Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra informatiky a výpočetní techniky. GPS framework na platformě Android

Za´padoˇceska´ univerzita v Plzni Fakulta aplikovanyćh vˇed Katedra informatiky a vy´poˇcetn´ı techniky

Bakal´ aˇ rsk´ a pr´ ace GPS framework na platformˇ e Android

Plzeˇ n 2014

Viktor Vaˇsina

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem bakaláˇrskou práci vypracoval samostatnˇe a v´ yhradnˇe s pouˇzit´ım citovan´ ych pramen˚ u. V Plzni dne 7. kvˇetna 2014 Viktor Vaˇsina

Abstract GPS framework on Android platform. This work analyzes possibility of determining location of mobile devices, especially for the Android platform. The work describes the locational methods and compares them. Further attention is paid to implementation of these methods on the Android platform. The final part summarizes procedures frequently used during implementation of applications using the position determining. Framework based on mentioned summary seeks to cover the frequently used actions to simplify the implementation of such applications. To better understand and verify functionality this part is finished by proposal and implementation of a sample application using the created framework.

Abstrakt Tato práce je anal´ yzou moˇznost´ı urˇcován´ı polohy mobiln´ıch zaˇr´ızen´ı, zejména pro platformu Android. Práce postupnˇe popisuje jednotlivé lokaˇcn´ı metody a srovnává je. Dále se zamˇeˇruje na realizaci tˇechto metod na platformˇe Android. V dalˇs´ı ˇcásti se jsou shrnuty postupy ˇcasto pouˇz´ıvané pˇri implementaci aplikac´ı vyuˇz´ıvaj´ıc´ıch urˇcován´ı polohy. Na základˇe zm´ınˇeného souhrnu je zároveˇ n popsán framework, kter´ y se snaˇz´ı ˇcasté u ´kony v sobˇe obsáhnout pro zjednoduˇsen´ı implementace podobn´ ych aplikac´ı. Pro lepˇs´ı pochopen´ı a ovˇeˇren´ı funkˇcnosti je tato ˇca´st zakonˇcena návrhem a implementac´ı ukázkové aplikace s vyuˇzit´ım vytvoˇreného frameworku.

2

Obsah ´ 1 Uvod

1

2 Reprezentace zpageemˇ episn´ e polohy 2.1 Zemˇepisná poloha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Kartografická projekce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 UTM projekce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2 3 3

3 Metody urˇ cov´ an´ı zemˇ episn´ e polohy 3.1 Triangulace . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Triangulace mobiln´ıho zaˇr´ızen´ı . 3.2 GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 A-GPS . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Dalˇs´ı satelitn´ı systémy . . . . . 3.3 Dalˇs´ı moˇznosti urˇcován´ı polohy . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

4 Vyuˇ zit´ı lokalizace mobiln´ıch zaˇ r´ızen´ı 5 V´ yvoj pro platformu Android 5.1 Lokalizace zaˇr´ızen´ı s OS Android 5.1.1 Google Play Services . . . 5.1.2 Kritéria . . . . . . . . . . 5.1.3 Tˇr´ıda LocationListener . .

5 5 5 13 14 14 14 16

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

17 17 18 18 19

6 Location Framework 6.1 Modely . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Vizualizace na mapˇe . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Integrace Google Maps Android API 6.2.2 Rozˇsiˇruj´ıc´ı API frameworku . . . . . 6.3 Knihovny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Komunikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Spojen´ı s aplikac´ı . . . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

23 23 24 25 26 27 28 28

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

OBSAH

6.5

OBSAH 6.4.2 Zp˚ usob pˇrenosu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 6.4.3 Formát pˇrenáˇsen´ ych dat . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Integrace frameworku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

7 Aplikace 7.1 Datov´ y model . . . . . . . . 7.2 Pouˇzit´ı frameworku . . . . . 7.3 Komunikace s frameworkem 7.4 Uˇzivatelská dokumentace . . 7.5 Instalace aplikace . . . . . . 7.6 Testován´ı . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

38 38 38 40 40 41 41

8 Server 8.1 Struktura serveru . . . . . . 8.1.1 Databáze . . . . . . 8.1.2 Instalace databáze . 8.1.3 Jádro serveru . . . . 8.1.4 Instalace a spuˇstˇen´ı .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

44 44 45 45 45 46

9 Z´ avˇ er

47

Seznam pouˇ zit´ ych zkratek

48

Zdroje

48

A Adres´ aˇ rov´ a struktura pr´ ace

52

4

´ 1 Uvod C´ılem této práce je seznámit ˇctenáˇre s moˇznostmi lokace mobiln´ıch zaˇr´ızen´ı a vyuˇzit´ım tˇechto technologi´ı v mobiln´ıch aplikac´ıch. V prvn´ı ˇca´sti práce popisuje, co je zemˇepisná poloha a jak je reprezentována v pˇr´ıstroj´ıch. Následnˇe jsou tyto lokalizaˇcn´ı metody popsány a porovnány. D´ıky nabyt´ ym znalostem z prvn´ı ˇca´sti je snazˇs´ı pochopit, jak jsou implementovány tyto technologie na platformˇe Android. Jelikoˇz v pr˚ ubˇehu práce byly nˇekteré tyto technologie, resp. jejich implementace, zmˇenˇeny, vˇenuje se práce okrajovˇe i v´ yvoji lokalizace pˇr´ıstroje pod touto platformou. Zároveˇ n práce postupnˇe procház´ı frameworkem a umoˇzn ˇuje snáze pochopit, které funkcionality se v aplikac´ıch ˇcasto pouˇz´ıvaj´ı ˇci jak je lze ˇreˇsit. Práce uvaˇzuje i potˇrebu sd´ılen´ı polohy a jin´ ych informac´ı skrze internetovou s´ıt’. Dalˇs´ı ˇca´st´ı je ukázková aplikace zaloˇzená na frameworku, která bude vyuˇz´ıvat moˇznosti urˇcován´ı polohy mobiln´ıch zaˇr´ızen´ı a sd´ılen´ı polohy pˇres webov´ y server. Po pˇreˇcten´ı práce ˇctenáˇr z´ıská pˇredstavu o principech urˇcován´ı polohy mobiln´ıch pˇr´ıstroj˚ u a vyuˇzit´ı tˇechto informac´ı. Práce popisuje, jak tato data sd´ılet s dalˇs´ımi mobiln´ımi zaˇr´ızen´ımi ˇci servery a jak jsou vˇsechny tyto funkce zastˇreˇseny operaˇcn´ım systémem Android.

1

2 Reprezentace zpageemˇepisné polohy Pro urˇcován´ı zemˇepisné polohy je nutné definovat podobu souˇradnic jednoznaˇcnˇe urˇcuj´ıc´ıch polohu bodu na planetˇe.

2.1

Zemˇ episn´ a poloha

Bˇeˇznˇe pouˇz´ıvan´ ym zp˚ usobem pro urˇcen´ı polohy na povrchu planety je vyuˇzit´ı zemˇepisné délky a ˇs´ıˇrky. Zemˇ episn´ a d´ elka je u ´hel, kter´ y sv´ırá rovina nultého poledn´ıku a poledn´ıku, kter´ y prot´ıná urˇcovan´ y bod. M˚ uˇze nab´ yvat hodnot od 0◦ do 180◦ . Smˇerem k v´ ychodu od nultého poledn´ıku se pouˇz´ıvá v´ yraz v´ ychodn´ı délka, smˇerem na západ od nultého poledn´ıku naopak západn´ı délka. Zemˇ episn´ aˇ s´ıˇ rka je u ´hel, kter´ y sv´ırá rovina rovn´ıku a pˇr´ımka procházej´ıc´ı urˇcovan´ ym bodem a stˇredem planety. Nab´ yvá hodnot od 0◦ do 90◦ . Od rovn´ıku smˇerem na sever se pouˇz´ıvá v´ yraz severn´ı ˇs´ıˇrka, smˇerem na jih jiˇzn´ı ˇs´ıˇrka. Tyto dva u ´daje urˇcuj´ı jednoznaˇcnou polohu na povrchu planety. Pro elektronickou reprezentaci jsou ovˇsem nepohodlné kv˚ uli atribut˚ um svˇetov´ ych stran. Proto se pro elektronickou reprezentaci liˇs´ı. Zemˇepisná délka nab´ yvá hodnot od −180◦ (západn´ı polokoule) do 180◦ (v´ ychodn´ı polokoule) a obdobnˇe zemˇepisná ˇs´ıˇrka nab´ yvá hodnot od −90◦ (jiˇzn´ı polokoule) do 90◦ (severn´ı polokoule). D´ıky tomu lze reprezentovat polohu jen pomoc´ı dvou hodnot. Tyto hodnoty ovˇsem mohou m´ıt v´ıce formát˚ u, pˇriˇcemˇz nejbˇeˇznˇejˇs´ı z nich jsou popsány v tabulce 2.1. Je jistˇe patrné, ˇze pro reprezentaci ve v´ ypoˇcetn´ıch technologi´ıch je nejvhodnˇejˇs´ı formát DDD a nadále bude vyuˇz´ıván právˇe tento. Protoˇze se pohybujeme v trojrozmˇerném (dále jen 3D) prostoru, chyb´ı jeˇstˇe jedna souˇradnice. Chybˇej´ıc´ı souˇradnic´ı je nadmoˇrská v´ yˇska, která je reprezentována kladnou hodnotou nad povrchem Zemˇe, resp. hladinou oceánu, a zápornˇe pod hladinou. 2

Reprezentace zpageemˇepisné polohy

Kartografická projekce

Tabulka 2.1: Nejznámˇejˇs´ı zp˚ usoby zápisu zemˇepisn´ ych souˇradnic. Zkratka Zápis Popis DMS 49◦ 300 3000 zápis stupˇ n˚ u, minut a sekund tak, jak jsme zvykl´ı DMM 49 30.5 minuty zapsány dekadicky DDD 49.508333 stupnˇe zapsány dekadicky Zkratky jsou odvozené z anglick´ ych slov pro stupnˇe (Degrees), minuty (Minutes) a sekundy (Seconds). [5]

2.2

Kartografick´ a projekce

Pokud známe polohu bodu, je ˇcasto vhodné ji uˇzivateli nˇejak znázornit. Pap´ırové mapy i obrazovky zaˇr´ızen´ı jsou ale ploché. Zde nastupuje nutnost projekce, tedy proces zobrazen´ı povrchu 3D tˇelesa na 2D plochu. Stejnˇe jako tenisov´ y m´ıˇcek nelze rozvinout do roviny bez deformac´ı, nelze takto rozvinout ani povrch geoidu (matematicky popsané tˇeleso, které nejv´ıce odpov´ıdá reálnému tvaru naˇs´ı planety) ˇci jiného zjednoduˇseného referenˇcn´ıho tˇelesa, jako je elipsoid nebo koule. Proto se postupem ˇcasu vyvinuly projekce, které pˇrevád´ı povrch takov´ ych referenˇcn´ıch tˇeles na povrchy tˇeles, které jiˇz jsou rozvinutelné do roviny, jako je napˇr. válec. Vˇzdy docház´ı k deformac´ım a ztrátˇe pˇresnosti, ale v závislosti na zvoleném zobrazen´ı se deformuj´ı v´ıce vzdálenosti nebo u ´hly v r˚ uzn´ ych ˇca´stech planety. Anal´ yza kartografick´ ych zobrazen´ı vˇsak nen´ı pˇredmˇetem této práce. Z tohoto d˚ uvodu bude nast´ınˇena pouze UTM projekce.

2.2.1

UTM projekce

Zkratka UTM vznikla z ang. Universal Transverse Mercator projection[4]. Mercatorova projekce patˇr´ı mezi válcová zobrazen´ı. Jej´ım základem je zobrazen´ı povrchu Zemˇe na válec, kter´ y je elipsoidu teˇcn´ y v m´ıstˇe rovn´ıku, a jeho osa je totoˇzná s osou planety. Z tohoto postupu vypl´ yvá, ˇze zobrazen´ı je nevhodné pro zobrazen´ı polárn´ıch oblast´ı. Pˇr´ıvlastek transverzáln´ı znamená, ˇze válec nen´ı teˇcn´ y v m´ıstˇe rovn´ıku, ale v m´ıstˇe zvoleného poledn´ıku. Gaussovo zobrazen´ı (Mercatorovo transverzáln´ı) se od UTM liˇs´ı jiˇz jen nˇekolika konstantami a typem referenˇcn´ıho elipsoidu UTM nen´ı pouze zobrazen´ı elipsoidu na válec. Je to s´ıt’ vzniklá zobrazen´ım ˇsedesáti zón po 6◦ zobrazen´ ych pomoc´ı transverzáln´ıho Mercatorova 3

Reprezentace zpageemˇepisné polohy

Kartografická projekce

zobrazen´ı. Takto byl systém vyvinut v roce 1947 armádou Spojen´ ych stát˚ u americk´ ych pro tvorbu vojensk´ ych map. Dnes UTM vyuˇz´ıvá mj. i spoleˇcnost Google pro tvorbu sv´ ych map. T´ım se toto zobrazen´ı t´ yká i této práce, protoˇze j´ım je dané omezen´ı souˇradnic. Podklady Google Map jsou d´ıky UTM omezeny, co se t´ yˇce zemˇepisné ˇs´ıˇrky, pˇribliˇznˇe od −85◦ do 85◦ [6]. Pouˇzit´ı UTM také osvˇetluje moˇzné odchylky v souˇradnic´ıch z´ıskan´ ych za pomoci jiného zobrazen´ı.

4

3 Metody urˇcován´ı zemˇepisné polohy Nyn´ı jiˇz máme moˇznost, jak popsat pozici na planetˇe, pokud zrovna drˇz´ıme v ruce mapu. Jak ale z´ıskat souˇradnice m´ısta, kde právˇe stoj´ıme? Za t´ımto u ´ˇcelem se bˇehem let vyvinulo nˇekolik strategi´ı, od primitivn´ıch, jako je znalost noˇcn´ı oblohy a roˇcn´ıho obdob´ı, po dokonalejˇs´ı, kterou je napˇr´ıklad GPS. Jelikoˇz jsou primitivn´ı strategie pro naˇsi práci nepouˇzitelné, nebudeme se jimi v˚ ubec zab´ yvat. Pro urˇcován´ı polohy se dnes pouˇz´ıvaj´ı zejména triangulace a satelitn´ı pozicován´ı a jejich dalˇs´ı deriváty.

