Профиль стандартов и спецификаций информационно-образовательных сред
Абстрактная модель для систем электронного обучения
Абстрактная модель для систем электронного обучения (IMS Abstract Framework – IAF) [5] предложена IMS именно в качестве концептуальной схемы, описывающей общий контекст разрабатываемых консорциумом НТД. Она выделяет уровни программных компонентов ИОС, интерфейсы между которыми могут регламентироваться НТД (в том числе спецификациями IMS).
Несмотря на то, что IAF ориентирована на поддержку распределенных систем электронного обучения, в ней не вводится обобщенная архитектура ИОС. В рамках данной модели, ИОС формируется из совокупности интероперабельных сервисов. Таким образом, IAF покрывает множество возможных архитектур ИОС, реализующих указанный принцип.
В IAF выделены четыре базовых уровня программных компонентов ИОС (рис. 4). Каждый компонент предоставляет услуги компонентам вышележащего уровня и использует услуги компонентов нижележащего уровня. Соответствующее взаимодействие обеспечивают межуровневые интерфейсы. Наряду с ними модель предусматривает определение интерфейсов и протоколов для взаимодействия компонентов, расположенных на одном уровне. Описанная многоуровневая организация соответствует принципам эталонных моделей среды открытых систем [3, 4] и взаимодействия открытых систем [6], а также сервисно-ориентированной архитектуры [7].
Рис. 4. Многоуровневая структура IAF
Функциональность приложения ИОС определяется набором прикладных сервисов, которые оно предоставляет пользователям. Приложение может задействовать один или несколько прикладных сервисов, реализуя пользовательский интерфейс для доступа к ним.
Согласно IAF, приложения в общем случае являются предметно-ориентированными, отражающими специфику сферы применения. Для систем электронного обучения в первом приближении IMS выделяет три прикладных области: общее образование, профессиональное образование и корпоративное обучение. Условия для взаимодействия систем обеспечивает их построение на основе интероперабельных сервисов, реализующих унифицированные технические решения, адаптированные к сфере применения.
Подобная адаптация соответствует уточнениям базовых НТД, вводимым в прикладных профилях.
Функциональную специфику ИОС, ассоциируемую с процессами электронного обучения, представляют прикладные сервисы. Например, к данной категории относятся сервисы управления навигацией по учебному материалу, тестирования и оценивания, управления репозиторием ОО и др.
Общие сервисы не имеют жесткой привязки к предметной области и применимы в рамках широкого диапазона информационных систем, которые могут как входить в ИОС, так функционировать вне ее. Примерами подобных сервисов служат поиск ИР, управление базой данных (БД), авторизация и т.д. Образовательные версии общих сервисов относятся к уровню прикладных сервисов.
На инфраструктурном уровне располагаются общесистемные сервисы, обеспечивающие взаимодействие сервисов вышележащих уровней на основе механизма обмена сообщениями и выполнения соответствующих транзакций. В сетевой реализации ИОС сервисы связываются друг с другом через инфраструктурный уровень, который должен поддерживать 3 типа интерфейсов:
интерфейс прикладных сервисов (Application Services interface), определяющий правила взаимодействия прикладных сервисов, имеющих общее функциональное назначение;
интерфейс общих сервисов (Common Services interface), обеспечивающий доступ к ним со стороны прикладных сервисов;
интерфейс клиентской среды исполнения приложений (run-time interface), служащий механизмом взаимодействия клиентского приложения с удаленным сервисом.
Поскольку общие и инфраструктурные сервисы не привязаны к контексту электронного обучения, унификация технических решений для них выходит за рамки деятельности IMS. Данные уровни используются в IAF для представления компонентов, базирующихся на готовых НТД, предложенных другими организациями. На основе этих НТД IMS определяет ряд профилей, а также разрабатывает рекомендации по выбору и реализации соответствующих решений, направленные на достижение максимальной открытости ИОС и независимости приложений от вычислительной платформы [8–10].
Из приведенной характеристики уровней IAF следует, что целевое пространство для обеспечения интероперабельности компонентов ИОС, отражающих специфику процессов электронного обучения, образуют прикладные сервисы. Модели компонентов именно этого уровня регламентируются в спецификациях IMS.
Унификация технических решений предусматривает разработку стандартных определений прикладных сервисов. Интерфейс, называемый точкой доступа к сервису (Service Access Point – SAP), служит его абстрактным представлением и может быть реализован как интерфейс прикладного программирования (Application Program Interface – API). Каждый сервис имеет единственную такую точку доступа SAP. Его реализация скрыта от внешних сущностей, а взаимодействие с ним осуществляется только через SAP.
