En la Universidad de Oviedo se ha desarrollado el Proyecto AulaNet, encaminado a la enseñanza virtual, que recientemente ha comenzado su funcionamiento con la puesta en marcha de la asignatura de libre elección "Análisis de Datos Económicos".

Los métodos de enseñanza-aprendizaje han experimentando profundos cambios, y así durante los últimos años hemos asistido a un proceso evolutivo en el que los documentos impresos (textos y manuales) han ido siendo paulatinamente complementados por el material analógico (televisión, vídeos,...) y las herramientas informáticas. En la actualidad la tecnología digital ha revelado su gran potencial, por lo que la mayor parte de los esfuerzos se dirigen a modelos educativos en red, aprovechando las posibilidades de la tecnología web.

El web de AulaNet (www.aulanet.uniovi.es) ha sido diseñado considerando a los alumnos como protagonistas y tratando de potenciar su interactividad en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Con este objetivo, el aula -tal y como describe la figura 0- integra una serie de áreas o zonas a las que se accede de manera sencilla y flexible.

Este entorno virtual proporciona una amplia variedad de herramientas docentes, incluyendo lecciones virtuales, manuales electrónicos, software específico, presentaciones,... y también se han diseñado áreas dedicadas para debates, tutorías, conferencias, etc.

Cada lección virtual comienza con una guía de trabajo que describe sus contenidos tanto obligatorios (en rojo) como optativos (en negro). Una primera aproximación a cada lección viene recogida en las presentaciones multimedia de aproximadamente 12 minutos de duración, cuyos contenidos pueden ser posteriormente complementados mediante los libros electrónicos, preguntas interactivas, supuestos prácticos y referencias. La inclusión en el web de numerosos enlaces, figuras, animaciones, cuestionarios,... permite una mayor participación de los alumnos, que pueden de este modo interactuar en el proceso de aprendizaje

Una vez finalizada cada lección, existe la posibilidad de realizar autoevaluaciones. Esta opción genera aleatoriamente una batería de preguntas test que el alumno debe responder, obteniendo una corrección automática desde el propio web.

También existe una zona específica para el material de trabajo de las prácticas, permitiendo a los alumnos seleccionar ciertos ejercicios y cuestiones para su resolución y posterior envío al tutor, quien a su vez los incorporará al material de evaluación. Lógicamente, resulta de especial importancia la elección de software adecuado al perfil docente de cada materia, que proporcione a los alumnos las herramientas necesarias para desarrollar los trabajos propuestos.

Las tutorías incorporadas a AulaNet incluyen la resolución de dudas por correo electrónico, el uso de un tablón compartido, la participación en chats y la realización de video-conferencias. Las tutorías por vídeo-conferencia están basadas en el software NetMeeting de Microsoft. Al igual que la anterior utilidad están integradas en el sistema, de forma que el usuario no necesita configurar nada ni conocimientos especiales. Permiten, además de la comunicación por vídeo y voz entre alumno y profesor, el intercambio de ficheros, el uso de una pizarra compartida y disponer de una utilidad para mensajes escritos.

Como complemento a esta herramienta es necesario un servidor de localización de personas (Servidor ILS) que hace de punto de encuentro para todos los usuarios conectados en un momento. Esto permite a los alumnos localizar a los profesores conectados y entablar comunicación con ellos.

Otra modalidad de tutoría consiste en programar tertulias en las que participan alumnos y profesores. En éstas los usuarios se comunican de forma escrita y el profesor actúa como moderador planteando cuestiones de interés para la asignatura. Este sistema está basado en el uso de un servidor de chat, propio para el sistema AulaNet, que actúa a modo de repetidor enviando a todos los usuarios conectados lo que cualquier otro aporta a la discusión. También permite hacer comunicaciones privadas entre dos usuarios.

La asistencia on-line suministrada por los tutores proporciona una conexión de éstos con los estudiantes, a quienes proporcionan respuestas de modo ágil (generalmente en un plazo de 24 horas).

Esta opción es muy utilizada por los alumnos de AulaNet, al igual que el tablón compartido, que incorpora la posibilidad de realizar debates públicos. Ambas herramientas son de tipo asíncrono al no exigir que los distintos participantes se encuentren conectados a la red a la misma hora.

Con el objetivo de incorporar también al web alguna herramienta de comunicación síncrona, AulaNet incluye sesiones chat previamente convocadas, que garantizan un diálogo instantáneo entre diversos participantes y también videoconferencias, que permiten una comunicación cara a cara entre profesores y alumnos.

El examen tradicional se ha desestimado en el marco de AulaNet, debido tanto a la rigidez espacio-temporal que introduciría como a las posibles incoherencias que llevaría asociadas. De ahí nuestro interés en diseñar un sistema de evaluación en red coherente con el entorno docente de AulaNet.

Según este procedimiento, los estudiantes solicitan un turno de examen incluyendo día (en el período de una semana), horario (elegido entre diferentes turnos diarios) y ubicación (siendo posible en el momento actual optar entre los campus de Oviedo y Gijón). Una vez publicado en el web el horario oficial, la evaluación on-line se realiza asignando a cada estudiante un examen seleccionado aleatoriamente desde el web.

El objetivo de estos exámenes –de enfoque claramente aplicado- es reflejar el dominio por parte de los alumnos de las herramientas estadísticas estudiadas, estando accesible durante la prueba todo el material disponible en el web de la asignatura.

Lógicamente, para el éxito de este proceso de evaluación resultan claves las cuestiones de seguridad (aislamiento e incomunicación del alumno), asistencia (acceso a un chat con el tutor) y vigilancia (mediante web cam).

AulaNet presenta un modelo de examen on-line que trata de maximizar la virtualidad, es decir, la libertad de horario y lugar de realización a la par que debe garantizar unas condiciones de seguridad al menos iguales a las que se pueden esperar en un examen tradicional. Aspectos importantes a tener en cuenta son: la seguridad, disponibilidad, accesibilidad del examen, almacenamiento, etc.

