INTEGRATION OF THE SYSTEM PACS WITH A VIRTUAL LEARNING LABORATORY

Abstract

The paper presents an architecture of virtual learning laboratory integrated with the system PACS (Picture Archiving and Communication System). Base on specification IMS Learning Design, which enables the modeling of learning processes, the demo version of virtual learning laboratory is developed for training radiologists of brain diseases diagnosing.

Full Text

Актуальность. В настоящее время одной из перспективных форм организации и проведения совместных научных исследований и реализации идей удаленного обучения является создание виртуальных лабораторий (ВЛ) удаленного доступа. Возможностей современных компьютерных сетей вполне достаточно для одновременного обмена научной информацией, совместных исследований и электронного обучения. ВЛ представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить исследования без непосредственного контакта с реальной установкой, а при использовании имитационных методов даже при ее отсутствии. В первом случае мы имеем дело с так называемой лабораторией удаленного доступа (Remote Laboratory), в состав которой входит реальная лаборатория и программно-аппаратное обеспечение для удаленной связи с установкой. Во втором случае это виртуальная лаборатория (Virtual Laboratory), в которую реальная лаборатория может вообще не входить [1]. В более широком смысле виртуальность лаборатории определяется входящим в нее комплексом, содержащим компоненты удаленной связи. Этот комплекс позволяет осуществить совместные исследования территориально разделенным специалистам, а также организовать обучение [2]. При таком понятии и лаборатория с удаленным доступом, и виртуальная лаборатория, определенная в статье [1] входят в общий класс виртуальных лабораторий. Таким образом, ВЛ может принадлежать к одному из двух типов, в первом типе выполняется реальный эксперимент, а сетевые связи позволяют абонентам участвовать в эксперименте или наблюдать его; во втором процессы и эксперименты моделируются программным обеспечением. В этой работе предлагается архитектура для построения ВЛ прикладных исследований, которая может использоваться как для обучения, так и для научных исследований. Интерес к обучающим виртуальным лабораториям вызван несколькими причинами [3], самыми существенными считаются 1) расширение контингента обучаемых; 2) повышение в некоторых случаях эффективности обучения при использовании электронного обучения; 3) снижение стоимости обучения за счет совместного использования или имитации работы дорогостоящей аппаратуры и использования расходных материалов; 4) отсутствие опасности при виртуализации вредной среды, содержащей, например, токсичные химические вещества, проводники высокого напряжения и т. п. По сравнению с реальными ВЛ обладает новыми возможностями, это моделирование процессов, осуществления которых невозможно даже в лабораторных условиях; доступ к ВЛ в любое время из удаленных мест; изменения масштабов времени и пространства, что позволяет искусственно замедлить или ускорить процесс, проникнуть в тонкости процесса и наблюдать его в желаемых условиях. Опубликовано множество примеров успешных ВЛ для совместных исследований и обучения. В глобальной сети расширяется сеть ВЛ для рекламы новых товаров и услуг. Так с 2006 г. доступна ВЛ компании Microsoft [4], которая знакомит пользователей с новыми программными продуктами компании, демонстрируют возможности этих продуктов и технологий и обучают их эффективному использованию. Для этих же целей была создана ВЛ компании Wolfram Research. В этой ВЛ пользователя знакомят с практическими навыками работы с Wolfram Mathematica и его пакетами. В онлайн-режиме можно выполнять исследование с ограниченным применением этой системы [5]. Существуют ВЛ для совместных научных исследований. В качестве примера можно привести VL-fMRI (Virtual Lab for Functional Magnetic Resonance Imaging) [6]. Эта ВЛ для исследования изображений функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI), которые широко используются в неврологических исследованиях. Лаборатория является частью большого проекта «Virtual Laboratory for e-Science», который поддерживается более чем 20 компаниями, среди