Um Sistema Multicast de Webconference para a Plataforma Moodle

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1 Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP Instituto de Ciências Exatas e Biológicas - ICEB Departamento de Computação - DECOM Um Sistema Multicast de Webconference para a Plataforma Moodle Aluno: Mauro Rodrigo Gilberto Carneiro Matricula: Orientador: Álvaro Guarda Ouro Preto 20 de dezembro de 2010

2 Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP Instituto de Ciências Exatas e Biológicas - ICEB Departamento de Computação - DECOM Um Sistema Multicast de Webconference para a Plataforma Moodle Relatório de atividades desenvolvidas apresentado ao curso de Bacharelado em Ciência da Computação, Universidade Federal de Ouro Preto, como requisito parcial para a conclusão da disciplina Monograa I (BCC390). Aluno: Mauro Rodrigo Gilberto Carneiro Matricula: Orientador: Álvaro Guarda Ouro Preto 20 de dezembro de 2010

3 Resumo A evolução da informática permitiu a criação de uma nova modalidade de ensino: o ensino a distância. Alvo de muitas críticas e pré-conceitos, o ensino a distância é uma realidade que já é adotada pelas grandes universidades do mundo. A base para o bom funcionamento de um sistema de ensino a distância é a comunicação entre professores e alunos. Para isto precisamos de sistemas intuitivos, iterativos e funcionais. A grande maioria dos sistemas de ensino a distância adotam o Moodle 1 como software de aprendizagem. Neste software há uma ferramenta chamada chat, e sua nalidade é a comunicação entre professores e alunos. Dispondo apenas de um sistema de troca de mensagens instantâneas, esta ferramenta não atende às necessidades de um ensino de qualidade pois não utiliza tecnologias de transmissão como áudio e vídeo. Neste contexto, este projeto focará o melhoramento desta ferramenta introduzindo um sistema Multicast de Webconference onde todos os alunos poderão acompanhar o professor por meio de um sistema de áudio e vídeo com uma interface dinâmica e intuitiva. Palavras-chave: Multicast. Ensino a distância. Webconference. Plataforma Moodle 1 Ambiente Modular de Aprendizagem Dinâmica Orientada a Objetos

4 Sumário 1 Introdução O que é o ensino a distância? Como funciona o ensino a distância? A Plataforma Moodle A ferramenta CHAT Sistemas não integrados substituintes à ferramenta chat Videoconferência Webconferência Objetivo 6 3 Requisitos do Sistema Usuários do sistema Administrador Professor Alunos Restrições Metodologia A Linguagem PHP A Linguagem JavaScript A Linguagem HTML A linguagem CSS O SGBD mysql Padrão MVC (Model View Controler) Model View Controler Formas de comunicação Transmissão Unicast Transmissão Multicast Time To Live (TTL) Desenvolvimento da Interface Interface Original do Chat Protótipo da Interface Proposta Trabalhos Futuros 17 8 Cronograma de atividades 17 9 Bibliograa 18

5 Lista de Figuras 1 Plataforma Moodle Ferramenta Chat da Plataforma Moodle Sistema de videoconferência Adobe Acrobat Connect Pro Níveis de usuários do Moodle Modelo de comunicação Unicast Modelo de comunicação Multicast Interface Original da Ferramenta CHAT do Moodle Protótipo da Ferramenta Chat da Plataforma Moodle Lista de Tabelas 1 Cronograma de Atividades

