Modelo para plataformas de educación virtual en la nube, una opción financieramente viable.

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1 Modelo para plataformas de educación virtual en la nube, una opción financieramente viable. Carlos Enrique Montenegro Marín 1, Luis Joyanes Aguilar 2, Juan Manuel Cueva Lovelle 3, B. Cristina Pelayo García-Bustelo 3, Oscar Sanjuán Martinez 3, Edward Rolando Nuñez-Valdez 3, Vicente García Diaz 3, Jordan Pascual Espada 3 1 Facultad de Ingeniería, Universidad Distrital, Carrera 7 N Bogotá, Colombia 2 Facultad de Informática, Universidad Pontificia de Salamanca, Paseo Juan XXIII N 3, 28040, Madrid, España 3 Departamento de Informática, Universidad de Oviedo, Edificio de Ciencias, C/ Calvo Sotelo s/n, Oviedo Asturias, España 1 {cueva, crispelayo, osanjuan, nunezedward, 2 Resumen. La computación en la nube se considera actualmente la solución más eficiente en infraestructuras de tecnología (IT), es por tal razón en este artículo se presenta un modelo que permite de manera rápida y económica, utilizar el potencial que ofrece la nube para realizar el montaje de una plataforma virtual de aprendizaje, segura con alto nivel de disponibilidad y al alcance de cualquier institución de educativa. Palabras Clave: Computación en la nube o Cloud computing, E-Learning, Plataforma virtual de aprendizaje, Infraestructura como servicio (IaaS), Plataforma como servicio (PaaS) y Software como servicio (SaaS). 1 Introducción Uno de los grandes fenómenos que actualmente se presenta en el uso de Internet, es la edad de las personas que acceden a través de su ordenador, siendo esta cada vez menor, también se considera que el ordenador se ha convertido en una herramienta esencial en el hogar y que cada vez son más los servicios que se consumen a través de Internet, entre ellas encontramos la educación y es en este sentido en que las plataformas virtuales de aprendizaje toman importancia como un complemento que no puede faltar en las universidades y cada vez se ve más su incursión en colegios y escuelas, pero para estas últimas la adopción de nuevas tecnologías ha sido un poco lenta, debido al alto precio que se requiere. Este artículo plantea una solución financieramente viable, que se basa en la utilización de la computación en la nube para aquellas instituciones que no poseen la infraestructura tecnológica necesaria para implementar la gran diversidad de ayudas tecnológicas que el E-Learning ofrece. 41

2 El artículo se organiza de la siguiente manera, inicialmente se plantea una descripción de la problemática a tratar, luego se presenta un breve marco teórico sobre computación en la nube, posteriormente se habla de los beneficios de la computación en la nube, se presenta el modelo de una plataforma de educación virtual en la nube, posterior a esto se muestra la implementación de este modelo en un proveedor de servicios en la nube como Amazon, el costo que este tiene y finalmente se presentan las conclusiones y trabajo a futuro de la investigación. 2 Problema Al implementar plataformas virtuales de aprendizaje, como apoyo a las metodologías comunes de educación, en las entidades académicas y en especial aquellas de educación básica, primaria, secundaria o bachillerato, es la falta de infraestructura tecnológica y su respectivo mantenimiento, justificado por las instituciones como un alto gasto financiero. Este alto costo, es el principal motivo por el cual las entidades académicas no implementan las nuevas tecnologías que el E- Learning provee y es aquí donde la computación en la nube toma importancia, presentándose como la oportunidad para implementar estas tecnologías a un menor costo, en este sentido presentamos una perspectiva más económica, para que diferentes instituciones académicas en todos los ámbitos puedan implementar de una manera viable las herramientas que el E-Learning provee. 3 Computación en la nube El desarrollo de la computación en la nube comenzó a través de grandes empresas de servicios de Internet como Google y Amazon, las cuales construyeron su propia infraestructura y la ofrecieron como un servicio. A partir de allí surgió una arquitectura que tiene un sistema de recursos distribuidos de manera horizontal, introducidos como servicios virtuales de tecnologías de información (IT) escalados masivamente y manejados como recursos agrupados y configurados continuamente. El modelo de esta arquitectura tiene como base Las granjas de servidores, éstas eran similares en su arquitectura al procesamiento en red (computación en malla ó Grid computing), sin embargo, mientras que las redes se utilizan para aplicaciones de procesamiento técnico con un acoplamiento más bien débil (consistentes en un sistema compuesto de subsistemas con cierta autonomía de acción que mantienen una interrelación continua entre ellos formando una supercomputadora virtual para realizar grandes tareas), la nube orientó sus aplicaciones a los servicios de Internet [1]. 42