3.1

Triangulace

Jak název napov´ıdá, metody zaloˇzené na triangulaci vyuˇz´ıvaj´ı matematick´ ych znalost´ı o troj´ uheln´ıc´ıch. Historicky se vyvinuly pravdˇepodobnˇe z d˚ uvodu, ˇze se v terénu lépe mˇeˇril u ´hel neˇz vzdálenost. Napˇr´ıklad vzdálenost c´ıle od hradeb ˇsla odvodit ze znalosti vzdálenosti dvou hradn´ıch vˇeˇz´ı a u ´hlem mezi hradbou a c´ılem, jak je znázornˇeno na obrázku 3.1. S takto zmˇeˇren´ ymi u ´hly z obou vˇeˇz´ı lze skrze vˇetu o velikosti souˇctu vnitˇrn´ıch u ´hl˚ u odvodit posledn´ı u ´hel. Znalost vˇsech tˇr´ı u ´hl˚ u a délky jedné strany troj´ uheln´ıku je na v´ ypoˇcet ostatn´ıch stran, popˇr´ıpadˇe v´ yˇsek troj´ uheln´ıku postaˇcuj´ıc´ı. A vzdálenost c´ıle od hradby je ve skuteˇcnosti jednou z v´ yˇsek troj´ uheln´ıku. Obdobné postupy lze aplikovat i dnes, pokud jsou známy zemˇepisné souˇradnice referenˇcn´ıch bod˚ u. Ve v´ yˇse zm´ınˇeném pˇr´ıkladu by tedy staˇcilo nav´ıc znát souˇradnice obou vˇeˇz´ı. Triangulace se proto pouˇz´ıvá i dnes napˇr´ıklad pˇri vytváˇren´ı map, kdy se vyuˇz´ıvaj´ı pevnˇe stanovené geodetické body. Dalˇs´ım vyuˇzit´ım je lokalizace mobiln´ıch zaˇr´ızen´ı.

3.1.1

Triangulace mobiln´ıho zaˇ r´ızen´ı

Mobiln´ı s´ıtˇe jsou zaloˇzeny na s´ıti vys´ılaˇc˚ u. Tyto vys´ılaˇce jsou pevná stanoviˇstˇe a operátoˇri znaj´ı jejich polohu. Vˇsechny vys´ılaˇce maj´ı svou unikátn´ı identifikaci (dále jen Cell ID) a tuto lze spárovat s polohou. Pokud je telefon v dosahu signálu, je pˇripojen na jeden z vys´ılaˇc˚ u, z kterého kromˇe dat z´ıskává i Cell ID. Telefon jakoˇzto pˇrij´ımaˇc je schopn´ y poskytnout i u ´daj o s´ıle signálu. Vys´ılaˇc vys´ılá do vˇsech smˇer˚ u nebo sektorovˇe, takˇze je-li zanedbána 5

Metody urˇcován´ı zemˇepisné polohy

Triangulace

q

da · db

(3.1)

v = tan α · da

(3.2)

v=

Obrázek 3.1: V´ ypoˇcet vzdálenosti c´ıle od hradeb. Vzorec 3.1 demonstruje vyuˇzit´ı Eukleidovy vˇety, vzorec 3.2 vyuˇzit´ı funkce tangens pro pravo´ uhl´ y troj´ uheln´ık.

6


Triangulace

nadmoˇrská v´ yˇska z´ıskáváme kruh, resp. kruhovou v´ yseˇc znaˇc´ıc´ı dosah signálu vys´ılaˇce.

3.1.1.a

GSM s´ıt’

GSM s´ıt’ (z fr. Global Spécial Mobile) se stala základn´ım kamenem v mobiln´ıch komunikac´ıch, d´ıky nˇemuˇz vznikly dneˇsn´ı modern´ı standardy. Je zaloˇzena na vys´ılaˇc´ıch (BTS) a mobiln´ıch telefonech (MT) jakoˇzto pˇrij´ımaˇc´ıch a dalˇs´ıch prvc´ıch. Pro naˇse u ´ˇcely je d˚ uleˇzité právˇe komunikace mezi MT a BTS. BTS jsou osazeny vys´ılaˇci s v´ıce frekvencemi, nav´ıc jsou tyto vys´ılaˇce zpravidla smˇerové (obr. 3.2), vˇsesmˇerové vys´ılaˇce jiˇz nejsou tak bˇeˇzné. Komunikace funguje obdobnˇe jako u vys´ılaˇcek. Na jedné frekvenci tedy m˚ uˇze ve stejn´ y okamˇzik vys´ılat pouze jeden pˇr´ıstroj. Takto by mohl vys´ılaˇc obsluhovat velmi málo MT, protoˇze frekvence nelze navyˇsovat libovolnˇe. V pˇr´ıpadˇe, ˇze by dvˇe sousedn´ı BTS vyuˇz´ıvaly stejnou frekvenc,i docházelo by k interferenci. Proto je v GSM pouˇzit jeˇstˇe ˇcasov´ y multiplex. T´ım, ˇze vys´ılaˇc rozdˇel´ı pˇr´ıjem signálu na ˇcasová okénka, tzv. time sloty (TS), m˚ uˇze na jedné frekvenci obsluhovat v´ıce MT. MT nahrává a následnˇe komprimuje náˇs hlas po u ´sec´ıch a odes´ılá komprimovanˇe na BTS v pˇridˇelen´ ych TS. BTS naslouchá v kaˇzdém TS právˇe jednomu MT a ostatn´ı ignoruje. Pˇri komunikace z BTS do MT je systém analogick´ y. Komunikace tedy nen´ı spojitá, ale funguje na principu ”kaˇzd´ y chvilku tahá pilku”. Protoˇze jsou TS tak krátké, hraje v pˇrenosu roli uˇz i vzdálenost mezi BTS a MT. MT tak mus´ı pˇri vˇetˇs´ı vzdálenosti vys´ılat data v pˇredstihu. Kv˚ uli tomu mus´ı BT a MT znát vzdálenost mezi sebou. Vzdálenost se v GSM urˇcuje pomoc´ı timing advance (TA). Tento parametr nab´ yvá hodnot od 0 aˇz do 63 a rozdˇeluje dosah vys´ılaˇce na pásma po 550 metrech. Vynásoben´ım zjist´ıme, ˇze v GSM se uvaˇzuje maximáln´ı vzdálenost od vys´ılaˇce 35 km kv˚ uli rostouc´ı odchylce TA.

3.1.1.b

Urˇ cen´ı polohy jedn´ım vys´ılaˇ cem

Pokud známe Cell ID vys´ılaˇce, lze zjistit i jeho polohu a dosah. T´ım jiˇz z´ıskáme pojem o poloze s pˇresnost´ı nˇekolika kilometr˚ u. Pokud bychom znali i v´ ykon BTS, m˚ uˇzeme uváˇzit i fakt, ˇze s´ıla signálu spolu se vzdálenost´ı klesá. 7


Triangulace

To pˇrináˇs´ı dalˇs´ı zpˇresnˇen´ı v podobˇe zjiˇstˇen´ı mezikruˇz´ı, ve kterém se pˇr´ıstroj nacház´ı. Dalˇs´ı a pouˇz´ıvanˇejˇs´ı moˇznost´ı zpˇresnˇen´ı je vyuˇzit´ı TA parametru. Telefon poskytuje softwarové vrstvˇe jak TA, tak Cell ID. Se znalost´ı pozice BTS a vzdálenosti od n´ı urˇc´ıme jiˇz mezikruˇz´ı, ve kterém se MT pohybuje. V pˇr´ıpadˇe, ˇze je vys´ılán´ı BTS rozdˇeleno na v´ıce sektor˚ u, lze pr˚ unikem kruhové v´ yseˇce a mezikruˇz´ı polohu jeˇstˇe zpˇresnit. Z popisu metody je patrné, ˇze se o triangulaci jako takovou nejedná.

3.1.1.c

Urˇ cen´ı polohy dvˇ ema vys´ılaˇ ci

Tato metoda vycház´ı z pˇredchoz´ı. Data o BTS nav´ıc umoˇzn ˇuj´ı zpˇresnˇen´ı, protoˇze dvˇe zóny se nˇekde protnou. V ideáln´ım pˇr´ıpadˇe vznikne pr˚ unikem jediná relativnˇe malá oblast a v oblastech vˇetˇs´ıch mˇest jiˇz m˚ uˇzeme z´ıskat pˇresnost v ˇra´dech stovek metr˚ u. V horˇs´ım pˇr´ıpadˇe se mezikruˇz´ı protnou a vzniknou dvˇe oddˇelené oblasti. V takovém pˇr´ıpadˇe je nutné z´ıskat nˇejak´ y pomocn´ y bod, aby bylo moˇzné urˇcit, která oblast je námi hledaná. Dalˇs´ı moˇznost´ı je upustit od mezikruˇz´ı a jako v´ yslednou oblast chápat pr˚ unik kruh˚ u dosahu signál˚ u (viz obr. 3.3). Jako v´ ysledná pozice se vol´ı geometrick´ y stˇred oblasti.

3.1.1.d

Urˇ cen´ı polohy v´ıce vys´ılaˇ ci

ˇ ım v´ıce vys´ılaˇc˚ C´ u je k dispozici, t´ım menˇs´ı je oblast vzniklá pr˚ unikem signál˚ u (viz obr. 3.4).

3.1.1.e

Wi-Fi m´ısto mobiln´ı s´ıtˇ e

V´ yˇse zm´ınˇené postupy jsou pouˇzitelné pouze pro MT. Zaˇr´ızen´ı bez moˇznosti pˇr´ıjmu s´ıt’ového signálu mohou vyuˇz´ıvat Wi-Fi, která má podobné vlastnosti. Nav´ıc dosah signálu je menˇs´ı a tedy je pˇresnˇejˇs´ı. Proto lze k lokalizaci vyuˇz´ıvat obdobnˇe i Wi-Fi signál. Wi-Fi je standard lokáln´ıch bezdrátov´ ych s´ıt´ı dle specifikace IEEE 802.11. Vys´ılaˇc pˇripojen´ y k internetu zprostˇredkovává zaˇr´ızen´ım v bl´ızkém okol´ı bezdrátov´ y pˇr´ıstup k s´ıti. Bˇeˇznˇe jsou vyuˇz´ıvána pásma 2,4 a 5 GHz. Vys´ılaˇc je sd´ılen´ y pro pˇripojená zaˇr´ızen´ı a proto pouˇz´ıvá protokol CSMA/CA. Pˇr´ıstupov´ y bod Wi-Fi je v jistém smyslu podobn´ y BTS. Lze jej identifikovat dle jeho MAC adresy a d´ıky tomu lze vytváˇret databáze pozic pˇr´ıstupov´ ych bod˚ u. 8


Triangulace

Obrázek 3.2: Typy vys´ılaˇc˚ u.

Obrázek 3.3: Pr˚ uniky dosah˚ u vys´ılaˇc˚ u.

9


Triangulace

Obrázek 3.4: Oblast pr˚ uniku signál˚ u zpˇresnˇená TA a u ´hlem.

Bod C pˇredstavuje BTS a u ´hel F 0 CF pˇredstavuje signál jednoho smˇerového vys´ılaˇce. Bod F je ve vzdálenosti maximáln´ıho dosahu BTS C. Oblouk KCK 0 tvoˇr´ı vnitˇrn´ı hranici TA, oblouk LCL0 hranici vnˇejˇs´ı. Obdobnˇe je to pro BTS A a B. V ˇcervené oblasti se necház´ı MT.

10


3.1.1.f

Triangulace

Shrnut´ı

Metoda je nenároˇcná na zdroje zejména z pohledu baterie. Pro rychlé zjiˇstˇen´ı polohy s vˇetˇs´ı pˇr´ıpustnou odchylkou je velmi vhodná. V porovnán´ı s GPS krátce po zapnut´ı GPS na pˇr´ıstroji ˇci v oblastech s velk´ ym poˇctem vysok´ ych budov je dokonce pˇresnˇejˇs´ı a rychlejˇs´ı neˇz GPS, zejména vyuˇz´ıvá-li ke zjiˇstˇen´ı polohy Wi-Fi. Nev´ yhodou je velká nepˇresnost v oblastech s menˇs´ım poˇctem vys´ılaˇc˚ u. Jen málo zaˇr´ızen´ı zpˇr´ıstupˇ nuje seznam BTS v dosahu i softwarové vrstvˇe. V drtivé vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚ u jsou softwaru zpˇr´ıstupnˇeny pouze u ´daje o aktuálnˇe pˇripojené BTS a t´ım lze vyuˇz´ıt pouze prvn´ı metodu. Zemˇepisné souˇradnice BTS a jejich v´ ykon operátoˇri neposkytuj´ı. Je tedy nutná jiná databáze, bud’ intern´ı v pˇr´ıstroji nebo pˇr´ıstupná skrz internet. Pˇr´ıklady takov´ ych databáz´ı resp. sluˇzeb jsou zaneseny v tabulce 3.1.