6 1 Introdução 1.1 O que é o ensino a distância? O ensino a distância é uma modalidade de ensino em que não é necessário a presença física do aluno em um ambiente de aprendizagem, como acontece no ensino tradicional. Isto da autonomia ao aluno de decidir quando e como irá realizar seus estudos. Muitos acreditam que esta modalidade de aprendizagem requer mais disciplina e dedicação do que o tradicional modelo de aprendizagem presencial, devido a separação espacial entre o professor e o aluno. O contato entre professor e aluno se dá principalemte por tecnologias advindas da internet, como vídeo-conferência e Web-conferência. A maioria dos CED's 2 utilizam o Moodle como plataforma de ensino a distância para disponibilizar material, receber trabalhos e para realizar avaliações. 1.2 Como funciona o ensino a distância? Os CED's adotam modelos de ensino a distância muito semelhantes. Eles funcionam da seguinte forma: o professor disponibiliza na plataforma Moodle o material referente a sua aula. Por meio de web-conferência ou vídeo-conferência (tecnologias fora do ambiente Moodle) o professor ministra sua aula a seus alunos. Após as aulas, os alunos realizam as atividades e trabalhos solicitados pelo professor, tudo via internet. Durante este processo, o professor conta com a gura do tutor, que é um "auxiliar"para conduzir os alunos no processo de aprendizagem, podendo em alguns modelos ser presencial ou a distância, ou até mesmo as duas modalidades simultâneas no mesmo curso. Vamos supor que a Universidade Federal de Ouro Preto irá ofertar um curso às cidades de Ouro Preto-MG, Conselheiro Lafaiete-MG e Rio Branco-AC. Este curso que será coordenado por um professor da universidade deve conter tutores presencias nos pólos das respectivas cidades, mas os tutores a distância podem ser de qualquer lugar do país. E como se dará a comunicação do professor e dos tutores a distância com seus alunos? Há na plataforma Moodle uma ferramenta de comunicação denominada chat. Esta é a única ferramenta de comunicação em tempo real disponível, porém pouco utilizada devido suas deciências. Ela será o foco deste projeto. 1.3 A Plataforma Moodle O Moodle é uma plataforma de aprendizagem a distância baseada em software livre. É um acrônimo de Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment (ambiente modular de aprendizagem dinâmica orientada a objetos). Ele foi e continua sendo desenvolvido continuamente por uma comunidade de centenas de programadores em todo o mundo, que também constituem um grupo de suporte aos usuarios, acréscimo de novas funcionalidades, etc., sob a losoa GNU de software livre. Uma fundação ( e uma empresa ( fornecem, respectivamente, o apoio para o desenvolvimento do software e sua tradução para dezenas de idiomas, e apoio prossional à sua instalação. 2 Centros de ensino a distância 1

7 Atualmente o Moodle é um sistema consagrado, com uma das maiores bases de usuários do mundo, com mais de 25 mil instalações, mais de 360 mil cursos e mais de 4 milhões de alunos em 155 países, sendo que algumas universidades baseiam toda sua estratégia de educação a distância na plataforma Moodle. O sistema é extremamente robusto, suportando dezenas de milhares de alunos em uma única instalação. A maior instalação do Moodle tem mais de 6 mil cursos e mais de alunos. A Universidade Aberta da Inglaterra recentemente adotou o Moodle para seus estudantes, assim como a Universidade Aberta do Brasil. O Moodle tem a maior participação de mercado internacional, com 54 porcento de todos os sistemas de apoio on-line ao ensino e aprendizado. O Moodle é também um sistema de gestão do ensino e aprendizagem (conhecidos por suas siglas em inglês, LMS - Learning Management System, ou CMS - Course Management System)., ou seja, é um aplicativo desenvolvido para ajudar os educadores a criar cursos on-line, ou suporte on-line a cursos presenciais, de alta qualidade e com muitos tipos de recursos disponíveis. [1] Figura 1: Plataforma Moodle 2

8 1.4 A ferramenta CHAT A ferramenta CHAT da plataforma Moodle consiste em um simples sistema de troca de mensagens instantâneas. Ao clicar no link do CHAT uma nova janela será exibida. Esta janela pode ser dividida em três partes: coluna da esquerda, onde serão exibidas as mensagens enviadas pelos participantes, coluna da direita que lista todos os participantes e uma coluna no rodapé da janela onde há uma caixa de textos para envio das mensagens e um checkbox de rolagem automática da página. Veja na imagem abaixo um print screen deste CHAT. Figura 2: Ferramenta Chat da Plataforma Moodle 3