Habida cuenta de que la total disponibilidad de horario y lugar entra en colisión con las condiciones de seguridad mínimas requeridas, resulta necesario relajar las aspiraciones iniciales y hacer concesiones a favor de la seguridad. Por ello, en esta primera experiencia, la disponibilidad de lugar de examen se limita a varias salas dispersas geográficamente con opción a que el alumno escoja la que más le convenga.

Al diseñar un examen para ser resuelto a través de un ordenador es necesario adaptar el enfoque tradicional, para poder aprovechar las ventajas de las nuevas metodologías docentes:

• Posibilidad de generación aleatoria de los exámenes. Si el sistema dispone de una base de preguntas amplia y éstas están bien catalogadas en cuanto a dificultad, tiempo de realización y naturaleza es posible generar los exámenes de forma aleatoria, si bien no resulta sencillo garantizar niveles similares de dificultad. Además, será necesario disponer de una base muy amplia de preguntas para conseguir evitar parecidos en los modelos. Una aproximación a este enfoque consiste en realizar un número suficiente de modelos de examen supervisados por el profesor y realizar la asignación aleatoria en el momento que el alumno solicite su examen.
• Posibilidad de corrección automática o semiautomática. El sistema podría encargarse de la corrección si el tipo de preguntas es tipo test, y también podría actuar como filtro para las preguntas en las que se combine selección de respuestas con razonamiento del alumno (cuestiones tipo test para justificar).
• Búsqueda y consulta avanzada de exámenes. Al permanecer los exámenes ya resueltos, corregidos y revisados en el sistema, existe la posibilidad de que alumnos y profesores consulten sus calificaciones y correcciones de forma permanente.
• Elaboración de estadísticas, informes y actas de manera automática.
• Control preciso del tiempo de examen. El sistema puede enviar el examen automáticamente, evitando así que se comentan excesos en el tiempo.
• Posibilidad de evaluar la destreza adquirida por el alumno en el manejo de herramientas informáticas.

Existen también algunas desventajas y riesgos, entre los que podemos citar los siguientes:

• Pérdida de expresividad por parte del alumno. Este tipo de examen debe adaptarse a las herramientas disponibles por parte del alumno, evitando las preguntas poco adecuadas a este contexto (por ejemplo, la utilización de fórmulas).
• Posibilidad de cometer fraudes informáticos. Aprovechando agujeros en la seguridad de los sistemas se podrían alterar los exámenes una vez en el sistema u obtener las repuestas del examen de forma fraudulenta.
• Dependencia de la infraestructura tecnológica. Si durante el examen falla la red corporativa, el servidor, hay cortes de luz, etc. la entrega de exámenes podría resultar imposible.
• Dificultad para identificar e impedir suplantaciones de personalidad. Es muy dificultoso llegar a poder realizar exámenes totalmente on-line sin ninguna restricción y sin vigilancia por parte del profesorado.

Autentificación: El alumno deberá realizar el examen desde salas especialmente acondicionadas para ello, a las que sólo se le permitirá el acceso después de verificar su identidad (DNI) y su convocatoria de examen.

Tras acceder a la sala y sentarse en su puesto de trabajo, el alumno debe identificarse con su login y password, creado específicamente para el examen (no es el habitual y le será suministrado por el profesor).

No repudio: El sistema debe garantizar que un examen dado, si existe en el sistema, es porque ha sido cumplimentado por el alumno no permitiendo la posibilidad de que éste niegue haber asistido al examen.

Entrega del examen: Estas pruebas tienen carácter de examen final, con todas las implicaciones legales que ello conlleva. Según estas disposiciones legales, el alumno una vez presentado al examen, está obligado a hacer entrega de éste y le correrá convocatoria. El sistema guarda información relativa al comienzo del examen para controlar aquéllos que por causas "fortuitas" no hallan sido entregados. El análisis de esas causas corresponde a al equipo docente que podría forzar al alumno a repetir el examen.

La duración del examen es controlada por el sistema y, tras varios avisos cercanos a la finalización del tiempo, es recogido de forma automática y cerrada la sesión.

Acceso a otras fuentes de información: Para la realización del examen puede resultar interesante, desde el punto de vista docente, solicitar al alumno que acceda a otras fuentes de información en Internet. Esto es también un agujero de seguridad, ya que con facilidad se podría acceder a destinos no deseados y de muy difícil control (por ejemplo, los alumnos que estén realizando el examen podrían conectarse a chats externos e intercambiar información entre ellos o con otras personas ajenas).

Las salas destinadas a exámenes están equipadas con dispositivos "firewall" que filtran todas las conexiones permitiendo únicamente el acceso al servidor Web de AulaNet desde el que se descarga el examen. El hardware de los equipos alumnos se limita para impedir introducir disquetes o CD-ROMs.

Sin necesidad de sacrificar la opción de obtención de información de otras fuentes externas, se opta por replicar esa información en un área controlada del sistema.

Acceso desde ordenadores fuera de las salas: La conexión al servidor, que sigue funcionando para alumnos y profesores ofreciendo las funciones habituales durante la realización del examen, imposibilita aislarlo del resto del mundo. Por ello el subsistema de exámenes debe controlar las direcciones de las máquinas desde las que se están realizando. Estos datos de direcciones forman parte de la parametrización de cada convocatoria.

Uso de la red para intercambio de información: La disposición de las salas, en las que todos los ordenadores instalados están conectados en una red de área local, hace que sea posible el intercambio de información entre ellos. A pesar de que el sistema se ha diseñado para impedir que se esté realizando el mismo modelo de examen dentro de la misma sala, a los equipos empleados para la realización de éste se les aplican restricciones de forma que sólo se pueden ejecutar los programas necesarios para el desarrollo del examen y se les elimina toda posibilidad de conexión a red que no sea el navegador Web.

Disponibilidad de salas y horarios: Se han habilitado varias salas ubicadas en los campus con más alumnado de AulaNet para aumentar la disponibilidad de aulas de examen. Dada la dispersión geográfica de la Universidad de Oviedo, con centros distribuidos en varios campus, esta fórmula permite obtener un punto de compromiso entre la disponibilidad ideal y las restricciones impuestas por la seguridad.