них IBM, Phillips, FEI, и учебными заведениями, среди которых Амстердамский университет [7]. Развивается европейский проект EGEE (Enabling Grids for E-sciencE) [8], направленный на построение Грид-инфраструктуры, применяется в научных исследованиях в Европе. Следует упомянуть Европейскую ВЛ по математике EVLM (European Virtual Laboratory of Mathematics) [9], включающая сеть математических центров европейских стран. Эта сеть предоставляет обучающие материалы, примеры выполнения заданий, виртуальные и даже реальные консультации. Массачусетским технологическим институтом (Massachusetts Institute of Technology) совместно с Северо-Западным университетом США (Northwestern University) была создана ВЛ iLabCentral для дистанционного обучения и повышения квалификации преподавателей. Эта система включает ВЛ по биологии, физике, химии, математике [10]. Понятие ВЛ основано на понятии сетевой аппаратно-программной среды, в которой обитают абоненты, объединенные единой целью. Без сетевой связи абонентов и объединяющей их общей цели ВЛ теряет смысл. Что касается технологических решений, обеспечивающих сетевые интерфейсы, то они могут быть самыми разнообразными. В настоящее время в глобальной компьютерной связи наиболее широко распространена архитектура «клиент-сервер». Это проверенная временем технология, постоянно улучшаемая как в части программного, так и аппаратного обеспечения. Большая часть современных ВЛ основана именно на модификациях этой архитектуры. Так, на этой технологии создана ВЛ компании Wolfram Research. Это же относится и к ВЛ по математике EVLM. Преимуществами архитектуры клиент-сервер являются централизованное администрирование и контроль имеющихся на серверах ресурсов; возможна централизованная обработка данных; жесткая централизация обеспечивает высокий уровень безопасности. С другой стороны, архитектура клиент-сервер использует закрытые стандарты и технологии, что затрудняет ее интегрирование с другими системами. К серверам этой архитектуры предъявляются высокие требования по производительности, поскольку во многих приложениях необходим одновременный доступ многих клиентов к ресурсам сервера. Начиная с 1998 года, широкое применение получила Грид-архитектура. В ней ресурсы распределяются по узлам сети, это могут быть удаленные процессоры, долговременная и оперативная память, базы данных и пр. Грид-архитектура использует открытые стандарты и протоколы, такие как XML, веб-сервис, SOAP и т.п. Открытость облегчает интеграцию с другими платформами, системами, ресурсами. Недостатком этой архитектуры является сравнительно невысокие уровни безопасности и управляемости, что связано с распределением ресурсов по разным локальным сетям и организациям. Кроме этого, сбой в работе одного узла может существенно повлиять на всю систему [11]. На основе Грид-архитектуры функционирует ВЛ VL-fMRI, и некоторые реализации проекта EGEE [8]. Модификацией Грид-архитектуры является кластерная архитектура, которая также применяется для построения ВЛ. Кластер понимается как группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи и которую пользователь видит как единый аппаратный ресурс. Кластер отличается от Грид-архитектуры более высокими скоростями сетевой связи, территориально близким расположением узлов системы, однородностью используемой узлами платформы, однородностью распределенных ресурсов. Важной особенность является то, что все ресурсы кластера управляются из одного узла. В узлах кластера можно использовать недорогие компьютеры; кластер надежен и отказоустойчив. Недостатками этой архитектуры являются неполное использование ресурсов узлов, большие затраты на администрирование. Примером использования кластеров являются виртуальные вычислительные лаборатории для учебных деятельностей (Virtual Computing Laboratories for Learning Activities) [12], ВЛ для практического обучения системному администрированию и кластерной технологии [13]. Кроме вышеперечисленных архитектур, в последние годы для построения ВЛ применяют облачную архитектуру [14]. Приложения, построенные на ее основе, использует вычислительные ресурсы интернета в виде сервисов. Основное различие облачной и Грид-архитектур состоит в принципах управления ресурсами. Преимуществами