11


Triangulace

Tabulka 3.1: Poskytovatelé souˇradnic vys´ılaˇc˚ u. Název Dostupnost Poznámky Geolocation API Placené (ceny aˇz Poskytuje souˇradnice na zá(Google) po kontaktu s pro- kladˇe JSON dotazu na webodejcem) vou sluˇzbu. Operuje s Cell ID i Wi-Fi MAC adresou. Dalˇs´ı parametry jsou nepovinné a slouˇz´ı ke zpˇresnˇen´ı polohy. Aktuáln´ı poˇcet záznam˚ u v databázi nen´ı znám. [11] Navizon Placené (ceny aˇz Nab´ız´ı nejen urˇcován´ı polohy po kontaktu s pro- pˇres Wi-Fi a mobiln´ı s´ıtˇe dejcem) mimo budovy, ale také tzv. Indoor ˇreˇsen´ı pro urˇcen´ı polohy uvnitˇr budov na základˇe WiFi signálu. Sluˇzba funguje obdobnˇe jako v´ yˇse zm´ınˇená pˇres HTTP protokol. Aktuáln´ı poˇcet záznam˚ u v databázi nen´ı znám.[12] Location Api Placené (cena od Sluˇzba opˇet funguje na bázi (Unwired Labs) 145$/mˇes´ıc) JSON dotaz˚ u na servery. Zamˇeˇruje se pouze na mobiln´ı Cell ID. Databáze ˇc´ıtá 43.7 mil. záznam˚ u a stále roste.[13] OpenCellID Bezplatné Sluˇzba se zamˇeˇruje pouze na mobiln´ı Cell ID. Data jsou volnˇe dostupná ve formˇe aktualizovan´ ych csv soubor˚ u inkrementálnˇe, tj. neni nutné pokaˇzdé stahovat celou databázi. Pokud se tedy importuje databáze pˇr´ımo do pˇr´ıstroje, lze tato data vyuˇz´ıvat kompletnˇe bez vyuˇzit´ı internetu, coˇz je proti pˇredeˇsl´ ym v´ yhoda. Navzdory faktu, ˇze se jedná o databázi rozˇsiˇrovanou dobrovoln´ıky, pˇresáhl poˇcet záznam˚ u jiˇz 4 mil.[22] 12


3.2

GPS

GPS

Global Positioning System [9] spravovan´ y Spojen´ ymi státy americk´ ymi vyuˇz´ıvá jako jádro 24 satelit˚ u krouˇz´ıc´ıch kolem Zemˇe po r˚ uzn´ ych orbitách ve v´ yˇsce pˇribliˇznˇe 20 000 km. Dnes krouˇz´ı kolem Zemˇe v´ıce tˇechto satelit˚ u jak kv˚ uli zlepˇsen´ı pˇr´ıstupnosti, tak kv˚ uli obmˇenˇe satelit˚ u. Satelity mj. obsahuj´ı velmi pˇresné atomové hodiny. Satelity vys´ılaj´ı, data z nichˇz je ˇcást ˇsifrovaná. Veˇrejná ˇca´st je pro civiln´ı u ´ˇcely, ˇsifrovaná je pro vojenské. D´ıky tomu si Spojené státy ponechaly moˇznost napˇr. doˇcasnˇe sn´ıˇzit pˇresnost civiln´ı navigace v pˇr´ıpadˇe konfliktu. Základn´ı sloˇzkou vys´ılaného signálu je ˇcasová znaˇcka pocházej´ıc´ı z hodin. Protoˇze se satelity pohybuj´ı po deterministick´ ych orbitách, je moˇzné dle ˇcasové znaˇcky a podpisu satelitu urˇcit, odkud signál pˇriˇsel. D´ıky vzdálenosti docház´ı ke zpoˇzdˇen´ı signálu. Pˇrij´ımaˇc GPS pˇrijme ˇcasovou znaˇcku a porovná ji se sv´ ym vnitˇrn´ım ˇcasem. Z rozd´ılu je schopen spoˇc´ıtat vzdálenost. Pokud tedy pˇrij´ımaˇc zachyt´ı signál od 3 nebo v´ıce satelit˚ u, je schopen urˇcit svou polohu obdobnˇe jako u triangulace BTS signálu. Ve skuteˇcnosti známe body ˇ ım v´ıce signál˚ a vzdálenosti od nich, ˇc´ımˇz z´ıskáváme pr˚ unik 3 ˇci v´ıce koul´ı. C´ u, t´ım bude poloha pˇresnˇejˇs´ı. Je patrné, ˇze tato metoda má své nedostatky. Jedn´ım z nich je fakt, ˇze pˇri pˇrenosu signálu m˚ uˇze doj´ıt ke zpoˇzdˇen´ı kv˚ uli odrazu o pˇrekáˇzku, jak se tomu dˇeje hlavnˇe v zastavˇen´ ych oblastech. Na v´ ypoˇcet má vliv také to, je-li pˇrij´ımaˇc v pohybu. V neposledn´ı ˇradˇe je problematick´ y i fakt, ˇze hodiny pˇrij´ımaˇce nejsou tak pˇresné jako atomové hodiny druˇzice. Systém tedy nejlépe funguje v m´ıstech s dobr´ ym v´ yhledem na oblohu. Z toho vypl´ yvá, ˇze pˇri pouˇzit´ı v budovách chyba nar˚ ustá nebo se dokonce nepovede spojit s dostateˇcn´ ym poˇctem satelit˚ u. Dalˇs´ım problémem je skuteˇcnost, ˇze po zapnut´ı GPS MT netuˇs´ı o pozic´ıch satelit˚ u nic. Ze zachycen´ ych signál˚ u mus´ı zjistit, o jak´ y satelit se jedná a odkud vys´ılá. Tyto v´ ypoˇcty slouˇz´ı k urˇcen´ı, které satelity mohou b´ yt vyuˇzity ke stanoven´ı polohy. V´ ypoˇcty trvaj´ı dlouho, takˇze GPS pˇrij´ımaˇc je nˇejakou dobu po zapnut´ı neschopn´ y urˇcit polohu. Sloˇzité v´ ypoˇcty nav´ıc spotˇrebovávaj´ı cennou energii z baterie.

13


3.2.1

Dalˇs´ı moˇznosti urˇcován´ı polohy

A-GPS

ˇ sen´ı je tzv. asistovaná GPS. Zaˇr´ızen´ı vybavená touto technologi´ı vyuˇz´ıvaj´ı Reˇ internet k tomu, aby odeslala zachycené signály a pˇribliˇznou polohu dle BTS na stroj s daleko vˇetˇs´ım v´ ykonem. Ten jiˇz vrac´ı informace o polohách satelit˚ u a jejich vhodnosti k urˇcen´ı polohy. T´ımto krokem se uˇsetˇr´ı energie a zkrát´ı ˇcas nutn´ y k nastartován´ı GPS pˇrij´ımaˇce.

3.2.2

Dalˇ s´ı satelitn´ı syst´ emy

GPS nen´ı jedin´ y systém svého druhu. V Rusku vznikl GLONASS [10] sestávaj´ıc´ı z 24 satelit˚ u, které se pohybuj´ı ve v´ yˇsce 19 000 km. Systém byl p˚ uvodnˇe vyvinut také jako vojensk´ y. Dalˇs´ım krokem tedy bylo nasazen´ı pˇrij´ımaˇc˚ u, které jsou schopné vyuˇz´ıvat k urˇcen´ı polohy jak satelity GLONASS, tak satelity GPS. V´ıce satelit˚ u znamená v´ıce signál˚ u a tedy vˇetˇs´ı pravdˇepodobnost, ˇze zkouman´ y signál bude vhodn´ y k urˇcen´ı polohy a MT se na nˇej m˚ uˇze zamknout a to pˇrináˇs´ı rychlejˇs´ı start lokalizace. Dalˇs´ı v´ yhodou je zpˇresnˇen´ı urˇcen´ı polohy. Dalˇs´ım takov´ ym systémem je Galileo [8]. Jedná se o evropsk´ y ekvivalent GPS a GLONASS, kter´ y nen´ı vojensk´ y a spravuje jej v´ıce evropsk´ ych stát˚ u. Systém je plánován pro 30 satelit˚ u, ale v aktivn´ım provozu jsou zat´ım 4.

3.3

Dalˇ s´ı moˇ znosti urˇ cov´ an´ı polohy

MT v dneˇsn´ı dobˇe obsahuj´ı mimo jiné i r˚ uzné senzory. Polohov´ e urˇcuj´ıc´ı aktuáln´ı polohu, resp. náklon zaˇr´ızen´ı. Pohybov´ e urˇcuj´ıc´ı vektor zrychlen´ı zaˇr´ızen´ı pˇri pohybu. Magnetometrick´ e supluj´ıc´ı kompas. Jin´ e mˇeˇr´ıc´ı napˇr. teplotu, u ´roveˇ n svˇetla ˇci vlhkost. Vyuˇzit´ı kompasu jako takového asi nen´ı nutné popisovat. Zaj´ımavˇejˇs´ı je ovˇsem senzor detekuj´ıc´ı vektor zrychlen´ı. Tento zp˚ usob vyuˇz´ıvaj´ı napˇr´ıklad 14


Dalˇs´ı moˇznosti urˇcován´ı polohy

nˇekteré navigace v pˇr´ıpadˇe, ˇze vypadne signál GPS. Posledn´ı známou pozici a rychlost uvaˇzuj´ı jako v´ ychoz´ı bod. Dalˇs´ı pohyb je vypoˇc´ıtáván pomoc´ı vektoru zrychlen´ı pˇr´ıstroje. Jedná se pouze o v´ ypoˇcet pˇribliˇzného pohybu, protoˇze senzory v MT jsou pro tuto metodu dosti nepˇresné. Sám jsem provedl pokus a mˇeˇril hodnoty vektoru zrychlen´ı u MT leˇz´ıc´ıch nehybnˇe na podloˇzce. Vˇsechny smˇerové sloˇzky vektoru kmitaly a neustalovaly se. Tato metoda nav´ıc nepoˇc´ıtá s jevy, jako je setrvaˇcnost pohybu, takˇze pˇri prudˇs´ım brzdˇen´ı vzniká dalˇs´ı nepˇresnost pokud nen´ı telefon pevnˇe spojen s automobilem. Pro pouˇzit´ı v pˇeˇs´ı navigaci by musela b´ yt aplikace pˇrizp˚ usobena konkrétn´ımu uˇzivateli, aby byla schopna rozpoznat napˇr. ch˚ uzi do schod˚ u, bˇeh apod. Toho by bylo moˇzné doc´ılit uˇcen´ım aplikace v terénu. Nicménˇe i v tomto pˇr´ıpadˇe by se projevily nepˇresnosti senzoru. Tento typ urˇcován´ı polohy by mohl poslouˇzit jako základ dalˇs´ı práce a nebude zde jiˇz dále rozeb´ırán. Popsané metody jsou ˇcasto zahrnuté v API systém˚ u zaˇr´ızen´ı, takˇze v´ yvojáˇr pouze mus´ı zváˇzit, kterou z metod pouˇz´ıt a API následnˇe vrát´ı zemˇepisnou polohu.

15

4 Vyuˇzit´ı lokalizace mobiln´ıch zaˇ r´ızen´ı Moˇznost´ı vyuˇzit´ı lokalizace MT je mnoho a urˇcitˇe nedokáˇzu postihnout vˇsechny. Pokus´ım se tedy pˇribl´ıˇzit ty, které povaˇzuji za nejv´ yznamnˇejˇs´ı. Navigace uˇzivatele mezi stanoven´ ymi body at’ pˇri j´ızdˇe autem, na kole nebo pˇri ch˚ uzi. MT dnes dokáˇz´ı nahradit navigaˇcn´ı pˇr´ıstroje. Toto vyuˇzit´ı je limitováno bateri´ı (zejména v pˇr´ıpadˇe vyuˇzit´ı pro cyklistiku a pˇeˇs´ı ch˚ uzi) a objemem stahovan´ ych dat. Navigace pro telefony jsou totiˇz v základˇe dvoj´ıho typu: • Online vyuˇz´ıvaj´ıc´ı sluˇzby na internetu jako zdroj grafiky i pro v´ ypoˇcty. • Offline provádˇej´ıc´ı v´ ypoˇcty na pˇr´ıstroji a vyuˇz´ıvaj´ıc´ı mapové podklady uloˇzené na pˇr´ıstroji. Geocoding je proces, pˇri kterém jsou adresy, názvy podnik˚ u nebo firem ˇci jiná kl´ıˇcová slova pˇrevádˇena na zemˇepisné souˇradnice. Stejnˇe jako u navigace mohou b´ yt zdroje online i offline. Reverzn´ı geocoding je opak pˇredchoz´ıho procesu. K zadan´ ym zemˇepisn´ ym souˇradnic´ım jsou vyhledávány ulice anebo tzv. POI (points of interest) body, coˇz jsou firmy, kavárny, muzea atd. C´ılen´ a reklama, kdy je na reklamn´ı plochy uvnitˇr aplikac´ı umist’ován reklamn´ı obsah firem z bl´ızkého okol´ı. Sd´ılen´ı polohy s jin´ ymi uˇzivateli stejné aplikace. Tento princip nacház´ı vyuˇzit´ı napˇr. v seznamkách, hl´ıdán´ı dˇet´ı rodiˇci nebo hl´ıdán´ı zamˇestnanc˚ u atp.

16

5 Vývoj pro platformu Android Protoˇze OS Android vyvinula a vyv´ıj´ı spoleˇcnost Google, ta samá spoleˇcnost dává k dispozici i v´ yvojové nástroje. Dlouhou dobu byly tyto nástroje zˇrejmˇe jedinou pouˇzitelnou variantou. Tato situace se ale zmˇenila. Objevuj´ı se dalˇs´ı moˇznosti, jak vyv´ıjet pro tuto platformu. Android SDK nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ı a nejznámˇejˇs´ı zp˚ usob, jak vyv´ıjet aplikace pro Android. Jako jazyk se vyuˇz´ıvá Java. Spolu s dalˇs´ımi bal´ıˇcky (napˇr. emulátory, lad´ıc´ı nástroje) tvoˇr´ı plugin pro v´ yvojové prostˇred´ı Eclipse. Dalˇs´ı moˇznost´ı je stáhnout si rovnou upravenou verzi Eclipse, tzv. ADT Bundle nebo alternativu Android Studio, coˇz je upravená verze IntelliJ IDEA. Android NDK umoˇzn ˇuj´ıc´ı implementaci nativn´ıho kódu v C nebo C++. Tyto nástroje Google doporuˇcuje pouˇz´ıvat s rozmyslem, protoˇze zejména správa pamˇeti nen´ı na OS Android jednoduchá. Vhodné vyuˇzit´ı nacház´ı pro nároˇcné u ´koly pro procesor s minimem alokované pamˇeti. Xamarin umoˇzn ˇuj´ıc´ı v´ yvoj aplikac´ı v jazyce C# a s prostˇredky .NET. Jako v´ yvojové prostˇred´ı lze vyuˇz´ıt Visual Studio. Nav´ıc umoˇzn ˇuje i pˇrenositelnost aplikac´ı mezi OS Android, iOS a Windows. Qt velmi populárn´ı framework pro implementaci uˇzivatelsky pˇr´ıjemn´ ych aplikac´ı v C++. Nyn´ı lze tuto technologii vyuˇz´ıt i pro implementaci aplikac´ı pro Android. I zde je moˇzná pˇrenositelnost. PhoneGap je framework umoˇzn ˇuj´ıc´ı skrze známé technologie CSS, HTML a Javascript pˇristupovat k API r˚ uzn´ ych systém˚ u, jako je Android, iOS, Symbian a dalˇs´ı. Android SDK je nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ım nástrojem a je tedy i nejlépe dokumentován ([1], [2]), proto bude ve zb´ yvaj´ıc´ı ˇca´sti práce pouˇz´ıvána práve tato technologie.