3 3.1 Qué es Cloud Computing, o Computación en la nube En realidad, Cloud Computing es una idea antigua [2], idealizando la computación utilitaria que consiste en que el usuario obtiene recursos computacionales en el lugar, momento y tiempo que los requiera, por lo que solo paga por lo que usa y que finalmente ha podido llegar a ser una realidad [2]. Algunos analistas y vendedores definen al Cloud Computing como una versión actualizada de la computación utilitaria. De manera muy sencilla, podríamos describirla como muchos servidores virtuales disponibles en toda la red de Internet. La computación en la nube ó como también es conocida cloud computing incluye tanto a las aplicaciones y servicios ofrecidos sobre Internet como el hardware y sistemas alojados en los centros de datos (data center) que proveen estos servicios. El hardware y el software en el centro de datos es lo que se denomina una Nube. Cuando una nube se hace disponible mediante una modalidad de pague mientras lo usa, entonces se está hablado de una nube pública y el servicio que se vende es computación utilitaria, mientras que la aplicación en sí misma considerando el mantenimiento correspondiente, comprende el concepto de SaaS (Software as a Service). Por otro lado, empleamos el término de nube privada, para hacer referencia a los centros de datos internos de un negocio u otra organización, y que no se encuentran disponibles para el público general [3]. Dos de las definiciones más aceptadas de computación en la nube son las siguientes: Un estilo de cómputo donde las capacidades IT en escala masiva son entregadas como un servicio a clientes externos usando tecnologías de Internet Gartner. Es simplemente una metáfora de Internet: el creciente movimiento recursos de cómputo dentro de la red - Sun Microsystems. 3.2 Característica de la computación en la nube No es necesario disponer de un equipo potente, tan sólo de un aparato con conexión a internet; esto debido a que el dispositivo del usuario no realizará ningún proceso complejo y los ficheros pueden guardarse en la nube. Los servidores en donde se hallan los programas que se utilicen son los encargados de las tareas complicadas que antes se realizaban localmente [1], estos recursos serán transparentes para el usuario y se pagaran de acuerdo a la cantidad que se usen, como por ejemplo lo hace EC2 de Amazon [4]. Según Ávila [1] existen cinco características fundamentales de la computación en la nube, estas son: Autoreparabilidad: Significa que en caso de surgir un fallo, el último respaldo (backup ó snapshot) de la aplicación se convierte automáticamente en la copia primaria y a partir de ésta se genera uno nuevo. Escalabilidad: Todo el sistema y su arquitectura es predecible y eficiente. Si un servidor maneja 1000 transacciones y en un instante determinado se necesita aumentar la capacidad del servicio para atender 2000 transacciones, la infraestructura de la nube se puede aumentar sin perturbar en ningún momento el trabajo actual (cambios en caliente). Algunos proveedores de servicios, ofrecen mecanismos 43

