Soluzioni software basate su tecnologia grid per gestire il ciclo di
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Soluzioni software basate su tecnologia grid per gestire il ciclo di
Applications Soluzioni software basate su tecnologia grid per gestire il ciclo di vita di ambienti collaborativi di e-learning Angelo Gaeta1, Matteo Gaeta2, Claudia Grieco1, Stefano Paolozzi3 Centro di Ricerca in Matematica Pura ed Applicata (CRMPA), [email protected], [email protected] 1 Università degli Studi di Salerno - Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e Matematica Applicata (DIIMA), [email protected] 2 Dipartimento di Informatica e Automazione, Università Roma Tre, [email protected] 3 Parole chiave: Virtual Learning Community, Collaborative Learning Environment, Technology Enhanced Learning. Abstract In questo articolo gli autori presentano due soluzioni software, sviluppate nel contesto del progetto Business Experiment in Grid, e discutono sulla loro applicabilità per la creazione e la gestione di comunità di apprendimento virtuali. In particolare le soluzioni presentate si ritengono tali da completare gli strumenti attuali per la creazione e gestione dei suddetti ambienti collaborativi di apprendimento indirizzando questioni aperte quali la gestione delle relazioni di trust all’interno di una comunità e la gestione della qualità del servizio. Le soluzioni software sono stati validate nel contesto di un caso di studio relativo alla creazione di un ambiente collaborativo per l’esecuzione di massive multiplayer online games. Journal of e-Learning and Knowledge Society — Vol. 5, n. 3, settembre 2009 (pp. 117 - 125) — Applications - Vol. 5, n. 3, settembre 2009 Come caso di studio sarà fornita una descrizione dell’applicazione delle soluzioni presentate per la creazione di ambienti collaborativi di apprendimento, quali la Virtual Learning Community definita nel contesto del progetto European Learning Grid Infrastructure. 1 Introduzione Business Experiment in Grid (BEin Grid1) è il maggiore progetto dell’Unione Europea tra quelli co-finanziati dalla Information Society Technologies (IST) nel sesto programma quadro (FP6). La sua missione è generare conoscenza, miglioramenti tecnologici, esempi applicati al business e casi di studio di riferimento per supportare l’adozione di tecnologie service oriented come Grid e il cloud computing, e lo sviluppo di modelli di business innovativi che usino queste tecnologie. Per arrivare a questo risultato BEin Grid ha portato avanti una serie di 25 casi di studio2, progettati per implementare soluzioni software in diversi settori di business quali, ad esempio, intrattenimento e media, finanza, logistica, manifatturiero, vendita al dettaglio e tessile. Gli autori sono stati coinvolti nell’esecuzione di uno di questi casi di studio, quello relativo al settore intrattenimento e media, il cui scopo era progettare e sviluppare un ambiente collaborativo per l’esecuzione di applicazioni massive multiplayer online games. Questo caso di studio è stato sviluppato definendo un set di design pattern e componenti software per risolvere problemi comuni negli ambienti collaborativi, soprattutto relativi alla gestione sicura di Virtual Organisation (VO) che sono una particolare istanza di collaborative network. Chi fosse interessato ad approfondire l’argomento può fare riferimento a (Gaeta et al, 2008) per maggiori informazioni sul caso di studio, la sperimentazione e le valutazioni effettuate. Nel seguito, a valle di una panoramica sui lavori di ricerca relativi all’utilizzo dei paradigmi collaborativi e delle tecnologie Grid (Foster et al, 2001) per l’e-learning, sono introdotte e brevemente descritte le soluzioni software sviluppate per supportare il controllo e la gestione del ciclo di vita di una collaborazione, evitando dettagli che sono invece riportati in (Ibidem). In seguito, è spiegato come queste soluzioni possono supportare alcuni requisiti e trend comuni delle comunità virtuali di apprendimento, motivando perché gli autori pensano di poter applicare i risultati raggiunti anche in questo dominio per implementare al meglio il concetto di Virtual Learning Community (VLC), analizzato e definito nel progetto European Learning Grid Infrastructure (ELeGI) (Gaeta et al, 2005). Infine, sono presentate le conclusioni e gli sviluppi futuri. http://www.bein Grid.eu http://www.bein Grid.eu/casestudies.html 1 2 118 Angelo Gaeta, Matteo Gaeta, Claudia Grieco, Stefano Paolozzi - Soluzioni software basate su tecnologia Grid per gestire il ciclo di vita di ambienti collaborativi di e-learning. 