La diversidad del alumnado que estudia a través de AulaNet, de diversas titulaciones y planes de estudios, con distintos programas de examen tradicionales, coincidentes además en las mismas fechas, haría totalmente imposible planificar una sola convocatoria de examen. La disponibilidad de horarios también debe ser amplia y permitir al alumno escoger y asegurar su día y hora de examen.

De esta forma, el alumno debe solicitar en las semanas previas al examen una sala, fecha y hora que le vayan bien pudiendo sugerir sus preferencias. En las semanas anteriores queda a disposición de los alumnos en el Web de la asignatura la programación de los turnos de examen.

Vigilancia física: Durante la realización del examen, con el fin de facilitar la movilidad del profesorado encargado de vigilarlo, las salas están controladas por una cámara on-line que permite a los profesores vigilar de forma remota los movimientos de los alumnos. Este diseño hace posible que una sola persona pueda controlar varias salas complementando la seguridad del sistema informático.

Consultas durante el examen: Durante la realización del examen, los alumnos tienen a su disposición un canal de chat abierto que les permite comunicarse con los profesores para las dudas que les puedan ir surgiendo en el transcurso de la prueba. Este canal público, en el que las preguntas y respuestas les aparecen a todos (de la misma forma que en un examen tradicional un profesor aclara de viva voz cuestiones de interés general), se limita para impedir que haya comunicaciones privadas entre ellos fuera del control del profesorado.

Tipos de preguntas: El sistema desarrollado para AulaNet soporta en la actualidad cuatro tipos de preguntas, si bien ha sido diseñado para poder alojar nuevos tipos con facilidad.

• Preguntas de tipo test con corrección y calificación automática.
• Preguntas de tipo test con justificación de respuesta en formato texto. En este caso la corrección es semiautomática, permitiendo filtrar la corrección en exámenes masivos.
• Preguntas para responder con ayuda de programas externos, que necesiten un fichero inicial en el que se devuelve la respuesta.
• Preguntas genéricas para justificar respuesta en formato texto.

Mecánica del examen: Desde el punto de vista de los alumnos, realizar un examen de estas características conlleva una serie de pasos:

• En las semanas anteriores deben enviar una solicitud de fecha, hora y lugar para la realización del examen a través de la página Web de la asignatura. El alumno puede sugerir sus preferencias.
• Una semana antes del examen se publica en el Web la lista definitiva de alumnos, turnos y salas de examen.
• Llegada la fecha y hora del examen el alumno se presentará a la sala que se le haya asignado provisto de DNI y recibirá la información necesaria para cumplimentar el examen.
• Pasada la semana dedicada a exámenes, se inicia el periodo de corrección, transcurrido el cual aparecerá en el Web de la asignatura, en la zona privada de cada alumno, el examen corregido. Desde ahí, si el alumno no está conforme, puede solicitar una revisión del examen.
• Durante el periodo de revisión alumno y profesor se comunican con las utilidades de tutoría, por video conferencia o correo electrónico.
• Finalizado este periodo, se realiza la evaluación final por parte del profesorado y sus notas pasan a actas.

Los pasos a realizar por el profesor son los siguientes:

• Definición en el sistema de la convocatoria, introduciendo los parámetros que crean cada examen: convocatoria, periodo de realización, etc.
• Apertura del plazo para la recepción de solicitudes de examen.
• Finalizado el plazo de recepción de solicitudes, elaboración de la programación de alumnos, aulas y fechas.
• Durante el periodo de realización de exámenes, control de asistencia de alumnos y vigilancia.
• Corrección de los exámenes.
• Revisión.

Formato del examen de Análisis de Datos Económicos: El examen para la asignatura piloto, ADE, tiene una duración de dos horas y está compuesto de tres bloques:

• Un bloque de 30 preguntas de test, con corrección automática.
• Otro bloque de varias preguntas de test a justificar.
• Finalmente un bloque compuesto por varias preguntas prácticas a resolver empleando el programa ADE+. El alumno descarga un fichero para cada pregunta que contiene el planteamiento y los datos necesarios y tras resolverlo (en el mismo fichero), éste se envía al servidor y queda almacenado junto con el resto del examen.

El aula virtual permite el acceso a tres tipos de usuarios distintos: administradores, profesores y alumnos. Cada uno de ellos tiene distintas funciones dentro del sistema, que aparecen ilustradas en la siguiente figura.

El interfaz para los usuarios debe tener un diseño adecuado que facilite el aprendizaje y sea fácil de utilizar. Aspectos a tener en cuenta en este tipo de interfaces son:

• Diseño gráfico agradable
• Uso de fuentes de fácil lectura
• Colores poco estridentes
• Ordenación de contenidos según varios criterios
• Acceso fácil y rápido a los servicios

En definitiva, se trata de fomentar el uso de la interactividad para llamar la atención sobre conceptos importantes y evitar un posible aburrimiento.

Estos requisitos de interfaz junto con la necesidad de acceso desde Internet invitan, lógicamente, a la utilización de páginas web. Así, en AulaNet, cada tipo de usuario accede a través de un web personalizado en función de las actividades que debe desarrollar. Cada uno de los webs están separados para aumentar el grado de seguridad y la independencia entre ellos.

El interfaz web es similar para todos los usuarios. Para su implementación se utilizan las tecnologías habituales de Internet, paginas web estáticas (HTML) y dinámicas (DHTML), lenguajes de scripts para aumentar funcionalidad (JavaScript), aplicaciones incrustadas en las paginas web (Java y ActiveX), etc.

Para acceder al Aula Virtual el alumno debe autentificarse en el sistema suministrando su login y password. La verificación de la validez de los datos se hace por comparación con los existentes en la Base de Datos del sistema.

