Υπηρεσία Σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης µε προηγµένες δυνατότητες διαχείρισης του µαθήµατος

Transcript

1 Υπηρεσία Σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης µε προηγµένες δυνατότητες διαχείρισης του µαθήµατος Απόστολος ΓΚΑΜΑΣ Ερευνητικό Ακαδηµαϊκό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών, Πάτρα, Ελλάδα & Τµήµα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, Πανεπιστήµιο Πατρών, Ελλάδα Χρήστος ΜΠΟΥΡΑΣ Ερευνητικό Ακαδηµαϊκό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών, Πάτρα, Ελλάδα & Τµήµα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, Πανεπιστήµιο Πατρών, Ελλάδα Μιχάλης ΕΥΡΥΠΙΩΤΗΣ Οργανισµός Τηλεπικοινωνιών Ελλάδας, Αθήνα, Ελλάδα Κώστας ΣΤΑΜΟΣ Ερευνητικό Ακαδηµαϊκό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών, Πάτρα, Ελλάδα & Τµήµα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, Πανεπιστήµιο Πατρών, Ελλάδα Βαγγέλης ΚΑΠΟΥΛΑΣ Ερευνητικό Ακαδηµαϊκό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών, Πάτρα, Ελλάδα & Τµήµα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, Πανεπιστήµιο Πατρών, Ελλάδα ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η χρήση των πολυµέσων στην Τηλεµατική και τις νέες υπηρεσίες έχει βελτιωθεί σε µεγάλο βαθµό από την εισαγωγή νέων συστηµάτων και τεχνικών. Τα νέα αυτά συστήµατα και τεχνικές κάνουν δυνατή την υλοποίηση πολλών εφαρµογών Τηλεµατικής όπως η Σύγχρονη Τηλεκπαίδευση. Σε αυτήν την εργασία παρουσιάζουµε θέµατα σχεδίασης, λειτουργίας και υλοποίησης που αφορούν µία εφαρµογή Σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Η εφαρµογή που περιγράφουµε είναι µία δικτυακή εφαρµογή η οποία µπορεί να χρησιµοποιηθεί πάνω από IP και ISDN δίκτυα. Επιπρόσθετα, η υλοποιηµένη εφαρµογή Σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης χρησιµοποιεί έναν καινοτόµο µηχανισµό ελέγχου ροής της τηλεδιάσκεψης, ο οποίος δεν απαιτεί υποστήριξη από την MCU (Multipoint Control Unit). ABSTRACT The use of multimedia in Telematics and new services has been greatly improved by the introduction of new systems and techniques. These new systems and techniques made the implementation of many telematic applications like Synchronous Distance Learning possible. In this paper, we present design, functionality and implementation issues, which concern a Synchronous Distance Learning application. The described application is a network-based application, which can be used over IP and ISDN networks. In addition the implemented Synchronous Distance Learning application uses an innovative chair control module, which does not require any support from the MCU (Multipoint Control Unit). 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το τελευταίο χρονικό διάστηµα η τεχνολογική πρόοδος σε θέµατα επικοινωνιών και δικτύων υπολογιστών έχει δηµιουργήσει µία αυξηµένη ζήτηση για υπηρεσίες τηλεµατικής (όπως τηλεδιάσκεψη, Τηλεσυνεργασία, Τηλεκπαίδευση, Τηλεϊατρική κ.λπ.). Ειδικότερα για την Τηλεκπαίδευση ιδιαίτερο ενδιαφέρον υπάρχει τόσο στην εφαρµογή της σε δευτεροβάθµια και τριτοβάθµια γενική εκπαίδευση όσο και σε τεχνική / τεχνολογική εκπαίδευση (Bouras