5.1

Lokalizace zaˇ r´ızen´ı s OS Android

Moˇznosti jsou závislé od hardwaru MT, ale operaˇcn´ı systém (OS) Android umoˇzn ˇuje v´ yvojáˇri vysoko´ urovˇ nov´ y pˇr´ıstup k informac´ım z GPS, resp. GLO17

Vývoj pro platformu Android

Lokalizace zaˇr´ızen´ı s OS Android

NASS, vys´ılaˇc˚ u mobiln´ı s´ıtˇe, Wi-Fi s´ıt´ı i pohybov´ ych senzor˚ u. N´ızko´ urovˇ nové informace sice zpˇr´ıstupˇ nuje také, ale ne vˇsechny. Napˇr. nám poskytne Cell ID, ale zemˇepisné souˇradnice jiˇz ne. V takovém pˇr´ıpadˇe máme moˇznost dotázat se jedné ze sluˇzeb z tabulky 3.1.

5.1.1

Google Play Services

Neˇz se zaˇcneme vˇenovat dalˇs´ı problematice, je nutné rozebrat tuto knihovnu [14]. Nebyla tu po celou dobu existence OS Android, pˇriˇsla pozdˇeji a jej´ım hlavn´ım u ´kolem je ulehˇcen´ı práce v´ yvojáˇr˚ um. Nab´ız´ı mj. • jednoduˇsˇs´ı pˇr´ıstup ke sluˇzbám Googlu, jako Mapy, Google+ aj. • updaty aplikac´ı • implementaci ˇcasto ˇreˇsen´ ych problém˚ u, jako black box (z´ıskán´ı polohy od nejlepˇs´ıho poskytovatele) Pˇri pouˇz´ıván´ı této knihovny je vˇsak nutné uvˇedomit si, ˇze nˇekteré custom ROM1 nejsou schopné ji nainstalovat a t´ım nemohou vaˇsi aplikaci vyuˇz´ıvat. O tomto problému jsem se sám pˇresvˇedˇcil na Samsung Galaxy Y s upravenou ROM Titanium2. Knihovna byla uvedena aˇz v pr˚ ubˇehu v´ yvoje aplikace, coˇz mˇelo za následek zmˇenu nˇekter´ ych konstrukc´ı. Kv˚ uli tomu a v´ yˇse zm´ınˇenému problému bude v práci obˇcas uvedena i alternativa bez pouˇzit´ı této knihovny.

5.1.2

Krit´ eria

MT nab´ızej´ı v´ıce zdroj˚ u, jak z´ıskat polohu. Aplikace se tedy mus´ı nˇejak dozvˇedˇet, z kterého zdroje z´ıskávat informace. To lze vynutit pˇr´ımo specifikac´ı konkrétn´ıho zdroje nebo pouˇzit´ım objektu Criteria. Ten v sobˇe v´ yvojáˇrem udrˇzuje nastavené preference na spotˇrebu energie, pˇresnost, rychlost z´ıskán´ı polohy atp. Objekt LocationManager je pak na základˇe preferenc´ı schopn´ y vybrat nejlepˇs´ıho providera (viz listing 5.2). Android aktuálnˇe vyuˇz´ıvá 3 providery polohy (viz tabulka 5.1). 1

Upraven´ a verze OS Android zpravidla vyvinutá nadˇsenci s c´ılem vylepˇsit funkce OS nebo dostat na star´ a zaˇr´ızen´ı vyˇsˇs´ı verze OS Android.

18



Tabulka 5.1: Provideˇri zemˇepisné polohy OS Android [16]. Zdroj polohy Popis GPS PROVIDER zastˇreˇsuje zdroje polohy z GPS a GLONASS NETWORK PROVIDER umoˇzn ˇuje pˇr´ıstup k souˇradnic´ım z´ıskan´ ym d´ıky mobiln´ı s´ıti a Wi-Fi s´ıt´ım PASSIVE PROVIDER vyuˇz´ıvá jako zdroje polohy jiné aplikace, tj. sám neumoˇzn ˇuje z´ıskán´ı souˇradnic ze s´ıtˇe nebo GPS

5.1.3

Tˇ r´ıda LocationListener

Vysoko´ urovˇ nov´ y pˇr´ıstup k z´ıskáván´ı polohy, jak název rozhran´ı napov´ıdá, funguje na principu posluchaˇce, kter´ y se zaregistruje spolu se sv´ ym nastaven´ım v systému. Tento posluchaˇc je nadále notifikován o zmˇenách polohy a reaguje na nˇe. Tuto tˇr´ıdu vyuˇz´ıvá jak ˇreˇsen´ı bez vyuˇzit´ı Google Play Services, tak i s vyuˇzit´ım této knihovny. Pro pouˇzit´ı je nutné bud’ implementovat rozhran´ı jinou tˇr´ıdou nebo v m´ıstˇe pouˇzit´ı vytvoˇrit anonymn´ı tˇr´ıdu (viz listing 5.1). Implementovaného posluchaˇce staˇc´ı jiˇz jen pˇrihlásit pro odbˇer zmˇen zemˇepisné polohy. Pro tyto u ´ˇcely slouˇz´ı pˇret´ıˇzená metoda requestLocationUpdates() (viz listing 5.3 a 5.4). Metoda nab´ız´ı i dalˇs´ı varianty, napˇr. s vyuˇzit´ım objektu PendingIntent, kter´ y umoˇzn ˇuje vykonat jiné aplikaci kus kódu s právy aktuáln´ı aplikace. Knihovna Google Play Services umoˇzn ˇuje zjednoduˇsen´ı, které bude popsáno v anal´ yze frameworku.

19



Listing 5.1: Jednorázové z´ıskán´ı polohy s vyuˇzit´ım kritéri´ı. //ziskani LocationManagera jakozto sluzby systemu LocationManager mgr = (LocationManager) getSystemService(LOCATION_SERVICE); //nastaveni preferenci pro ziskavani polohy Criteria kriteria = new Criteria(); //vyzadani nejen lokace ale i smeru kompasu kriteria.setBearingRequired(true); kriteria.setBearingAccuracy(Criteria.ACCURACY_LOW); //pouze bezplatne sluzby a vysoka presnost kriteria.isCostAllowed(false); kriteria.setAccuracy(Criteria.ACCURACY_FINE); //vysledny identifikator ma podobu retezce String nejlepsi = mgr.getBestProvider(criteria, true); //ziskani posledni zname polohy ze zdroje urceneho na zaklade preferenci Location location = mgr.getLastKnownLocation(best);

20



Listing 5.2: Implementace rozhran´ı LocationListener anonymn´ı tˇr´ıdou. LocationListener ll = new LocationListener() { public void onLocationChanged(Location location){ //rekace na novou polohu napr. posunuti mapy } public void onProviderEnabled(String provider){ //reakce na zapnuti providera polohy //nutne pro implementaci rozhrani, metoda muze byt prazdna } public void onProviderDisabled(String provider){ //reakce na vypnuti providera polohy //nutne pro implementaci rozhrani, metoda muze byt prazdna } public void onStatusChanged(String provider, int status, Bundle extras){ //reakce na zmenu stavu providera //napr. pokud provider najednou neni schopny delsi dobu ziskat polohu //jako v pripade GPS uvnitr budovy //nutne pro implementaci rozhrani, metoda muze byt prazdna } }

21



Listing 5.3: Odbˇer zmˇen lokace s vyˇza´dan´ ym providerem. LocationManager mgr = (LocationManager)getSystemService(LOCATION_SERVICE) //implementace neni dulezita LocationListener ll = new LocationListener(){...} //minimalni cas pro obdrzeni nove lokace //0 znamena, ze bude obdrzena kazda zmena int minCas = 0; //minimalni zmena vzdalenosti pro obdrzeni nove lokace float minVzdalenost = 0; //prihlaseni ll pro odber zmen lokace mgr.requestLocationUpdates(LocationManager.GPS_PROVIDER, minCas, minVzdalenost, ll); ... //zruseni odberu zmen lokace mgr.removeUpdates(ll);

Listing 5.4: Odbˇer zmˇen lokace s providerem volen´ ym systémem. LocationManager mgr = (LocationManager)getSystemService(LOCATION_SERVICE) //implementace neni dulezita LocationListener ll = new LocationListener(){...} //minimalni cas pro obdrzeni nove lokace //0 znamena, ze bude obdrzena kazda zmena int minCas = 0; //minimalni zmena vzdalenosti pro obdrzeni nove lokace float minVzdalenost = 0; //vytvoreni defaultnich preferenci Criteria kriteria = new Criteria(); //prihlaseni ll pro odber zmen lokace, provider bude zvolen systemem dle preferenci //posledni parametr null nahrazuje objekt Looper //proto bude notifikovano pouze volajici vlakno mgr.requestLocationUpdates(minCas, minVzdalenost, kriteria, ll, null); ... //zruseni odberu zmen lokace mgr.removeUpdates(ll);

22

6 Location Framework Pˇredmˇetem této práce je framework pro zjednoduˇsen´ı implementace aplikac´ı vyuˇz´ıvaj´ıc´ıch zemˇepisnou polohu (location-based aplikac´ıch, dále jen LB). Mˇel by tedy zahrnovat funkcionality, které se ˇcasto vyskytuj´ı v tˇechto aplikac´ıch. Dále by mˇel splˇ novat poˇzadavek jednoduché modifikace nebo rozˇs´ıˇren´ı. LB aplikace kromˇe zjiˇstˇen´ı polohy potˇrebuj´ı tuto polohu také vizualizovat nebo sd´ılet. Pro vizualici je vhodná mapa a pro sd´ılen´ı internet. Proto framework obsahuje bal´ıˇcky pro práci se s´ıt´ı, s mapov´ ymi podklady i s daty uˇzivatel˚ u.

6.1

Modely

V lokalizaˇcn´ıch aplikac´ıch je vhodné udrˇzovat polohu objektu (i v pˇr´ıpadˇe pouze vaˇs´ı polohy) spolu s dalˇs´ımi informacemi. Protoˇze je Java objektovˇe orientovan´ y (dále OO) jazyk, nab´ız´ı se varianta pouˇzit´ı modelov´ ych tˇr´ıd. Tyto tˇr´ıdy maj´ı bezparametrick´ y kontruktor, gettery a settery pro své atributy (zpravidla primtivn´ı datové typy). Toto ˇreˇsen´ı má hned nˇekolik d˚ uvod˚ u: • pˇrehlednost návrhu • snadné rozˇs´ıˇren´ı tˇr´ıd o dalˇs´ı atributy • moˇznost pouˇzit´ı knihoven tˇret´ıch stran pro serializaci a deserializaci dat Tyto tˇr´ıdy jsou obsaˇzeny v bal´ıˇcku Objects. Bal´ıˇcek obsahuje tˇr´ıdy, které se snaˇz´ı postihnout základn´ı potˇreby pro LB aplikace. Point obsahuje atributy pro popis, identifikaci bodu na mapˇe. Player je potomkem tˇr´ıdy Point a obsahuje nav´ıc atributy pro popis stavu a jména. Group umoˇzn ˇuje shluknout instance Point ˇci jej´ı potomky do slovn´ıku, pˇriˇcemˇz jako kl´ıˇc slouˇz´ı jejich id. Protoˇze je kl´ıˇc datov´ y typ integer, je zde m´ısto HashMapy vyuˇzito tˇr´ıdy SparseArray, která umoˇzn ˇuje jako kl´ıˇc slovn´ıku vyuˇz´ıt právˇe primitivn´ı datov´ y typ integer. 23

Location Framework

Vizualizace na mapˇe

Game shlukuje instance tˇr´ıdy Group opˇet pomoc´ı SparseArray. Umoˇzn ˇuje také uloˇzen´ı kritéri´ı hry, jako napˇr. prostor vymezen´ y souˇradnicemi. JSONPuzzle je spoleˇcn´ y pˇredek pro vˇsechny pˇredcházej´ıc´ı tˇr´ıdy. Obsahuje pouze dvˇe metody pro serializaci a deserializaci objekt˚ u do, resp. z, formátu JSON, ˇcehoˇz se vyuˇz´ıvá pˇri pˇrenosu dat.

6.2

Vizualizace na mapˇ e

V okamˇziku, kdy jsou k dispozici modely a jejich zemˇepisné souˇradnice, je v ˇradˇe aplikac´ı vhodné je vizualizovat na mapˇe. Mapa v tomto pˇr´ıpadˇe neznamená pouze obrázek m´ısta na Zemi. Jedná se o komplexn´ı ˇreˇsen´ı zahrnuj´ıc´ı: • um´ıstˇen´ı ukazatele na mapu dle souˇradnic • zjiˇstˇen´ı zemˇepisn´ ych souˇradnic konkrétn´ıho pixelu na obrazovce • pohyb a zoom mapy • kreslen´ı lomené ˇca´ry (tzv. polyline) na mapy dle zadan´ ych zemˇepisn´ ych souˇradnic Vˇsechny tyto funkce pracuj´ı nad mapou jako takovou. Ovˇsem proˇc s sebou nosit cel´ y atlas, pokud nám staˇc´ı mapa mˇesta? Ve skuteˇcnosti je mapa, kterou v´ıdáme na obrazovkách zaˇr´ızen´ı, sloˇzena z obrázk˚ u, tzv. dlaˇzdic. Dlaˇzdice lze jednoznaˇcnˇe identifikovat na základˇe zoomu, zemˇepisn´ ych souˇradnic a typu zobrazen´ı (3D, satelitn´ı, turistické atd.). Implementac´ı existuje mnoho, lze je vˇsak rozdˇelit zhruba do nˇekolika skupin. XHTML ˇreˇsen´ı vyuˇz´ıvaj´ıc´ı k zobrazen´ı a práci s mapou vestavˇen´ y prohl´ıˇzeˇc s jádrem WebKit1 . Mezi taková ˇreˇsen´ı patˇr´ı napˇr´ıklad Google Maps V3 ˇci Leaflet [20], která stoj´ı na Javascriptu, CSS3 a HTML. Tato ˇreˇsen´ı jsou t´ım pádem pouˇzitelná i pro desktopové aplikace. Vhodnˇejˇs´ı je dle mého názoru sp´ıˇse Leaflet, protoˇze jiˇz pˇri návrhu bylo poˇc´ıtáno s t´ım, ˇze technologie bude urˇcená i pro telefony a tablety. Nev´ yhodou tohoto návrhu je nár˚ ust objemu dat staˇzen´ ych i odeslan´ ych prostˇrednictv´ım 1

Renderovac´ı j´ adro pro prohl´ıˇzeˇce vyuˇz´ıvaj´ıc´ı prohl´ıˇzeˇce jako Google Chrome, Safari nebo Opera

24

Location Framework


internetu. Kladem je fakt, ˇze pokud bude celá aplikace implementována ve vestavˇeném prohl´ıˇzeˇci, je snadno pˇrenositelná na jiné platformy. Kompletnˇ e offline ˇreˇsen´ı, která se nespoléhaj´ı na ˇza´dné dalˇs´ı sluˇzby ani v otázce v´ ypoˇct˚ u ani v otázce mapov´ ych podklad˚ u. Tato ˇreˇsen´ı jsou vhodná pro navigace, protoˇze vyˇzaduj´ı pouze prvotn´ı pˇripojen´ı k internetu pro instalaci a staˇzen´ı mapov´ ych podklad˚ u. Z toho vypl´ yvá, ˇze aplikace vˇcetnˇe podklad˚ u m˚ uˇze zabrat stovky MB na u ´loˇziˇsti. Hybridn´ı model vyuˇz´ıvaj´ıc´ı v´ yhody obou pˇredchoz´ıch metod.