9 1.5 Sistemas não integrados substituintes à ferramenta chat Para atender as necessidades de comunicação do ensino a distância os CED's adotam sistemas que não são integrados ao ambiente Moodle. Estes sistemas necessitam de equipamentos e softwares de alto custo. Vamos analisar dois sistemas Videoconferência A comunicação por videoconferência é feita em tempo real e existem vários sistemas interpessoais que possibilitam isso. Além da transmissão simultânea de áudio e vídeo, esses sistemas oferecem ainda recursos de cooperação entre os usuários, compartilhando informações e materiais de trabalho. Em geral os equipamentos de videoconferência (terminais ou CODECs) disponíveis no mercado possuem capacidade de estabelecer uma comunicação ponto a ponto, e para que vários pontos se conectem simultaneamente é preciso utilizar um equipamento denominado MCU (Multiponto Control Unit). O funcionamento da MCU assim como de outros componentes necessários a videoconferência são especicados pelo padrão H.323 e SIP. Também é possível estabelecer uma conexão entre varios pontos utilizando a tecnologia de conexão Multicast.[2] Figura 3: Sistema de videoconferência 4

10 1.5.2 Webconferência Webconferência é uma reunião ou encontro virtual realizada pela internet através de aplicativos ou serviço com possibilidade de compartilhamento de voz, video, textos e arquivos via web. Na webconferência, cada participante assiste de seu próprio computador. A webconferência pode ocorrer tanto através de uma aplicação especíca instalada em cada um dos computadores participantes, quanto através de uma aplicação web que executa dentro do Navegador bastando digitar o endereço do site onde será a webconferência, a maioria das vezes é necessário um pré-cadastro. O software mais utilizado pelas universidades para a realização de webconferência é o Adobe Acrobat Connect Pro. Este softawre é pago e não é integrado ao ambiente Moodle. Figura 4: Adobe Acrobat Connect Pro 5

11 2 Objetivo Como visto, a ferramnta CHAT é pouco iterativa e não possui uma interface amigável. Isto diculta a comunicação entre o professor e seus alunos. Imagine uma situação em que trinta alunos estão participando deste CHAT. Um primeiro aluno envia uma mensagem ao professor e uma discussão geral inicia-se. Certamente o professor não conseguirá acompanhar as perguntas enviadas e enquanto digita a resposta de alguma, outras passarão despercebidas. Este sistema não é largamente utilizado na plataforma Moodle pois estas falhas o inviabiliza. O objetivo deste projeto é otimizar a ferramenta CHAT do Moodle, construindo um sistema onde o professor poderá controlar as mensagens de texto recebidas, por meio de uma la de mensagens, e respondê-las a todos seus alunos, por meio de uma transmissão de aúdio e vídeo Multicast, tudo isto com uma interface de gerenciamento amigável, tornando assim o CHAT mais atrativo, dinâmico e produtivo. Os objetivos especícos deste projeto são: Implementar um sistema de gerenciamento de mensagens (Fila de mensagens). Implementar um sistema de transmissão Multicast integrado à ferramenta CHAT do Moodle. Construir uma interface amigável para gerenciar o sistema. 6

12 3 Requisitos do Sistema A análise e especicação de requisitos de sistema envolve as atividades de determinar os objetivos e as restrições associadas a ele. Ela deve também estabelecer o relacionamento entre estes objetivos e restrições e a especicação precisa do software. A maior parte dos problemas no desenvolvimento de sistemas são originados nas etapas iniciais do desenvolvimento na etapa de levantamento e denição dos requisitos do sistema. A seguir deniremos os usuários, os níveis de acesso e as restrições do sistema. 3.1 Usuários do sistema O Moodle em sua instalação default possui seis níveis de acesso que vai do administrador ao visitante, mas novos níveis podem ser criados. Para este projeto iremos trabalhar apenas com três níveis: administrador, professor e alunos. Figura 5: Níveis de usuários do Moodle Administrador O administrador é quem tem as atribuições máximas no moodle, ele pode congurar todo o ambiente. Este nível permite que você assuma as responsabilidades dos níveis que estão abaixo na hierarquia, muito útil para se realizar testes. Tarefas do Administrador: Responsável pela instalação e manutenção do sistema Professor O Professor é quem tem atribuições de criar atividades, recursos, inserir alunos no curso que já estejam cadastrados no moodle, congurar notas e o formato de curso que ele pretende que tenha seu curso. Tarefas do Professor: Confogurar a data e hora do chat 7