2 1999a, Perez 1998). Επίσης η Τηλεκπαίδευση µπορεί να χρησιµοποιηθεί από τη βιοµηχανία, τράπεζες, µεγάλους οργανισµούς, εκπαιδευτήρια, κ.λπ (Bouras 1999b). Η Ευρωπαϊκή Ένωση αναγνωρίζοντας τη σηµασία που µπορεί να έχει η εφαρµογή της Τηλεκπαίδευσης σε µεγάλη κλίµακα χρηµατοδοτεί πολλά έργα που στόχο έχουν να εφαρµόσουν και να αξιολογήσουν υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης. Στη χώρα µας το Υπουργείο Εθνικής Παιδείας και Θρησκευµάτων (ΥΠΕΠΘ), στα πλαίσια του 2ου Κοινοτικού Πλαισίου Στήριξης (ΕΠΕΑΕΚ), χρηµατοδότησε µία σειρά από έργα που στόχο είχαν µεταξύ άλλων να χρησιµοποιήσουν υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης για την εξ αποστάσεως διαρκή επιµόρφωση. Επίσης, διάφορες µεγάλες εταιρείες, µε ανάγκες συνεχούς εκπαίδευσης του προσωπικού τους που είναι γεωγραφικά διασκορπισµένο, αναγνωρίζουν τα κόστη και τις δυσκολίες που έχει η κλασσική µέθοδος συγκέντρωσης των εκπαιδευόµενων σε ολιγάριθµα εκπαιδευτικά κέντρα. Η Ανοικτή και Εξ Αποστάσεως Εκπαίδευση (ΑΑΕ) ή Τηλεκπαίδευση (Burrell 1997), µπορεί να θεωρηθεί ως διαδικασία µάθησης µε την χρήση της Τηλεµατικής (δηλ. το συνδυασµό τηλεπικοινωνιών, τεχνολογίας πληροφοριών και πολυµέσων) και των υπηρεσιών της. Η Τηλεκπαίδευση στοχεύει στην ανάπτυξη και προώθηση µεθόδων και τεχνικών ειδικά σχεδιασµένων για την αύξηση της ποιότητας, αποτελεσµατικότητας και ευελιξίας της εκπαίδευσης. Η δηµιουργία περιβαλλόντων Τηλεκπαίδευσης µε χρήση των νέων τεχνολογιών Τηλεµατικής έγινε δυνατή λόγω της αυξανόµενης διαθεσιµότητας κατάλληλων τηλεπικοινωνιακών κυκλωµάτων τόσο διεθνώς όσο και στον Ελλαδικό χώρο. Ταυτόχρονα νέες τεχνικές κωδικοποίησης και συµπίεσης δεδοµένων πραγµατικού χρόνου (video, ήχος) δίνουν τη δυνατότητα χρήσης τηλεπικοινωνιακών κυκλωµάτων χαµηλών ταχυτήτων µε επαρκή ποιοτικά αποτελέσµατα και χαµηλότερα τηλεπικοινωνιακά κόστη κάτι που συµβάλλει στην εξασφάλιση της βιωσιµότητας ενός περιβάλλοντος Τηλεκπαίδευσης. Ένα ολοκληρωµένο περιβάλλον Τηλεκπαίδευσης παρέχει προς τους χρήστες του τις ακόλουθες υπηρεσίες µε τα ακόλουθα λειτουργικά χαρακτηριστικά: Εκπαίδευση µε την ζωντανή παρουσία εκπαιδευτή (Σύγχρονη Τηλεκπαίδευση). Σε αυτή την περίπτωση, σε προκαθορισµένο χρόνο διεξάγεται µάθηµα. Οι εκπαιδευόµενοι παρακολουθούν ζωντανά και ακούν τον εκπαιδευτή και είναι σε θέση να διακόψουν τη ροή του µαθήµατος για την υποβολή ερωτήσεων, δηµιουργώντας έτσι µια ηλεκτρονική τάξη. Ο εκπαιδευτής έχει σε αυτή την περίπτωση (όπως και στη διεξαγωγή µαθήµατος σε µια συµβατική τάξη) όλη την απαραίτητη εξουσία για τη διεύθυνση της ροής του µαθήµατος. Εκπαίδευση σε χρόνο που επιλέγει ο χρήστης (Ασύγχρονη Τηλεκπαίδευση) - Υπηρεσίες Συνεργατικής Μάθησης. Σε αυτή την περίπτωση ο χρήστης αποκτά πρόσβαση σε πηγές πληροφοριών από όπου είναι σε θέση να κατεβάσει ένα µάθηµα τοπικά στο σταθµό εργασίας του και να το παρακολουθήσει είτε καθώς το κατεβάζει ή σε χρόνο και µε ρυθµό που επιλέγει ο ίδιος. Η πλοήγηση στην ασύγχρονη εκπαίδευση γίνεται µε χρήση τεχνολογιών υπερµέσων, ώστε να διευκολύνεται η παρακολούθηση του µαθήµατος µε τον τρόπο που έχει οριστεί από τον εκπαιδευτή και να επιταχύνεται η εκ των υστέρων επανάληψη συγκεκριµένων ενοτήτων του µαθήµατος. Η υπηρεσία ασύγχρονης Τηλεκπαίδευσης συνήθως συνδυάζεται µε υπηρεσίες συνεργατικής µάθησης οι οποίες περιλαµβάνουν υπηρεσίες για τη διαµοίραση εφαρµογών (και δεδοµένων) µεταξύ αποµακρυσµένων χρηστών, την από κοινού επιµέλεια εγγράφων τη λύση και διόρθωση ασκήσεων, τη συνεργασία για την εκπόνηση εργασιών, την επίβλεψη της προόδου των µαθητών κ.λπ. Η συνεργατική µάθηση µπορεί να υποστηριχθεί µε τις παρακάτω υπηρεσίες: (1) Ανταλλαγή µηνυµάτων ηλεκτρονικού ταχυδροµείου, µε υποστήριξη δεδοµένων πολυµέσων στο σώµα του µηνύµατος. (2) Συµµετοχή σε οµάδες συζητήσεων (newsgroups) εκπαιδευοµένων µε κοινά ενδιαφέροντα. (3) Ζωντανή συζήτηση µε ανταλλαγή κειµένου στα πλαίσια οµάδων εκπαιδευοµένων. (4) Ηλεκτρονικές ανακοινώσεις (Bulletin Board Systems) που αφορούν εκπαιδευόµενους.