облачной архитектуры являются низкая стоимость инфраструктуры и обслуживания (все сервисы предоставляются поставщиками в готовом виде); экономичность проектов - оплачиваются только нужные сервисы; открытость программного обеспечения. Недостатки облачной архитектуры: низкая конфиденциальность и невысокая безопасность, так как данные о пользователях хранится у поставщиков и в интернете. На основе облачной архитектуры построены ВЛ компании Microsoft. Все рассмотренные технологии применяются и в медицинских учреждениях. Однако специфика здравоохранения требует особых стандартов компьютерных технологий. Очевидная причина этого - в особой ответственности работников этой сферы за здоровье и жизнь пациентов. В частности, при архивации изображений не рекомендуется сжатие с потерями, при постановке диагноза лечащий врач требует всю имеющуюся информацию о состоянии пациента на протяжении всей жизни, а в особых случаях и данные о заболеваниях его родственников. В 1983 году на основе запросов медицинских работников и технических возможностей компьютерных систем были сформулированы основные положения архитектуры системы PACS (Picture Archiving Communication System), предназначенной для хранения и использования медицинских изображений [15]. В настоящее время она широко применяется в большинстве медицинских учреждениях. Экономическая составляющая использования PACS состоит в сокращении затрат, связанных с хранением и обработкой пленок, ускоренным поиском данных, возможностью коллективного доступа к данным. Для изображений в системе применяется специальный формат DICOM [16]. В этом формате наряду с изображением хранятся персональные данные пациента и его история болезни. С целью увеличения возможностей PACS нами была реализовано ее расширение на основе СОА. Были добавлены три компоненты, одна из них Сервисная шина, необходимая в архитектуре СОА, а две другие реализуют функции Консультант и Консилиум. Они формализуют удаленное обращение к консультанту и организацию консилиума для уточнения диагноза пациента. Новая система названа APACS. В настоящей статьи предлагается архитектура обучающей ВЛ удаленного доступа исследования медицинских изображений, интегрированная c системой APACS на основе СОА архитектуры. Целью предлагаемой ВЛ является расширение возможностей обучения врачей-радиологов на основе современных ИТ подходов. Для этого система APACS дополняется модулями системы дистанционного обучения. Предлагаемая обучающая ВЛ предоставляет ограниченный удаленный доступ к базам медицинских изображении, сопутствующим данным и учебному материалу. Доступ к этой информации через систему получают авторизованные обучаемые и преподаватели. Преподаватели определяют различные сценарии обучения, обучаемый по собственному выбору или рекомендации преподавателя может выбрать наиболее подходящую ему схему обучения. Для организации сценария обучения предлагается использовать спецификации открытого обучения IMS-LD (IMS Learning Design), разработанный организацией IMS Global Learning Consortium [17]. ВЛ предоставляет возможность ограниченного доступа к своим архивным данным, содержит инструкции по изучению дисциплины, указания по выполнению практических, лабораторных и контрольных работ (тестов), модули доступа к базам данных, модули контроля и составления отчетов. Обучающая ВЛ удаленного доступа с архитектурой СОА использует сервисную шину ESB, которая обеспечивает существенное сокращение времени работы над проектом, особенно на этапе разработки и интеграции [18]. 1. Спецификации и стандарты электронной обучающей системы В настоящее время происходит активное развитие электронных форм обучения. Электронная обучающая система является человеко-машинным комплексом, работающим в диалоговом режиме и предназначенным для управления познавательной деятельностью [19]. Она представляет пользователю обучающие материалы, организует процесс обучения и выполняет контроль полученных знаний. Электронные обучающие системы по сравнению c традиционными методами расширяют возможности обучения с учетом индивидуальных особенностей обучаемого. Стандарты открытого сетевого обучения определяют структуру компонент курса обучения, компетенцию преподавателя, допустимые