4 automáticos que incrementan los recursos de acuerdo a la demanda de operaciones existente, de tal forma que se reduzca el tiempo de espera y los cuellos de botella. Virtualización: Esta es una de las características primordiales que posee la computación en la nube, pues las instancias a nivel de maquina están totalmente virtualizadas, lo que permite ejecutar varias máquinas virtuales en una misma máquina física, donde cada una de las máquinas virtuales comparte los recursos de ese único ordenador físico entre varios entornos. Las distintas máquinas virtuales pueden ejecutar sistemas operativos diferentes y varias aplicaciones en el mismo ordenador físico [5]. Disponibilidad de la información: La información no estará alojada en la maquina local donde el usuario trabaja, esta se encontrará en algún lugar que el proveedor de servicios en la nube ofrezca, este mismo proveedor garantizará la replicación de la información en múltiple lugares geográficos a fin de garantizar que esta información, siempre se encuentre disponible para el usuario, cualquier modificación que se realice a los datos se realizará directamente sobre ellos, en otras palabras todas las acciones se almacenarán en los proveedores del servidor o como lo llamaremos de aquí en adelante la nube. Alto nivel de seguridad: El proveedor de servicios en la nube será el encargado de garantizar la seguridad de la información, de tal forma que se permita a diferentes clientes compartir la infraestructura sin preocuparse de ello y sin comprometer su seguridad y privacidad. 3.3 Tipos de servicios en la Nube Básicamente existen tres tipos de servicios que se ofrecen en la nube, estos son: Infraestructura como servicio o Infrastructure-as-a-Service (IaaS), Plataforma como servicio o Platform-as-a-Service (PaaS) y Software como servicio o Software-as-a- Service (SaaS). La IaaS plantea la posibilidad de utilizar de manera externa servidores para procesamiento, espacio en disco, bases de datos, ruteadores, etc. Liberando al usuario de su soporte y mantenimiento e implementado la política de pagar únicamente por lo que se usa, de esta manera el usuario solo pagará por los servicios y el tiempo que utilizará, los ejemplos más típicos de este tipo se servicios en la nube son los de AWS de Amazon [6] y Azure de Microfost [7]. La PaaS centra su modelo en ofrecer al usuario una plataforma integrada, con todo lo necesarios para que este pueda desarrollar, probar y poner en producción aplicaciones y servicios web. El proveedor es el encargado de autoescalar los recursos de cómputo de ser necesario, de la seguridad de acceso y varias características más, logrando abstraer al cliente del hardware físico; el mejor ejemplo de este tipo de servicio es Google Apps [8]. Finalmente la Saas, cconsiste en la entrega de aplicaciones completas como un servicio, de estas hay muchos ejemplos, algunos de ellos son Grooveshark, Evernote, Dropbox, BayFiles, entre muchos. La Figura 1 muestra una perspectiva grafica dada por Arias [9] de lo que es el modelo tradicional de IT contra los nuevos modelos de computación en la nube y de los cuales se habló anteriormente. 44

5 Figura 1 Modelos de Computación en la Nube y modelo tradicional de IT. 4 Beneficios de la computación en la nube El modelo de infraestructura como servicio en la nube, es ideal para atacar el problema planteado, porque ofrece un modelo que minimiza el gasto por parte del usuario y adicionalmente una infraestructura de servicio, que perfectamente se puede acoplar a cualquier necesidad de una institución académica, liberándola de los procesos y altos costos de montaje y mantenimiento que una infraestructura tecnológica implica. Algunas de las características que la utilización de la computación en la nube desde el punto de vista de infraestructura tecnológica asegura a las instituciones es; reducción de costos, mejorar el flujo de efectivo, minimizar los riesgos empresariales, menor consumo energético, una mayor facilidad en la configuración y el mantenimiento, posibilidad de realizar actualizaciones más sencillas a la capacidad y el rendimiento, reduce drásticamente la complejidad de IT aprovechando el pooling eficiente de una infraestructura virtual autogestionada según demanda. Aún quedan muchas más características que proveedores líderes en este tipo de servicios como Amazon [6], Microsoft [7] o VMWare [5] aseguran. En este artículo se analizarán dos características que son el ahorro en montaje de infraestructura tecnológica y el ahorro en mantenimiento de la infraestructura tecnológica. 4.1 Ahorro en montaje de infraestructura tecnológica: Debido a que en el modelo de IaaS, se paga por lo consumido sin subutilizar los recursos, en este sentido, se puede dejar de utilizar la infraestructura por ejemplo en época de vacaciones y mientras estas no sean necesarias y solo se paga mientras se 45