2 Related Work L’uso di collaborative networks (Camarinha-Matos et al, 2005) nel dominio dell’e-learning non è un nuovo: Bates (1997), anche prima della grande diffusione di tecnologie web, aveva previsto che la presenza di internet e l’aumentare della larghezza di banda avrebbe incoraggiato la convergenza fra università fisiche e centri per l’apprendimento a distanza. Questo campo di ricerca è stato investigato da altri ricercatori come Koper (Koper et al., 2003), che afferma che «A Learning Network for Lifelong Learning (LN) is a network of distributed persons and organisations who create, share, support and study learning resources (‘units of learning’) in a specific knowledge domain. These networks support the seamless, ubiquitous access to learning facilities at work, at home and in schools and universities.» Da allora le collaborative network nel dominio dell’e-learning hanno beneficiato di nuove tecnologie come la comunicazione wireless, che ha reso possibile l’accesso alle risorse da qualsiasi posto, e gli strumenti Web 2.0, che hanno incoraggiato la collaborazione e la condivisione delle risorse. In anni recenti, comunque, uno degli argomenti di ricerca più analizzati è stato l’integrazione dei meccanismi e processi tipici dell’e-learning con la tecnologia del Grid computing. Nella maggior parte degli esperimenti effettuati la tecnologia Grid è tipicamente sfruttata per ottenere la potenza computazionale necessaria per complesse applicazioni multimediali e/o per connettere tra loro risorse geograficamente distribuite ed eterogenee. Nel progetto ULabGrid (Ardaiz et al, 2003), Infrastructure to Develop Distant Laboratories for Undergrad Students over a Grid, è descritta un’infrastruttura per la realizzazione di laboratori collaborativi remoti per studenti universitari utilizzando un’infrastruttura Grid e il globus toolkit3. È stato uno dei primi esperimenti pratici in cui le funzionalità di Grid sono state utilizzate per la condivisione delle risorse e per incentivare il lavoro collaborativo in ambienti educativi. Il progetto consisteva nel fornire agli studenti l’accesso a risorse computazionali gestite tramite Grid, permettendogli di eseguire i propri esercizi di laboratorio sia all’università che a casa. KGTutor, Knowledge Grid Based Intelligent Tutoring System (Zhuge, 2004), è una knowledge network per e-learning adattivo basata su Knowledge Grid, un ambiente applicativo web che permette la condivisione e gestione di risorse formative e fornisce servizi on-demand per supportare il lavoro di gruppo e il problem solving. KGTutor analizza il profilo e gli obiettivi formativi di ogni studente e li utilizza per generare corsi personalizzati. Fornisce inoltre consigli e valutazioni a seconda della performance dell’utente. Il progetto è molto focalizzato sull’apprendimento user centered ma potrebbe essere ulte3 http://www.globus.org/ 119 — Applications - Vol. 5, n. 3, settembre 2009 riormente migliorato descrivendo le risorse formative in maniera semantica. Quest’ultima idea è stata analizzata in (Samaras et al., 2004), dove gli autori cercano di estendere le tecnologie Grid in modo da supportare la descrizione semantica delle risorse, creando così delle Semantic Grid (De Roure et al., 2003). Per verificare se questa idea portasse o meno a dei miglioramenti è stata creata Se-Le-Ne (Self e-Learning Network), un’applicazione di test in