3 Σε αυτή την εργασία παρουσιάζουµε τον σχεδιασµό και υλοποίηση µια εφαρµογής σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Η εφαρµογή υλοποιήθηκε από το ΕΑΙΤΥ (Ερευνητικό Ακαδηµαϊκό Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών) για λογαριασµό του ΟΤΕ (Οργανισµός Τηλεπικοινωνιών Ελλάδος) και είναι διαθέσιµη στην ελεύθερη αγορά. Το θέµα της εκπαίδευσης από απόσταση γενικά και ιδιαίτερα το θέµα της σύγχρονης εκπαίδευσης από απόσταση µε αυξηµένες δυνατότητες ελέγχου του µαθήµατος έχει απασχολήσει τους ερευνητές σε παγκόσµιο επίπεδο και έχει οδηγήσει σε ένα σηµαντικό αριθµό δηµοσιεύσεων. Ενδεικτικά αναφέρουµε τις παρακάτω δηµοσιεύσεις: Bouras 1999 όπου παρουσιάζεται µια πλατφόρµα για σύγχρονη εκπαίδευση από απόσταση µε δυνατότητες διαχείρισης του µαθήµατος υλοποιηµένη στην γλώσσα προγραµµατισµού Java, Kim 1998 όπου παρουσιάζεται ένας µηχανισµός για έλεγχο του µαθήµατος βασισµένο στο Τ.120 πρότυπο, Schubert 1998 όπου παρουσιάζεται ένας µηχανισµός για floor control ο οποίος µπορεί να χρησιµοποιηθεί γενικά σε εφαρµογές πολυµέσων και Shih 2001 όπου παρουσιάζεται ένας κατανεµηµένος µηχανισµός για τον έλεγχο µαθηµάτων από απόσταση. Το υπόλοιπο κείµενο αυτής της εργασίας δοµείται ως εξής: Στην παράγραφο 2 παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική της υπηρεσίας σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Στην συνέχεια στην παράγραφο 3 παρουσιάζονται οι λειτουργικότητες της εφαρµογής η οποία υλοποιήθηκε. Περισσότερες λεπτοµέρειες σχετικά µε την υλοποίηση των προηγµένες δυνατότητες διαχείρισης της ροής του µαθήµατος δίνονται στην παράγραφο 4. Η παράγραφός 5 παρουσιάζει κάποια θέµατα σχετικά µε το περιβάλλον υλοποίησης της εφαρµογής και τέλος η παράγραφος 6 παρουσιάζει τα συµπεράσµατα αυτής της εργασίας και την µελλοντική εργασία. 2. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑΣ Μια υπηρεσία σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης θα πρέπει να υποστηρίζεται από την κατάλληλη υποδοµή. Οι απαιτήσεις της εφαρµογής η οποία αναπτύχθηκε ήταν οι ακόλουθες: (1) Η υπηρεσία θα πρέπει να είναι διαθέσιµη σε µεγάλες γεωγραφικές περιοχές (για παράδειγµα όλος ο Ελλαδικός χώρος ή και εκτός Ελλάδας). (2) Η υπηρεσία θα πρέπει να υποστηρίζει τόσο τηλεφωνικά δίκτυα όσο και δίκτυα δεδοµένων. (3) Η υπηρεσία θα πρέπει να είναι φτηνή στην χρήση της. Για τους παραπάνω λόγους επιλέχθηκε η εφαρµογή που αναπτύχθηκε να στηρίζεται στα δίκτυα ISDN και TCP/IP. ENTERPRISE STUDIO Camera Screen CENTRAL NODE PC CRT projector Camera Trainee Camera Trainee ISDN PBX MCU Enterprise Server Router Camera Document Trainer Camera Internet IP over ISDN 1 or 3 BRI PRI Σχήµα 1: ικτυακή Αρχιτεκτονική Η εφαρµογή η οποία αναπτύχθηκε βασίζεται πάνω στην υποδοµή του δηµόσιου δικτύου ISDN και αποτελείται από ορισµένους κεντρικούς κόµβους (για παράδειγµα εγκαταστάσεις µεγάλων εταιριών) και πολλούς αποµακρυσµένους κόµβους για χρήση από

4 τους εκπαιδευτές και του εκπαιδευόµενους. Στο Σχήµα 1 φαίνεται η δικτυακή αρχιτεκτονική της υπηρεσίας σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Οι κεντρικοί κόµβοι είναι εξοπλισµένοι µε τον παρακάτω εξοπλισµό: ISDN PBX, εξυπηρετητή (στο οποίο είναι εγκατεστηµένο όλο το απαραίτητο λογισµικό) και έναν δροµολογητή. Αυτοί οι κόµβοι συνδέονται στο δηµόσιο δίκτυο ISDN µε την χρήση (µιας ή περισσοτέρων) PRI (Primary Rate Interface) γραµµών. Κάποιοι από τους κεντρικούς κόµβους είναι επίσης εξοπλισµένοι και µε µια MCU (Multipoint Control Unit). Όταν η υπηρεσία σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης διατίθεται µέσω του δηµόσιου ISDN δικτύου, οι κεντρικού κόµβοι χρησιµοποιούν την MCU για την διασύνδεση των χρηστών. Στην περίπτωση που η υπηρεσία σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης διατίθεται µέσω TCP/IP δικτύου οι συµµετέχοντες συνδέονται µέσω του ιαδικτύου ή απευθείας στον κεντρικό κόµβο (σε αυτή την περίπτωση ο κεντρικός κόµβος λειτουργεί ως παροχέας υπηρεσιών ιαδικτύου). Σε αυτή τη περίπτωση η ISDN υποδοµή χρησιµοποιείται ως µέσο για την µεταφορά TCP/IP κίνησης (TCP/IP over ISDN). Οι κόµβοι των εκπαιδευτών είναι εξοπλισµένοι µε ένα προσωπικό υπολογιστή στον οποίο είναι εγκατεστηµένο το απαραίτητο υλικό για την εκτέλεση της εφαρµογής σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Αυτοί οι κόµβοι συνδέονται στον δηµόσιο δίκτυο ISDN µε την χρήση µίας ή τριών BRI (Basic Rate Interface) ISDN γραµµών. Η χρησιµοποιούµενη αρχιτεκτονική βασίζεται στα παρακάτω πρότυπα: Η.320 για επικοινωνία µε video και ήχο πάνω από ISDN δίκτυα, Η.320 για επικοινωνία µε video και ήχο πάνω από TCP/IP δίκτυα και Τ.120 για διαµοίραση δεδοµένων και εφαρµογών. Η εφαρµογή σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης η οποία υλοποιήθηκε (και αποτελεί τον πελάτη της υπηρεσίας σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης) χαρακτηρίζεται από την ευκολία στην χρήση και µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την πραγµατοποίηση σύγχρονων µαθηµάτων από απόσταση πάνω από ISDN και TCP/IP δίκτυα. Στις επόµενες παραγράφους περιγράφονται οι λειτουργικότητες της εφαρµογής η οποία αναπτύχθηκε. 3. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Η εφαρµογή σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης η οποία αναπτύχθηκε στόχο είχε την παροχή ολοκληρωµένων υπηρεσιών Τηλεκπαίδευσης µε όσο το δυνατόν φιλικότερο προς τον χρήστη τρόπο. Οι λειτουργικότητες της εφαρµογής µπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: (1) Βασικές λειτουργικότητες: Οι βασικές λειτουργικότητες αποτελούν τις λειτουργικότητες οι οποίες είναι απαραίτητες για την πραγµατοποίηση σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. (2) Προηγµένες λειτουργικότητες: Οι προηγµένες λειτουργικότητες αποτελούν λειτουργικότητες οι οποίες στοχεύουν στην αύξηση της ποιότητας της παρεχόµενής υπηρεσίας Τηλεκπαίδευσης και στην βελτίωση της φιλικότητας προς τον χρήστη. 3.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΕΣ Οι βασικές λειτουργικότητες αποτελούν τις ελάχιστες λειτουργικότητες οι οποίες είναι απαραίτητες για την πραγµατοποίηση σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Με τις βασικές υπηρεσίες εξοµοιώνονται µέσα από την υπηρεσία οι συνθήκες µιας τυπικής τάξης. Οι βασικές λειτουργικότητες περιλαµβάνουν: Μετάδοση Multimedia δεδοµένων (ήχου video). Η µετάδοση ήχου και video καλύπτει την ανάγκη για οπτική και ακουστική επαφή του καθηγητή µε τους µαθητές κατά την διάρκεια της σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Η εικόνα και κυρίως ο ήχος αποτελούν τα κυρίαρχα µέσα επικοινωνίας κατά την διάρκεια της Τηλεκπαίδευσης.

