Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Кубанский государственный университет

ФГБОУ ВПО «КубГУ»

Кафедра общего, стратегического, информационного менеджмента и

бизнес-процессов

Специальность 080801.65 Прикладная информатика в менеджменте

Специализация «Прикладная информатика в бизнес-реинжиниринге»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Экспериментальные исследования облачных вычислений как основы для создания информационного пространства научных коммуникаций

Студент Скопинцев А.К.

Научный руководитель,

канд. физ.-мат. наук А.П. Савченко

Краснодар2013



РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа 123 с., 14 рис.,8 таблиц, 47 источников, 3 приложения.

Ключевые слова: научные исследования, облачные технологии, коммуникации, информационное, пространство, web-сервисы, web-технологии, информационные системы, экспериментальное исследование.

Объектом исследования выступает информационное пространство научных коммуникаций Кубанского государственного университета и факультета Управления и психологии.

Предметом исследования является процесс научных исследований и система научных коммуникаций в информационном пространстве.

Цель работы - оценка возможности использования облачных вычислений как платформы создания информационного пространства научных исследований путем планирования и проведения экспериментальных исследований.

В результате исследования проведена оценка эффективности облачных платформ для реализации информационного пространства научных исследований и созданы рекомендации для их использования.

Эффективность экспериментального исследования определяется актуальностью проблемы перехода к использованию web-технологий в процессе научных исследований.



СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Облачные вычисления как объект экспериментальных исследований
• 1.1 Структура и сущность облачных вычислений
• 1.2 Классификация облачных вычислений
• 1.3 Эксперимент как инструмент научного исследования web-технологий
• 1.4 Специфика экспериментальных исследований облачных вычислений
• 2. Модель организации информационного пространства научных исследований
• 2.1 основные этапы научных исследований
• 2.2 Структура информационного пространства научных исследований (на примере КубГУ)
• 2.3 Информационное сопровождение деятельности в КубГУ
• 2.4 Информационное сопровождение научных исследований
• 2.4.1 Основные задачи и функции информационного сопровождения научных исследований
• 2.4.2 Направления экспериментальных исследований информационной системы поддержки научных исследований
• 3. Эксперимент по оценке эффективности использования облачных вычислений для организации пространства научных исследований
• 3.1 Практический эксперимент №1. Проект оформление заявки на участие в научном гранте
• 3.2 Практический эксперимент №2. Разработка проекта в рамках олимпиады IT-планета 2012-2013
• 3.3 Практический эксперимент №3. Использование облачных сервисов Google в процессе работы над студенческими дипломными проектами
• 3.4 Практический эксперимент №4. Использование облачных сервисов Яндекс.Диск в процессе работы над студенческими дипломными проектами
• 3.5 Практический эксперимент №5. Использование облачных сервисов для оформления заявки на участие в научном гранте
• 3.6 Сравнительный анализ результатов практического эксперимента
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложение А - План-программа проведения эксперимента
• Приложение Б - Инструкция по проведению эксперимента
• Приложение В - Протокол эксперимента


ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время происходит интенсивное внедрение новых информационно-коммуникационных технологий и стремительное развитие интернет-технологий, начался перенос деятельности ученых и научных организаций в онлайн среду. Система научных коммуникаций кардинально меняет свою структуру, появляются новые -- электронные -- формы и методы научного взаимодействия, формируется виртуальное пространство научных коммуникаций. Развитие цифровых технологий и компьютерных сетей позволяет качественно изменить традиционные средства научных коммуникаций, реализовать новые технологии информационного взаимодействия в электронной среде. Сложные сети коммуникаций подразумевают большие по объему потоки информации, которыми необходимо эффективно управлять для успешной научной деятельности. Цифровое представление информации открывает широчайшие возможности фиксации, обработки, передачи и хранения данных; обеспечивает многообразие их визуализации, интеллектуализацию обработки и компактность хранения, предоставляет широкий набор инструментальных средств для дистанционного доступа к информации и для ее передачи. При этом личные контакты, личное участие ученых в процессах передачи и обмена информацией также выражены в использовании таких, ставших уже традиционными, сервисов сети Интернет, как электронная почта, чаты, форумы, и относительно новых научных систем, реализованных средствами технологий Web2.0.

Развитие технологии облачных вычислений позволило поднять работу в сети Интернет на качественно новый уровень. Эти сервисы предлагают пользователю совершенно новые возможности. Можно самому определять как, где и когда работать со своими документами, главное иметь доступ в сеть Интернет. Кооперативная работа над проектами и возможность социализации деятельности также представляют большой интерес. Все эти функции можно использовать для работы над научными исследованиями и организации пространства научных коммуникаций.

Таким образом, можно судить о большой актуальности проблемы перехода к использованию web-технологий в процессе научных исследований. При успешном осуществлении этого перехода в информационное пространство возможно налаживание системы старых научных коммуникаций с более широкими возможностями.Для изучения данного вопроса было организовано исследование, состоящие из нескольких частей:

1) эмпирические исследования социальных сетей как платформы для реализации пространства научных коммуникаций;

2) эмпирические исследования облачных вычислений как платформы создания информационного пространства научных исследований;

3) экспериментальные исследования облачных вычислений как основы для создания информационного пространства научных исследований.

Данная работа посвящена экспериментальному исследованию облачных вычислений как основы для создания информационного пространства научных исследований.

В ходе работы проверяется следующая гипотеза: «используя возможности облачных сервисов, можно реализовать платформу для создания информационного пространства научных коммуникаций».