действия обучаемого, цели и методы мониторинга и контроля процесса обучения. Технические вопросы сетевой связи определяются выбором стека сетевых протоколов, который согласовывают со сценарием обучения. Сценарий обучения определяется как целенаправленная, личностно-ориентированная, методически выстроенная последовательность педагогических методов и технологий для достижения педагогических целей и приемов. Сценарий обучения основан на педагогических подходах и информационных технологиях, он определяет содержание и структуру учебного материала. Интерфейс между преподавателям, обучаемым и программным обеспечением частично определяется стандартом обучения. Современные программные инструменты дают возможность создать практически любой интерфейс по желанию заказчика системы. Существенно то, что согласно стандартам, обучаемый в достаточно широких рамках имеет возможность самостоятельно выбрать сценарий обучения. К организациям, разрабатывающим спецификации и стандарты в сфере дистанционного обучения относятся: AICC, ADL, IMS, ARIADNE, IEEE, ISO и другие. Объединение AICC (Aviation Industry CBT Committee) было создано для обучения с использованием современных технологий. В стандартах AICC изложены требования к организации учебного материала и системы электронного обучения в целом. Этот стандарт обеспечивает совместимость разных систем вне зависимости от разработчика [20]. Организация ADL (Advanced Distributed Learning) объединяет усилия национальных комитетов для создания международных стандартов, направленных на создания высококачественных, гибких и экономически эффективных средств обучения. Эта организация создала стандарт дистанционного обучения SCORM (Sharable Content Object Reference Model) [21]. Организация IMS Global Learning Consortium в своих спецификациях описывает требования к используемым в обучении материалов, к компоновке содержания учебного материала и к реквизитам участников процесса обучения [22]. Деятельность организации направлена на разработку абстрактной модели для систем электронного обучения - IAF (IMS Abstract Framework) и уточнения спецификаций обучающей системы. Для проектирования архитектуры педагогической части представляемой здесь ВЛ за основу была выбрана модель IAF со спецификациями IMS-LD (LMS Learning Design). Предлагаемая обучающая ВЛ дает не только теоретических знаний но и практические навыки по изучению реальными заболеваниями головного мозга, материалы о которых хранятся в конкретной PACS. 1.1. Модель IAF-IMS для систем электронного обучения В модели IAF система формируется из совокупности сервисов, в IAF можно выделить три базовые программные компоненты (рис. 1) [23]. Рис. 1. Трехслойное представление модели IAF Прикладные сервисы представляют набор сервисов для выполнения функций, определенных процессами электронного обучения. Один прикладный сервис может использовать несколько общих сервисов. Общие сервисы не имеют жесткой привязки к предметной области и применимы в широком диапазоне, они могут функционировать вне системы. Примеры таких сервисов: аутентификация и авторизация пользователя, поиск информационных ресурсов, обращение к базам данных и т.п. Инфраструктура в IAF играет роль интерфейса. В абстрактной модели IAF для реализации сервисов и построения соответствующих привязок применяются открытые стандарты и протоколы, это XML для базового формата представления данных; WSDL для описания функциональности сервисов; SOAP как общий механизм обмена сообщениями; HTTP и HTTPS (HyperText Transmission Protocol Secure) в качестве базовых транспортных протоколов. Эти общепринятые стандарты дают возможность построить слабосвязанные сервисы, они могут подключать к системе внешние подсистемы независимо от их платформы, языков программирования и реализаций. СОА-подход был выбран нами для реализации обучающей ВЛ, потому что в сравнении с моделью IAF, они имеют много общего: программные модули разрабатываются в виде слабо-связанных сервисов с использованием практически одинаковых протоколов. Сервисная шина ESB (Enterprise Service Bus) в СОА соответствует инфраструктуре в IAF. 1.2. Спецификация IMS-LD для создания сценария обучения Система APACS, интегрируемая с предлагаемой ВЛ, построена на