Un punto débil en este esquema de seguridad es la transmisión de esos datos a través de un medio no seguro como es la red Internet. Personas mal intencionadas podrían disponer equipos especiales conectados a la red con la finalidad de capturar el trafico existente y con un análisis posterior recuperar información vital. Con el objetivo de evitar el problema, esta transferencia de información se realiza de forma encriptada, para lo cual el servidor web y el navegador emplean el protocolo de encriptación SSL que, básicamente, consiste en determinar una clave de sesión con la que se encripta el contenido a transferir entre ambos.

Una vez la información llega al servidor de forma segura, si el usuario existe y está activo, el sistema le autorizará el paso.

Tiene especial importancia dentro del programa docente la Lección Virtual, presentada en dos formatos distintos: uno con audio y vídeo y otro más reducido con sólo audio (más apto para situaciones de escaso ancho de banda). En ambos casos la lección virtual consiste en una presentación de diapositivas sincronizada con vídeo o audio según la opción escogida.

Para lograr esta presentación multimedia, se emplea la tecnología Web habitual en combinación con un sistema de transmisión de vídeo y audio por red.

Técnicamente hablando, la lección virtual consiste en una corriente de audio y vídeo que el alumno recibe en su navegador sincronizado con el paso de diapositivas animadas. Audio y video presentan al profesor explicando los contenidos y apoyándose en las diapositivas para clarificar conceptos.

Para restringir el acceso a las lecciones de la forma descrita, se guarda en el sistema información relativa a las lecciones ya tratadas por cada alumno. Esta se emplea para generar dinámicamente y de forma particular a cada uno, un árbol de enlaces web, de forma que solo se ofrecerán los puntos ya visitados y los que, desde donde se encuentre, le estén permitidos.

Transmitir vídeo por la red tiene complicaciones tecnológicas importantes derivadas de la necesidad devoradora de ancho de banda que demanda una transmisión de calidad. Como quiera que sea, hoy por hoy, Internet no da ese ancho de banda, y para empeorar aún mas las cosas es fluctuante. La solución pasa por comprimir el vídeo con algoritmos (codecs) más o menos perfectos que estrechan la banda necesaria pero reducen la calidad de imagen y sonido.

Lógicamente a menos ancho de banda se obtiene menos calidad, por lo cual en las condiciones actuales de la red muchos contenidos (gráficos sobre todo) perderían tanta calidad que se harían ilegibles si se transmiten como vídeo.

Para resumir los recursos necesarios:

• Para la presentación de los interfaces de usuario y contenidos docentes un servidor Web.
• Para el almacenamiento de los contenidos docentes y expedientes de los alumnos una base de datos.
• Para la transmisión de vídeos de "lecciones virtuales" y conferencias un sistema de transmisión de vídeo.
• Para la gestión de las tutorías por correo y demás mensajería un servidor de correo electrónico.
• Para los grupos de debate un servidor de news y/o chat.
• Para las tutorías por vídeo-conferencia, programa para conferencias entre iguales y servidor para localización de profesores.
• Para los usuarios un navegador web.

Dada la naturaleza de AulaNet, la mayoría de los aspectos tecnológicos descansan sobre la disponibilidad de la red Internet. Todo contacto de los usuarios (alumno, profesor o administrador) con las asignaturas y sus contenidos es mantenido siempre desde ella, rasgo que obliga a adaptar contenidos, métodos y aplicaciones a la naturaleza y velocidad disponibles en el medio, teniendo en cuenta la escasez y variabilidad del ancho de banda.

Al dejar libre acceso desde Internet, no todos los usuarios tendrán disponible el mismo ancho de banda. Así, los que posean un modem telefónico y accedan desde sus casas contarán con un acceso de 28.8 a 56 Kbps, los usuarios domésticos más privilegiados dispondrán de modems de cable con unos 128 Kbps y los que accedan desde el entorno de las universidades podrían disponer de 200, 300 o más Kbps. Esta diversidad de velocidades de acceso y la no siempre disponibilidad de los anchos de banda estipulados añaden complejidad al proyecto.

Los aspectos técnicos más destacables a los que se tiene que hacer frente en AulaNet, ordenados por necesidad de red, son la lección virtual, las conferencias en directo, tutorias on-line y la presentación en web del contenido teórico y la evolución del alumno, además de otros ya más tratados en el mundo de la red, como el chat, correo y news.

En el caso de la lección virtual, vídeo de unos 12 a 15 minutos de duración, sincronizado con diapositivas animadas. El usuario accede a la presentación desde la red a través de la aplicación web, pero no es necesaria la descarga previa del vídeo, sino que es mostrado según se va recibiendo (streaming, o corriente de vídeo).

La asistencia a conferencias en directo, permite a los alumnos seguir desde localidades remotas clases y ponencias impartidas por profesores e invitados. Además de la demanda de ancho de banda, surge la necesidad del tratamiento en tiempo real de la señal de vídeo, que debe ser comprimida para adaptarla a la velocidad de la red y transmitirla inmediatamente.

Siendo la red el cordón umbilical entre los usuarios y el sistema AulaNet y la transmisión de vídeo el aspecto que más la castiga, merece la pena profundizar un poco más en este tipo de transmisión.

Interesa que el alumno pueda visualizar los vídeos sin necesidad de descargarlos de la red, es decir conectándose a un servidor e iniciando una sesión en la que podría ver un vídeo, escuchar una charla o música, sin necesidad de descargar previamente el fichero completo a su disco duro. Es además muy interesante, que el alumno tenga control sobre el flujo que le está llegando: retroceder, adelantar, repetir partes interesantes o mal entendidas, etc. El primer objetivo puede ser cumplido usando simplemente un servidor web y un navegador que incorpore el plug-in adecuado. Para el segundo se necesita un sistema especializado para la transmisión por Internet.

Estos sistemas están compuestos por:

• Un servidor especializado, normalmente en una máquina dedicada y en un segmento de red sin carga adicional.
• Un codificador encargado de capturar la señal de vídeo y comprimirla.
• Un servidor web, como directorio para la localización de los contenidos en el servidor.
• Reproductor en los clientes para visualizar contenidos trabajando en conjunción con el servidor.
• Un conjunto de herramientas dedicadas a la elaboración de contenidos.