Объектом исследования выступает информационное пространство научных коммуникаций Кубанского государственного университета и факультета Управления и психологии.

Предметом исследования является процесс научных исследований и система научных коммуникаций в информационном пространстве.

Цель работы - оценка возможности использования облачных вычислений как платформы создания информационного пространства научных исследований путем планирования и проведения экспериментальных исследований.

Указанная цель требует решение следующих задач:

1) сбор и анализ конкретного материала о применении конкретных информационных технологий и систем информационного обеспечения для решения реальных научной деятельности;

2) выявление и описание проблем информатизации научной деятельности;

3) разработка набора требований к системе поддержки научных исследований;

4) разработка перечня критериев для сравнения облачных платформ;

5) проведение экспериментального исследования облачных платформ.

Согласно полученным критериям было создано задание на выполнение выпускной квалификационной работы и определены основные направления предстоящей экспериментальной деятельности.

Результатом практического исследования является оценка эффективности облачных платформ для реализации информационного пространства научных исследований и созданы рекомендации для их использования, отраженные в данной работе.



1. ОБЛАЧНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ КАК ОБЪЕКТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Структура и сущность облачных вычислений

Облачные вычисления (англ. Cloudcomputing), (определение, предложенное Национальным Институтом Стандартов и Технологий США) - это модель предоставления повсеместного и удобного сетевого доступа, по мере необходимости, к общей совокупности конфигурируемых вычислительных ресурсов (например, сетей, серверов, систем хранения, приложений и сервисов), которые могут быть быстро предоставлены и освобождены с минимальными усилиями по управлению и необходимостью взаимодействия с провайдером услуг (сервис-провайдером) [22].

Облачные вычисления (англ. Cloudcomputing), в информатике-- это модель обеспечения повсеместного и удобного сетевого доступа по требованию к общему пулу (англ. pool) конфигурируемых вычислительных ресурсов (например, сетям передачи данных, серверам, устройствам хранения данных, приложениям и сервисам-- как вместе, так и по отдельности), которые могут быть оперативно предоставлены и освобождены с минимальными эксплуатационными затратами и/или обращениями к провайдеру [23]. Суть этой идеи проста -- если для какого-либо расчёта не хватает мощностей одного компьютера, можно «припрячь» к этой работе другие ПК в сети, что существенно увеличит объём доступных для использования ресурсов и, следовательно, сократит время, требуемое на выполнение всех операций.

Термин «облачные» возник в результате буквального словесного описания картинок, приводимых в книгах по компьютерным сетям, где ПК пользователя соединялось линией с остальной сетью, которая изображалась в виде «облака»[25].

Потребители облачных вычислений могут значительно уменьшить расходы на инфраструктуру информационных технологий (в краткосрочном и среднесрочном планах) и гибко реагировать на изменения вычислительных потребностей, используя свойства вычислительной эластичности (англ. Elastic computing) облачных услуг.

В первые идея того, что сегодня называется облачными вычислениями была озвучена Джозефом Ликлайдером (J.C.R. Licklider) в 1970 году. В эти годы он был ответственным за создание ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network). Его идея заключалась в том, что каждый человек на земле будет подключен к сети, из которой он будет получать не только данные на и программы. Другой ученый Джоном Маккарти (John McCarthy) высказал идею о том, что вычислительные мощности будут предоставляться пользователям как услуга (сервис). На этом развитие облачных технологий было приостановлено до 90-х годов, после чего ее развитию поспособствовал ряд факторов [26].

Расширение пропускной способности Интернета, в 90-е годы не позволило получить значительного скачка в развитии в облачной технологии, так как практически ни одна компания не технологии того времени не были готовы к этому. Однако сам факт ускорения Интернета дал толчок скорейшему развитию облачных вычислений.

Одним из наиболее значимых событий в данной области было появление Salesforce.com в 1999 году. Данная компания стала первой компанией предоставившей доступ к своему приложению через сайт, по сути, данная компания стала первой компанией предоставившей свое программное обеспечение по принципу - программное обеспечение как сервис (SaaS).

Следующим шагом стала разработка облачного веб-сервиса компанией Amazon в 2002 году. Данный сервис позволял хранить, информацию и производить вычисления.

В 2006, Amazon запустила сервис под названием Elastic Computecloud (EC2), как веб-сервис который позволял его пользователям запускать свои собственные приложения. Сервисы Amazon EC2 и Amazon S3 стали первыми доступными сервисами облачных вычислений.

Другая веха в развитие облачных вычислений произошла после создания компанией Google, платформы Google Apps для веб-приложений в бизнес секторе.

Значительную роль в развитии облачных технологий сыграли технологии виртуализации, в частности программное обеспечение позволяющее создавать виртуальную инфраструктуру.

Развитие аппаратного обеспечения способствовало не столько быстрому росту облачных технологий, сколько доступности данной технологии для малого бизнеса и индивидуальных лиц. Что касается технического прогресса, то значительную роль в этом сыграло создание многоядерных процессоров и увеличения емкости накопителей информации.

Датой отсчета современной истории Cloud Computing стал 2006 год, когда компания Amazon, которая уже на тот момент была одной из самых крупных, презентовала миру свою инфраструктуру Web-сервисов, которая была способна обеспечить пользователю не только хостинг, но и предоставить удаленные вычислительные мощности клиенту. Новинку восприняли и одобрили такие гиганты как, Google, Sun и IBM, а в 2008 году о своем интересе в этой области заявила корпорация Micrsoft. В этот же период требования к скорости расчётов, предъявляемых как крупными компаниями, так и простыми пользователями, стали опережать возможности компьютеров, на которых расчёты предстояло проводить. С тех пор развитие «облаков» проходило стремительно, многие компании перешли на них при первой возможности, а вскоре появились и сервисы, предоставляющие услуги распределённых вычислений своим клиентам.