6 usen los recursos. Los proveedores de servicios en la nube se encargan de todo el montaje de la infraestructura tecnológica a nivel de red, servidores, almacenamiento, etc, liberando a las institución de realizar una gran inversión inicial y solo pagando por lo que se utilice. 4.2 Ahorro en mantenimiento de la infraestructura tecnológica. Según cifras de VMware [5] el 70% de la inversión de IT se sigue centrando en el mantenimiento, de modo que quedan pocos recursos para la innovación. Pues bajo el enfoque que se utilizará, los proveedores de servicios en la nube son los que se encargan del mantenimiento de la infraestructura tecnológica, liberando a las instituciones de esta ardua y costosa tarea. 5 Modelo de plataformas de educación virtual en la nube En el modelo que se plantea, las instituciones montaran su propio servidor, que utilicé un sistema de gestión del aprendizaje como moodle [10] baja un modelo IaaS, con las especificaciones acordes a la cantidad de usuarios que lo utilicen. Los objetos virtuales de aprendizaje se guardarían en un sistema único de almacenamiento en la nube que garantice su disponibilidad e independencia de la región geográfica que lo acceda, la variedad de plataformas tecnológicas que lo vayan a utilizar e incluso las diferentes culturas o etnias que los empleen u ofrezcan. Para ello se utilizará el sistema de Almacenamiento que ofrece Amazon Simple Storage Service (S3) o Microsoft Windows Azure Storage, se recomienda utilizar únicamente uno de los dos mecanismos de almacenamientos, pues para movilizar los contenidos de un data center a otro, la velocidad es mucho mayor entre sistemas del mimo proveedor que entre diferentes, esto es debido a que se utilizan los canales de comunicaciones internos que hay entre cada data center de la misma empresa sin salir a la internet pública y que son de gran velocidad. Una de las grandes ventajas que tiene este modelo, es que permite compartir los contenidos u objetos de aprendizaje entre diferentes instituciones si así se quiere y que garantiza la disponibilidad de ellos en un 99, % para el caso de Amazon [11]. La figura 2 muestra en modelo general para el caso anteriormente descrito, y su funcionamiento lo explicamos a continuación; La institución contrata una instancia de un servidor en cualquier proveedor de servicios en la nube con los requerimientos técnicos que la demanda amerite, en esta máquina virtual (VM) se alojará la plataforma de E-Learning a implementar por ejemplo moodle, también se contratará un sistema de almacenamiento, en el cual estarán alojados los objetos de aprendizaje (Learning Objects) y que la plataforma redireccionará según el caso, es de recordar que estos objetos de aprendizaje pueden ser utilizados por otras instituciones, caso en el cual serian públicos y de ser utilizados únicamente por una institución serían privados. Una característica muy importante que garantiza la disponibilidad de todos los recursos, es que estos estarán duplicados en varios data center geográficamente 46

7 distribuidos, como lo muestra la figura 2, estos data centers se conectan por un canal de alta velocidad, lo que garantiza una latencia muy baja al momento de replicar la información. Por último los usuarios de la plataforma virtual acceden a ella a través de Internet y el proveedor es el encargado de gestionar el óptimo uso de los recursos a los cuales los usuarios accedan. Figura 2 Modelo de plataforma de educación virtual en la nube 6 Modelo de plataformas de educación virtual en la nube sobre Amazon La idea de esta sección es mostrar cómo sería el montaje del modelo bajo un proveedor de servicios real en la nube, para este caso se ha seleccionado Amazon por su madures en cuanto a la prestación de este tipo de servicios. La figura 3 muestra el modelo sobre Amazon, allí se ha creado una instancia de tipo larga (Largue Instance) con sistema Operativo Linux distribución Ubuntu oneiric, que cuenta con 7,5 GB de memoria, 4 unidades de sistemas EC2 (2 núcleos virtuales con 2 unidades de sistemas EC2 cada uno), 850 GB de almacenamiento de instancias local y plataforma de 64 bits. Sobre ella se ha instalado moodle con sus respectivos requerimientos, el sistema de almacenamiento para los objetos de aprendizaje se trabaja bajo Amazon Simple 47