5 Υπηρεσία Ασπροπίνακα (Whiteboard). To Whiteboard εξοµοιώνει τον πίνακα µια συνηθισµένης τάξης. Στο Whiteboard οι συµµετέχοντες µπορούν να προβάλουν διαφάνειες οι οποίες είναι σε ηλεκτρονική µορφή, να δηµιουργήσουν διάφορα σχήµατα και γενικότερα να παρουσιάσουν τις σκέψεις τους. Ζωντανή επίδειξη εκπαιδευτικού υλικού. Με την βοήθεια της υπηρεσίας διαµοίρασης εφαρµογών και δεδοµένων (Data and Application Sharing) επεκτείνεται η εκπαιδευτική διαδικασία, αφού οι συµµετέχοντες θα µπορούν να διαµοιράζονται εφαρµογές και να συνεργάζονται από απόσταση σαν να ήταν στον ίδιο φυσικό χώρο. Ζωντανή συνδιάλεξη για υποβολή γραπτών ερωτηµάτων (Chat). Η λειτουργία αυτή χρησιµοποιείται για την επικοινωνία µεταξύ των συµµετεχόντων για υποβολή ερωτηµάτων από τους µαθητές προς το καθηγητή κατά τη διάρκεια της παρουσίασης. Ανταλλαγή αρχείων. Με την δυνατότητα αυτή οι συµµετέχοντες θα µπορούν να ανταλλάξουν αρχεία κατά την διάρκεια της υπηρεσίας σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Για την µετάδοση ήχου και video υπάρχουν διεθνή πρότυπα (π.χ. Η.320, Η.323) τα οποία εξασφαλίζουν την διαλειτουργικότητα ανάµεσα σε προϊόντα διαφορετικών κατασκευαστών, ενώ για την υλοποίηση της διαµοίρασης εφαρµογών και δεδοµένων υπάρχουν διεθνή πρότυπα (π.χ. T.120) τα οποία εξασφαλίζουν διαλειτουργικότητά ανάµεσα σε προϊόντα διαφορετικών κατασκευαστών. 3.2 ΠΡΟΗΓΜΕΝΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΕΣ Οι προηγµένες λειτουργικότητες αποτελούν λειτουργικότητες οι οποίες στοχεύουν στην αύξηση της ποιότητας της παρεχόµενης υπηρεσίας Τηλεκπαίδευσης και στην βελτίωση της φιλικότητας προς τον χρήστη (Hodes 1999). Οι προηγµένες λειτουργικότητες περιλαµβάνουν: ιαχείριση της εκπαιδευτικής διαδικασίας. Αυτή η λειτουργικότητα είναι διαθέσιµη µόνο στον καθηγητή και όχι στον µαθητή. Μέσω αυτής της δυνατότητας ο καθηγητής έχει την δυνατότητα να διαχειρίζεται την εκπαιδευτική διαδικασία. Η διαχείριση της εκπαιδευτικής διαδικασίας περιλαµβάνει: Floor Control: Ο καθηγητής πρέπει να έχει τον πλήρη έλεγχο του ποιος έχει τον λόγο. Όταν ένας µαθητής θέλει να πάρει τον λόγο θα πρέπει πρώτα να τον ζητήσει από τον καθηγητή. Ο καθηγητής µπορεί ανά πάσα στιγµή να πάρει τον λόγο πίσω. Ο καθηγητής έχει την δυνατότητα να εγκρίνει ή να απορρίψει αιτήσεις µαθητών για να πάρουν τον λόγο. Η ανταλλαγή γραπτών µηνυµάτων µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την συνεννόηση πριν την παραχώρηση του λόγου Ο καθηγητής θα µπορεί να καθορίσει εάν θα δέχεται διακοπές ή όχι στο µάθηµα του Η υλοποίηση αυτής της λειτουργικότητας στην εφαρµογή η οποία αναπτύχθηκε στηρίζεται είτε στο πρότυπο Η.243 chair control (οπότε θα πρέπει η MCU η οποία χρησιµοποιείται να υποστηρίζει H.243 chair control) είτε σε ένα καινοτόµο µηχανισµό τον οποίο υλοποιεί η εφαρµογή και δεν απαιτεί κάποια υποστήριξη από την MCU. υνατότητα αυτόµατης διαµοίρασης: Ο καθηγητής µπορεί να επιλέγει ένα αρχείο και αυτόµατα το αρχείο αυτό ανοίγεται από την αντίστοιχη εφαρµογή και αυτή η εφαρµογή

