Стремительное развитие сетевых информационных технологий, кроме заметного снижения временных и пространственных барьеров в распространении информации, открыло новые перспективы в сфере образования. Можно с уверенностью утверждать, что в современном мире имеет место тенденция слияния образовательных и информационных технологий и формирование на этой основе принципиально новых интегрированных технологий обучения.
В начале 2011 года кафедра «Электродинамики и Антенн» была оборудована двумя компьютерными классами на базе тонких клиентов компании Kraftway - крупнейшей российской производственной компании в сфере информационных технологий. Успешно работая с 1993 г., Kraftway заслуженно пользуется репутацией одного из признанных технологических лидеров компьютерного рынка России.
Использование клиент-серверных решений при оборудовании компьютерных классов имеет ряд значительных преимуществ и удобств.
Повышение безопасности данных. Тонкие клиенты не имеют каких-либо устройств для хранения и записи информации пользователем. Благодаря тому, что абсолютно вся информация хранится на сервере и не передается по сети, снижается риск хищения данных и атаки вирусов.
Простота масштабирования. Когда терминальный сервер настроен и подключен к сети, организовать дополнительные рабочие места не составит труда. Достаточно подключить тонкие клиенты к сети и рабочие места готовы - тонкий клиент загрузит с сервера все необходимое для работы. Можно развертывать и администрировать все рабочие места пользователей и приложения с рабочего места администратора с помощью программного обеспечения для развертывания и управления.
Централизация администрирования: Отсутствие в тонких клиентах обслуживаемого администратором программного или аппаратного обеспечения исключает необходимость его периодического обслуживания, диагностики и обновления. Нет необходимости в антивирусных программах на рабочих местах. Все прикладное программное обеспечение для пользователей размещено на сервере и контролируется системным администратором.
Снижение стоимости аппаратного и программного обеспечения: Стоимость рабочего места уменьшается за счет стоимости аппаратной части на 20%, за счет стоимости лицензий на пользовательское программное обеспечение до 40%, и за счет стоимости инсталляции до 80%.
Снижение стоимости обслуживания: Уменьшение стоимости эксплуатации рабочего места (до 80%) за счет централизованного администрирования и радикального сокращения затрат рабочего времени на обслуживание рабочих мест пользователей, уменьшения затрат на обучение сотрудников - для сопровождения рабочих мест не потребуются высококвалифицированные специалисты.
Сокращение затрат на модернизацию: Отсутствие необходимости в модернизации компьютерной техники рабочих мест. При эксплуатации терминальных решений вам надо проводить регулярную модернизацию не всего компьютерного парка компании, а лишь только одного терминального сервера. А благодаря отсутствию движущихся частей и малой потребляемой мощности срок службы тонкого клиента в разы превышает срок службы системного блока.
Экономия электроэнергии: Тонкие клиенты потребляют около 15 Вт в режиме интенсивной нагрузки и около 6 Вт в режиме простоя. Это в среднем в 20 раз меньше, чем потребляет среднестатистический системный блок, т.е. экономия электричества может составить 95%. Плюс тонкие клиенты практически не греются, т.е. не придется тратить дополнительные киловатты на охлаждение класса в летнее время.
Сокращение затрат на источники бесперебойного питания: Возможность использовать один источник бесперебойного питания (ИБП) на 10 и более терминальных рабочих мест. Таким образом затраты на закупку и обслуживание ИБП сокращаются в десятки раз.
Сокращение требований к быстродействию локальной сети: При работе тонких клиентов с терминальным сервером приложения и данные не передаются по сети в явном виде, а происходит передача данных (протокол RDP) о нажатии клавиш, движениях мыши и обновлениях дисплея, которая эффективно работает даже в устаревших сетях предыдущего поколения. Благодаря этому администраторы информационных систем могут обеспечить пользователям высокий уровень производительности, как в проводных, так и беспроводных сетях.
Для нужд студентов и преподавателей, а также для обеспечения актуальной информационной поддержки учебного процесса, сервер терминалов поддерживает одновременную работу нескольких «виртуальных машин» с различными операционными системами. Это позволяет обучать студентов использованию наиболее современного программного обеспечения, что в значительной степени важно в дальнейшей деятельности выпускников ВУЗа.
Одна из «виртуальных машин», работающих на сервере терминалов, использует операционную систему Windows 2003 Server. Она является серверным вариантом операционной системы Windows XP. Это первая из операционных систем Microsoft, которая поставляется с предустановленной оболочкой .NET Framework. Это позволяет данной системе выступать в роли сервера приложений для платформы Microsoft .NET без установки какого-либо дополнительного программного обеспечения. По заявлениям компании Microsoft, в Windows Server 2003 большое внимание было уделено безопасности системы. В частности, система теперь устанавливается в максимально ограниченном виде, без каких-либо дополнительных служб, что уменьшает поверхность атаки. В Windows Server 2003 также включён программный межсетевой экран Internet Connection Firewall. Впоследствии к системе был выпущен пакет обновления, который полностью сосредоточен на повышении безопасности системы и включает несколько дополнительных функций для защиты от атак.
Основными программными пакетами, установленными на «виртуальную машину» Windows Server 2003 являются:
- Ansoft Designer SV - является основой для работы с потоком высокоточных конструкторских данных, позволяющей пользователям с точностью выполнять моделирование, имити имитирование аналоговых, высокочастотных, сверхвысокочастотных, смешанных сигналов, выполнять анализ целостности сигнала и системную проверку высокоэффективных интегральных схем, модулей, плат. Это гибкое программное обеспечение является простым в использовании и включает в себя редактор топологий и схем, генератор списка соединений, планарный электромагнитный решатель, использующий метод моментов, средства анализа и визуализации сложных данных.