Un sistema multimedia de transmisión en tiempo real típicamente incluirá al menos dos ordenadores, uno equipado con tarjeta de captura de video, una cámara y/o un micrófono y una audiencia viendo el contenido en sus PC’s.

El autor del contenido filma usando una cámara de vídeo estándar. La tarjeta de captura digitaliza la señal de vídeo y el codificador (Encoder) comprime la señal digital y la almacena en un fichero para ser procesada más tarde o transmitida directamente por un stream en broadcast.

El fichero o secuencia en directo es transmitido por la red local a un ordenador con software servidor instalado (también es posible usar un solo ordenador con potencia suficiente para las dos tareas, codificar y servir). Los datos digitalizados son entonces accedidos, en directo o bajo demanda al haber sido almacenados por múltiples usuarios finales equipados con el software cliente adecuado.

Hay varios modos de clasificar la distribución de vídeo: según el momento en el que se produce el contenido y según la forma de conexión de los clientes al servidor.

Atendiendo al primer criterio, ésta puede ser vídeo en directo o vídeo bajo demanda, mientras el segundo criterio permite distinguir Transmisión Unicast de Transmisión Multicast.

El vídeo bajo demanda, como es de esperar, permite a los usuarios acceder a contenidos ya grabados en el momento que ellos lo deseen. Este modo permite, según el tipo de transmisión, la posibilidad de control sobre la misma pudiendo pausar, rebobinar o avanzar como si de un vídeo se tratase.

En el caso del video en directo se hace que el flujo de vídeo llegue al cliente en el mismo momento en el que se produce la acción (salvo los retardos de compresión y de envío por la red) pero no permite una posible interacción del usuario, que no puede avanzar ni retroceder.

El modo de transmisión Unicast, se caracteriza porque para cada cliente conectado al servidor se establece un canal único de comunicación entre ambos, que consume parte del ancho de banda disponible. Esta conexión independiente permite la interacción del usuario.

El modo Multicast, por el contrario, permite la conexión simultanea de muchos usuarios al mismo contenido ocupando todos ellos el ancho de banda correspondiente a una sola transmisión Unicast. Es muy útil para enviar contenidos a una audiencia amplia consumiendo pocos recursos de red, y tiene como desventaja el que los espectadores asisten pasivos a la transmisión, ya que sólo pueden ver o desconectarse, pero pierden la capacidad de control sobre la corriente de vídeo.

De la combinación de estos cuatro conceptos se obtienen varios modos finales de emisión:

• Unicast bajo demanda: Cada cliente tiene un canal propio y por él se envía una copia del contenido que haya solicitado dando independencia a cada usuario, pero consumiendo ancho de banda.
• Unicast en directo: Cada cliente consume un trozo del ancho de banda pero no se permite la interacción ya que el directo lo impide. Este modo sólo tiene sentido para simular el multicast en aquellas redes (o segmentos de red) que no tengan esa capacidad.
• Multicast en directo: Todos los clientes atendiendo a esa transmisión reciben el mismo contenido a la vez y sólo se consume el ancho de banda correspondiente a un solo cliente. El multicast impide la interacción del usuario.
• Multicast bajo demanda: Sólo tiene sentido para el primer cliente que acceda al servidor, ya que éste solicita el contenido que desea y los que vayan detrás asisten pasivos a la emisión. Es muy poco usado.

Dada la libertad de acceso del alumnado, el vídeo debe ser presentado bajo demanda y unicast, única forma si además se quiere ofrecer la posibilidad de moverse en la presentación, avanzando, rebobinando, etc. Esta forma de emisión dedica una parte del ancho de banda disponible para cada conexión/usuario. Una acumulación de usuarios de esta naturaleza podría agotar rápidamente el siempre escaso ancho de banda disponible a la salida del servidor.

Las necesidades de acceso para la conferencia son distintas del caso anterior. Con vídeo bajo demanda (y unicast), cada usuario recibía su propia copia, para permitir el acceso asíncrono de los usuarios. Las transmisiones en directo no permiten interacción; el cliente es pasivo y tan sólo se "engancha" a la transmisión o se desconecta.

Esta modalidad de distribución permite hacer transmisiones multicast, de modo que varios (muchos) usuarios emplean el ancho de banda que necesitaría uno solo, lo que reduce la carga de la red si ésta está constituida por routers con capacidad multicast. En su defecto, se puede simular el multicast con varias conexiones unicast.

Otra diferencia con el vídeo bajo demanda, es la necesidad de compresión/codificación en tiempo real del audio y el vídeo. Para llevar a cabo esta tarea, siempre es aconsejable emplear un máquina potente, separada del servidor de vídeo, pero interconectados. Así, el servidor se sigue encargando de la distribución, y el codificador (encoder) comprime la señal con dedicación exclusiva, máxime si se codifica en "multi bit rate" (se verá más adelante).

De sobra es sabido el gran ancho de banda necesario para la transmisión de vídeo y voz, sea cual sea el medio. Este requerimiento hace que sea muy problemático en Internet. La solución pasa por sacrificar calidad usando técnicas de compresión, cada vez más sofisticadas, para el audio y vídeo (codecs) de las que existe una gran variedad. La elección de los codecs más adecuados depende de la naturaleza de las imágenes y sonido a transmitir (presentación por locutor, películas de acción, música, solo voz, etc) y del ancho de banda al que vayan destinadas.

Las previsiones actuales para AulaNet son de 500 alumnos matriculados. Si de ellos, 300 decidiesen a la vez seguir un vídeo bajo demanda y tuviesen un acceso a 300 Kbps (excelente y poco probable para todos) se demandaría de la máquina servidora aproximadamente 90 Mbps. El servidor debe estar conectado directamente a un concentrador ATM (155 Mbps) o a una boca de un switch Fast-Ethernet (100Mbps) en un dominio de colisión para él solo.