6 διαµοιράζεται. Αυτή η λειτουργικότητα διευκολύνει ιδιαίτερα τους άπειρους χρήστες και συµβάλει στην φιλικότητα της εφαρµογής προς τους χρήστες. υνατότητα επιλογής µαθήµατος. Οι µαθητές όταν συνδέονται στην υπηρεσία µπορούν να επιλέγουν κάποιο από τα διαθέσιµα σύγχρονα µαθήµατα την τρέχουσα χρονική στιγµή. Μετά την επιλογή του µαθήµατος οι µαθητές συνδέονται αυτόµατα στο επιλεγµένο µάθηµα. Αυτή η λειτουργικότητα υλοποιείται µε την χρήση της δυνατότητας που παρέχουν οι MCU για επιλογή τρέχουσας συνόδου. Με αυτόν τον µηχανισµό παρέχεται η δυνατότητα πραγµατοποίησης ταυτόχρονων σύγχρονων µαθηµάτων (ο αριθµός των οποίων εξαρτάται από τις δυνατότητες της MCU). υνατότητα χειρισµού PTZ (Pan Tilt Zoom) camera. Μέσα από την εφαρµογή παρέχεται η δυνατότητα χειρισµού της τοπικής PTZ camera και η εστίαση της camera σε προκαθορισµένα σηµεία (π.χ. σε σηµεία όπου βρίσκονται µαθητές ή σε συγκεκριµένα σηµεία π.χ. διαφάνειες). Αυτή η λειτουργικότητα επιτρέπει την πραγµατοποίηση µαθηµάτων όπου σε κάθε σηµείο συµµετέχουν περισσότεροι του ενός συµµετέχοντες. Για παράδειγµα όταν ένας µαθητής από την τοπική αίθουσα θέλει να υποβάλει µια ερώτηση στο καθηγητή, ο καθηγητής µπορεί να εστιάσει την κάµερα στον συγκεκριµένο µαθητή ώστε όλοι οι συµµετέχοντες να µπορούν να τον παρακολουθήσουν. Αυτή η λειτουργικότητα στηρίζεται στο πρότυπο Η.281 για PTZ Camera Control που παρέχει δυνατότητα επικοινωνίας µε Η/Υ (π.χ. Canon VC-C3) και είναι διαθέσιµη τόσο στο λογισµικό του καθηγητή όσο και στο λογισµικό του µαθητή. υνατότητα χειρισµού PTZ camera από απόσταση. Μέσα από την εφαρµογή παρέχεται η δυνατότητα χειρισµού της αποµακρυσµένης PTZ camera και η εστίαση της camera σε προκαθορισµένα σηµεία (π.χ. σε σηµεία όπου βρίσκονται µαθητές) Αυτή η λειτουργικότητα επιτρέπει την πραγµατοποίηση µαθηµάτων όπου σε κάθε σηµείο συµµετέχουν περισσότεροι του ενός συµµετέχοντες. Για παράδειγµα όταν ένας µαθητής από στην αποµακρυσµένη αίθουσα θέλει να υποβάλει µια ερώτηση στο καθηγητή, ο καθηγητής µπορεί να εστιάσει την κάµερα στον συγκεκριµένο µαθητή ώστε όλοι οι συµµετέχοντες να µπορούν να τον παρακολουθήσουν. Αυτή η λειτουργικότητα στηρίζεται στο πρότυπο Η.281 για PTZ Camera Control που παρέχει δυνατότητα επικοινωνίας µε Η/Υ (π.χ. Canon VC-C3) και είναι διαθέσιµη µόνο στο λογισµικό του καθηγητή. Πραγµατοποίηση multiple choice test για την αυτό-αξιολόγηση των µαθητών. Στους µαθητές παρέχεται η δυνατότητα να πραγµατοποιήσουν multiple choice test για την αυτόαξιολόγηση τους µε το τέλος ενός σύγχρονου µαθήµατος. Ο καθηγητής δηµιουργεί το αρχείο µε το multiple choice test και το αποστέλλει στους µαθητές οι οποίο το συµπληρώνουν και το επιστρέφουν στο καθηγητή. Για την υλοποίηση αυτής της λειτουργικότητα χρησιµοποιείται η δυνατότητα µεταφοράς αρχείων πάνω από Τ.120 σύνδεση. 4. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΡΟΗΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Ο έλεγχος ροής του µαθήµατος είναι ένα σηµαντικό κοµµάτι όλων των εφαρµογών Σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης (Schubert 1998, Bourdeau 1998, Kim 1998). Σήµερα δυστυχώς η αγορά δεν παρέχει µία λύση ελέγχου ροής η οποία να µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε όλα τα δικτυακά περιβάλλοντα (ISDN και IP) ανεξάρτητα από τον χρησιµοποιούµενο εξοπλισµό. Στα ISDN δίκτυα (και H.320 τηλεδιασκέψεις), υπάρχει το πρότυπο ελέγχου ροής H.243, αλλά δεν υποστηρίζεται από όλες τις διαθέσιµες MCU της αγοράς. Στα IP δίκτυα (και H.323 τηλεδιασκέψεις) δεν υπάρχει ένα ευρέως αποδεκτό πρότυπο για έλεγχο ροής και κάθε εταιρία ανάπτυξης MCU χρησιµοποιεί τον δικό της (συνήθως web based) µηχανισµό για έλεγχο ροής.