основе архитектуры СОА, в основе которой лежит понятие сервиса. Спецификации IMS-LD описывают обучающую систему как бизнес-поток, реализуемый также в виде сервисов (см. рисунок 1). Понятие сервиса СОА очень близко к описанию сервиса в IAF, поэтому для программной реализации ВЛ, интегрируемой с APACS, были приняты спецификации IMS-LD. Кроме того, IMS-LD позволяет создать гибкий сценарий обучения; участники процесса имеют возможность выбора конкретной реализации сценария, которая называется пьесой, а участники получают роли в этой пьесе. Спецификации IMS-LD описывают ресурсы обучающей системы, ее структуру в виде сценария, способы использования сценария преподавателем и обучаемыми лицами. Спецификации учитывают педагогические приемы обучения. Весь процесс обучения подчинен сценарию обучения, он состоит из допустимых действий, его ограничивает существующее окружение. Говоря неформально, сценарий обучения в IMS - это планы занятий, представленные в нотации IMS-LD. Процесс в IMS является гибким, он дает обучаемого свободу выбора в зависимости от его роли и правил, накладываемых на процесс. Жизненный цикл процесса начинается с реализации плана урока, который называется пьесой. Пьеса определяется сценарием и разделена на акты, участники процесса - преподаватели и обучаемые - получают роли в каждом акте. Роль, в свою очередь, определяет допустимые действия, сервисы обслуживания участника. Все это описывается на языке XML, и помещается в файл, который называется Манифестом. Спецификации IMS-LD состоят из [24]: a) Понятийной модели, определяющей базовые понятия и отношения между ними. b) Информационной модели, детально описывающей элементы и атрибуты для создания сценариев обучения. c) Набора XML-схем, реализующих информационную модель. Сценарий включает описание среды обучения, объектов, ролей участников, их допустимые действия, в том числе по общению друг с другом. Процесс в IMS-LD описывают в виде последовательности событий. На рис. 2 показана педагогическая модель сценария IMS-LD. Рис. 2. Педагогическая модель сценария в IAF Элемент «Участники» описывает атрибуты преподавателя и обучаемого. «Роли» участника определяет деятельности, которая должна быть осуществлена им в процессе обучения. «Роль» имеет ограничения, участник по его личным реквизитам может соответствовать требованиям и получить роль, либо ему будет отказано в этом. Сценарий обучения описывается, начиная с элемента «Метод». Метод подчинен цели обучения и содержит одну или несколько пьес, которые представляют собой потоки деятельностей в процессе обучения. Сценарий можно представить в виде ориентированного графа, узлы которого соответствуют действиям. «Пьеса» представляет собой поток, проходящий по некоторым узлам графа. В свою очередь пьеса разделяется на «Акты», которые являются определенной последовательностью действий («Деятельностей»). Новый «Акт» запускается по окончании предыдущего, «Акты» могут выполняться параллельно. Элементы «Контроль» и «Результат» описывают процесс контроля знания и оценки уровня выполнения деятельностей. 2. Архитектура обучающей ВЛ, интегрированной с системой APACS Компонента «Сервисная шина» (ESB) системы APACS позволяет подключить обучающую ВЛ к системе APACS. Такая интеграция облегчается тем, что и в спецификации IMS, и в архитектуре СОА базовыми единицами приложения являются сервисы, которые в обеих системах имеют аналогичные определения. Для внедрения сервисов ВЛ (см. рис. 1) в APACS они реализованы в формате СОА, их описание публикуется в модуле «Сервисный реестр» шины ESB системы APACS. Архитектура интеграции обучающей ВЛ с APACS показана на рис. 3. Система APACS состоит из компонент, из которых «Сканирование объектов», «Сервер обработки», «Рабочая станция» и «Генератор отчетов» являются базовыми, которые существуют во всех системах PACS. Компонента «Сервисная шина» необходима для реализации системы в архитектуре СОА [25]. Блок «Функции APACS» обозначает новые компоненты, расширяющие PACS. Рис. 3. Архитектура разработчика интеграции обучающей ВЛ с системой APACS Обучающая ВЛ имеет 3 основные компоненты (рис. 3): · «Связь с APACS». Эта компонента, содержит два модуля: «Вызов сервисов» и «Мониторинг сервисов», которые занимаются обменом данных между ВЛ и APACS. Модуль «Вызов сервисов» принимает запросы на сервисы из обучающей ВЛ и посылает их на «Сервисную шину», которая после обычных проверок права доступа и доступности сервисов выполняет требуемый вызов. Модуль «Мониторинг сервисов» контролирует использование сервисов; он собирает общепринятую статистику: количество вызовов, момент времени вызова, интервал использования сервиса, количество отказов, время задержки при вызове сервисов и т.