cui i materiali educativi sono descritti utilizzando metadata semantici e i servizi sono implementati tramite tecnologie e standard dei web services. L’esperimento ha dimostrato che l’uso di catalogazioni semantiche migliora le prestazioni e che l’idea può essere applicata a diversi modelli architetturali. Il progetto edutain@ Grid (Ferris et al., 2008) è nato per sviluppare servizi infrastrutturali per applicazioni ROIA (Real-Time, Online, Interactive Applications) che sono usate soprattutto nell’edutainment e nei massive multiplayer online games. Il suo scopo principale è aprire l’utilizzo di tecnologie Grid al grande pubblico, al di fuori degli ambienti accademici, attraverso lo sviluppo di un middleware che dia ad altre applicazioni l’accesso a queste funzionalità senza il bisogno di dover gestire un’infrastruttura Grid. L’infrastruttura consente a tutti gli attori coinvolti nella produzione, rilascio e distribuzione di software e servizi ROIA di organizzarsi in catene di valore in cui i link sono costituiti da business agreement come SLA (Service Level Agreements). 3 La soluzione software per la gestione di Virtual Organisation Nel progetto BEinGRID sono stati implementati numerosi componenti per il controllo e la gestione del ciclo di vita di una VO. Una VO può essere considerata una particolare istanza di Collaborative Network (Camarinha-Matos et al., 2005). La sua caratteristica principale è che può essere creata on-demand per rispondere in modo dinamico ad un’opportunità collaborativa (scientifica, didattica) e può essere di natura transitoria, cioè avere una durata breve e definita. Per assicurarsi il raggiungimento degli obiettivi della VO è richiesto un adeguato livello di controllo e gestione. In questo documento sono descritti solo due dei componenti sviluppati in BEinGRID: VO Set Up e Application Virtualisation. VO Set Up è un web service che fornisce supporto alle fasi di identificazione e formazione della VO, ossia quando si devono identificare i membri della VO e fra loro c’è necessità di creare un cerchio di fiducia, ossia delle relazioni di trust. Application Virtualisation è un web service che permette la gestione delle fasi di distribuzione e configurazione di strumenti e risorse richieste per offrire le applicazioni. Un aspetto distintivo di tale componente è che permette in un’unica soluzione la gestione degli aspetti di sicurezza, Service Level 120 Angelo Gaeta, Matteo Gaeta, Claudia Grieco, Stefano Paolozzi - Soluzioni software basate su tecnologia Grid per gestire il ciclo di vita di ambienti collaborativi di e-learning. Agreement e monitoraggio delle risorse distribuite sulle quali è dispiegata un’applicazione. Nella sezione 4.1 si descriverà come tali componenti possono essere utilmente sfruttati per realizzare un particolare tipo di comunità virtuale di apprendimento. 4 Requisiti e trend delle comunità virtuali di apprendimento affrontabili con le soluzioni software Le soluzioni tecnologiche presentate nella sezione precedente sono tali da permettere il superamento di alcune barriere attuali relative alla creazione e gestione del ciclo di vita delle comunità di apprendimento virtuali. In ambienti di e-learning le attività di collaborazione e la gestione del ciclo di vita di una comunità virtuale di apprendimento avvengono utilizzando tipicamente tool Web 2.0: l’identificazione dei membri può avvenire ad esempio sfruttando i social network mentre blog e wiki sono ampiamente usati durante la fase operazionale di una collaborazione al fine di permettere ai membri di interagire tra loro. E’ inteso, comunque, che la creazione e la gestione delle comunità virtuali di apprendimento richiede di indirizzare anche altre problematiche. In (Gannon-Leary & Fontainha, 2007) sono identificate numerose barriere e fattori critici di successo per l’implementazione e la gestione di comunità virtuali di apprendimento. Tra questi evidenziamo il trust, la gestione delle identità e la qualità percepita della collaborazione. Nel