13 Liberar o chat para os alunos Administrar a la de mensagens Alunos O aluno é quem faz o curso, recebe conteúdo do professor, interage com os colegas, envia material e contribui no fórum. Tarefas dos alunos: Participar do chat enviar mensagens ao professor 3.2 Restrições Não será permitido que alunos iniciem um chat sem solicitar ao professor. As mensagens enviadas pelos alunos deverão respeitar a la de mensagens quando ativada. Apenas administradores podem dar suporte a ferramenta. 8

14 4 Metodologia Para implementar este sistema, precisamos adotar uma linguagem de programação e um SGBD para gerenciar o banco de dados. A idéia inicial de implementação do sistema é utilizar a linguagem PHP que é uma linguagem de programação web. A opção por esta linguagem foi pela por ela ter o poder de implementar uma solução simples e eciente, por ser veloz e orientada a objetos. Juntamente com esta linguagem será utilizado javascript e HTML, linguagens necessárias para complementar a implemantação. Utilizaremos o mysql como SGDB e a parte da interface será uma combinação de CSS e produções grácas feitas em CorelDraw. 4.1 A Linguagem PHP PHP é uma linguagem de script multiuso ideal para o desenvoolvimento web. Muito da sintaxe PHP é semelhante às linguagens C e Java. O principal objetivo da utilização desta linguegen é sua possibilidade de integração com HTML e javascript. 4.2 A Linguagem JavaScript A linguagem JavaScript foi criada para atender, principalmente, às seguintes necessidades: Validação de formulários no lado cliente (programa navegador); Interação com a página. Assim, foi feita como uma linguagem de script. JavaScript tem sintaxe semelhante à do Java, mas é totalmente diferente no conceito e no uso. De acordo com seu sistema de tipos, o JavaScript é dinâmica (uma variável pode assumir vários tipos diferentes durante a execução) Sua união com o CSS é conhecida como DHTML. Usando o Javascript, é possível modicar dinamicamente os estilos dos elementos da página em HTML. 4.3 A Linguagem HTML HTML (HyperText Markup Language) é uma linguagem de marcação utilizada para produzir páginas na Web. Documentos HTML podem ser interpretados por navegadores. A tecnologia é fruto do "casamento"dos padrões HyTime e SGML. HyTime é um padrão para a representação estruturada de hipermídia e conteúdo baseado em tempo. Um documento é visto como um conjunto de eventos concorrentes dependentes de tempo (como áudio, vídeo, etc.), conectados por hiper-ligações. O padrão é independente de outros padrões de processamento de texto em geral. SGML é um padrão de formatação de textos. Não foi desenvolvido para hipertexto, mas tornou-se conveniente para transformar documentos em hiper-objetos e para descrever as ligações. 9