7 Για να υπερκεράσουµε τον παραπάνω περιορισµό, υλοποιήσαµε έναν νέο καινοτόµο µηχανισµό ελέγχου ροής για την εφαρµογή Σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. Η πρωτοποριακή άποψη του µηχανισµού µας είναι ότι υποστηρίζει όλα τα δίκτυα που χρησιµοποιούνται σήµερα για τηλεδιάσκεψη (ISDN/H.320, IP/H.323, και άλλα) και δεν κάνει καµία υπόθεση για την MCU που χρησιµοποιείται (όπως κάνει το H.243 ή άλλοι µηχανισµοί ελέγχου ροής), εκτός από το ότι η MCU υποστηρίζει εναλλαγές του βίντεο ενεργοποιούµενες από την οµιλία (κάτι το οποίο είναι συνηθισµένη λειτουργικότητα για όλες τις διαθέσιµες MCU). Η υλοποιηµένη εφαρµογή Σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης υποστηρίζει και το H.243 πρότυπο ελέγχου ροής (για χρήση κατά τη διάρκεια H.320 µαθηµάτων) και τον νέο καινοτόµο µηχανισµό ελέγχου ροής (για χρήση σε όλες τις περιπτώσεις: H.320, H323, και άλλες). Για να υλοποιήσουµε το µηχανισµό ελέγχου ροής χρησιµοποιήσαµε το κανάλι µεταφοράς δεδοµένων για να µεταδώσουµε τα µηνύµατα του µηχανισµού µας. Ένα µήνυµα αποτελείται από τον τύπο του µηνύµατος και πιθανόν από κάποια δεδοµένα. Τα δεδοµένα ενός µηνύµατος µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να αναγνωριστεί ένας συµµετέχων στην τηλεδιάσκεψη, ή µπορεί να περιέχουν κάποια κατάλληλα για το µήνυµα δεδοµένα.. Υπάρχουν 9 τύποι µηνυµάτων: Mute: χρησιµοποιείται για να κλείσει το µικρόφωνο ενός ή περισσοτέρων εκπαιδευόµενων. Αν δεν περιέχει δεδοµένα θεωρείται "mute all" (κλείσε το µικρόφωνο σε όλους). Αλλιώς τα δεδοµένα περιέχουν τα στοιχεία ενός συγκεκριµένου εκπαιδευόµενου του οποίου θα κλείσει το µικρόφωνο. Το µήνυµα αυτό γίνεται πάντα broadcast, και έτσι κάθε συµµετέχων γνωρίζει την κατάσταση όλων των υπολοίπων. Unmute: χρησιµοποιείται για να ανοίξει το µικρόφωνο ενός ή περισσοτέρων εκπαιδευόµενων. Αν δεν περιέχει δεδοµένα θεωρείται "unmute all" (άνοιξε το µικρόφωνο σε όλους). Αλλιώς τα δεδοµένα περιέχουν τα στοιχεία ενός συγκεκριµένου εκπαιδευόµενου του οποίου θα ανοίξει το µικρόφωνο. Το µήνυµα αυτό γίνεται πάντα broadcast, και έτσι κάθε συµµετέχων γνωρίζει την κατάσταση όλων των υπολοίπων. Speech: στέλνεται από έναν εκπαιδευόµενο που ζητάει άδεια να µιλήσει και γίνεται broadcast σε όλους τους εκπαιδευόµενους στην τηλεδιάσκεψη. Τα δεδοµένα του περιέχουν το λόγο για τον οποίο ο εκπαιδευόµενος θέλει να µιλήσει (αν υπάρχει). DelegateData: στέλνεται από έναν εκπαιδευτή σε έναν εκπαιδευόµενο για να τον ειδοποιήσει ότι ο τρέχων εκπαιδευτής παραδίδει τον έλεγχο του µαθήµατος (και γίνεται εκπαιδευόµενος) στον εκπαιδευόµενο (ο οποίος γίνεται ο νέος εκπαιδευτής). Με την λήψη του µηνύµατος η εφαρµογή, από τη µεριά του εκπαιδευόµενου που διαλέχτηκε να είναι ο νέος εκπαιδευτής, αποκτά την πλήρη λειτουργικότητα εκπαιδευτή. Forced: το µήνυµα αυτό γίνεται broadcast από τον εκπαιδευτή όταν ο εκπαιδευτής θέλει όλοι να βλέπουν το βίντεο ενός συγκεκριµένου συµµετέχοντα. Μόλις η εφαρµογή λάβει ένα τέτοιο µήνυµα, κλείνει το µικρόφωνο του τοπικού συµµετέχοντα (εκτός αν αυτός είναι ο συµµετέχων του οποίου το βίντεο διαλέχτηκε από τον εκπαιδευτή για να το βλέπουν όλοι), και έτσι η λειτουργία της αυτόµατης ενεργοποίησης από οµιλία της MCU αρχίζει να στέλνει σε όλους το κατάλληλο βίντεο. Τα δεδοµένα του µηνύµατος χρησιµεύουν για την αναγνώριση του συµµετέχοντα του οποίου επιβάλλεται το βίντεο. Unforced: στέλνεται σε όλους και ειδοποιεί ότι δεν επιβάλλεται πια κάποιο βίντεο. MutedInfo: στέλνεται από τον εκπαιδευτή ενός µαθήµατος όταν κάποιος νέος εκπαιδευόµενος εισέλθει στην τηλεδιάσκεψη, για να τον πληροφορήσει σχετικά µε το αν κάποιοι και ποιοι από τους ήδη συµµετέχοντες έχουν κλειστά µικρόφωνα. Τα δεδοµένα του µηνύµατος αποτελούνται από ζευγάρια «στοιχεία εκπαιδευόµενου» «κατάσταση εκπαιδευόµενου» (κλειστό µικρόφωνο ή όχι).