contesto dell’e-learning creare fiducia (trust) è essenziale: solo se i partecipanti si fidano sia del sistema di e-learning sia delle persone coinvolte in esso sono incoraggiati a contribuire alla discussione, senza paura di esporsi ad estranei. Le istituzioni si preoccupano dei problemi legali, come la protezione dei dati e il rispetto della proprietà intellettuale. Gli studenti devono poter contare sull’accuratezza dei contenuti formativi e sulla competenza dei docenti con cui entrano in contatto e, in generale, tendono a dare maggiore fiducia ad ambienti di studio personalizzati rispetto a semplici cataloghi di informazioni da consultare. È difficile creare fiducia in ambienti virtuali perché non c’è opportunità di interagire faccia a faccia e socializzare ed è per questo motivo che le comunità virtuali di apprendimento impiegano molto tempo per crearsi e consolidarsi. Un’altra esigenza da tenere in considerazione è la Quality of Service (QoS), che diventa fondamentale se docenti e studenti partecipano in complessi esperimenti di gruppo e il sistema deve garantire disponibilità continuativa e sostenere intensi carichi di lavoro. Inoltre bisogna adattarsi velocemente alle richieste, creando dinamicamente 121 — Applications - Vol. 5, n. 3, settembre 2009 una comunità di apprendimento ogni volta che nasce un nuovo bisogno formativo e offrendo tutte le risorse richieste. Allo stato attuale, invece, ogni risorsa deve essere pre-configurata e installata in uno spazio fisico ben definito e ogni bisogno deve essere previsto. In una ricerca dettagliata in (Albano et al., 2006; Capuano et al., 2008; Gaeta et al., op. cit.) sono stati analizzati molti scenari di e-learning e sono emerse alcune tendenze, come l’uso intensivo della collaborazione e cooperazione tra pari, il supporto di differenti pedagogie, un ruolo attivo e centrale dello studente nel processo di apprendimento che porti alla costruzione della conoscenza invece che semplice memorizzazione dell’informazione. Queste esigenze richiedono la creazione e gestione di ambienti tecnologici abilitanti che siano in grado di risolvere problemi come: • coordinare studenti e tutor distribuiti geograficamente e appartenenti ad istituzioni diverse; • interfacciarsi con amministrazioni di organizzazioni differenti con politiche didattiche specifiche; • consentire l’accesso da qualsiasi computer con qualsiasi software; • supportare un carico crescente di risorse formative, servizi ed utenti; • fornire un accesso trasparente a software risorse e servizi in ambienti dinamici; • garantire flessibilità, riutilizzando servizi e parti di risorse formative di diversa granularità secondo i bisogni specifici; • supportare la creazione autonoma e dinamica delle comunità. Parte di questi requisiti può essere gestita tramite i componenti VO Set Up e Application Virtualisation. Ad esempio i problemi della distribuzione geografica, dell’interfaccia con differenti amministrazioni e della creazione dinamica di comunità e delle relazioni di fiducia tra membri sono competenza del VO Set Up mentre la gestione di grandi carichi, la flessibilità e l’accesso trasparente alle risorse possono essere guidati dall’Application Virtualisation. Per comprendere meglio come il VO Set Up e l’Application Virtualisation possono essere adottati per creare e gestire un ambiente di apprendimento in comunità, nella sezione seguente è presentato uno scenario basato sul concetto di Virtual Learning Community analizzato nel progetto ELeGI. 