15 4.4 A linguagem CSS Cascading Style Sheets é uma linguagem de estilo utilizada para denir a apresentação de documentos escritos em uma linguagem de marcação, como HTML ou XML. Seu principal benefício é prover a separação entre o formato e o conteúdo de um documento. Ao invés de colocar a formatação dentro do documento, o desenvolvedor cria um link (ligação) para uma página que contém os estilos, procedendo de forma idêntica para todas as páginas de um portal. Quando quiser alterar a aparência do portal basta portanto modicar apenas um arquivo. Neste projeto adotaremos o CSS dos templates utilizados na plataforma Moodle. 4.5 O SGBD mysql O MySQL é um sistema de gerenciamento de banco de dados (SGBD), que utiliza a linguagem SQL (Structured Query Language) como interface. É atualmente um dos bancos de dados mais populares. A maioria das aplicações web em linguagem PHP tem como base o SGBD mysql. Por isto ele será utilizado neste projeto. 4.6 Padrão MVC (Model View Controler) O MVC é um padrão de arquitetura de software que visa separar a lógica de negócio da lógica de apresentação, permitindo o desenvolvimento, teste e manutenção isolado de ambos. Com o aumento da complexidade das aplicações desenvolvidas torna-se fundamental a separação entre os dados (Model) e o layout (View). Desta forma, alterações feitas no layout não afetam a manipulação de dados, e estes poderão ser reorganizados sem alterar o layout. O MVC resolve este problema através da separação das tarefas de acesso aos dados e lógica de negócio, lógica de apresentação e de interação com o utilizador, introduzindo um componente entre os dois: o Controller. MVC é usado em padrões de projeto de software, mas MVC abrange mais da arquitetura de uma aplicação do que é típico para um padrão de projeto. MVC é muito visto em aplicações para Web, onde a View é geralmente a página HTML, e o código que gera os dados dinâmicos para dentro do HTML é o Controller. E, por m, o Model é representado pelo conteúdo de fato, geralmente armazenados em banco de dados ou arquivos XML[3] Model A representação domínio especíca da informação em que a aplicação opera. É comum haver confusão pensando que Model é um outro nome para a camada de domínio. Lógica de domínio adiciona sentido a dados crus (por exemplo, calcular se hoje é aniversário do usuário, ou calcular o total de impostos e fretes sobre um determinado carrinho de compras). Muitas aplicações usam um mecanismo de armazenamento persistente (como banco de dados) para armazenar dados. MVC não cita especicamente a camada para acesso aos dados, porque subentende-se que estes métodos estariam encapsulados pelo Model[3]. 10

16 4.6.2 View "Renderiza"o model em uma forma especíca para a interação, geralmente uma interface de usuário[3] Controler Processa e responde a eventos, geralmente ações do usuário, e pode invocar alterações no Model. É lá que é feita a validação dos dados e também é onde os valores postos pelos usuários são ltrados[3]. 11

17 5 Formas de comunicação Neste capítulo serão apresentadas as características das formas de comunicação utilizadas, dando ênfase ao meio de transmissão Multicast. Todas as informações tiveram como base o livro de Redes de Computadores de autoria do Tanenbaum.[4] 5.1 Transmissão Unicast Grande parte dos protocolos de rede de alto nível (protocolos de transporte ISO9 ou TCP e UDP) provêm apenas um serviço de transmissão unicast, ou seja, um nodo de uma rede pode enviar dados para apenas outro nodo em uma rede distinta (serviço ponto-a-ponto). Se um nodo deseja enviar a mesma informação para vários destinatários usando o serviço de transporte unicast, ele deve proceder com um unicast replicado, enviando N cópias dos dados, sendo N o número de nodos destino. Veja um modelo de comunicação unicast entre hosts na gura 6. Figura 6: Modelo de comunicação Unicast 5.2 Transmissão Multicast Uma maneira mais otimizada de enviar dados de uma fonte para muitos destinos é fornecer o serviço de transporte multicast. Com ele, torna-se possível um nodo enviar dados a vários destinos fazendo apenas uma requisição ao serviço de transporte. O uso de multicast tem propiciado o uso abrangente de vários tipos de aplicações, tais como videoconferência, computação distribuída, entre outros. Este uso contínuo impõe a necessidade de realizar multicast de maneira eciente. A gura 7 mostra um modelo de comunicação Multicast. 12

18 Figura 7: Modelo de comunicação Multicast A primeira utilização de multicast em redes locais foi feita com ns de descobrir recursos, conforme pode ser observado nos protocolos de roteamento RIP (Routing Information Protocol) e OSPF (Open Shortest Path First). Se um roteador OSPF detectar que outros roteadores OSPF se encontram na rede, ele simplesmente faz o multicast de um pacote hello para o endereço convencional todos os roteadores OSP. Este endereço é xo, arbitrado pelo lana11 (Internet Assigned Numbers Authority), sendo que pode ser previamente codicado em programas OSPF. Uma maneira alternativa em redes não broadcast12: para enviar um pacote hello para todos os vizinhos, os roteadores devem ser congurados com uma lista de endereços dos mesmos. Multicast possibilita que o roteador descubra esta lista com uma simples transmissão, minimizando incômodos ao administrador da rede. 5.3 Time To Live (TTL) Cada pacote multicast usa o campo TTL do cabeçalho do endereço IP, como um parâmetro de limitação de escopo. O campo TTL controla o número de saltos permitidos que cada pacote multicast pode propagar, ou seja, toda vez que um pacote passa por um roteador, o TTL é decrementado, quando o TTL de um pacote se encontra em zero, ele é abandonado sem nenhuma noticação de erro ao emissor. Este mecanismo evita a transmissão desnecessária de mensagens para regiões da Internet, que se situam além das sub-redes contendo os membros de grupos multicast. Em uma rede local, um pacote multicast (TTL é padronizado com 1) alcança todos os membros imediatamente vizinhos em um grupo de hosts de destino. Se um pacote multicast possui um TTL maior que 1, os roteadores multicast ligados a rede local, assumem a responsabilidade de fazer a interconexão com outras redes. Assim, pacotes são transmitidos para outras redes que possuem membros 13