Развитие и исследования в этой области проходят и сейчас - в 2008 корпорации HP, Intel, и Yahoo! создали совместную вычислительную лабораторию Cloud Computing Test Bed, направленную на совершенствование облачных технологий и приёмов работы с ними [27].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Характеристики облачных вычислений

Национальным институтом стандартов и технологий США зафиксированы следующие обязательные характеристики облачных вычислений в соответствии с рисунком 1.1 [22]:

1) сервис самообслуживания, по мере необходимости (On-demand self-service). Потребитель может самостоятельно обеспечивать себя вычислительными возможностями (средствами и ресурсами), такими как серверное время и сетевые хранилища, по мере необходимости запрашивая их у сервис-провайдера в одностороннем автоматическом режиме, без необходимости взаимодействия с персоналом, представляющим сервис-провайдера;

2) свободный сетевой доступ (Broad network access). Запрашиваемые сервисы доступны по сети через стандартные механизмы, поддерживающие использование гетерогенных платформ тонких и толстых клиентов (например, мобильных телефонов, ноутбуков и КПК);

3) объединение ресурсов (Resource pooling). Вычислительные ресурсы провайдера организованы в виде совокупности для обслуживания различных потребителей в многопользовательской модели с возможностью динамического назначения и переназначения различных физических и виртуальных ресурсов в соответствии потребителей. Особое значение имеет независимость размещения ресурсов, при котором пользователь, в общем случае, не знает и не контролирует точное физическое местоположение предоставляемых ресурсов, но может специфицировать их расположение на более высоком уровне абстракции (например, страна, штат или центр обработки данных). Примерами таких ресурсов являются системы хранения, обработка данных, память, пропускная способность сети, виртуальные машины;

4) быстрая эластичность (Rapid elasticity). Вычислительные возможности могут быть предоставлены быстро и эластично в ряде случаев - автоматически, для оперативного повышения масштабируемости и быстрого освобождения для уменьшения масштабов потребления. Для потребителя эти ресурсы часто представляются как доступные в неограниченном объеме, и могут быть приобретены в любой момент времени в любом количестве;

5) измеримый сервис (Measured Service). Облачные системы автоматически контролируют и оптимизируют использование ресурса, за счет использования его на определенном уровне абстракции, соответствующему типу сервиса (например, объема хранения, обработки данных, полосы пропускания и активных учетных записей пользователей). Использование ресурсов может подвергаться мониторингу, быть контролируемым и сопровождаться отчетностью, обеспечивая прозрачность потребления и для провайдера, и для потребителя использованного сервиса.

Модель облачных вычислений состоит из внешней (frontend) и внутренней (backend) частей. Эти два элемента соединены по сети, в большинстве случаев через Интернет. Посредством внешней части пользователь взаимодействует с системой; внутренняя часть - это собственно само облако. Внешняя часть состоит из клиентского компьютера или сети компьютеров предприятия и приложений, используемых для доступа к облаку. Внутренняя часть предоставляет приложения, компьютеры, серверы и хранилища данных, создающие облако сервисов.

Облачные вычисления имеют несколько уровней в соответствии с рисунком 1.2. Поставщики этих уровней предлагают очень разные сервисы и рабочие режимы. Некоторые поставщики концентрируются на создании и обслуживании огромного центра обработки данных, другие -- на создании дружественных и богатых функциональными возможностями приложений [34].

Рисунок 1.2 - Уровни облачных вычислений

Такими уровнями (снизу вверх) являются: инфраструктура, системы хранения, платформа, приложение, сервисы и клиент.

1. Инфраструктура. На нижнем уровне находится инфраструктура услуги, или виртуализация платформ. Пользователь получает серверную среду такого типа, какую он захочет. Это базовое предложение; пользователям все равно приходится управлять сервером, заниматься установкой всего программного обеспечения и осуществлять поддержку самостоятельно.

Инфраструктура облачных вычислений отличается от сервисов традиционного хостинга масштабируемостью и оплатой только по факту использования. Фирму, только начинающую свою деятельность, может очень заинтересовать масштабируемость и отсутствие оплаты периода, когда сервис не используется. Это удобно, особенно когда вы пытаетесь поднять трафик своего Web-приложения, но не знаете, когда это произойдет и на сколько.

2. Системы хранения. На уровне систем хранения предлагается база данных или что-то подобное, а оплата взимается за количество использованных гигабайт в месяц. Этот уровень не является чем-то новым или особенным, за исключением полного набора сервисов. Конечно же, это очень важный уровень.

Существует много вариантов хранения данных. Некоторые из них являются традиционными базами данных, другие -- например, Bigtable от Google или Simple DB от Amazon -- представляют собой фирменные решения с закрытой архитектурой.

3. Платформа. Уровень платформы -- это, например, такие решения, как Rubyon Rails, LAMP или Python Django. Это уже более интересный уровень. Воображаемой начинающей фирме не нужно иметь дело с установкой серверного программного обеспечения или заниматься обновлением его версий, поскольку это входит в предлагаемые услуги. Фирма может сконцентрироваться на разработке и маркетинге своего приложения.