6.2.1

Integrace Google Maps Android API

Ve frameworku je vyuˇzito veˇrejného API od Googlu pro zjednoduˇsen´ı práce s mapami. Patˇr´ı mezi hybridn´ı varianty a je v aktuáln´ı verzi 2 (V2). Verze 1 (V1) jiˇz nen´ı podporována, v dobˇe zapoˇcet´ı práce vˇsak byla aktuáln´ı. V1 byla ménˇe pˇr´ıvˇetivá, jelikoˇz funkce i mapové podklady byly pevnˇe svázány. Pro zobrazen´ı mapy se vyuˇz´ıval widget2 MapView. To nutilo v´ yvojáˇre pˇrijmout politiku Googlu ohlednˇe vyuˇzit´ı map, coˇz mj. znamenalo zákaz ukládán´ı nebo modifikace dlaˇzdic a omezen´ y poˇcet bezplatn´ ych staˇzen´ı dlaˇzdic. Pokud v´ yvojáˇr˚ um z nˇejakého d˚ uvodu tato pravidla nevyhovovala, museli hledat alternativy nebo pˇrij´ıt s vlastn´ı implementac´ı. Jednou z alternativ byl OSMDroid, coˇz byla alternativn´ı implementace MapView vyuˇz´ıvaj´ıc´ı jako zdroj dlaˇzdic projekt OpenStreetMap (dále OSM) [21]. OSM je projekt nab´ızej´ıc´ı dlaˇzdice mapy svˇeta pod otevˇrenou licenc´ı. Dlaˇzdice jsou tvoˇreny dobrovoln´ıky a tvoˇr´ı tak alternativu k podklad˚ um od Googlu, protoˇze je lze modifikovat ˇci ukládat. Mapy V2 jiˇz obsahuj´ı lepˇs´ı ˇreˇsen´ı. Mapa se zobrazuje do widgetu Fragment a zdroj dlaˇzdic lze specifikovat pˇredán´ım instance rozhran´ı TileProvider. Ta mus´ı implementovat jedinou metodu getTile(int x, int y, int zoom), která vrac´ı dlaˇzdici pro zadané parametry. Co bude zdrojem dlaˇzdic, je jiˇz na v´ yvojáˇri. Pro OSM je to URL serveru, kter´ y vrac´ı dlaˇzdice. Dalˇs´ı moˇznost´ı je ˇcerpat dlaˇzdice pˇr´ımo z u ´loˇziˇstˇe, coˇz pˇrináˇs´ı rychlejˇs´ı zobrazen´ı dlaˇzdice a moˇznost vyuˇzit´ı i mimo dosah mobiln´ı s´ıtˇe. 2

Prvek uˇzivatelského rozhran´ı jako napˇr. tlaˇc´ıtko nebo editaˇcn´ı pole.

25

Location Framework

6.2.2


Rozˇ siˇ ruj´ıc´ı API frameworku

Tˇr´ıdy zjednoduˇsuj´ıc´ı vizualizace jsou obsaˇzeny v bal´ıˇcku Maps. SimpleUrlTileProvider je implementace abstraktn´ı tˇr´ıdy UrlTileProvider. Vyˇzaduje pouze URL adresu serveru, kter´ y poskytuje dlaˇzdice. Servery zpravidla funguj´ı tak, ˇze je volána URL ve formátu http://server.com/z/x/y.png a server vrac´ı jako odpovˇed’ dlaˇzdici. Proto instance vyˇzaduje URL serveru, ve které jsou za promˇenné x, y a z uvedené placeholdery3 , za které jsou pak konkrétn´ı promˇenné dosazované pˇri dotazu na server. Dalˇs´ımi parametry jsou pˇredpokládané rozmˇery dlaˇzdic. MixedTileProvider umoˇzn ˇuje oproti pˇredchoz´ı tˇr´ıdˇe jednu zásadn´ı vˇec: ukládat dlaˇzdice do u ´loˇziˇstˇe. Funguje tak, ˇze jako parametr vyˇzaduje instanci UrlTileProvideru. V okamˇziku, kdy je vyˇzadována dlaˇzdice, je nejdˇr´ıve prozkoumáno u ´loˇziˇstˇe. Pokud dlaˇzdice v u ´loˇziˇsti nen´ı, je staˇzena prostˇrednictv´ım UrlTileProvideru, zobrazena a uloˇzena v u ´loˇziˇsti pod sv´ ymi souˇradnicemi. Dalˇs´ım parametrem je ˇcasov´ yu ´daj, kter´ y ˇr´ıká, po jakou dobu jsou dlaˇzdice chápány jako aktuáln´ı. Neaktuáln´ı dlaˇzdice bude v pˇr´ıpadˇe poˇzadavku pˇrepsána novˇe staˇzenou verz´ı. MapObjectsManager zjednoduˇsuje správu objekt˚ u na mapˇe. Objekt mapy um´ı zobrazovat markery a kreslit na mapu, bohuˇzel tyto objekty nejsou bez uchován´ı reference dále pˇr´ıstupné. Manager obsahuje seznamy, v kter´ ych tyto objekty uchovává a lze pˇres nˇe i iterovat. Do list˚ u lze vkládat a odeb´ırat a gettery vrac´ı seznamy pouze v readonly podobˇe. RectangleBoundsMarkerDragListener implementuje rozhran´ı OnMarkerDragListener, které umoˇzn ˇuje reagovat na události pˇri drag & drop pohybu s markerem po mapˇe. Tato tˇr´ıda poskytuje dva markery, d´ıky kter´ ym je na mapˇe vykreslen obdéln´ık. Pohybem s markery se mˇen´ı tvar obdéln´ıku. Toto je uˇziteˇcné pro vymezován´ı hranic napˇr. pro hru nebo pro pˇri hl´ıdán´ı dˇet´ı. CircleBoundsMarkerDragListener je obdobou pˇredchoz´ı tˇr´ıdy. Liˇs´ı se pouze t´ım, ˇze dva markery urˇcuj´ı stˇred a polomˇer kruhu. BoundedOnCameraChangeListener je implementace rozhran´ı OnCameraChangeListener, které umoˇzn ˇuje reagovat na událost pˇresunu po mapˇe 3

Charakteristické textové sekvence, ktelé lze snadno naj´ıt a následnˇe nahradit jin´ ym textem.

26

Location Framework

Knihovny

skrze metodu onCameraChangeListener(CameraPosition position). Jak název napov´ıdá, umoˇzn ˇuje tˇr´ıda vymezit zemˇepisn´ y prostor, ve kterém se m˚ uˇze uˇzivatel pohybovat. Tato skuteˇcnost pomáhá sn´ıˇzit objem staˇzen´ ych dat, protoˇze pokud pohled mapy nevystoup´ı z omezeného prostoru, nebudou se stahovat ani dlaˇzdice mimo tento prostor. Problémem pˇri implementaci se ukázal b´ yt efekt plynulého zpomalen´ı pouˇz´ıvan´ y pˇri scrollován´ı v systému Android. Spoˇc´ıvá v tom, ˇze pokud uˇzivatel na dotykové obrazovce pohne rychle prstem, je mapa pˇresunuta stejn´ ym smˇerem a odpov´ıdaj´ıc´ı intenzitou. D´ıky tomu se mi nedaˇrilo doc´ılit toho, aby byla mapa limitována striktnˇe na vymezen´ y prostor, protoˇze odstranˇen´ı efektu mˇelo za následek nepohodlné zacházen´ı s mapou pro uˇzivatele. Zvolil jsem tedy strategii, která tento efekt ponechává. Rozhran´ı posluchaˇce je implementováno tak, ˇze pˇri ukonˇcen´ı pohybu mapy kontroluje pozici stˇredu zobrazen´ı. Pokud je tento bod mimo vymezené hranice, je mapa vycentrována na pˇredem stanovené souˇradnice. Grafika tak z˚ ustala plynulá a ovládán´ı uˇzivatelsky pˇr´ıjemné.

6.3

Knihovny

Ve frameworku samozˇrejmˇe nesmˇej´ı chybˇet ani konstanty nebo knihovn´ı funkce. Ty jsou obsaˇzené v bal´ıˇcku Libs. Pˇri rozˇsiˇrován´ı frameworku nebo jeho vyuˇzit´ı jsem poˇc´ıtal s t´ım, ˇze budou tˇr´ıdy z bal´ıˇcku editovány popˇr. dalˇs´ı knihovn´ı tˇr´ıdy budou um´ıstˇeny pro pˇrehlednost právˇe sem. GameStates je tˇr´ıda slouˇz´ıc´ı k um´ıstˇen´ı konstant t´ ykaj´ıc´ıch se hry. Ve frameworku obsahuje jen konstantu pro nespecifikované ID hry. PlayerStates je obdoba pˇredchoz´ı tˇr´ıdy, ale je urˇcena pro konstanty t´ ykaj´ıc´ı se hráˇc˚ u, tj. instanc´ı tˇr´ıdy Player. Ve frameworku obsahuje pouze konstantu pro nespecifikované ID hráˇce. SimpleStringAESCrypto je knihovn´ı tˇr´ıda obsahuj´ıc´ı metody pro symetrické ˇsifrován´ı ˇretˇezc˚ u algoritmem AES na základˇe poskytnutého ˇretˇezce - kl´ıˇce. Z kl´ıˇce je vygenerován pomoc´ı SHA256 hash, kter´ y je následnˇe vyuˇzit pro ˇsifrován´ı, resp. deˇsifrován´ı. Hlavn´ım d˚ uvodem pro vznik této knihovny byla moˇznost poskytnout v´ yvojáˇr˚ um zabezpeˇcit s´ıt’ovou komunikaci bez vyuˇzit´ı protokolu HTTPS. EasyMap je knihovn´ı tˇr´ıda obsahuj´ıc´ı metody pro 27

Location Framework

Komunikace

• v´ ypoˇcet reálné vzdálenosti dvojice zemˇepisn´ ych souˇradnic • konverzi zemˇepisn´ ych souˇradnic reprezentovan´ ych starˇs´ı tˇr´ıdou Location na novˇejˇs´ı reprezentaci LatLng • v´ ypoˇcet koordinát˚ u dlaˇzdice ze zemˇepisn´ ych souˇradnic a zoomu, coˇz lze vyuˇz´ıt pro staˇzen´ı dlaˇzdic pˇredem bez nutnosti vyuˇzit´ı widgetu mapy • z´ıskán´ı parametr˚ u pro vytvoˇren´ı instance LatLngBounds 4 z dvojice zemˇepisn´ ych souˇradnic nezávisle na vzájemné poloze • vytváˇren´ı kopi´ı instanc´ı PolygonOptions a CircleOptions, které se vyuˇz´ıvaj´ı pro drag & drop vymezován´ı hranic, ovˇsem bez zkop´ırován´ı konkrétn´ıch zemˇepisn´ ych bod˚ u GlobalVars je tˇr´ıda vyuˇz´ıvaj´ıc´ı návrhov´ y vzor jedináˇcek, která umoˇzn ˇuje ukládán´ı globáln´ıch objektov´ ych promˇenn´ ych. Tˇr´ıda ukládá pod Stringové kl´ıˇce libovolné instance objekt˚ u a umoˇzn ˇuje správu této kolekce po celou dobu bˇehu aplikace. Data vˇsak nejsou perzistentn´ı a docház´ı k jejich ztrátˇe po vypnut´ı pˇr´ıstroje.

6.4

Komunikace

D˚ uleˇzitou a velmi promˇenlivou souˇca´st´ı LB aplikac´ı je sd´ılen´ı pozice a dalˇs´ıch dat. Pˇri návrhu frameworku bylo nutné zváˇzit nˇekolik hledisek.

6.4.1

Spojen´ı s aplikac´ı

Aplikace pro Android se mj. skládaj´ı z tzv. aktivit. Aktivita je v podstatˇe uˇzivatelské rozhran´ı, na které se d´ıváme. Jakmile je na telefonu nˇeco zobrazeno souvis´ı to s aktivitou. Aktivita má své vlákno, které je spjaté s uˇzivatelsk´ ym rozhran´ım. Pokud se rozhodneme v tomto vláknˇe spustit dlouh´ y v´ ypoˇcet nebo napˇr. stahován´ı dat, pˇrestane uˇzivatelské rozhran´ı reagovat, protoˇze bude vyt´ıˇzené právˇe t´ımto v´ ypoˇctem. Pokud pˇrestane aktivita reagovat po nˇekolik sekund, je systémem násilnˇe ukonˇcena. Pro dlouhotrvaj´ıc´ı u ´kony na pozad´ı existuje nˇekolik moˇznost´ı jak je implementovat. 4

Obdéln´ıkov´ y prostor nad n´ımˇz lze se lze dotázat, zda daná zemˇepisná souˇradnice leˇz´ı uvnitˇr.

