funcţionale, folosindu-se două nivele de protocoale de interacţionare. Primul nivel se numeşte End User Protocol Suite (EUPS) şi rulează peste protocolul HTTP. Acest nivel este proiectat pentru a comunica cu utilizatorii DimDim. Singurul protocol care nu rulează pe HTTP este cel responsabil de transmisia web şi a whiteboardului. Acest protocol este RTMP (Real Time Media Protocol). Acest protocol foloseşte portul TCP 1935. Al doilea set de protocoale realizează comunicarea între componentele DimDim şi este denumit ICoPS (Inter Component Protocol Suite). Infrastructura DimDim este aşezată în spatele unui server nginx, care se ocupă de accesul transparent la aplicaţie. Componentele principale ale WMI sunt: DimDim Conference Server; DimDim Media Server; DimDim Screenshare Server (Reflector); DimDim Streaming Server.
Conferinţa Naţională de Învăţământ Virtual, ediţia a VII-a, 2009 133 Figura 1. Arhitectura DimDim WebMeeting Aceste componente sunt accesate printr-un reverse-proxy nxginx şi, astfel, din exterior sunt vizibile într-un singur punct de acces HTTP, diferenţierea făcându-se prin interpretarea URLurilor. Astfel, se reduce complexitatea arhitecturii pe porturi şi este mai uşor de menţinut o politică firewall la instalare. 4. Descrierea componentelor DimDim WebMeeting DimDim Conference Server este un sistem pub/sub cu rolul de a oferi infrastructura care face posibil conferinţelor să interacţioneze folosind un sistem de mesaje responsabil de managementul stărilor şi al participanţilor. Partea externă a DCS funcţionează cu un protocol JSON transmis pe HTTP/S. DimDim Media Server (DMS) este responsabil cu organizarea diferitelor tipuri de resurse media, cum sunt prezentările PowerPoint, fişierele pdf etc. DimDim Screenshare Server (Reflector) reprezintă un protocol scalabil, care face posibilă distribuirea ecranului prezentatorului către participanţi. La bază, Reflector reprezintă un serviciu VNC modificat, care este transmis folosind HTTP/S prin tehnologie FastCGI. Serviciul suportă ecrane multiple, fiecare cu un prezentator şi participanţi multipli. DimDim Streaming Server oferă capabilităţile de media streaming audio şi video, cât şi cele de whiteboard, folosind protocolul RTMP. Implementarea din serverul DimDim al acestui serviciu se face pe bază Red5 Flash Media Server, o alternativă open-source la Flash Media Server al celor de la Adobe, care implică un cost de licenţiere uriaş. Arhitectura porturilor. Unul din principalele obiective în proiectarea DimDim a fost scăderea numărului de porturi necesare a fi deschise în firewallul serverului. Datorită faptului că serverul web nginx are capabilităţi de reverse proxy foarte bine puse la punct, este posibil să existe un singur port HTTP deschis. Este recomandat ca şi portul 1935 să fie deschis în firewall pentru acces RTMP direct. Restul porturilor folosite de către DimDim sunt accesate intern de către diferitele unităţi funcţionale, astfel că nu este nevoie să fie deschise publicului.