Para paliar la diversidad de velocidades de conexión de los usuarios, sin que la codificación para la conexión más pobre (56 Kbps, muy baja calidad de vídeo) suponga limitación para el que tiene buen ancho de banda (300 Kbps), ni tampoco a la inversa, se emplean técnicas "multi bit rate streaming" consistentes en guardar en un mismo fichero el vídeo y el audio codificados para varios anchos de banda (bit-rate). De esta forma, cliente y servidor, al efectuarse la conexión, evalúan el ancho de banda disponible y escogen la velocidad más adecuada.

Con este sistema, si durante la transmisión variase la calidad de la red, ambos serían capaces de conmutar al bit-rate más adecuado de forma transparente. En el peor de los casos, si la velocidad cae por debajo de 47 Kpbs durante un tiempo largo (tiempo de buffering), la imagen quedaría congelada pero aún se dispondría del audio, que también se perdería si finalmente la velocidad cayese por debajo de 10Kbps.

En el caso de AulaNet, se están guardando los contenidos codificando el vídeo a 37, 100 y 300 Kbps y el audio a 10 Kbps . Al ser el audio común para todos las corrientes de vídeo las velocidades finales necesarias para poder visionar un vídeo serán 47, 110 y 310 Kbps. Con estas compresiones se consigue que tanto usuarios domésticos con modem telefónico convencional de 56 Kbps, como los que disponen de modem de cable de hasta 128 Kbps y los que se conectan desde la red interna de la universidad consigan acceder a los contenidos según su disponibilidad de red.

Otra forma de administrar mejor el ancho de banda consiste en la replicación de servidores. Teniendo en cuenta que pueden cursar estudios en AulaNet alumnos de las universidades del grupo G7, todas ellas conectadas por RedIris, no es lógico, ni tampoco fiable, hacer que todos los alumnos accedan (a través de RedIris) a un único servidor de vídeo. Lo más recomendable es ubicar en cada una de las 7 universidades una replica del servidor. Esto descongestionará la red y los servidores, evitará los riesgos derivados de la centralización y aumentará la disponibilidad y fiabilidad de todo el sistema. No es necesaria, desde el punto de vista del ancho de banda, la replicación del servidor web que da acceso a los contenidos y gestiona la información docente. Desde él, se puede dirigir los navegadores de los alumnos a los servidores más adecuados teniendo en cuenta su localización, manteniendo centralizado el control docente.

Las tutorias on-line consisten en contactar con un profesor en directo, en una conexión uno a uno, para resolver dudas. La naturaleza del problema es totalmente distinta de las anteriores; en el caso anterior la comunicación era totalmente asimétrica, un emisor y uno/muchos receptores que no enviaban nada de vuelta. En este caso el esquema cliente/servidor visto no se puede aplicar pues se trata de una comunicación entre iguales.

Las necesidades de red para este servicio no son excesivas, dado que el número máximo de conexiones de este tipo será igual al de profesores disponibles para atender las cuestiones, no muy elevado (máximo 20). Este tipo de servicio es accesible a cualquier usuario con un modem de 28.8 Kbps (si dispone de cámara y micrófono). Por tanto, la carga máxima en ancho de banda para la red será de 600Kbps. Teniendo en cuenta que este servicio no está centralizado, tampoco serán cuello de botella las máquinas implicadas.

Lo primero y fundamental a la hora de realizar grabaciones de vídeo es contar con los medios técnicos adecuados si se quiere obtener un producto de cierta calidad. Es muy importante disponer de un local acondicionado acústicamente y en condiciones lumínicas satisfactorias, además de contar con electrónica adecuada: micrófonos de cierta calidad, cámara de vídeo y mesa de mezclas para audio.

En una primera fase, los vídeos se graban en un plató ubicado en el Servicio de Medios Audiovisuales de la Universidad de Oviedo. Las presentaciones se graban en vídeo mezclando imágenes del profesor con transparencias animadas elaboradas en PowerPoint lo que exige mucho trabajo y tiempo de montaje. Posteriormente, los vídeos así grabados se digitalizan y comprimen para los anchos de banda referidos.

El inconveniente de este método es que la perdida de calidad, inevitable por la compresión (lo que se traduce en menos frames por segundo y en reducir el tamaño de la imagen), afecta gravemente sobre todo a la imagen (no tanto al sonido). Las transparencias ya referidas pierden nitidez y se llegan a hacer completamente ilegibles. En cuanto a repercusiones para fines docentes, la perdida de calidad de imagen cuando sólo se ve un locutor hablando no sería muy grave, siempre y cuando no se pierda el sonido, pero en cambio sí sería importante la perdida en las transparencias de contenidos.

Es fundamental por tanto preservar la calidad de las diapositivas y el sonido frente al vídeo del profesor/presentador. En la actualidad los vídeos se graban a través de ordenador empleando para ello parte de las herramientas para elaboración de contenidos que acompañan al software del sistema de transmisión y el ya mencionado PowerPoint.

Para ello, se disponen la cámara y el micrófono en conexión con un ordenador dedicado a la digitalización del video (con ayuda de una tarjeta de captura) y a la vez se ejecuta el pase de diapositivas. El profesor va realizando la presentación ante la cámara apoyándose en las transparencias y el software de captura va grabando las diapositivas por un lado y el vídeo por otro, tomando buena nota de las relaciones temporales entre ambos. Al grabarse las transparencias por separado en forma de páginas web, la calidad de éstas no se ve afectada por la perdida que supone la posterior compresión del vídeo.

A la hora de la reproducción, la pantalla del ordenador se divide en dos zonas. La más pequeña se destina a la imagen del profesor hablando, y la mayor de ellas se emplea para desplegar la transparencia al máximo tamaño posible y sin pérdida de calidad. El avance de las transparencias y animaciones es dirigido desde el flujo de video en cuya línea de tiempos se habrán insertado los eventos generados por el profesor al presentar con PowerPoint. El contenido gráfico de éstas es obtenido desde el servidor web mientras que el vídeo viene desde el servidor dedicado a tal fin.

Esta forma de presentación preserva la calidad de los elementos importantes a la vez que independiza el avance de las diapositivas de las fluctuaciones de la red (en un cierto margen). Si la velocidad de la red bajase, lo primero que se perdería sería calidad del vídeo, pero se mantendrían en cambio el audio y el sincronismo.