19 de um grupo multicast, para os outros membros que são alcançáveis pelo TTL do pacote. Um roteador multicast conectado a rede completa o fornecimento do pacote, como se fosse um multicast local. O valor limite do TTL em roteadores multicast evita que, pacotes com valores menores de TTL percorram sub-redes a mais. Este pode ser um mecanismo conveniente, para connar o tráfego multicast dentro de uma área determinada. 14

20 6 Desenvolvimento da Interface Este é o ponto nal nal do projeto. Uma interface bem trabalhada pode determinar o sucesso do projeto. Primeiramente será exibida a interface original da ferramenta e logo após um protótipo do que será feito. 6.1 Interface Original do Chat A interface original da ferramenta CHAT do Moodle pode ser vista na gura 8: Figura 8: Interface Original da Ferramenta CHAT do Moodle Veja que essa interface está limitada a uma caixa de texto onde as mensagens são digitadas, uma área onde os participantes são listados e outra onde as mensagens são exibidas. Um sistema bem simples e pouco atrativo. 15

21 6.2 Protótipo da Interface Proposta A gura 9 será a interface proposta para o projeto. Figura 9: Protótipo da Ferramenta Chat da Plataforma Moodle Agora uma breve descrição de seus quadros. Imagem maior: esta será a imagem do professor que será transmitida a seus alunos. Imagem menor: esta será a imagem do aluno que estará realizando a pergunta. A imagem poderá ser exibida ou não. Caso o aluno não possua uma webcam, a perguta poderá ser feita no modo texto. Moderar chat: ao clicar neste checkbox o professor poderá controlar o uxo de mensagens que será exibido a ele, evitando que mensagens sejam perdidas enquanto uma pergunta está sendo respondida. Liberar chat: ao marcar este checkbox todas as mensagens serão exibidas na caixa de mensagens. Lista de alunos: esta lista corresponde aos alunos que estão logados no chat. Quando o professor clica neste aluno automaticamente o sistema solicita permissão ao aluno para ativar sua webcam. Caixa de exibição de mensagens: nesta caixa será exibida as mensagens enviadas pelos participantes do chat. Caixa de texto: esta caixa é reservada para que os participantes digitem suas mensagens. 16

22 7 Trabalhos Futuros Pretendo dar continuidade a este projeto de conclusão da disciplina BCC390- Monograa 1, implementando o sistema e contribuindo para melhorar a comunicação entre professores e alunos no ensino a distância, e também para a conclusão da disciplina BCC391 - Monograa 2. 8 Cronograma de atividades Na Tabela 1 está descrito o cronograma das atividades deste projeto. Atividades Ago Set Out Nov Dez 2011 Termo de Compromisso X Proposta da Monograa X X Alinhamento de Necessidades X Redigir a Monograa X X X Apresentação do Trabalho X Conclusão da Monograa Tabela 1: Cronograma de Atividades. X 17

23 9 Bibliograa Referências [1] Plataforma Moodle, Instituto EduMed, [2] CARNEIRO, Mára Lúcia Fernandes. VIDEOCONFERÊNCIA: Ambiente para educação à distância; [3] ExtJS, [4] TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores. 4 a Edição. Rio de Janeiro: Campos, 1997; 18

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