4. Приложение. Уровень приложений содержит приложения, предлагаемые в качестве сервисов. Наиболее известными примерами, наверное, являются Salesforce.com и Google Docs, хотя имеются сотни, если не тысячи реальных приложений, которые можно приобрести в качестве сервисов.

Облачными сервисами являются такие популярные Web-приложения, как Facebook, Flickr и LinkedIn. Пользователь, возможно, даже не знает, где работает приложение: в масштабируемом центре обработки данных, на обычном хостинге или в помещении поставщика сервисов. Но это не является заботой или проблемой пользователя, использующего приложение. Наверное, этот уровень является самой заметной частью облачных вычислений. Он наглядно демонстрирует преимущества, которые могут видеть пользователи.

5. Сервисы. Уровень сервисов содержит взаимодействующие по сети операции компьютер-компьютер. Самым распространенным примером этого уровня являются Web-сервисы. К другим примерам относятся платежные системы, такие как Paypal, и картографические сервисы, такие как Google Maps и Yahoo Maps.

6. Клиент. На вершине стека уровней находится клиентский уровень, к которому относятся пользователи облачных систем. Клиентами, к примеру, являются пользователи настольных систем (тонких или толстых клиентов) и мобильные пользователи (Symbian, Android, iPhone).

Таким образом, можно говорить, что облачные вычисления, несмотря на недолгую историю развития, уже имеют достаточно сформированную структуру. Стандартами зафиксированные основные характеристики, которыми должны обладать облачные вычисления: сервис самообслуживания, свободный сетевой доступ, быстрая эластичность, измеримый сервис, пул ресурсов. Также определены уровни, на которых реализуются эти технологии в практике. При перечислении этих уровней от внутренней части (backend) к внешней части (frontend)получается следующий порядок: инфраструктура, системы хранения, платформа, приложение, сервисы и клиент. Компании-поставщики данных уровней предлагают разнообразные сервисы и рабочие режимы. На практике случается, что некоторые поставщики сервисов в основном занимаются созданием и обслуживанием центров обработки данных, а другие -- созданием качественных и многофункциональных приложений для пользователей облачных вычислений.

1.2 Классификация облачных вычислений

На данный момент существует несколько видов моделей развёртывания облачных технологий [35].

Частное облако (англ. Private cloud) -- инфраструктура, предназначенная для использования одной организацией, включающей несколько потребителей (например, подразделений одной организации), возможно также клиентами и подрядчиками данной организации. Частное облако может находиться в собственности, управлении и эксплуатации как самой организации, так и третьей стороны (или какой-либо их комбинации), и оно может физически существовать как внутри, так и вне юрисдикции владельца.

Публичное облако (англ. Public cloud) -- инфраструктура, предназначенная для свободного использования широкой публикой. Публичное облако может находиться в собственности, управлении и эксплуатации коммерческих, научных и правительственных организаций (или какой-либо их комбинации). Публичное облако физически существует в юрисдикции владельца -- поставщика услуг.

Гибридное облако (англ. Hybrid cloud) -- это комбинация из двух или более различных облачных инфраструктур (частных, публичных или общественных), остающихся уникальными объектами, но связанных между собой стандартизованными или частными технологиями передачи данных и приложений (например, кратковременное использование ресурсов публичных облаков для балансировки нагрузки между облаками).

Общественное облако (англ. Community cloud)-- вид инфраструктуры, предназначенный для использования конкретным сообществом потребителей из организаций, имеющих общие задачи (например, миссии, требований безопасности, политики, и соответствия различным требованиям). Общественное облако может находиться в кооперативной (совместной) собственности, управлении и эксплуатации одной или более из организаций сообщества или третьей стороны (или какой-либо их комбинации), и оно может физически существовать как внутри, так и вне юрисдикции владельца.

Существует еще одна технология, которая с одной стороны также оказала влияние на появление концепции облачных вычислений, а с другой стороны имеет ряд существенных отличий. Речь идет о коллективных, или распределённых вычислениях (grid computing) - когда большая ресурсоёмкая вычислительная задача распределяется для выполнения между множеством компьютеров, объединённых в мощный вычислительный кластер сетью в общем случае или интернетом в частности.

Облачные вычисления также могут быть классифицированы согласно типу услуг, которые они предоставляют. В настоящее время перечень услуг, предоставляемых «облаками» очень высок, практически, всё, что может вам понадобиться - может быть вам предоставлено с помощью подобных сервисов.

Рисунок 1.3 - Перечень услуг облачных сервисов

Список услуг, которые могут быть предоставлены клиенту облачным сервисом представлены на рисунке 1.3 [36]:

- Infrastructure as a service - инфраструктура как услуга. Передача облачным провайдером в эксплуатацию пользователю таких систем, как виртуальный сервер, хранилище данных или сетевое оборудование. В данной модели пользователь может устанавливать полностью свое ПО и управлять операционной системой, сетевыми соединениями, хранилищами данных;

- Platform as a service - платформа как услуга. Передача облачным провайдером в использование платформы для разработки приложений в облачной среде. Пользователь не может управлять платформой и облачной инфраструктурой, но может создавать, тестировать и выполнять свои приложения на предоставленной платформе;

- Softwareas a service - программное обеспечение как услуга. Распространенный метод предоставления доступа к ПО, обладающему требуемым функционалом. При этом пользователь не имеет возможности контролировать внутренние системы провайдера. Исключение может составлять ПО для управления доступом к сервису;