п. · Прикладные сервисы представляют главную компоненту обучающей ВЛ. Она включает модули и сервисы для поддержки обучающей системы. · Общие сервисы - это модули рутинных операций, реализованные в формате СОА. 3. Реализация обучающей ВЛ 3.1. СОА подход для реализации ВЛ и ее интеграция с APACS Как и система APACS, обучающая ВЛ реализуется в архитектуре СОА. Компоненты системы построены в виде сервисов. Сами сервисы распределены по категориям, к одной категории относятся сервисы, выполняющие операции, схожие по назначению. Разделение сервисов по категориям направлено, в частности, на ускорение поиска сервиса в реестре. Количество категорий и отнесение сервиса к той или иной категории целиком возлагается на разработчика и зависит от его опыта и от задач, поставленных перед системой. Отличия и преимущества архитектуры СОА состоят в следующем [18]. · Системы разрабатываются в виде слабо-связанных сервисов. Слабая связанность означает, что сервис не зависит от выбранной платформы и языка программирования. Это позволяет разрабатывать элементы системы достаточно независимо. · Сервисы разрабатываются на основе открытых стандартов, протоколов и технологий таких, как веб-сервис, XML, WSDL (Web Services Description Language), SOAP (Simple Object Access Protocol) и т. п. Эти средства дают сервисам возможность легко интегрироваться с другими системами. · Возможность повторного использования сервисов для создания нового сервиса, что уменьшает стоимость и время разработки. · Высокая адаптивность к изменениям, модернизация или введение новых бизнес-функций требует корректировки только некоторых сервисов. · Сервисы управляются только из специального реестра UDDI поэтому легко находятся и быстро предоставляются потребителю. Однако, реализация ВЛ в архитектуре СОА имеет недостатки, это жесткая зависимость от сервисов и параметров системы APACS (скорость, пропускная способность каналов, устойчивость, надежность); при обмене SOAP-сообщениями возникают угрозы безопасности. Предлагаемый к использованию СОА подход реализует абстрактную модель IAF. Он соответствует структуре, представленной на рис. 1 и 3. «Прикладные сервисы» и «Общие сервисы» соответствуют одноименным компонентам. «Инфраструктура» соответствует сервисной шине ESB. Демо-версия реализации обучающей ВЛ выполнена на языке С# в технологии создания веб-сервисов WCF (Windows Communication Foundation) и ASP.NET 4.0, которая является составной частью платформы Microsoft.NET Framework 4.0. Для хранения учетных записей абонентов и параметров их авторизации, информации о ходе процесса обучения и т.п. была создана база данных под управлением СУБД Microsoft SQL Server 2008. ВЛ устанавливается на сервере и доступна абонентам через интернет. Для сервера, выбрана операционная система Microsoft Windows Server 2008 Release 2, 64 бита, которая работает совместно с упомянутыми модулями программного обеспечения. 3.2. Реализация сценария обучения в интегрированной ВЛ Согласно спецификации IMS в обучающей системе существуют абоненты двух классов: 1) преподаватель, область его ответственности - педагогическое содержание, то есть сценарий обучения, все учебные материалы и методика оценивания результатов; 3) обучаемый, ради которого и строится система. Обучаемые в свою очередь делятся на категории. Сценарии обучения формируются преподавателем в нотации IMS-LD. Вместе с этим преподаватель готовит учебный материал для обучения. Разумно предположить, что использование системы APACS будет способствовать повышению качества обучения студентов радиологических специальностей медицинских университетов. На основе требований к процессу обучения студентов медицинских университетов и соответствующих учебных планов в нашей ВЛ реализован сценарий