8 Storage Service (Amazon S3), este mismo modelo ha sido replicado en dos data centers diferentes, uno en Virginia EEUU denominado US East y otro en Irlanda denominado EU West, como se fijan son dos lugares geográficamente distintos y la replicación de la información se realiza de manera automática para el cliente, la idea de esta separación es reducir la latencia de los usuarios y garantizar que por más desastres que puedan ocurrir la existencia un data center en funcionamiento. Figura 3 Modelo de plataformas de educación virtual en la nube sobre Amazon 7 Costo del modelo de plataformas de educación virtual en la nube sobre Amazon Para poder calcular el costo del funcionamiento del anterior modelo, debemos realizar algunas suposiciones respecto a la cantidad de horas e información que el modelo consumiría. Bajo el supuesto de que el sistema va estar en funcionamiento en todo momento durante un mes tendremos: 30 días * 24 horas día = 720 Horas al mes, y que se tendrá una tasa de almacenamiento promedio en el mes de 1TB = 1000GB mes para los objetos de aprendizaje. Realizando el cálculo total tendríamos la siguiente tabla de costos. 48

9 Tabla 3 Costos montaje modelo de educación virtual sobre Amazon Servicio Costo Consumo Total mes EC2 largue Instrance $0,34 por hora 720 horas $244,8 Linux EU West EC2 largue Instrance $0,38 por hora 720 horas $273,6 Linux US East Amazon S3 estándar $0,140 $ por 1000 $140 (garantiza redundancia) GB Total $658,4 Es necesario aclarar que el almacenamiento garantiza redundancia, eso quiere decir que no es necesario pagar el almacenamiento en otros data centers pues ya está incluido. El costo total como se muestra en la tabla 3 es de 658,4 dólares y esto incluye todos los gastos de manteniendo, consumo, adquisición de la máquina, infraestructura, sistema operativo, etc. Con lo cual es un precio bastante asequible para cualquier institución académica que desee implementarlo. 8 Conclusiones y trabajos futuros El modelo propuesto es bastante asequible económicamente hablando, para que cualquier institución lo implemente. Adicionalmente un mecanismo de ahorro se puede trabajar evitando el almacenamiento aparte y realizarlo en la misma máquina, por ejemplo en este caso ahorraría $140 dólares, lo que disminuiría el precio total a $518,4 dólares mensuales. La computación en la nube, es un modelo que facilita a las pequeñas y mediana empresas, el acceder a recursos tecnológicos que antes por costo le eran imposibles, logrando que estas empresas puedan ser más competitivas y de mayor penetración en el mundo. Para mejorar el rendimiento de los sistema de gestión del aprendizaje se podría migrar la base de datos que manejan, a sistemas de bases de datos en la nube como SQL Azure o Amazon Relational Database Service (RDS). En el ámbito de la optimización de los recursos en la nube, existen varios esfuerzos pero tal vez uno de los que mejor resultado ha dado, es la propuesta de en él se ofrece todo lo necesario para crear aplicaciones en la nube. ElasticBox separa la infraestructura de la plataforma, lo que le permite desplegar aplicaciones en cuestión de minutos, ahorrar costo, y optimizar rendimiento según la ubicación. Referencias 1. Ávila Mejía, Ó.: Computación en la nube. Contctos REVISTA DE EDUCACIÓN EN CIENCIAS E INGENIERÍA 80, 7 (2011). 49

10 2. Armbrust, M., Fox, A., Griffith, R., Joseph, A.D., Katz, R.H., Konwinski, A., Lee, G., Patterson, D.A., Rabkin, A., Stoica, I., Zaharia, M.: Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing. In: Technical Report No. UCB/EECS Electrical Engineering and Computer Sciences University of California at Berkeley, (2009) 3. Careaga, A.L.: La Nube y el Cisne Negro: Conociendo Cloud Computing (2009). Accessed October Amazon: Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2). (2011). Accessed November VMware: Transform your Business with Virtualization. (2011). Accessed November Amazon: Amazon Web Services. (2011). Accessed November Microsoft: Windows Azure platform. (2011). Accessed November Google: Google Apps. (2011). Accessed November Arias Maestro, A.: Seminario WFC and Cloud Computing. In. Oviedo, (2010) 10. Moodle: Moodle. (2011). Accessed Feb Amazon: Amazon Simple Storage Service (Amazon S3). aws.amazon.com/en/s3/#resources (2011). Accessed November

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