- Hardwareas a Service - аппаратное обеспечение как услуга. Обеспечение доступа к необходимому оборудованию. С помощью HaaS пользователь может не инвестировать в развитие IT-инфраструктуры, так как все необходимые мощности можно взять в аренду у компании-аутсорсера;

- Workplace as a Service - рабочее место как услуга. Создание виртуальных рабочих мест для сотрудников. Популярно у руководителей современных компаний, сервис позволяет содержать динамично меняющийся штат сотрудников;

- Data as a Service -- данные как услуга. Основная идея данного вида услуги заключается в том, что пользователю предоставляется дисковое пространство, которое он может использовать для хранения больших объемов информации;

- Communication as a Service - коммуникации как услуга. Предоставление пользователям различных услуг связи;

- Security as a Service - безопасность как сервис. Например, облачный антивирус, аренда информационной и антивирусной защиты предприятия (с возможностью проверки данных на мощностях аутсорсинговой компании). SEQaaS-сервисы предоставляют антивирусные гиганты, такие как Avast! или Symantec;

- Operating system as a service - облачные операционные системы. Самое перспективное и наиболее сложное облачное решение -- операционная система. Облачная ОС позволяет получить доступ к своему профилю (настройкам, данным, программам) с любого устройства: компьютера, планшета или смартфона. Ближе всего к реализации концепции OSaaS приблизилась компания Google со своей облачной операционной системой Chrome OS;

- Everything as a Service - все как услуга. Предоставление любых ресурсов и приложений, необходимых пользователю. К этому стремится облачная технология, то есть все вышеперечисленные варианты в комплексе. Крупные IT-компании активно разрабатывают такую модель;

Технология облачных вычислений очень разнообразна и может удовлетворять различные потребности пользователей, в зависимости от изначальных условий и возможностей, а также от требуемых результатов и поставленных целей. Поэтому облачные вычисления принято классифицировать в зависимости от рассматриваемой характеристики. По модели развертывания принято выделять следующие типы: частное облако, публичное облако, гибридное облако, общественное облако. По предоставляемому типу услуг сервисы разделяются на большое количество видов - начиная предоставлением только инфраструктуры для работы, и заканчивая предоставлением всех возможных функций и ресурсов, необходимых пользователю.

1.3 Эксперимент как инструмент научного исследования web-технологий

Эксперимент (от лат. experimentum -- проба, опыт), также опыт, в научном методе -- метод исследования некоторого явления в контролируемых и управляемых условиях. Отличается от наблюдения активным взаимодействием с изучаемым объектом.

Эксперимент осуществляется на основе теории, определяющей постановку задач и интерпретацию его результатов. Обычно эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы, установления причинных связей между феноменами. В связи с этим эксперимент, как одна из форм практики, выполняет функцию критерия истинности научного познания в целом [1].

Критерий Поппера выдвигает возможность постановки эксперимента в качестве главного отличия научной теории от псевдонаучной. Эксперимент -- это метод исследования, который воспроизводится в описанных условиях неограниченное количество раз, и даёт идентичный результат.

Особенности эксперимента:

- исследователь сам вызывает изучаемое явление, а не ждет, когда оно произойдет;

- исследователь может изменять условия протекания изучаемого процесса;

- в эксперименте можно попеременно исключать отдельные условия с целью устранить закономерные связи;

- эксперимент позволяет варьирование количественного соотношения условий и осуществлять математическую обработку данных.

Современная наука использует разнообразные виды экспериментов. В сфере фундаментальных исследований простейший тип эксперимента -- качественный эксперимент, имеющий целью установить наличие или отсутствие предполагаемого теорией явления. Более сложен измерительный эксперимент, выявляющий количественную определённость какого-либо свойства объекта. Ещё один тип эксперимента, находящий широкое применение в фундаментальных исследованиях, -- так называемый мысленный эксперимент. Относясь к области теоретического знания, он представляет собой систему мысленных, практически не осуществимых процедур, проводимых над идеальными объектами. Будучи теоретическими моделями реальных эксперимент, ситуаций, мысленные эксперименты проводятся в целях выяснения согласованности основных принципов теории.

В зависимости от степени разработанности проблемы выделяют эксперименты [14]:

- поисковые, направленные на получение принципиально новых результатов в малоисследованной области. Такие эксперименты проводятся, когда неизвестно, существует ли причинно-следственная связь между независимой и зависимой переменной, или в тех случаях, когда не установлен характер зависимой переменной;

- уточняющие, целью которых является определение границ, в пределах которых распространено действие данной теории или закона. При этом обычно по сравнению с исходными экспериментами варьируются условия, методика, объекты исследования;

- критические, организуемые в целях опровержения существующей теории или закона новыми фактами;

- воспроизводящие, предусматривающие точное повторение экспериментов предшественников для определения достоверности, надежности и объективности полученных ими результатов.

В области прикладных исследований применяются все указанные виды экспериментов. Их задача -- проверка конкретных теоретических моделей. Для прикладных наук специфичен модельный эксперимент, который ставится на материальных моделях, воспроизводящих существ, черты исследуемой ситуации или технического устройства. Он тесно связан с производственным экспериментом. Для обработки результатов эксперимента применяются методы математической статистики, специальная отрасль которой исследует принципы анализа и планирования эксперимента.

Основным методом научного исследования является сопоставление и анализ качественных и количественных показателей, полученных при экспериментах и наблюдении за изучаемыми явлениями. Сравнивая различные данные изучаемого области, исследователь выявляет закономерности его протекания, ищет возможности им управлять, вызывать или предупреждать появление.