134 Universitatea din Bucureşti şi Universitatea Tehnică Gh. Asachi Iaşi 5. Google Apps Google Apps este un set de utilitare destinat companiilor, dar şi mediului academic. Implementarea acestuia se face prin crearea unui cont de administrator pe http://google.com/apps. După crearea, contului se creează un subdomeniu pe server, care să redirecteze traficul către http://google.com/a/nume_domeniu şi se creează setul iniţial de useri. Pentru activarea serviciului de email, se inserează un set de înregistrări MX în panoul de administrare al serverului de email local. Adresele necesare sunt oferite de către Google la înregistrare. În urma efectuării acestor paşi de instalare (vezi figura 2), userii au acces la: servicii de email Gmail, cu capacitate de stocare de până la 7 GB. acces la Google Docs, un set de aplicaţii de tip web based office. Pot fi editate fişiere text, spreadsheet sau prezentări. Editarea se poate face colaborativ, creatorul documentului putând specifica drepturile de acces ale fiecărui user sau grup de useri. acces la Google Calendar, o aplicaţie PIM (Personal Information Management), care permite alerte prin SMS, sincronizarea cu aplicaţii locale gen MS Outlook sau cu PDA-uri. Figura 2. Demararea unei conferinţe DimDim 6. Concluzii Sistemul prezentat mai sus are un domeniu larg de aplicabilitate, atât în mediile corporatiste, cât şi în mediul academic. Practic, orice universitate îşi poate deschide porţile către sesiunile de webmeeting în învăţământul la distanţă, cu următoarele costuri: server începând de la 50 EUR/lună; domeniu.ro aprox. 40 EUR; instalare software începând de la 100-200 EUR se poate găsi personal specializat pentru implementarea software (o resursă bună în acest sens este getafreelancer.com). O dată implementată platforma, aceasta poate fi utilizată pentru oferirea de servicii studenţilor instituţiei. De exemplu, Academia de Studii Economice a implementat deja sistemul Google Apps pentru toţi studenţii săi. Platforma de conferinţe web poate fi integrată cu orice fel de aplicaţie web prin intermediul unui API (Application Programming Interface) pe bază de URL. Pot fi configurate şi generate conferinţe şi se pot genera linkurile de acces pentru utilizatori. Sistemul de editare colaborativă a documentelor poate eficientiza diferitele activităţi didactice care implică echipe. De exemplu: lucrările de cercetare, proiectele semestriale, lucrările de diplomă şi disertaţie. Platforma de videoconferinţă poate fi utilizată pentru organizarea de sesiuni de comunicări ştiinţifice sau de pregătire cu lectori (vezi figura 3) din afara ţării. De asemenea, profesorii pot organiza sesiuni de consultaţii sau şedinţe inter-departamentale. Diferite evenimente desfăşurate în
Conferinţa Naţională de Învăţământ Virtual, ediţia a VII-a, 2009 135 campusul universităţii pot fi transmise live pe Internet, gratuit sau chiar contra-cost, creându-se astfel un nou posibil canal de influx financiar. Mai mult chiar, profesorii pot oferi materialul de curs pe o unică platformă, astfel încât se poate crea în timp o bibliotecă virtuală accesibilă gratuit tuturor studenţilor. Această contribuţie a încercat să arate că implementarea unei sesiuni de videoconferinţă cu elemente multimedia într-o platformă e-learning este simplu de realizat şi presupune o infrastructură accesibilă şi cunoştinţe tehnice minime. Figura 3. Fereastra lectorului într-o conferinţă DimDim BIBLIOGRAFIE [1] A. Marinescu, Implementarea unei aplicaţii de videoconferinţă pentru sisteme elearning, lucrare de licenţă susţinută la Universitatea Politehnica Bucureşti, iulie 2009. [2] R. Rădescu, E-learning: concept, implementare şi aplicaţii, IT&C Market Watch, Fin Watch, Bucureşti, nr. 30/2004 (coautor C. Lăcraru) p. 50, (nr. 31/2004) p. 61, (nr. 33/2004) p. 50 (serial). [3] R. Rădescu, R. Mărescu, External Use of the Easy-Learning Platform: a Web-Based Application, Proceedings of the Symposium Educational Technologies on Electronic Platforms in Engineering Higher Education (TEPE 2005), Technical University of Civil Engineering of Bucharest, 27-28 May 2005, CONSPRESS Publishing House, 2005, pp. 227-234. [4] R. Rădescu, R. Iovan, New Facilities of the Easy-Learning Platform, Proceedings of the Symposium Educational Technologies on Electronic Platforms in Engineering Higher Education (TEPE 2005), Technical University of Civil Engineering of Bucharest, 27-28 May 2005, CONSPRESS Publishing House, 2005, pp. 219-226. [5] http://www.dimdim.com/opensource/dimdim_documentation.html [6] http://docs.google.com/support/bin/answer.py?hl=en&answer=134592 [7] http://europa.eu/rapid/pressreleasesaction.do?reference=ip/08/460&format=pdf&aged=1 &language=ro&guilanguage=en