28

Location Framework

Komunikace

V LB aplikac´ıch komunikuj´ıc´ıch pˇres internet je potˇrebné, aby aplikace neustále z´ıskávala informace od ostatn´ıch u ´ˇcastn´ık˚ u a zároveˇ n odes´ılala lokáln´ı u ´daje. Pro tento u ´ˇcel by se hodilo samostatné vlákno se smyˇckou, která by tuto smyˇcku umoˇzn ˇovala nejlépe i v okamˇziku, kdy je aplikace napˇr. minimalizována. Pro takové u ´ˇcely existuje tˇr´ıda Service. Sluˇzba bˇeˇz´ı na pozad´ı aplikace nehledˇe na aktivity a je moˇzné ji nechat vykonávat kód, i kdyˇz je aplikace minimalizována nebo se aktivita pˇrekresluje z d˚ uvodu otoˇcen´ı obrazovky. Taková sluˇzba je obsaˇzena v bal´ıˇcku Networking. Protoˇze vyuˇzit´ı frameworku mus´ı b´ yt dostateˇcnˇe flexibiln´ı, je tˇr´ıda abstraktn´ı. Tˇr´ıda v sobˇe zahrnuje kostru pro nˇekolik ˇcast´ ych u ´kon˚ u spojen´ ych s LB aplikacemi.

6.4.2

Zp˚ usob pˇ renosu

Pokud aplikace zahrnuje komunikaci s jin´ ymi zaˇr´ızen´ımi, je nutné zvolit zp˚ usob pˇrenosu dat. Pokud vynecháme, pro tento pˇr´ıpad, ponˇekud exotické moˇznosti (ftp, e-mail atp.), tak z˚ ustane nˇekolik nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ıch protokol˚ u. TCP a UDP Protokoly pro pˇr´ımé vyuˇzit´ı pracnˇejˇs´ı. Sk´ ytaj´ı vˇsak moˇznost komunikovat i s zaˇr´ızen´ımi, které neum´ı obsluhovat HTTP poˇzadavky. Toto ˇreˇsen´ı bylo p˚ uvodnˇe vybráno pro realizaci uzavˇreného bytového protokolu z d˚ uvodu u ´spory pˇrenáˇsen´ ych dat. Od Javy 1.4 je souˇcást´ı API bal´ıˇcek java.nio.channel, kter´ y obsahuje mj. tˇr´ıdu SocketChannel. D´ıky této tˇr´ıdˇe ve spolupráci s tˇr´ıdou Selector lze se sockety pracovat obdobnˇe jako v jazyce C. Instance SocketChannel se otevˇrou a pˇripoj´ı na adresu a port. a zaregistruj´ı u Selectoru. Selector následnˇe hl´ıdá a pˇr´ıpadnˇe poskytuje instance SocketChannel pro ˇcten´ı nebo zápis. T´ım lze se sockety pracovat jako s bytovˇe orientovan´ ymi streamy. Nev´ yhodou tohoto pˇr´ıstupu je komplikovanost a pˇri snaze zmenˇsit objem dat se stává tˇeˇzce rozˇsiˇriteln´ ym napˇr. v pˇr´ıpadˇe pˇridáván´ı atribut˚ u k jedné z modelov´ ych tˇr´ıd. Google Cloud Messaging (GCM) Sluˇzba poskytovaná Googlem, jeˇz moˇzn ˇuje odes´ılat data z aplikaˇcn´ıho serveru na zaˇr´ızen´ı Android bez pˇredchoz´ıho vyˇzádán´ı. To je v´ yhoda oproti HTTP protokolu, kde je tato funkˇcnost zastoupena pravideln´ ymi dotazy na server. 29

Location Framework

Komunikace

GCM je zdarma a samozˇrejmˇe poskytuje v´ıce funkc´ı jako napˇr. odeslán´ı jedné zprávy na v´ıce zaˇr´ızen´ı nebo zpˇetnou komunikaci ze zaˇr´ızen´ı na server. Aplikaˇcn´ı server mus´ı implementovat GCM Server a aplikace zase GCM Client. Mezi nimi stoj´ı GCM Connection Servery, které pˇredávaj´ı zprávy (viz obrázek 6.1). GCM rozeznává zaˇr´ızen´ı, resp. uˇzivatele d´ıky jejich Google u ´ˇct˚ um, které jsou nutné pro moˇznost napˇr. stahován´ı aplikac´ı z Google Play Store5 . GCM nebyla vybrána, protoˇze pokud by se nˇejaká aplikace mˇela rozˇsiˇrovat i na jiné OS pro mobiln´ı zaˇr´ızen´ı, musel by aplikaˇcn´ı server rozeznávat z jaké platformy poˇzadavek pˇriˇsel a napˇr. v pˇr´ıpadˇe Window 8 by musel vyuˇz´ıvat sluˇzby Azure6 . Pˇri testovac´ı implementaci aplikaˇcn´ıho serveru v jazyce Python nav´ıc doˇslo k pot´ıˇz´ım, kdy data ze serveru odeˇsla bez ohláˇsen´ı chyby, ale na zaˇr´ızen´ı nedorazila a na Google Developers Console7 nebyla ˇza´dná data zapoˇc´ıtána. HTTP Velmi rozˇs´ıˇren´ y internetov´ y protokol pro pˇrenos dokument˚ u HTML i dalˇs´ıch soubor˚ u. Funguje systémem dotaz-odpovˇed’. Uˇzivatel vznese textov´ y poˇzadavek na konkrétn´ı URL, pˇriˇcemˇz souˇca´st´ı poˇzadavku m˚ uˇzou b´ yt dalˇs´ı parametry. Server odpov´ıdá textovou hlaviˇckou obsahuj´ıc´ı informace o kódován´ı textu, verzi HTTP protokolu, typu vraceného obsahu atp. Následuje prázdn´ y ˇra´dek a samotn´ y obsah, napˇr. webová stránka (viz listing 6.2). Typ obsahu, tzv. MIME Type urˇcuje, zda jde o HTML stránku, pdf soubor nebo hudebn´ı záznam mp3. Lze tedy pˇrenáˇset i textová data, která poskytuj´ı dostateˇcnou flexibilitu pro framework. HTTP protokol nav´ıc funguje nad TCP, takˇze nen´ı nutné ˇreˇsit poˇrad´ı, popˇr. v´ ypadek datov´ ych packet˚ u. HTTP protokol je nav´ıc znám´ y a implementace serveru spoˇc´ıvá v implementaci webového serveru. K tomu dnes jiˇz slouˇz´ı mnoho framework˚ u (Django, .NET MVC, Zend), které práci znaˇcnˇe urychl´ı. Dalˇs´ı v´ yhodou je fakt, ˇze jeden server dokáˇze obslouˇzit jakékoliv zaˇr´ızen´ı, které dokáˇze zas´ılat HTTP poˇzadavky nehledˇe na platformu. M˚ uˇze tedy obsluhovat jak mobiln´ı zaˇr´ızen´ı, tak bˇeˇzn´ y poˇc´ıtaˇc, aniˇz by se musela implementace nˇejak liˇsit. Nev´ yhodou je, ˇze server nem˚ uˇze sám bez vyzván´ı zaslat data 5

Online obchod s aplikacemi pro OS Android. Cloudov´ a platforma spoleˇcnosti Microsoft vyuˇz´ıvaná k hostován´ı a ˇskálován´ı webov´ ych aplikac´ı skrze datacentra Microsoftu. 7 Online centrum pro v´ yvoj´ aˇre, kde mohou spravovat Googlem poskytnuté sluˇzby pro své aplikace. 6

30

Location Framework

Komunikace

na klienta, takˇze klient se mus´ı pravidelnˇe dotazovat na nová data. Klientská implementace obnáˇs´ı vytvoˇren´ı dotazu, naplnˇen´ı parametry a odeslán´ı na poˇzadovanou URL. Jedna z moˇznost´ı implementace je ke shlédnut´ı v listingu 6.1. Tato moˇznost komunikace byla nakonec vybrána pro framework i pˇres jej´ı nedostatek. Protoˇze zaˇr´ızen´ı by mˇelo pravidelnˇe zas´ılat na server dotaz se svou lokac´ı, m˚ uˇze jako odpovˇed’ mj. dostat i zprávu, zda jsou k dispozici nˇejaká nová data odkud je stáhnout.

Obrázek 6.1: Schéma GCM komunikace. [15]

6.4.3

Form´ at pˇ ren´ aˇ sen´ ych dat

Pˇri pˇrenáˇsen´ı dat v textovém formátu je pro interpretaci dat mnoho moˇznost´ı. Já jsem vybral JSON (z ang. JavaScript Object Notation). D˚ uvod˚ u bylo hned nˇekolik. • velmi rozˇs´ıˇren´ y formát serializace dat • rozˇs´ıˇren´ı objekt˚ u o atributy nen´ı problém • vyuˇz´ıvan´ y i sluˇzbami tˇret´ıch stran jako napˇr. Google Geolocation API • d´ıky rozˇs´ıˇrenosti existuj´ı jiˇz hotová ˇreˇsen´ı pro serializaci a deserializaci objekt˚ u • oproti jin´ ym formát˚ um jako napˇr. XML, je objemovˇe u ´sporn´ y 31

Location Framework

Komunikace

JSON dokáˇze reprezentovat (viz listing 6.3): ˇ ezce 1. Retˇ ˇ ısla 2. C´ (a) Celá (b) S plovouc´ı desetinnou ˇcárkou 3. Speciáln´ı hodnoty (a) True nebo False (b) Null 4. Neindexované pole hodnot 5. Objekty, resp. pole, indexované ˇretˇezcov´ ymi kl´ıˇci Pravidla lze kombinovat, takˇze JSON um´ı pˇrenáˇset i pole objekt˚ u. Pˇri práci s ˇretˇezci lze vyuˇz´ıt escapován´ı pro znaky jako konec ˇra´dku(\n), tabulátor(\t) nebo znaky UTF-16 zapsané hexadecimálnˇe (\uXXXX).

6.4.3.a

Reakce na zpr´ avy

Framework poˇc´ıtá s dvˇema druhy zpráv. Prvn´ı typ je vlastnˇe odpovˇed’ na HTTP poˇzadavek na server. Odpovˇed’ je zpracována v abstraktn´ı metodˇe processResponse(HttpResponse response, String url), která je volána uvnitˇr metody sendDataToServer(String data, String serverUrl). Konkrétn´ı implementace je tedy na programátorovi. Parametr url je vhodné pouˇz´ıt k rozliˇsen´ı, jak má b´ yt s odpovˇed´ı naloˇzeno. T´ım se nab´ız´ı implementace v podobˇe stromu podm´ınek, kdy kl´ıˇcem bude právˇe adresa, odkud odpovˇed’ pˇriˇsla. Druh´ y pˇr´ıpad je reakce na zprávy od aplikace. Ty mohou pˇrij´ıt od uˇzivatele skrze uˇzivatelské rozhran´ı nebo od aplikace jako takové napˇr. od vlákna, které bude pravidelnˇe vykonávat nˇejakou ˇcinnost. V této fázi bylo nutné zvolit vhodn´ y zp˚ usob doruˇcován´ı zpráv do sluˇzby. Jedn´ım ze zp˚ usob˚ u je ponechat si referenci na sluˇzbu, d´ıky ˇcemuˇz k n´ı lze pˇristupovat pˇr´ımo. Tento zp˚ usob je ovˇsem nepohodln´ y pro aplikace, kde bude vyuˇzito mnoho aktivit. Mnou zvolen´ y zp˚ usob je robustnˇejˇs´ı. Zakládá se na zas´ılán´ı instanc´ı tˇr´ıdy Intent. Instance Itent v sobˇe obsahuje mj. 32

Location Framework

Komunikace

Listing 6.1: Implementace HTTP poˇzadavku pro OS Android. //nastaveni hlavicky pro odesilani metodou POST HttpClient httpclient = new DefaultHttpClient(); HttpPost httpPost = new HttpPost("serverUrl"); List params = new ArrayList(1); params.add(new BasicNameValuePair("data", data)); try { //pridani parametru do pozadavku httpPost.setEntity(new UrlEncodedFormEntity(params)); //zachyceni reakce na pozadavek HttpResponse httpResponse = httpClient.execute(httpPost); //zpracovani odpovedi processResponse(httpResponse); } catch (Exception e) { osetreni vyjimky handleError(e); }

Listing 6.2: Pˇr´ıklad HTTP komunikace skrze telnet. telnet w3c.org 80 -4 Trying 128.30.52.45... Connected to w3c.org. Escape character is ’^]’. GET / HTTP/1.1 HTTP/1.0 403 Forbidden Cache-Control: no-cache Connection: close Content-Type: text/html
403 Forbidden
Request forbidden by administrative rules.

33

Location Framework

Komunikace

Listing 6.3: Ukázka dat ve formátu JSON. # neindexovane pole [1, 2.5, true, "text"] # indexovane pole resp. instance objektu { "var1":1, "var2":2.5, "var3":true, "var4":"text" } # neindexovane pole objektu [ { "var1":1, "var2":2.5, "var3":true, "var4":"text" }, { "var1":1, "var2":2.5, "var3":true, "var4":"text" } ]

34

Location Framework

Komunikace

• typ akce reprezentovan´ y ˇretˇezcem • slovn´ık promˇenn´ ych s ˇretˇezcov´ ymi kl´ıˇci Tyto instance lze pak skrze systém zas´ılat broadcastem8 . Sluˇzba nebo aktivita, která implementuje instanci BroadcastReceiver, tj. jeho metody onReceive(Context context, Intent intent), m˚ uˇze na zaslané instance Intent reagovat nebo je nechat b´ yt. Instanci tˇr´ıdy BroadcastReceiver je nutné jeˇstˇe registrovat u instance LocalBroadcastManager spolu s instanc´ı IntentFilter, která obsahuje seznam akc´ı pro odeb´ırán´ı

6.4.3.b

Odes´ıl´ an´ı zpr´ av

Zprávy mohou b´ yt na server odes´ılány skrze HTTP poˇzadavek nebo skrze Intent do jiné aktivity, resp. sluˇzby. OS Android vyuˇz´ıvá Intenty i pro spouˇstˇen´ı aplikac´ı nebo napˇr. otev´ırán´ı internetov´ ych stránek. D´ıky komunikaci pˇres Intenty m˚ uˇze b´ yt framework souˇca´st´ı tohoto toku informac´ı systémem a reagovat napˇr. i na n´ızk´ y stav baterie apod.