Для того чтобы определить направление исследования и уточнить его возможные результаты, исследователь должен иметь определенные знания и опыт работы. Поэтому научной работе предшествует период практической деятельности, накопление знаний и опыта в данной предметной области [17].

Первым этапом научной работы является изучение того, что уже сделано в этой и в смежных областях деятельности. Может оказаться, что интересующая проблема исследована и решена. Если проблема изучена в общем виде, можно использовать известные данные и сосредоточить усилия на исследовании отдельных вопросов. Изучение состояния смежных наук поможет исследователю получить дополнительные и вспомогательные данные, облегчающие работу над избранной темой.

Очень ценные данные дает изучение опыта практической работы.

Следующий этап научной работы -- анализ данных, полученных при изучении литературных источников и опыта. Этот этап завершается окончательным выяснением основного направления исследования, уточнением предположений (гипотез) и определением организационных форм работы и методик получения объективных данных. Этап оканчивается уточнением плана исследования.

Основной этап -- это, как правило, экспериментальные исследования. Исследователь проверяет в специально организованных условиях эффективность того или иного метода. На этом этапе вводится экспериментальный фактор, контролируется экспериментальная ситуация и экспериментальный объект, производится экспериментальное вмешательство. В ходе эксперимента производится регулярная фиксация значений основных переменных (факторов).

Данные должны отражать наиболее существенное в изучаемом явлении. Некоторые темы могут разрабатываться и без постановки экспериментальных исследований. В этих случаях исследователь углубленно изучает литературу и опыт практической работы.

Заканчивается научное исследование анализом данных с выводами и предложениями для внедрения в практику. Этот этап включает также систематизацию, обработку и сравнение данных по экспериментальному и контрольным объектам производится оценка результатов эксперимента на основе гипотез, делаются соответствующие выводы, разрабатываются предложения и рекомендации по их дальнейшему использованию в практической деятельности.

В рамках данной работы с помощью практического эксперимента будут изучены web-технологии.

Web-технологии есть концепция работы с информацией и самая распространенная технология в сети Internet. Она отличается следующими особенностями [45]:

- техническая основа web-технологий - локальные и глобальные сети, часто Интернет;

- применение особого типа тонких клиентов: web-браузеров (типы и история, современное состояние браузеров отдаются на самостоятельное изучение);

- преимущественно текстовая и статично-графическая подача информации (ослабление этой тенденции связано с развитием технологий связи и ПО, экспансией медиаконтента);

- изменения в информационных источниках мгновенно отражаются в публикациях;

- число потребителей информации практически не ограничено. Публикатор сам может задать особые условия на доступ к публикуемой информации;

- в публикациях могут содержаться ссылки на другие публикации без ограничения на местоположение и источники материалов;

- активная работа поисковых машин (история, современное состояние и роль поисковых машин отдаются на самостоятельное изучение);

- доставка и тиражирование контента практически бесплатны.

Привлекательность web-технологий как средства доставки информации во многом определяет универсальный интерфейс между человеком и компьютером. Веб-интерфейс как средство доступа к информации интуитивно понятен. Следствием простоты веб-интерфейса является большая популярность сети Интернет как канала коммуникации. Браузер - программа для просмотра веб-страниц и работы с информацией в веб-интерфейсе. Программное обеспечение данного типа можно называть клиентскими средствами web-технологий. Теоретически все браузеры должны отображать все сайты, сделанные по стандартам, одинаково. Практически имеется множество тонкостей и сложностей. Наиболее популярные браузеры: Internet Explorer, Firefox, Opera, Safari, Chrome [2].

Значение web-технологии, как для разработчиков программного обеспечения, так и для обычных пользователей во многом определяется тем, что это, прежде всего - интеграционная технология. И трудно найти более удачный пример того, как можно интегрировать различные источники информации и различные ее типы. Веб-технологии позволяют создавать простые для освоения, легкодоступные, крайне дешевые, быстро обновляемые информационные, диалоговые, справочные системы.

Web-технология содержит следующие основные средства и компоненты [44]:

- унифицированный идентификатор ресурса в сети - URI (Uniform Resource Identifier), называемый также гипертекстовой ссылкой;

- протокол передачи гипертекста HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) между клиентами и web-серверами;

- язык гипертекстовой разметки документов HTML (Hyper Text Markup Language) и его развитие XHTML - расширенный язык HTML (eXtended HTML), с помощью элементов которых описывается структура web-страниц;

- каскадные таблицы стилей - CSS (Cascade Style Sheets), с помощью которых описываются стили вывода web-страницы;

- языки сценариев, с помощью которых программируется взаимодействие web-страницы с пользователем;

- средства объектной модели документа - DOM (Document Object Model), обеспечивающие, совместно с таблицами стилей и языками сценариев, возможности динамического изменения web-страниц.

Эти средства используются клиентской программой просмотра web-страниц, называемой web-браузером (от слова browse - просматривать) и поэтому называются клиентскими средствами web-технологий. Обработка данных на web-сервере выполняется с помощью одного из следующих серверных средств web-технологий:

- универсального интерфейса шлюза CGI (Common Gateway Interface), обеспечивающего формирование web-страницы с использованием языка программирования Perl;

- включений со стороны сервера - SSI (Server-Side Includes);

- активных серверных страниц - ASP (Active Server Pages);

- препроцессора гипертекста PHP - PHP (PHP: Hypertext Preprocessor).

С помощью серверных средств также осуществляется взаимодействие пользователей с web-страницами, и, кроме того, связь с внешними программами и базами данных, в том числе и с программными средствами других технологий сети Internet.