Por información docente del aula virtual entendemos todos aquellos datos que se generan según los alumnos van avanzando por la asignatura y aquellos otros que se emplean para generar dinámicamente información que se le presenta al alumnos. En definitiva, sería toda aquella información que se almacena en una base de datos, lo que permite su consulta posteriormente.

El aula virtual es una aplicación cliente-servidor con tres capas bien diferenciadas.

• En la capa más superficial están los interfaces de usuario, que son las páginas web que permiten comunicar al usuario con el sistema.
• En la capa intermedia se encuentra el servidor web, que hace de puente entre ambas capas, es decir, permite que los usuarios del sistema almacenen datos y los consulten mediante páginas ASP.
• En la capa más profunda esta la base de datos, que almacena toda la información que los usuarios del sistema generan.

Hay que diferenciar muy bien qué información del aula virtual es estática y cual es dinámica. La información dinámica es la que se almacenará y consultará desde la base de datos. Así pues, los apuntes on-line, los vídeos, los ejercicios, etc. son información que, a menos que contenga errores, no será modificada durante el curso de la asignatura, por lo tanto será servida como páginas html normales que se almacenan en el servidor web.

Sin embargo, la información referente a ejercicios realizados, tutorías, autoevaluaciones, exámenes, test, control de acceso, evolución del alumno, etc. es información que se genera, se modifica o bien se emplea para generar informes. Las páginas web que las visualicen se crean de forma dinámica consultando de la BD y ejecutándose en el servidor (páginas ASP).

La información que compone el expediente académico del alumno, se recoge de dos formas: manual y automática. La información automática, gracias al uso marcadores, nos permite ver qué contenidos ha visualizado el alumno y así poder generar la página de enlaces que le dará acceso hasta donde le corresponda. Los marcadores, además, permiten medir el grado de interacción con el sistema y la constancia. Estos marcadores se implementan en la forma de enlaces a páginas ASP que registran en la BD las zonas web vistas junto con la fecha y hora. También se registran de forma automática los resultados de las autoevaluaciones.

La otra forma de generar información de los alumnos es manual. Son los profesores quienes introducen de forma explicita dicha información, resultado de la corrección de ejercicios, de los exámenes y la valoración de las tutorías.

Durante el análisis y diseño del sistema del aula virtual se ha hecho especial énfasis en la base de datos y el rendimiento que de ésta se pueda obtener. Por este motivo se utilizan técnicas que aumentan la velocidad de respuesta de la BD, además de la portabilidad y seguridad:

• Procedimientos almacenados, que ejecutan tareas fundamentales, asegurando la integridad de la base de datos según las "reglas de negocio" de AulaNet. Con el empleo de éstos se consigue además que el rendimiento del servidor aumente, ya que las consultas se realizan en la propia BD, devolviendo únicamente el resultado de la consulta.
• Triggers, que nos permiten mantener a salvo la consistencia de la BD ejecutándose automáticamente cuando se dan situaciones de potencial inconsistencia (a modo de alarmas).
• Las Transacciones permiten ejecutar operaciones complejas como si de una operación atómica se tratase. En el caso de que surgiese alguna complicación durante la ejecución y ésta tuviese que ser abortada, el dejar a medias un proceso podría llevar la BD a un estado inconsistente. Las transacciones garantizan que la secuencia de operaciones básicas de las que están compuestas se ejecutan todas o ninguna.

La seguridad es un aspecto muy importante a tener en cuenta en toda aplicación y mucho más en las que -como la nuestra- dan acceso a diversos tipos de usuarios.

Los usuarios que acceden al aula virtual lo hacen a través de un web distinto (situado o no en el mismo servidor), lo que permite aumentar la seguridad debido a que cada usuario sólo conoce la dirección web de acceso a su parte del sistema.

El acceso se realiza mediante el uso de un "login" o nombre de usuario y la "password" o clave. El problema se plantea cuando el usuario tiene que enviar la clave a través de Internet, ya que podría ser "escuchado" por otro, con los posibles problemas que ello acarrearía para el sistema.

La solución que adoptamos es usar un "servidor web seguro". En las comunicaciones entre los navegadores y el servidor se emplea el protocolo SSL (Secure Socket Layer) que se basa en el uso de certificados y cifrado de la información. Un certificado no es más que una identificación que permite verificar que una máquina o usuario es quien dice ser. Los certificados se distribuyen por Autoridades Certificadoras (en este caso la propia Universidad de Oviedo dispone de un servidor de emisión de certificados).

Para establecer una comunicación segura entre un cliente y un servidor, previamente ambos deben obtener de la CA los certificados adecuados. Para el caso del servidor, el certificado que se le otorga tiene una duración de un año, mientras que para los clientes la duración puede ser variable.

Cuando un cliente solicita una conexión con el servidor web seguro para acceder al sistema, lo primero que hacen es intercambiar los certificados para comprobar que ambas partes son quienes dicen ser. El siguiente paso es negociar qué tipo de algoritmos se utilizarán y una clave (clave de sesión para dicho cifrado y distinta en cada conexión) para cifrar la información. Una vez acabada la negociación, ambas partes conocen el algoritmo y la clave que utilizarán para cifrar el flujo de información que se intercambian. A partir de entonces todo el tráfico entre ellos viaja encriptado, lo que impide que programas dedicados a la escucha del tráfico de la red puedan "husmear" el contenido. De este modo el usuario ya puede enviar su "login" y "password" con seguridad.

El siguiente paso es comprobar que dicho cliente es un usuario del sistema AulaNet contrastando el "login" y la clave contra la base de datos. Si pertenece, recibe autorización de acceso y si no figura en dicha base de datos se le deniega el acceso.

El aula virtual no sólo consta de un desarrollo software, sino que es importante planificar la disposición y el dimensionamiento de los servidores y demás hardware que dan soporte a los servicios que se pretenden dar.

El eje central del aula virtual es el servidor web, el encargado de centralizar los servicios que se ofrecen y por tanto las conexiones con otros servidores, que en el caso de nuestro diseño son: el servidor de vídeo, el servidor de bases de datos y los servidores de correo y localización de profesores.