- Ansoft Maxwell SV - это ведущее программное обеспечение для моделирования электромагнитных полей, используемое для проектирования и исследования двумерных и трехмерных моделей, типа двигателей, датчиков, трансформаторов и других электрических и электромеханических устройств различного применения. Maxwell® базируется на методе конечных элементов (Finite Element Method - FEM) и точно рассчитывает статические, гармонические электромагнитные и электрические поля, а также переходные процессы в полевых задачах.
- Multisim 10.1 - средство разработки и моделирования электронных схем. NI Multisim позволяет создать схему, используя обширную библиотеку компонентов, и эмулировать поведение интегральной схемы с помощью стандартного промышленного симулятора SPICE. Начиная с версии 10.1 в Multisim интегрирован MCU Module, позволяющий добавить в SPICE-эмулированную интегральную схему микроконтроллер и программировать его на С или Ассемблере. Эту возможность оценят студенты, научившись работать с микроконтроллерами Intel/Atmel 8051/8052 и Microchip PIC16F84a. Модуль позволяет эмулировать работу интегральной схемы с микроконтроллером и различными дополнительными устройствами: RAM, ROM, клавиатурой, а также графическими и буквенно-цифровыми ж-к дисплеями.
Используя одновременно Multisim 10.1 (http://www.ni.com/multisim/) и NI ELVIS II, преподаватели и студенты могут переключаться между режимами моделирования и реального эксперимента, сравнивать их результаты, и проводить все этапы проектирования, моделирования и тестирования в рамках одной платформы. Только так можно получить целостный взгляд и понимание всего процесса проектирования электрических схем. В Multisim также входят различные полезные для преподавателя средства, например, внутренние тесты для проверки знаний и 3D-модель NI ELVIS II, представляющая собой трехмерную программную копию лабораторной станции с макетной платой, на которой студенты могут опробовать свою схему, а потом повторить её в лаборатории.
- MMANA-GAL - это программа для расчета и анализа антенн методом моментов. Вычислительной основой программы является модифицированная под соврменные условия программная база MiniNEC3. MMANA-GAL позволяет: рассчитывать любые типы антенн, которые можно представить как произвольный набор проводов; производить расчет на любой частоте; создавать и редактировать описания антенны, как указанием цифровых координат, так и в графическом редакторе, создавать таблицы для всех переменных расчетных данных: токов в каждой точке антенны, зависимости усиления от углов, изменение основных параметров антенны от частоты, напряженности полей антенны в заданной области пространства. Программа не имеет ограничений по взаимному расположению проводов. Максимальное число: проводов - 512, источников - 64, нагрузок - 100.
Вторая «виртуальная машина», работающая на сервере терминалов использует операционную систему ALTLinux.
В компьютерном классе кафедры Э и А ведутся практические занятия по дисциплине «Основы применения информационных технологий в телекоммуникациях», где они изучают свободно распространяемую и рекомендованную к использованию Федеральным агентством связи операционную систему Linux. Занятия проводит доцент, к.т.н. Ружников В.А, имеющий сертификат ведущего поставщика российского Linux - компанией ALTLinux (www.altlinux.ru).
Для проведения занятий используются возможности X Window server - сетевого продукта, позволяющего строить сеть Linux по принципу сервера терминальных служб. X Window - полноценный сетевой продукт, построенный по принципу "клиент-сервер". В его состав входят две части, взаимодействующие друг с другом,- X-сервер и графические клиенты.
X-сервер непосредственно взаимодействует с консольным оборудованием - клавиатурой, мышью, дисплеем и другими манипуляторами. Он воспринимает команды пользователя и формирует соответствующие запросы для клиентских программ. Результаты работы различных графических программ также передаются ему - как единственному агенту, который имеет возможность выводить данные непосредственно на дисплей. X-сервер воспринимает команды пользователя и формирует запросы для клиентских программ.
Наиболее эффективным способом конфигурирования сессии X-станции является использование протокола XDMCP (X Display Manager Control Protocol). Эта программа работает на сервере графических приложений и управляет сессиями, выделяемыми X-серверам, работающим на терминалах. Однако следует помнить, что такой способ организации X-терминалов уязвим для атак, основанных на прослушивании сети, поскольку данные между компьютерами передаются в незашифрованном виде. Рекомендуется использовать технологии, описанные в этой статье, только в доверяемых сетях.
Обеспечение кафедры компьютерными классами в значительной мере увеличивает эффективность учебного процесса. Использование учебно-исследовательских системы автоматизированного проектирования (САПР или CAD/CAM/CAE/PDM-системы) позволяет вести подготовку студентов по актуальным на сегодняшний день материалам. Учебные автоматизированные системы чаще всего создаются на основе адаптации промышленных автоматизированных систем к условиям учебного процесса. Иногда используют упрощенные (учебные) версии промышленных систем. Упрощенные версии распространяются или бесплатно, или со значительно уменьшенной ценой. Они могут отличаться от промышленных дорогостоящих продуктов или более существенными ограничениями на сложность исследуемых объектов, или сниженной функциональностью.
Таким образом, учащиеся получают необходимый набор знаний и навыков, который пригодится на предприятиях радиотехнической и телекоммуникационной отрасли.
Зав. кафедрой Э и А
д.т.н., профессор Сподобаев Ю.М.