обучения диагностике заболеваний головного мозга. В качестве примера можно перечислить темы: 1) анатомия мозга; 2) физиологии мозга; 3) распознавание заболеваний головного мозга, 4) практика постановки диагноза на реальных примерах. Обучаемый использует сервисов обучающей ВЛ для изучения темы или выполнения заданий избранной пьесы. Базой по теме анатомия мозга является один из доступных атласов головного мозга человека. Обучать распознаванию структур мозга на сканированных изображениях помогут послойные изображения мозга, для этого существуют фантомы: программно сгенерированные изображения и послойные изображения искусственно построенной натуральной модели мозга. В предлагаемой системе доступ к APACS позволяет изучать структуру по реальным сканированиям мозга, что приближает обучаемого к его будущей практике. Некоторые учебные заведения, например университет Уэйна (Wayne State University) [26], университет Макгилла (McGill University) [27] предоставляют атласы головного мозга и фантомы нормального мозга, а также фантомы с патологиями и заболеваниями. Предлагаемая система подключена к соответствующим страницам сайтов этих университетов и эти изображения включены в сценарий обучения. Интеграция с системой APACS позволяет обучаемому попробовать свои силы в постановке диагноза реального пациента. Обучаемый получает доступ к необходимой информации о пациенте, в том числе к истории болезни и диагнозу лечащего врача. Такие действия не заменяют реального контакта с пациентом и его врачом, но имеет важное значение для обучения студентов-медиков. Обучаемый помещается в виртуальную практическую среду и получает постановки диагноза в условиях, близких к реальности. Кроме того, преподаватель имеет возможность выбрать в базе APACS как характерные, так и особые случаи заболеваний и создать из них особую виртуальную базу для обучения, добавив соответствующие действия в сценарий. 3.3. Реализация удаленного доступа технологией виртуализации. Вопрос организации удаленного доступа участников к обучающей ВЛ был решен с использованием технологии виртуализации, которая имеет преимущества, описанные в [28]. К преимуществам относятся: экономия на аппаратном обеспечении при консолидации серверов; возможность поддержки старых операционных систем для обеспечения совместимости; постоянная доступность клиентов к обновленной версии ВЛ, так как при обновлении модифицируются только модули сервера. В настоящий момент на рынке существует много продуктов, поддерживающие технологию виртуализации, она предоставляется известными разработчиками: VMware, Microsoft, Citrix, Pano Logic, Virtual Bridges, Parallels и др. Существуют различные решения задачи виртуализации. Для предлагаемой системы была выбрана инфраструктуру виртуальных рабочих столов VDI (Virtual Desktop Infrastructure) компании Microsoft, она интегрируется в операционную систему Microsoft Windows Server 2008 Release 2. Для виртуализации на сервере, где установлена ВЛ, нужно активировать виртуальный сервер Hyper-V, который тоже интегрирован в упомянутую операционную систему. После этого следует активировать специальные сервисы удаленных рабочих мест для виртуализации рабочих столов, такие как «Узел сеансов удаленных рабочих столов» (Remote Desktop Session Host), «Узел виртуализации удаленных рабочих столов» (Remote Desktop Virtualizaion Host), «Брокер соединений» (Remote Desktop Connection Broker), «Веб-доступ к удаленным рабочим столам» (Remote Desktop Web Access) [29]. Обучающая ВЛ установлена на виртуальных машинах и доступна абонентам ВЛ через интернет. На рис. 4 описан сценарий подключения абонента к ВЛ. Рис. 4. Виртуализация с применением технологии виртуальных рабочих столов компании Microsoft. 1) Абонент входит в «Веб-доступ к удаленным рабочим столам» для поиска доступных ему персональных виртуальных рабочих столов, на которых установлена обучающая ВЛ. Персональными виртуальными рабочими столами являются виртуальные машины, которые назначаются администратором системы. 2) «Веб-доступ к удаленным рабочим столам» отправляет запрос к «Брокеру соединений» для получения списка доступных абоненту персональных виртуальных рабочих столов. 