Los servidores web y de bases de datos podrían estar sobre la misma máquina, aunque es recomendable que estén en máquinas separadas para aumentar el rendimiento y la fiabilidad ante caídas de los servidores. Lo mismo ocurre con el servidor de vídeo y el encoder.

Los servidores de correo, news, localización de usuarios para "Netmeeting" u otros, podrían estar sobre la misma máquina que el servidor web o bien en una separada pero no es previsible que consuman muchos recursos. Estas máquinas están situadas en una red local a 100 Mbps dentro de la red de la Universidad de Oviedo.

Un caso especial son los servidores de vídeo. Debido al gran ancho de banda que necesitan, se replicarían dichos servidores en aquellas universidades en las cuales el ancho de banda de la conexión con la Universidad de Oviedo no fuera suficiente (y el presupuesto lo permita).

En cuanto a las características que deben de tener las máquinas que soportan los servidores destacan las siguientes:

• Tarjetas de red que soporten la velocidad de la red local a 100 Mbps
• Procesadores potentes de ultima generación para soportar un intenso tráfico de peticiones, incluso máquinas con varios procesadores.
• Gran cantidad de memoria RAM para procesar con rapidez las peticiones.
• Discos duros de gran capacidad y sobre todo rapidez, es decir, discos SCSI.

En el caso de que los contenidos del web, el tamaño de la base de datos o el número de vídeos creciera mucho, se pasaría a un diseño basado en la utilización de varias máquinas para cada servidor empleado. Esto nos permite escalar el sistema sin excesivos problemas.

Otro aspecto importante es la tolerancia a fallos ante caídas de los servidores; en este sentido se incluye la utilización de sistemas de alimentación ininterrumpida o SAIs (para las caídas de tensión eléctrica) y de discos espejos (discos que contienen los mismos datos que los discos originales y que entran en funcionamiento en caso de que se estropeen estos). Para el caso de que se averíe un servidor entero, cabría la posibilidad de replicar todo el servidor, aunque supone un gasto importante, por lo que inicialmente no se contempla en nuestro diseño.

Para salvaguardar los datos del sistema se recurre a la realización de copias de seguridad mediante sistemas de grabación de cintas de alta capacidad.

Como patrocinador del proyecto, Microsoft aporta gran parte de su tecnología para el desarrollo del aula virtual. La decisión de utilizar el software de Microsoft, se debe fundamentalmente a la gran calidad e integración proporciona.

Como sistema operativo de soporte para los servidores se utiliza Windows NT Server versión 4, aunque podemos adelantar que la versión definitiva correrá sobre el nuevo sistema Windows 2000 Server en cuanto esté a disposición.

En cuanto al servidor web, utilizamos el IIS versión 4 (Internet Information Server), que destaca por su versatilidad, facilidad de manejo y administración. La información que reside en el servidor web (contenidos didácticos y otros) está implementada mediante páginas web con HTML, DHTML, JavaScript, VBScript, ASP, Java, ActiveX, etc. En general las páginas web se utilizarán para integrar todas las tecnologías mencionadas con anterioridad y ofrecer los servicios que los usuarios del aula virtual necesiten.

El servidor de bases de datos se implementa sobre SQL Server versión 7. La comunicación entre el servidor web y el servidor de bases de datos se realizará utilizando páginas ASP.

En los servidores de vídeo se utiliza "Windows Media Technologies" versión 4, para la emisión en directo o bajo demanda de los vídeos. La comunicación entre el servidor web y el servidor de vídeo se implementa mediante páginas web interactivas.

Para la realización de las tutorías, tanto los alumnos como los profesores harán uso de la tecnología "NetMeeting" integrada en las páginas web del servidor. Será necesario un servidor de localización de usuarios o ILS (Internet Locator Server).

Los usuarios del sistema deberán utilizar como navegador "IE 5" o superior, puesto que puede ocurrir que alguno de los desarrollos no funcione con otro navegador. También deberán disponer de "Microsoft NetMeeting" para la realización de las videoconferencias y "Windows Media Player" para visualizar los contenidos multimedia.

Los usuarios del sistema deberán de cumplir unos requisitos mínimos en cuanto a hardware se refiere.

Para empezar deberán disponer de un ordenador y, si bien no se necesita que sea muy potente, se recomienda que sea superior a un Pentium 200 MMX, AMD o similar y 32 MB de RAM. Deberá contar con capacidades multimedia, es decir, tarjeta de sonido, altavoces, micrófono y en el caso de que se quiera realizar tutorías por videoconferencia, será necesaria una webcam (para puerto USB si es posible). Por supuesto, la conexión a Internet por módem telefónico, por módem de cable o a través de una red local, es imprescindible.

En cualquier caso, si el usuario no dispone de dichos requisitos para poder cursar la asignatura desde su domicilio, está previsto que la Universidad de Oviedo disponga de salas especialmente acondicionadas con todo el material necesario.

En cuanto a software se refiere, los usuarios deberán disponer de un sistema operativo Windows 95/98 o bien Windows NT. En ambos casos deben de actualizarse los sistemas con los últimos parches disponibles para evitar problemas.

A parte del sistema operativo, es necesario que el usuario tenga instalado en su sistema el siguiente software:

• El navegador "Microsoft Internet Explorer", recomendable en su versión 5. Este navegador nos permitirá acceder a todos los contenidos y servicios que nos ofrece el Aula Virtual.
• El visor de archivos multimedia "Microsoft Windows Media Player" que nos permitirá ver todo tipo de información multimedia, la lección virtual, vídeos diversos, conferencias en directo, etc.
• El software para la realización de tutorías on-line, es decir, para la videoconferencia, "Microsoft NetMeeting v3". Este software se podrá utilizar de forma directa o bien incrustado en las páginas web.
• Otros programas que permitan consultar el correo electrónico y las news. Se recomienda el uso de "Microsoft Outlook" por su compatibilidad con el resto de herramientas Microsoft.