Web-технология реализована по схеме «клиент-сервер». На компьютере-сервере (Web-сервере) хранятся документы в форматах HTML, либо XHTML. Программа, также называемая web-сервером, обеспечивает запись и сопровождение web-страниц (этот процесс называется публикацией), а также взаимодействие с другими программами на сервере.

Программа на стороне клиента - web-браузер позволяет сформировать выводимые на дисплей web-страницы из полученного с web-сервера документа HTML (XHTML) и файлов MIME-типов. При формировании web-страницы могут использоваться как встраиваемые модули web-браузера, так и внешние программы.

Таким образом, использование эксперимента как инструмента научного исследования web-технологий возможно. При изучении веб-технологий также, как и в обычном эксперименте, можно устанавливать измеримые показатели, организовывать необходимые условия, контролировать экспериментальную ситуацию и экспериментальный объект. В процессе проведения эксперимента также можно производить регулярную фиксацию значений основных переменных. В качестве рассматриваемых переменных можно брать как технические характеристики облачных сервисов, так и их качественные показатели.

1.4 Специфика экспериментальных исследований облачных вычислений

Любое исследование имеет свою специфику. В общем случае для исследований можно выделить четыре основных особенности [3]:

1) первая специфическая особенность научного исследования заключается в том, что вопросы, на которые ученые ищут ответы, формируются в реальной практике самой жизни. Такие вопросы называются проблемами. Научная проблема -- это осознание, формулирование концепции о незнании. Если проблема обозначена и сформулирована в виде идеи, концепции, то это значит, что можно приступать к постановке задачи по её решению;

2) второй специфической особенностью научных исследований можно считать тот факт, что результаты научных исследований, не могут носить характера абсолютной истины, и всегда ограничены методами познания и интеллектуальными возможностями исследователей и следовательно требуют периодической перепроверки. Это означает, что любая истина, даже самая казалось бы незыблемая должна периодически объявляться гипотезой и перепроверяться еще и еще раз. Появляются новые методы исследований и их применение часто приводит к значительным уточнениям в содержании истин, а иногда и к полной замене старых истин на новые;

3) третья специфическая особенность научных исследований заключается в необходимости постоянного самообразования с целью изучения информации по всем вопросам, относящимся к сфере исследования;

4) четвертая специфическая особенность науки заключается в поиске и проверке всех возможных путей ведущих к истине. Такими путями являются научные гипотезы. Научная гипотеза всегда включает в себя определенные факты и допущения. Если гипотеза строится без научных фактов, лишь на одних допущениях, то чаще всего она лишена научного смысла. Это очень важный методологический аспект, определяющих объективность научных исследований.

Для экспериментальных исследований облачных вычислений, помимо вышеперечисленных особенностей, можно выделить следующие характерные черты:

1) отсутствие крупных ресурсных затрат. Каждая деятельность требует использование определенных ресурсов для достижения поставленных целей. Для экспериментальных исследований в качестве ресурсов можно указать: время, капитал, персонал, специальное оборудование, специальные помещения и пр.

Однако в случае с экспериментальными исследованиями облачных вычислений можно утверждать, что затраты для их проведения будут гораздо меньше, чем предполагаемые затраты для исследований по другим проблемам. Причина этого в том, что для эффективного исследования облачных технологий достаточным условием можно считать наличие персонального компьютера, удовлетворяющего современным пользовательским требованиям, выхода во всемирную сеть Internetи установленное специальное ПО - браузер.

При выполнении этих условий исследование теоритически может быть проделано силами одного человека, и самыми большими затратами будут временные;

2) проблема масштабируемости. Масштабируемость или эластичность является одной из основных характеристик облачных технологий. Суть этого в том, что вычислительные возможности могут быть предоставлены быстро и эластично, в ряде случаев - автоматически, для оперативного повышения масштабируемости и быстрого освобождения для уменьшения масштабов потребления. Для пользователя эти ресурсы часто представляются как доступные в неограниченном объеме, и могут быть приобретены в любой момент времени в любом количестве.

При исследовании экспериментальном исследовании облачных технологий эту характеристику можно изучить только косвенно. Проблема заключается в том, что при исследовании силами малой научной группы нельзя увидеть и описать возможности масштабируемости того или иного облачного сервиса;

3) противодействие изменениям. Переход от использования привычных инструментов в работе к новым технологиям, часто неизвестным для будущих пользователей, может вызвать определенные проблемы. Такое изменение можно относить к стратегическому типу. Стратегические изменения обещают одним людям в организации перспективы карьерного и профессионального роста и угрожают другим, которые могут опасаться утратить свое положение в организационной иерархии или вовсе лишиться должности. Поэтому люди в организации реагируют на перспективы стратегических изменений по-разному: одни из них становятся активными сторонниками и проводниками стратегии в жизнь, другие -- активно действующими противниками, оппозицией, третьи -- пассивными наблюдателями за развитием событий. Такое положение дел обязательно должно учитываться при начале внедрения изменений.

В таком сопротивлении нет ничего удивительного и тем более патологического: большинство людей стремятся к стабильности и предсказуемости своего существования и опасаются революционных ломок привычного образа жизни, а также имеют свое собственное представление о том, как надо осуществлять стратегию. Группы, поставленные перед необходимостью изменений, сталкиваются с перспективой изменения неформальных связей, каналов общения, поведенческих стереотипов и норм. Следовательно, они легко реагируют на призывы к сопротивлению изменениям. Сопротивление изменениям со стороны пользователей и групп может стать единственной, но мощной силой, сдерживающей внедрение новых технологий.