8 CommentInfo: στέλνεται από τον εκπαιδευτή ενός µαθήµατος όταν κάποιος νέος εκπαιδευόµενος εισέλθει στην τηλεδιάσκεψη, για να τον πληροφορήσει για τις αιτήσεις που έχουν ήδη κάνει άλλοι συµµετέχοντες για να µιλήσουν καθώς και τυχόν σχόλια για τις αιτήσεις αυτές. Ο εκπαιδευτής θα στείλει στον καινούριο εκπαιδευόµενο τόσα µηνύµατα CommentInfo όσος και ο αριθµός των αιτήσεων λόγου που περιµένουν στην ουρά. ForcedInfo: στέλνεται από τον εκπαιδευτή ενός µαθήµατος όταν κάποιος νέος εκπαιδευόµενος εισέλθει στην τηλεδιάσκεψη, για να τον πληροφορήσει ποιανού το βίντεο επιβάλλεται (αν επιβάλλεται κάποιο βίντεο). Τα δεδοµένα του µηνύµατος αυτού περιέχουν τα στοιχεία αναγνώρισης του επιβληθέντα συµµετέχοντα. Η αναγνώριση ενός συµµετέχοντα γίνεται βάσει και του ονόµατος (περίπτωση ISDN) και της IP διεύθυνσης (περίπτωση IP). Trainer Trainee initialized Muted Info Forced Info Comment Info Trainee connected Unmute received Mute received Mute received Trainee Muted Trainee Time Trainee wants to speak Unmute received Speech Delegate received Trainer accepts student request Delegate sent Trainer Force Unforce Trainee's video is forced to everybody Trainee connected Σχήµα 2: Μηνύµατα που ανταλλάσσονται µεταξύ εκπαιδευτή και εκπαιδευοµένων Το Σχήµα 2 δείχνει τη βασική λειτουργικότητα για κάποια από τα µηνύµατα. Όταν ένας εκπαιδευόµενος εισέρχεται στην τηλεδιάσκεψη, ο εκπαιδευτής είναι υπεύθυνος για την ενηµέρωση του νέου εκπαιδευόµενου µε την πληροφορία που έχει ανταλλαχθεί όσο δεν συµµετείχε. Αυτό επιτυγχάνεται µε τα µηνύµατα MutedInfo, CommentInfo και ForcedInfo. Όταν ένας εκπαιδευόµενος έχει κάτι να πει πρέπει να ζητήσει άδεια (µήνυµα Speech) από τον εκπαιδευτή. Ο εκπαιδευτής έχει τη δυνατότητα είτε να δεχτεί είτα να απορρίψει το αίτηµα. Αν το δεχτεί, ένα µήνυµα force στέλνεται σε όλους τους εκπαιδευόµενους και το βίντεο του εκπαιδευόµενου που έκανε το αίτηµα εµφανίζεται σε όλους τους συµµετέχοντες στην τηλεδιάσκεψη. Μετά από λίγο ο εκπαιδευτής µπορεί να στείλει ένα µήνυµα Unforce, και το βίντεο του εκπαιδευόµενου δεν επιβάλλεται πλέον. Επίσης το Σχήµα 2 δείχνει τις µεταβάσεις καταστάσεων και εξηγεί τη χρήση των µηνυµάτων Mute/Unmute και Delegate. Όταν ένας εκπαιδευόµενος λάβει ένα µήνυµα Mute, το µικρόφωνό του κλείνει και ο εκπαιδευόµενος δεν µπορεί πια να ακουστεί από τους υπόλοιπους συµµετέχοντες. Αυτό αντιστρέφεται όταν ληφθεί ένα µήνυµα Unmute. Και τα δύο αυτά µηνύµατα στέλνονται από τον εκπαιδευτή της τηλεδιάσκεψης. Τέλος, το µήνυµα Delegate χρησιµοποιείται για να µεταφέρει τα δικαιώµατα του εκπαιδευτή µεταξύ των συµµετεχόντων. Αν ένας εκπαιδευόµενος λάβει ένα µήνυµα Delegate, µπορεί να το δεχτεί και να γίνει ο νέος εκπαιδευτής µε τον έλεγχο της τηλεδιάσκεψης. Ο εκπαιδευτής που έστειλε το

9 µήνυµα Delegate χάνει τον έλεγχο που είχε πριν (και γίνεται εκπαιδευόµενος), έτσι ώστε σε κάθε χρονική στιγµή να υπάρχει ακριβώς ένας εκπαιδευτής στο µάθηµα, ο οποίος ελέγχει την τηλεδιάσκεψη. 5. ΘΕΜΑΤΑ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ Για την υλοποίηση της εφαρµογής σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης χρησιµοποιήθηκε το πακέτο ανάπτυξης λογισµικού (software development kit) VDK 4.51 της εταιρίας VCON ( Το προγραµµατιστικό περιβάλλον ήταν Microsoft Visual C ( Σχήµα 3 Η εφαρµογή σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης Η υλοποιηµένη εφαρµογή έχει τα ακόλουθα τεχνικά χαρακτηριστικά: (1) Υποστηρίζει Τηλεκπαίδευση πάνω από ISDN δίκτυα (σηµείου-προς-σηµείου ή πολλών σηµείων µε τη χρήση µιας H.320 MCU) στηριζόµενη στο πρότυπο H.320 µε τη χρήση µιας BRI σύνδεσης (128Kbps) ή µε τη χρήση τριών BRI συνδέσεων (384Kbps). (2) Υποστηρίζει Τηλεκπαίδευση πάνω από IΡ δίκτυα (σηµείου-προς-σηµείου ή πολλών σηµείων µε τη χρήση µιας H.323 MCU) στηριζόµενη στο πρότυπο H.323. Η υλοποιηµένη εφαρµογή υποστηρίζει τηλεδιάσκεψη µε µέχρι 1.5 Mbps bandwidth για υψηλής ποιότητας Τηλεκπαίδευση. (3) Υποστηρίζει χαρακτηριστικά QoS πάνω από IP δίκτυα. Η υλοποιηµένη εφαρµογή υποστηρίζει DiffServ και IP Precedence. (4) Υποστηρίζει διαµοίραση δεδοµένων και εφαρµογών βασιζόµενη στο πρότυπο T.120. (5) Υποστηρίζει έλεγχο ροής του µαθήµατος µε το πρότυπο H.243, και επιπλέον υποστηρίζει έναν νέο µηχανισµό ελέγχου ροής του µαθήµατος. (6) Υποστηρίζει Αποµακρυσµένο Έλεγχο Κάµερας (Support of Far End Camera Control - FECC) βασιζόµενη στο πρότυπο H.281. (7) Υψηλή ποιότητα βίντεο µε ρυθµό µέχρι και 30 frames per second. Το Σχήµα 3 δείχνει την υλοποιηµένη εφαρµογή σύγχρονης Τηλεκπαίδευσης. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Πολλές εταιρίες έχουν εκδηλώσει ενδιαφέρον για την εφαρµογή η οποία παρουσιάστηκε σε αυτή την εργασία και κάποιες από αυτές ήδη την χρησιµοποιούν για την παροχή υπηρεσιών εκπαίδευσης από απόσταση. Στόχος είναι η περαιτέρω προώθηση της εφαρµογής µε στόχο όλο και περισσότερες εταιρίες (µικρές, µεσαίες και µεγάλες) και