4.1 Implementare una Virtual Learning Community Nel progetto ELeGI, con Virtual Learning Community (VLC) ci si riferisce ad un insieme di persone ed istituzioni che collaborano per il raggiungimento di uno scopo comune condividendo astrazioni didattiche di alto livello (es. modelli, ontologie, linguaggi educativi), processi, servizi e risorse infrastrutturali. L’implementazione di una VLC richiede di identificare funzionalità e risorse 122 Angelo Gaeta, Matteo Gaeta, Claudia Grieco, Stefano Paolozzi - Soluzioni software basate su tecnologia Grid per gestire il ciclo di vita di ambienti collaborativi di e-learning. fornite dai diversi Learning Content and Service Provider e un meccanismo per federarli ed esporli in maniera sicura all’utilizzatore finale, in modo da permettere una gestione trasparente della sottostante infrastruttura tecnologica. Consideriamo lo scenario seguente legato alla formazione in ambiente medico. Una comunità di medici professionisti deve apprendere nuove tecniche mediche basate su ricerche innovative. La comunità deve essere composta dai medici professionisti, da un ristretto numero di professori che cercano nuove informazioni da sottoporre ai medici e, infine, una simulazione interattiva sviluppata da un centro di ricerca specializzato, da rendere disponibile ai medici in modo che possano simulare le nuove tecniche. Per realizzare tale scenario si possono sfruttare le soluzioni software presentate in sezione 3 per creare una VLC. Il componente VO Set Up può essere usato per identificare membri potenziali della comunità in base alle funzionalità e risorse che possono offrire e la QoS che possono assicurare. Il componente di Set Up invita i membri potenziali identificati ad unirsi alla VLC e inizia il processo federativo, in modo da permettere single sign-on sulle risorse della comunità distribuite nella VLC. I medici devono applicare le nuove conoscenze utilizzando il servizio di simulazione. È opportuno menzionare che una delle caratteristiche che distinguono il VO Set Up offre un’implementazione dello standard Security Assertion Markup Language4, presente anche nel software più utilizzato per il web single sign-on e la federazione: Shibolleth5. Il VO Set Up pertanto può essere facilmente integrato con soluzioni che già utilizzano Shibolleth per supportare attività come l’accesso ai contenuti digitali delle biblioteche al di fuori dei campus, l’accesso a un sito di ricerca di un’altra università o la gestione di risorse condivise6. Quindi dopo che la VLC si è formata, bisogna selezionare e creare le risorse e le strutture richieste per eseguire la simulazione interattiva e, allo stesso tempo, bisogna configurare i servizi infrastrutturali in modo da permettere un’interazione sicura tra utenti e simulazione. Per questo si può utilizzare l’Application Virtualisation. 5 Conclusione e sviluppi futuri I componenti VO Set Up e Application Virtualisation sono stati validati nel contesto di uno scenario di business relativo alla creazione di una VO per l’esecuzione e fornitura di applicazioni di massive multiplayer online gaming. Questo scenario presenta requisiti molto simili a quelli degli scenari di colhttp://www.oasis-open.org/committees/security/ http://shibboleth.internet2.edu/about.html 6 http://shibboleth.internet2.edu/uses.html 4 5 123 — Applications - Vol. 5, n. 3, settembre 2009 laborative learning identificati nel progetto ELeGI richiedenti la creazione e gestione di una VLC. Il contributo che le soluzioni software presentate in questo articolo possono fornire per la realizzazione delle comunità di apprendimento virtuali è relativo principalmente alla possibilità di creare e gestire relazioni di trust tra i membri di una comunità, la gestione della qualità del servizio in attività esperienziali che richiedono l’esecuzione di simulazioni distribuite e/o l’utilizzo di giochi educativi, nonché un’elevata interazione di gruppi di utenti con le stesse. Al momento gli autori sono concentrati su un’analisi approfondita dei vantaggi e svantaggi dell’adozione dei componenti, prima di sviluppare un concreto caso di studio per la loro valutazione e validazione nel dominio dell’elearning. BIBLIOGRAFIA Albano G., Gaeta M., Salerno S. (2006), E-learning: a model and process proposal, International Journal of Knowledge and Learning – Volume 2 issue 1/2 2006 Inderscience Publisher, ISSN (Online): 1741-1017 - ISSN (Print): 1741-1009, pp73-88. 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