3) «Брокер соединений» направляет запрос к «Активному каталогу», получает ответ и отправляет его обратно к «Вебу-доступу к удаленным рабочим столам». 4) После выбора виртуального стола подключение абонента направляется к «Шлюзу удаленных рабочих столов». 5) «Шлюз удаленных рабочих столов» направляет подключение к «Узлу сеансов удаленных рабочих столов», который посылает запрос «Брокеру соединений» предоставить виртуальной машине IP-адрес и поддерживать ее работу. 6) «Брокер соединений» подключает машину к «Узлу виртуализации удаленных рабочих столов», отправляет виртуальной машине IP-адрес и обеспечивает работу машины подключением ее к «Узлу сеансов удаленных рабочих столов». 7) «Узел виртуализации удаленных рабочих столов» обрабатывает виртуальные запросу и управляет сеансами работы виртуальных машин. 8) Подключение абонента ВЛ к виртуальной машине осуществляется через «Шлюз удаленных рабочих столов». Для демо-версии обучающая ВЛ была физически размещена на сервере, на котором были установлены также сервер виртуализации и сервер управления базами данных. Кроме работы с СУБД серверу управления базами данных были переданы задачи безопасности системы, аутентификации и авторизации пользователей. Сервер для ВЛ имеет большую нагрузку, на нем хранятся базы данных, которые используются при любом обращении к системе. Для выполнения операций с данными в реальном времени с множественным доступом абонентов (предполагается одновременный доступ до 50 пользователей) этот сервер должен быть достаточно мощным. Для этого рекомендуются минимальные параметры: процессор не ниже Intel Xeon E3-1240 с оперативной памятью не менее 4 ГБ. На жестком диске этого же сервера хранятся данные об индивидуальном процессе обучения, имеющие сравнительно небольшой объем. Персональные компьютеры для абонентов системы не требуют мощной конфигурации, абоненты только обращаются к системе и получают результаты. Для этого достаточно компьютера стандартной конфигурации с видеокартой не менее 512МБ. Минимальные технические требования к компьютерам обучающей ВЛ сведены в таблицу. Оборудование, ПО Сервер Персональные компьютеры Процессор Intel Xeon E3-1240 (3.30 ГГц /8 МБ кэш) Intel Core 2 Duo, 2.33 ГГц Оперативная память 4 ГБ, ECC, DDR3, RDIMM 1 ГБ Жесткий диск 500 ГБ, 7200 об/мин., 156МБ/сек. 60 ГБ, 7200 об/мин., 156МБ/сек. Видеокарта Видеопамять 512МБ Видеопамять 512МБ Операционная система Windows server 2008 Release 2, 64 bit Windows XP service pack 3 Программное обеспечение Microsoft SQL Server 2008 Release 2; Net framework 4.0; Hyper-V; Internet Explorer 8 (или выше). Internet Explorer 8 (или выше) Заключение Демонстрационная версия обучающей ВЛ удаленного доступа исследования биомедицинских изображений была разработана и интегрирована с системой APACS. Сервер для ВЛ, был установлен в офисе предприятия «Элилинк Консалтинг» (Минск), к системе были подключены несколько персональных компьютеров этого предприятия, кафедры ЭВМ БГУИР (Минск). Использовалась база данных медицинских изображений сервера DICOM госпиталя Министерства транспорта (Ханой, Социалистическая Республика Вьетнам). Были протестированы сервисы ВЛ в части удаленного обучения специалистов. Демо-версия показала, что обучение и педагогический контроль на основе архитектуры СОА в глобальной сети вполне возможен. Скорость соединения и обменов определяется возможностями глобальной связи. Основным преимуществом предлагаемой системы является возможность быстрого масштабирования с подключением к системе новых абонентов и создания новых сервисов на основе уже существующих систем PACS. Препятствием стало использование абонентами различных языков; обучаемые общались на русском, документация к изображениям частично была на вьетнамском языке. В будущем планируется внедрение интегрированной ВЛ с системами PACS во вьетнамских учреждений здравоохранения, в частности, это госпиталь Министерства транспорта и военный госпиталь № 103. Эти учреждения предоставляют медицинские изображения в формате DICOM в рамках функционирующих в них систем PACS. Ожидается, что виртуальные лаборатории, интегрированные в систему APACS предоставят возможности широкого использования реальных примеров заболеваний и их диагностирования для обучения удаленных специалистов и обучаемых.