10 εκπαιδευτικοί οργανισµοί (πανεπιστήµιο, σχολεία, ιδιωτικά εκπαιδευτήρια) να γνωρίσουν τις δυνατότητες τις οποίες παρέχει η εκπαίδευση από απόσταση και να της εκµεταλλευτούν για την εκπαίδευση του προσωπικού ή των µαθητών τους. Η εφαρµογή η οποία παρουσιάστηκε σε αυτή την εργασία διαφοροποιείται από τις ήδη υπάρχουσες εφαρµογές η οποίες είναι διαθέσιµες στην βιβλιογραφία στο γεγονός ότι παρέχει ένα καινοτόµο µηχανισµό έλεγχου του µαθήµατος ο οποίος δεν απαιτεί καµιά υποστήριξη από την MCU και µπορεί να εκτελεστεί τόσο πάνω από IP και ISDN δίκτυα. Επιπλέον η εφαρµογή η οποία παρουσιάστηκε καλύπτει την ανάγκη της αγοράς (η οποία ανακαλύφθηκε από τον ΟΤΕ) για µια εφαρµογή µικρού κόστους και εύκολης χρήσης (πλήρως εξελληνισµένη) για ευρεία χρήση από µικροµεσαίες επιχειρήσεις και ιδιώτες. Επιπλέον ο µηχανισµός για την έλεγχο της ροής του µαθήµατος ο οποίος υλοποιήθηκε µπορεί να χρησιµοποιηθεί και σε άλλες εφαρµογές τηλεµατικής όπως οι εικονικές διασκέψεις και η Τηλειατρική. Στην µελλοντικής µας εργασία υπάρχει πλάνο για την υλοποίηση του µηχανισµού ελέγχου ροής ως αυτόνοµο επιπρόσθετο στοιχείο (add-on) ώστε αν είναι εύκολο να ενσωµατωθεί σε άλλες ήδη διαθέσιµες εφαρµογές τηλεµατικής. ΑΝΑΦΟΡΕΣ Andrew Burrell, (1997), "A Study into the Future use of Synchronous and Asynchronous Technologies in the Distance ESL Education Area with an Emphasis on Collaborative Learning", Proceedings of ED-MEDIA 97 & ED-TELECOM 97, Calgary, Alberta, Canada, June 14-19, 1997 Ch. Bouras, A. Gkamas, Th. Tsiatsos, (1999) "Distributed Learning Environment Using Advanced Services Over the Internet", Third IASTED International Conference, Internet and Multimedia Systems and Applications, October 18-21, Nassau, Grand Bahamas. Ch. Bouras, A. Gkamas, V. Kapoulas, T. Tsiatsos, (1999), "ODL services and PTTs: The Greek PTT case", 19th World Conference on Open Learning and distance Education, Vienna, Austria, June Ch. Bouras, A. Gkamas, T. Tsiatsos, (2000),"Internet Protocols for Synchronous Distance Learning" 3rd International Workshop on Network-Based Information Systems-NBIS'2000, Greenwich, UK, September , pp Jacqueline Bourdeau, Marie Ouellet, Roberto Gauthier, (1998), "Interactivity in Videoconference-based Telepresentations", Proceedings of ED-MEDIA/ED-TELECOM 98, Freiburg, Germany, June 20-25, 1998 T. Hodes, M. Newman, S. Mccanne, R. H. Katz, And J. Landay, (1999), "Shared Remote Control of a Video Conferencing Application: Motivation, Design, and Implementation", Proceedings of SPIE Multimedia Computing and Networking, San Jose, CA, January 1999, pp H Kim, H. Lee, B. Shin, S. Hwang, (1998), "Egccm: A Conference Control Module for T.120 based Multimedia Teleconference", Proceedings of International Conference on Telecommunications, Porto Carras, Greece, June 1998, Volume IV, Pages M.A. Pérez, M.J. Verdú, F. Hernández, B. Rodríguez, B. Carro, M.A. Navazo, J. Redoli, R. Mompó, J. García, R. López, (1998), "Distance Education and Long-Life Learning", 15th IFIP World Computer Congress, Vienna and Budapest, August 31 - September 4, 1998 Schubert, D. Sisalem, (1998), "A floor Control Application for Light-Weight Multicast Conferences", Proceedings of International Conference on Telecommunications, Porto Carras, Greece, June 1998, Volume IV, Pages Timothy Shih, Huan-Chao Keh, Lawrence Y. Deng, I-Chun Liao and Jung-Hung Wang, "Using the Floor Control Mechanism in Distributed Multimedia Presentation System", The 21st IEEE International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS-21), Phoenix, Arizona, USA, April 16-19, Πληροφορία διαθέσιµη στο ιαδίκτυο. - Πληροφορία διαθέσιµη στο ιαδίκτυο.