Для решения данной проблемы необходимо использовать стандартные меры по преодолению сопротивления изменениям [4]:

- информирование и общение. Получение представления о предстоящих стратегических изменениях помогает осознать необходимость этих изменений и их логику. Процесс информирования может включать в себя дискуссии один на один, групповые семинары или отчеты.

- участие и вовлеченность. Если «стратеги» вовлекают потенциальных противников стратегии на этапе планирования, то они зачастую могут избежать сопротивления. Стремясь добиться участия в осуществлении стратегических изменений, их инициаторы выслушивают мнение сотрудников, вовлеченных в эту стратегию, и впоследствии используют их советы.

- помощь и поддержка. Поддержка может осуществляться как предоставление возможности обучения новым навыкам, свободного времени служащим для обучения, просто возможности быть выслушанным и получить эмоциональную поддержку.

- переговоры и соглашения. Переговоры особенно подходят в том случае, когда ясно, что кто-то теряет в результате изменения, и тем не менее он обладает существенной силой сопротивляться. Достижение соглашения является сравнительно легким способом избежать сильного сопротивления, хотя оно, как и многие другие способы, может быть довольно дорогостоящим.

- манипуляции и кооптации. Манипуляции в данном случае подразумевают избирательное использование информации и сознательное изложение событий в определенном, выгодном для инициатора изменений порядке. Одна из наиболее распространенных форм манипуляции -- кооптация. Кооптация личности подразумевает предоставление ей желаемой роли при планировании и осуществлении изменений.

- явное и неявное принуждение. Так же как и манипуляция, использование принуждения -- это рискованный процесс, потому что люди всегда сопротивляются навязанному изменению;

4) эксперимент в виртуальном пространстве. Различают несколько типов экспериментов:

- физический эксперимент. Это способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях;

- компьютерный (численный) эксперимент. Это эксперимент над математической моделью объекта исследования на ЭВМ, который состоит в том что, по одним параметрам модели вычисляются другие ее параметры и на этой основе делаются выводы о свойствах объекта, описываемого математической моделью;

- психологический эксперимент. Это проводимый в специальных условиях опыт для получения новых научных знаний посредством целенаправленного вмешательства исследователя в жизнедеятельность испытуемого;

- мысленный эксперимент в философии, физике и некоторых других областях знания это вид познавательной деятельности, в которой структура реального эксперимента воспроизводится в воображении;

- критический эксперимент. Такой эксперимент, исход которого однозначно определяет, является ли конкретная теория или гипотеза верной. Этот эксперимент должен дать предсказанный результат, который не может быть выведен из других, общепринятых гипотез и теорий.

Как видно необходимый тип эксперимента отсутствует в этой классификации в чистом виде. Эксперимент в виртуальном пространстве можно считать новым типом, который возник достаточно недавно, с развитием компьютерных технологий и всемирной сети Internet. Такой эксперимент, по сути, объединяет признаки нескольких стандартных видов. Здесь исследователь совершает похожие действия с обычным физическим экспериментом, но в условиях виртуальной среды. Одновременно с этим существует возможность проводить расчеты с математической моделью объекта исследования используя вычислительные возможности компьютера.

Таким образом, можно заключить, что экспериментальные исследования облачных вычислений имеют как стандартные особенности, присущие классическим видам экспериментов, так и новые, специфические, свойственные только данному типу экспериментов особенности.

Итак, технология облачных вычислений, несмотря на недолгую историю, стала одной из самых популярных среди IT-технологий. Стандартами зафиксированные основные характеристики, которыми должны обладать облачные вычисления. Также точно определены уровни, на которых реализуются эти технологии в практике. Разнообразие сервисов, работающих на облачных вычислениях, может удовлетворять различные потребности пользователей, в зависимости от изначальных условий и возможностей, а также от требуемых результатов и поставленных целей.

Для проверки возможностей технологии облачных вычислений можно использовать экспериментальный подход. При изучении облачных технологий при помощи практического эксперимента можно организовывать необходимые условия, устанавливать измеримые показатели, контролировать рассматриваемую экспериментальную ситуацию и экспериментальный объект. В процессе проведения эксперимента также можно производить регулярную фиксацию значений изучаемых переменных. В качестве рассматриваемых переменных можно брать как технические характеристики облачных сервисов, так и их качественные показатели.



2. МОДЕЛЬ ОРГАНИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 основные этапы научных исследований

Каждое научное исследование от своего начала до конца оформления научного труда осуществляется во многих случаях индивидуально. Однако можно выделить некоторые общие методологические подходы к их проведению.

Современная наука использует новые подходы и стремится изучать сущность рассматриваемых явлений и процессов. Изучать в научном смысле -- это постигать, уяснять смысл, значение чего-либо в процессе научного исследования, планомерные поисковые исследования, а также научная объективность [6].

Научные исследования можно ориентировочно подразделить на несколько этапов, на которых выполняются различные исследовательские действия и составляются различные материалы, представленные на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Этапы научного исследования

Первый этап - считается самым трудным и ответственным. На этом этапе проходит выбор темы исследования. Принято считать, что правильно выбрать и сформулировать тему означает наполовину обеспечить успешное выполнение научного исследования. Тема должна быть актуальной, отличаться новизной, направлять научный поиск в область еще не разрешенных проблем и вопросов современной науки. Также необходимо определить к какому типу исследования она будет относиться.