6.4.3.c

Aktualizace lokace pˇ r´ıstroje

Souˇca´st´ı sluˇzby na pozad´ı je i pravidelné z´ıskáván´ı nové lokace pˇr´ıstroje. Pro tento pˇr´ıpad byla zvolena jiná varianta neˇz v listingu 5.3, resp. 5.4. Knihovna Google Play Services nab´ız´ı zjednoduˇsen´ı pro odbˇer aktuáln´ı polohy i nastaven´ı zp˚ usobu odbˇeru. Proces je jednoduch´ y, ale na slovn´ı popis zdlouhav´ y, proto je názornˇejˇs´ı ukázka v listingu 6.4. Zjednoduˇsené nastaven´ı spoˇc´ıvá ve volbˇe druhu odbˇeru lokace metodou setPriority(int type) prostˇrednictv´ım konstant z tˇr´ıdy LocationRequest [17] (viz tabulka 6.1). K tomu je tˇreba nastavit jeˇstˇe intervaly pravidelného aktivn´ıho odbˇeru metodou setInterval(int interval) a pasivn´ıho odbˇeru setFastestInterval(int interval). Aktivn´ı odbˇer znamená, ˇze je lokace vyˇzádána. Pasivn´ı funguje tak, ˇze lokace jsou obdrˇzeny od jin´ ych bˇeˇz´ıc´ıch aplikac´ı, které si aktivnˇe polohu vyˇzádaly. Protoˇze sluˇzba sama implementuje rozhran´ı LocationListener, m˚ uˇze na zmˇenu polohy ihned reagovat sama nebo zaslán´ım zprávy nˇekteré z aktivit. 8

Hromadn´ a zpr´ ava pro vˇsechny.

35

Location Framework

Integrace frameworku

Pro pouˇzit´ı ve sluˇzbˇe staˇc´ı implementovat abstraktn´ı metodu setupPropertiesOfLocationRequest() a v n´ı provést nastaven´ı instance LocationRequestu. Spojen´ı jiˇz sluˇzba obstará sama. Tabulka 6.1: Moˇznosti odbˇeru polohy LocationClientem. Konstanta Popis ˇ e PRIORITY BALANCED POWER ACCURACY Cast´ kompromisn´ı nastaven´ı. Dlouhé intervaly aktivn´ıch poˇzadavk˚ u jsou prokládány pasivn´ım z´ıskáván´ım polohy. PRIORITY HIGH ACCURACY Poˇzadavek nejvyˇsˇs´ı moˇzné pˇresnosti a pravidelného odbˇeru. PRIORITY LOW POWER Staˇc´ı niˇzˇs´ı pˇresnost, coˇz ˇsetˇr´ı baterii. Napˇr. pokud je zapojená GPS, tak je vyuˇzita pouze s´ıt’ k urˇcen´ı polohy. PRIORITY NO POWER Slouˇz´ı k nastaven´ı pouze pasivn´ıho pˇr´ıjmu polohy.

6.5


Cel´ y framework je zabalen´ y jako *.jar soubor a staˇc´ı jej k projektu pouze pˇripojit. V prostˇred´ı Eclipse je postup následuj´ıc´ı: 1. vytvoˇrit v projektu adresáˇr libs, pokud jiˇz neexistuje 2. nakop´ırovat do adresáˇre knihovnu frameworku 3. pˇridat knihovnu do Build path projektu pˇres Project -> Properties -> Java Build Path -> Libraries -> Add JARs

36

Location Framework


Listing 6.4: Pˇrihláˇsen´ı k odbˇeru polohy s vyuˇzit´ım Google Play Services [18]. public class MainActivity extends Activity implements ConnectionCallbacks,OnConnectionFailedListener,LocationListener { private LocationClient lc; private LocationRequest; // metoda zajistujici iniciaci aktivity @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); // protoze trida implementuje rozhrani ConnectionCallbacks a // OnConnectionFailedListener lze vyuzit jako argumenty this lc = new LocationClient(this, this, this); // pripojeni clienta pro odber sluzby lc.connect(); // vytvoreni prazdneho pozadavku lr = LocationRequest.create(); // nastaveni zpusobu ziskavani lokace lr.setPriority(LocationRequest.PRIORITY_BALANCED_POWER_ACCURACY); // interval pro vyzadani lokace aktivne lr.setInterval(100000); // interval pro obdrzeni lokace od jinych aplikaci pasivne lr.setFastestInterval(10000); } // volana ve chvili, kdy je LocationClient pripojen // pozadavek je vhodne umistit zde, protoze metoda lc.connect() // je asynchronni @Override public void onConnected(Bundle dataBundle) { lc.requestLocationUpdates(lr, this); } // volana pri notifikaci o zmene polohy @Override public void onLocationChanged(Location location) {...} ...

37

7 Aplikace Pro ovˇeˇren´ı pouˇzitelnosti frameworku je vhodná implementace aplikace, která jej vyuˇz´ıvá. Zvolil jsem aplikaci pro sd´ılen´ı pozice a vizualizaci u ´ˇcastn´ık˚ u na mapˇe. Uˇzivatel m˚ uˇze vytvoˇrit skupinu a jej´ı ID a heslo pˇredat jin´ ym uˇzivatel˚ um, kteˇr´ı se mohou do skupiny pˇrihlásit. Uˇzivatelé v rámci skupiny se vzájemnˇe vid´ı na mapˇe. Uˇzivatel m˚ uˇze b´ yt pˇrihláˇsen ve v´ıce mapách a mezi skupinami m˚ uˇze vyb´ırat. Aplikace ovˇsem slouˇz´ı k ovˇeˇren´ı funkˇcnosti a nalezen´ı pˇr´ıpadn´ ych moˇznost´ı vylepˇsen´ı. K jej´ımu detailn´ımu pochopen´ı m˚ uˇze ˇctenáˇr nahlédnout do pˇriloˇzen´ ych zdrojov´ ych kód˚ u.

7.1

Datov´ y model

Model (viz Obrázek 7.3) sestává ze tˇr´ı tabulek. Skuteˇcnost, ˇze uˇzivatel (User ) m˚ uˇze b´ yt pˇrihláˇsen ve v´ıce skupinách (Groups), vede na vazbu m:n, která je rozloˇzena v tabulce GroupUser. Na zaˇr´ızen´ı vˇsak databázi vyuˇz´ıvat nebudeme, aby bylo moˇzné ukázat moˇznosti frameworku. Proto jsou v aplikaˇcn´ı ˇcásti data reprezentována za pomoci modelov´ ych tˇr´ıd (viz Obrázek 7.4).

7.2

Pouˇ zit´ı frameworku

Aplikace vyuˇz´ıvá kromˇe modelov´ ych tˇr´ıd i implementaci abstraktn´ı tˇr´ıdy NetworkService - BaseService. Implementac´ı dev´ıti abstraktn´ıch metod se z této sluˇzby stává komunikaˇcn´ı centrum aplikace. getBinder vrac´ı objekt IBinder. Ten je vrácen pˇri spuˇstˇen´ı sluˇzby z aktivity jako vázané. IBinder pak zpˇr´ıstupˇ nuje veˇrejné metody a promˇenné. buildTrayNotification je obalovac´ı metodou volanou jiˇz pˇri vytváˇren´ı sluˇzby. Jej´ım u ´ˇcelem je zajistit, aby sluˇzba mˇela neustál´ y záznam panelu 38

Aplikace

Pouˇzit´ı frameworku

notifikac´ı a t´ım bylo zˇrejmé, ˇze aplikace bˇeˇz´ı. setupPropertiesOfLocationRequest je také obalovac´ı metodou vyb´ızej´ıc´ı k inicializaci a nastaven´ı instanc´ı LocationClient a LocationRequest pro pravidelné z´ıskáván´ı zmˇen polohy. processResponse je metoda volaná pro zpracován´ı odpovˇedi na HTTP poˇzadavek. Uvnitˇr metody je vhodné rozliˇsit zpracován´ı odpovˇedi na základˇe URL nebo akce, ze které odpovˇed’ pˇriˇsla. handleSendDataError je vyuˇzita v pˇr´ıpadˇe, ˇze dojde k vyvolán´ı v´ yjimky pˇri odes´ılán´ı HTTP poˇzadavku. V pˇr´ıpadˇe BaseService docház´ı k odeslán´ı broadcastové zprávy o chybˇe pˇri odes´ılán´ı a reakce je ponechána na odbˇeratel´ıch. handleSendWorkerThreadError zajiˇst’uje reakci na chybu ve vláknˇe, které obstarává spooling intent˚ u odes´ılan´ ych na server. BaseService tuto událost implementuje opˇetovn´ ym spuˇstˇen´ım vlákna. setupRepeater je obalovac´ı metoda k inicializaci a nastaven´ı TimerTask a Timer. To lze vyuˇz´ıt pro pravidelné u ´kony jako v pˇr´ıpadˇe BaseService, kde je odes´ılána vlastn´ı pozice na server. Spustit ˇci zastavit tyto opakované akce lze zaslán´ım broadcastové zprávy s pˇr´ısluˇsn´ ym identifikátorem. customActions je d˚ uleˇzitou metodou. Parametrem je zpráva zaslaná broadcastem a t´ım lze uvnitˇr metody vytvoˇrit rozhodovac´ı strom na základˇe typu akce ve zprávˇe. Potomky NetworkService lze jako jiné sluˇzby spouˇstˇet z aktivity metodou startService(Intent i), kde je nutné vloˇzit jako data seznam ˇretˇezcov´ ych identifikátor˚ u pod kl´ıˇcem NSI REGISTER ACTIONS, na které bude sluˇzba reagovat. Pokud nebude identifikátor v seznamu, budou takto oznaˇcené broadcastové zprávy sluˇzbou ignorovány. Pˇri vlastn´ı implementaci tˇr´ıdy NetworkService je vhodné si nejdˇr´ıve prohlédnout tuto abstraktn´ı tˇr´ıdu, protoˇze jiˇz obsahuje nˇekolik konstant a promˇenn´ ych, resp. atribut˚ u, které staˇc´ı inicializovat jako v pˇr´ıpadˇe TimerTask, Timer, LocationClient atp. Pro zobrazován´ı mapy je vyuˇzit MixedTileProvider, kter´ y umoˇzn ˇuje ukládán´ı mapov´ ych dlaˇzdic do u ´loˇziˇstˇe.

39

Aplikace

Komunikace s frameworkem

Aplikace slouˇz´ı k demonstraci funkˇcnosti frameworku, proto bylo vynecháno ˇsifrován´ı dat. Pˇri reálném nasazen´ı by bylo vhodné zabezpeˇcit pˇrenáˇsená data skrze spojen´ı https nebo ˇsifrován´ım JSON dat za pomoci AES knihovny obsaˇzené ve frameworku.

7.3

Komunikace s frameworkem

Kaˇzdá aktivita nebo sluˇzba, která chce s frameworkem, resp. se sluˇzbou BaseService, komunikovat, mus´ı implementovat vlastn´ı BroadcastReceiver, ve kterém bude reagovat na pˇr´ıchoz´ı zprávy. Tento pak mus´ı zaregistrovat pomoc´ı LocalBroadcastManageru, pomoc´ı kterého mus´ı i zas´ılat broadcastové zprávy sluˇzbˇe. Je patrné, ˇze v aplikaci se vyskytuje mnoho ˇretˇezcov´ ych konstant jak pro názvy akc´ı Intent˚ u, tak pro kl´ıˇce k promˇenn´ ym obsaˇzen´ ym uvnitˇr Intent˚ u. Vˇsechny tyto konstanty jsou um´ıstˇené ve tˇr´ıdˇe ConnConsts.

7.4

Uˇ zivatelsk´ a dokumentace

Pˇri prvn´ım spuˇstˇen´ı uˇzivatel v sekci Settings vypln´ı URL serveru a pˇripoj´ı se (viz obr. 7.2). T´ım se verifikuje, zda je server k dispozici. Pokud ano, uloˇz´ı se adresa k dalˇs´ımu vyuˇz´ıván´ı a uloˇzena jiˇz z˚ ustane perzistentnˇe. V sekci Manage User m˚ uˇze uˇzivatel vytvoˇrit nového uˇzivatele ˇci zmˇenit sv˚ uj stávaj´ıc´ı komentáˇr. Ovˇsem je nutné pˇri kaˇzdém spuˇstˇen´ı aplikace, aby se uˇzivatel pˇrihlásil. T´ım se nejen ovˇeˇr´ı jeho u ´daje, ale také stáhnou skupiny, do kter´ ych je pˇrihláˇsen. V záloˇzce Groups m˚ uˇze spravovat skupiny, v nichˇz je pˇrihláˇsen, nebo vytvoˇrit novou. V seznamu skupin m˚ uˇze volit a t´ım filtrovat uˇzivatele zobrazené na mapˇe v záloˇzce Map (viz obr. 7.1).

40

Aplikace

7.5

Instalace aplikace

Instalace aplikace

V nastaven´ı zaˇr´ızen´ı s OS Android je nutné povolit instalaci z neznám´ ych zdroj˚ u. Pak lze aplikaci instalovat kliknut´ım na odkaz s *.apk souborem. Dalˇs´ı variantou vyuˇz´ıvanou i pˇri testován´ı je pˇripojen´ı telefonu k PC a následné spuˇstˇen´ı projektu v prostˇred´ı Eclipse nebo Android Studiu. V tomto pˇr´ıpadˇe je ovˇsem nutné m´ıt nainstalovan´ y potˇrebn´ y USB driver, aby PC bylo schopné zaˇr´ızen´ı detekovat a komunikovat s n´ım.