В IAF вводится абстрактное описание (модель) сервиса, основанное на методологии объектно-ориентированного моделирования и выражаемое с помощью языка UML [11]. Сервис представляет пакет классов (в терминологии UML). Его функциональность базируется на механизмах агрегации классов и наследования. Собственно SAP соответствуют интерфейсные классы. Для описания отношений между классами используются диаграммы классов и пакетов UML.
Определение сервиса включает информационный и функциональный разделы (рис. 5). В первом специфицируются структуры данных, представляемые атрибутами классов, во втором – способы изменения значений атрибутов, представляемые операторами классов, и схемы взаимодействия сервисов. Функциональный раздел отражает поведенческие аспекты сервиса, которые могут выражаться с помощью диаграмм состояний и диаграмм последовательности UML. Подобные описания фиксируют то, как сервис должен отвечать на различные воздействия (запросы других сервисов, те или иные события).
Рис. 5. Абстрактная модель сервиса
Абстрактная модель сервиса далее проецируется на технологии реализации (языки программирования, описания данных, разметки, механизмы обмена сообщения, транспортные протоколы). Такие отображения называются привязками (bindings).
Спецификации IMS первого поколения, разработанные до появления IAF, в основном определяли структуры данных и не затрагивали поведенческих аспектов сервисов. Для представления структур данных использовался XML-синтаксис, поэтому в этих спецификациях вводились XML-привязки информационных моделей. Синтаксис описывался средствами языка XML Schema.
Необходимо подчеркнуть, что абстрактная модель сервиса не зависит от ее привязок к технологиям реализации. Очевидно, что одной и той же информационной структуре может соответствовать множество синтаксических представлений, а одна и та же функциональность может быть описана и воплощена с помощью разных механизмов. Одним из принципов IAF является поддержка различных привязок (XML, WSDL, Java и др.). Использование UML для спецификация моделей сервисов в ряде случаев позволяет автоматически формировать для них привязки.
В рамках IAF привязки абстрактных моделей сервисов служат соединительным звеном между уровнями сервисов и инфраструктуры (рис. 6). Инвариантность моделей к технологии реализации обеспечивает их неизменность при переходе от одной технологии к другой; для такого перехода необходимо определить только новые привязки. В свою очередь, реализации, основанные на разных привязках, остаются совместимыми на уровне абстрактных моделей.
Рис. 6. Роль привязок абстрактной модели сервиса в IAF
Рекомендации IMS по выбору технологии реализации сервисов и построению соответствующих привязок предусматривают использование:
XML в качестве базового формата представления данных;
WSDL для описания функциональности сервисов;
SOAP with Attachments как общего механизма обмена сообщениями;
HTTP и HTTPS в качестве базовых транспортных протоколов.
Поскольку сервисы обычно имеют комплексный характер, в спецификациях IMS описываются модели их составных частей, называемых компонентами (в терминологии UML). Компонент представляет собой полное или частичное воплощение функциональности сервиса. Таким образом, сервисы реализуются как комбинации компонентов.
Основным предметом рассмотрения в спецификациях IMS являются модели компонентов для систем электронного обучения. Некоторые спецификации затрагивают вопросы интероперабельности этих компонентов с системами управления образовательным учреждением. Информационно-библиотечные технологии для сферы образования оставлены за рамками работ IMS.
Как было сказано ранее, IAF представляет общий контекст спецификаций IMS, но не формирует из них профиля. При этом данная модель не содержит ограничений, исключающих возможность расширения границ выделенного IMS сегмента предметной области и рассмотрения на ее базе прочих технологий ИОС.
Сильной стороной IAF является ее многоуровневая структура. Преимущества, которые она обеспечивает, свидетельствуют о целесообразности ее использования в качестве основы для определения общей структуры профиля ИОС.
IAF фиксирует вертикальные, межуровневые связи компонентов ИОС и соответствующих им НТД. В то же время отношения между компонентами одного уровня она не отражает. В IAF не предусмотрены средства формального описания таких отношений. Они характеризуются вербально в спецификациях IMS.
Состав компонентов на каждом уровне IAF определяется исключительно эвристически. Подобный подход в сочетании с отсутствием уровня, который представляет БП, реализуемые на основе ИОС, и формальных описаний связей компонентов в рамках уровня не позволяют использовать IAF для выявления недостающих компонентов и НТД.