7.6

Testov´ an´ı

Testován´ı aplikace prob´ıhalo na domác´ı Wi-Fi s´ıti. Jako server slouˇzilo PC s OS GNU/Linux (Elementary OS Luna), jako klientská zaˇr´ızen´ı tablet Ainol Novo Flame (Android ICS) a Samsung Galaxy Y (Android Custom ROM odpov´ıdaj´ıc´ı verzi 4.4). Server byl nejdˇr´ıve testován zas´ılán´ım ruˇcnˇe vytvoˇren´ ych POST request˚ u, teprve následnˇe byl testován s fyzick´ ymi zaˇr´ızen´ımi. Kontrola spoˇc´ıvala ve vyhodnocen´ı JSON odpovˇed´ı a zároveˇ n kontrole tabulek v databázi pomoc´ı pˇr´ıkaz˚ u select. Aby bylo moˇzné pˇr´ıstroje pohodlnˇe testovat, byla zvolena varianta podvrˇzen´ ych pozic. Telefon˚ um byly nastaveny faleˇsné pozice a bylo ovˇeˇreno, ˇze se hráˇci na mapˇe uvid´ı. Dalˇs´ı fáz´ı testován´ı byl pohyb zaˇr´ızen´ı kolem domu na stejném serveru a Wi-Fi. Jako zdroj pozic bylo vyuˇzito GPS. Posledn´ı fáz´ı bylo testován´ı reakc´ı na zámˇernˇe vytvoˇrené chybové situace jako je vypadnut´ı serveru ˇci ruˇcn´ı smazán´ı uloˇzen´ ych mapov´ ych podklad˚ u.

41

Aplikace

Testován´ı

Obrázek 7.1: Ukázka vizualizace mapy s podklady OpenStreetMaps.

Obrázek 7.2: Aktivita pro ovˇeˇren´ı spojen´ı se serverem a pˇrihláˇsen´ı.

42

Aplikace

Testován´ı

Obrázek 7.3: Diagram vyuˇz´ıvan´ ych entit.

Obrázek 7.4: Diagram entit v mobiln´ı aplikaci.

43

8 Server Druhá ˇcást aplikace je serverová ˇcást. Pro ukázkovou aplikaci bylo nˇekolik poˇzadavk˚ u na server: • znám´ y programovac´ı jazyk • jednoduchá implementace • pˇrenositelnost • jednoduchá instalace Tyto poˇzadavky splˇ nuje framework web.py [24]. Jak koncovka napov´ıdá, jedná se o jazyk Python [3]. Cel´ y server byl implementován a testován na operaˇcn´ım systému GNU/Linux, konkrétnˇe Elementary OS verze Luna. Proto je i veˇskerá instalace popsána pro tento OS.

8.1

Struktura serveru

Veˇskeré soubory jsou obsaˇzeny v adresáˇri src/WebServer (viz pˇr´ıloha A). • create.sql - skript pro vytvoˇren´ı tabulek • server.py - samotné jádro serveru • userLib.py - knihovna pro správu uˇzivatel˚ u • groupLib.py - knihovna pro správu skupin • groupUserLib.py - knihovna pro pˇrihláˇsen´ı a odhláˇsen´ı ze skupiny • aesCrypto.py - knihovna pro ˇsifrován´ı a deˇsifrován´ı textu metodou AES

44

Server

8.1.1

Struktura serveru

Datab´ aze

Jako databáze byla z následuj´ıc´ıch d˚ uvod˚ u zvolena Sqlite3. • je obsaˇzena v ˇradˇe distribuc´ı GNU/Linux jiˇz v základu • nen´ı tˇreba ˇreˇsit pˇr´ıstupová práva • veˇskerá data v jediném pˇrenosném souboru Databáze odpov´ıdá diagramu 7.3. Umoˇzn ˇuje tedy udrˇzovat uˇzivatele pˇrihláˇsené do v´ıce skupin. V databázi je nastavené kaskádové mazán´ı, pokud je tedy smazána skupina nebo uˇzivatel, jsou souvisej´ıc´ı záznamy odstranˇeny z rozkladové tabulky. ´ Uskal´ ım Sqlite3 je fakt, ˇze po spuˇstˇen´ı nepracuje s ciz´ımi kl´ıˇci. Toho lze doc´ılit pˇr´ıkazem PRAGMA foreign keys=ON;. Ovˇsem pokud je pˇr´ıkaz odes´ılán ze serveru, je odeslán jako samostatn´ y poˇzadavek. Proto bylo nutné pˇr´ıstup pozmˇenit a dotazy na databázi provádˇet uvnitˇr transakce, kdyˇz je nejdˇr´ıve zaslán tento pˇr´ıkaz a teprve následnˇe samotn´ y dotaz.

8.1.2

Instalace datab´ aze

Pokud distribuce neobsahuje Sqlite3, lze ji nainstalovat pˇres manager, jako je Synaptic nebo napˇr´ıklad pˇr´ıkazem sudo apt-get install sqlite3. K vytvoˇren´ı tabulek v databázi slouˇz´ı skript create.sql ve sloˇzce src/WebServer. Pˇr´ıkazem sqlite3 gps.db < create.sql se v aktuáln´ım adresáˇri vytvoˇr´ı soubor gps.db, kter´ y bude obsahovat prázdnou databázi.

8.1.3

J´ adro serveru

Jádro je tvoˇreno souborem server.py. Vyuˇz´ıvá framework web.py a pˇri pˇr´ıchoz´ım POST poˇzadavku pˇredává JSON z poˇzadavku, ID uˇzivatele a kontext databáze pˇr´ısluˇsné metodˇe z pˇr´ıtomn´ ych knihoven. Ta vykoná práci nad databáz´ı a vrac´ı JSON odpovˇed’, která je odeslána jako odpovˇed’ na HTTP poˇzadavek.

45

Server

8.1.4

Struktura serveru

Instalace a spuˇ stˇ en´ı

Pro spuˇstˇen´ı serveru je nutná instalace frameworku web.py. To je dle mého názoru nejjednoduˇsˇs´ı skrze program easy install obsaˇzen´ y v bal´ıku pythonsetuptool. Nejdˇr´ıve je tedy nutné instalovat tento bal´ık pˇr´ıkazem sudo apt-get install python-setuptools a následnˇe instalovat framework sudo easy install web.py. Server se spouˇst´ı pˇres pˇr´ıkazovou ˇra´dku python server.py 0.0.0.0:8080. IP adresa by mˇela b´ yt samozˇrejmˇe nahrazena veˇrejnou IP adresou stroje. Server pos´ılá na v´ ystup vyˇskeré chybové zprávy, dotazy do databáze ˇci záznamy o pˇr´ıchoz´ıch HTTP dotazech a kódy HTTP odchoz´ıch odpovˇed´ı.

46

9 Závˇer C´ılem práce bylo vytvoˇren´ı knihovny zjednoduˇsuj´ıc´ı implementaci locationbased aplikac´ı pro platformu Android. K tomu bylo nezbytné analyzovat a porovnat moˇznosti lokalizace mobiln´ıch pˇr´ıstroj˚ u. Po prvotn´ı anal´ yze lokalizaˇcn´ıch metod bylo zjiˇstˇeno, jak´ ym zp˚ usobem jsou tyto metody zpˇr´ıstupnˇeny na platformˇe Android. Zde je nutné poznamenat, ˇze API Google Map se v pr˚ ubˇehu práce zmˇenilo a bylo nutné anal´ yzu provést znovu. Na základˇe znalost´ı z pˇredchoz´ıch ˇca´st´ı práce bylo jeˇstˇe nutné nalézt spoleˇcn´ y pr˚ unik vlastnost´ı ˇcasto vyˇzadovan´ ych u location-based aplikac´ı. Následovala implementace samotného frameworku, kdy bylo nezbytné vyˇreˇsit nˇekolik problém˚ u jako napˇr. dostateˇcnˇe komplexn´ı pˇredáván´ı zpráv uvnitˇr aplikace. Tyto problémy se ukázaly jako zásadn´ı, protoˇze framework vyuˇz´ıvá nˇekolik vláken, která nemohou pˇr´ımo mˇenit uˇzivatelské rozhran´ı. Naopak hlavn´ı vlákno aplikace nem˚ uˇze v novˇejˇs´ıch verz´ıch Androidu napˇr. odes´ılat pˇr´ımo http poˇzadavek. Posledn´ı ˇca´st´ı byl návrh a implementace ukázkové aplikace a potˇrebného webového serveru. Protoˇze se jedná o demonstraˇcn´ı aplikaci, je navrˇzena dosti genericky a pro dalˇs´ı vyuˇzit´ı by bylo vhodné ji jeˇstˇe modifikovat. Framework v´ yvojáˇri usnadˇ nuje ˇcasté u ´kony, jako ukládán´ı mapov´ ych podklad˚ u, komunikace se serverem, ˇsifrován´ı dat, omezen´ı prostoru mapy ˇci asynchronn´ı zpracován´ı zpráv. Skrze abstraktn´ı sluˇzbu v´ yvojáˇre vede v´ yvojem nové aplikace a pomáhá mu neztratit se v, dle mˇe dosti sloˇzitém, systému komunikace vláken. Dalˇs´ı moˇzné vylepˇsen´ı vid´ım v anal´ yze a pˇr´ıpadné implementaci urˇcován´ı polohy pouze na základˇe dat z integrovaného akcelerometru.

47

Seznam pouˇ zit´ ych zkratek API apod. atd. atp. BTS CELL ID GCM GPS GSM JSON LB mj. MT napˇr. obr. OO OS OSM POI popˇr. TA tj. TS tzv. UTM V1 V2 2D 3D

Aplication Programming Interface a podobnˇe a tak dále a tak podobnˇe Base Transceiver Station vys´ılaˇc/pˇrij´ımaˇc unikátn´ı identifikátor BTS Google Cloud Messaging Global Positioning System Groupe Spécial Mobile JavaScript Object Notation Location-based mimo jiné mobiln´ı telefon napˇr´ıklad obrázek objektovˇe orientovan´ y operaˇcn´ı systém OpenStreetMaps Point Of Interest popˇr´ıpadˇe Timing Advance to jest Time Slot takzvan´ y Universal Transverse Mercator Android Google Maps API verze 1 Android Google Maps API verze 2 dvourozmˇern´ y trojrozmˇern´ y

48

Zdroje [1] Mark L. Murphy: Android 2 Pr˚ uvodce programován´ım mobiln´ıch aplikac´ı Computer Press, a. s., 2011 ISBN 978-80-251-3194-7 [2] Grant Allen: Android 4 Pr˚ uvodce programován´ım mobiln´ıch aplikac´ı Computer Press, a. s., 2013 ISBN 978-80-251-3782-6 [3] Daryl Harms, Kenneth McDonald: Zaˇc´ınáme programovat v jazyce Python Computer Press, a. s., 2008 ISBN 978-80-251-2161-0 [4] Válcová zobrazen´ı jednoduchá [on-line] [cit. 10. 2. 2014] http://gis.zcu.cz/studium/mk2/multimedialni_texty/ index_soubory/hlavni_soubory/jednoduch_soubory/valec.html [5] Using geographic coordinates [on-line] [cit. 11. 2. 2014] https://support.google.com/earth/answer/148106?hl=en [6] Stackoverflow - Maximum Lat and Long bounds for the world - Google Maps API LatLngBounds() [on-line] [cit. 11. 2. 2014] http://stackoverflow.com/questions/11849636/ maximum-lat-and-long-bounds-for-the-world-google-maps-apilatlngbounds/13824556#13824556 [7] Dr. Ondˇrej Franˇek: Lokalizace volaj´ıc´ıho pˇri t´ısˇ novém volán´ı z mobiln´ıho telefonu [on-line] [cit. 15. 2. 2014] http://www.zachrannasluzba.cz/odborna/0306_lokmt.htm, 2003 [8] Tomáˇs Dosedˇel: Nen´ı jenom GPS: pˇrehled navigaˇcn´ıch systém˚ u [on-line] [cit. 22. 2. 2014] 49

ZDROJE

ZDROJE

http://www.mobinfo.cz/neni-jenom-gps-prehled-navigacnichsystemu/, 2012 [9] GPS - Space Segment [on-line] [cit. 1. 3. 2014] http://www.gps.gov/systems/gps/space/, 2014 [10] GLONASS - Guide [on-line] [cit. 1. 3. 2014] http://glonass-iac.ru/en/guide/navfaq.php [11] Google Geolocation API [on-line] [cit. 5. 3. 2014] https://developers.google.com/maps/documentation/ business/geolocation/ [12] Navizon - Wi-Fi and Cell-ID location [on-line] [cit. 5. 3. 2014] http://www.navizon.com/wifi-cell-tower-location-database [13] Unwired Labs - Location API [on-line] [cit. 5. 3. 2014] http://unwiredlabs.com/ [14] Google Play Services [on-line] [cit. 10. 3. 2014] http://developer.android.com/google/play-services/index.html [15] Google Cloud Messaging for Android [on-line] [cit. 12. 3. 2014] http://developer.android.com/google/gcm/gcm.html [16] Android Developer Reference - LocationManager [on-line] [cit. 14. 3. 2014] http://developer.android.com/reference/android/ location/LocationManager.html [17] Android Developer Reference - LocationRequest [on-line] [cit. 14. 3. 2014] http://developer.android.com/reference/com/google/ android/gms/location/LocationRequest.html [18] Android Developer Reference - Receive Location Updates [on-line] [cit. 14. 3. 2014] http://developer.android.com/training/location/receivelocation-updates.html [19] Android Developer Reference - TileOverlay [on-line] [cit. 14. 3. 2014] http://developer.android.com/reference/com/google/ android/gms/maps/model/TileOverlay.html

50

ZDROJE

ZDROJE

[20] An Open-Source JavaScript Library for Mobile-Friendly Interactive Maps [on-line] [cit. 5. 3. 2014] http://leafletjs.com/ [21] OpenStreetMap - About [on-line] [cit. 20. 3. 2014] http://www.openstreetmap.org/about [22] OpenCellId [on-line] [cit. 6. 3. 2014] http://opencellid.org/#&action=statistics.measurements &sortByRadio=2&dateFrom=&dateTo=&mcc=&mnc= [23] MapQuest - Open APIs [on-line] [cit. 2. 4. 2014] http://developer.mapquest.com/web/products/open [24] Web.py Framework - Tutorial [on-line] [cit. 10. 4. 2014] http://webpy.org/docs/0.3/tutorial

51

A Adresáˇrová struktura práce / bp.pdf latex ......................... zdroje pro generován´ı práce v LATEX images ................................. obrázky vyuˇzité v práci source ........................... zdrojové kódy vyuˇzité v práci src Map................................cel´ y Eclipse projekt aplikace assets bin gen libs.............................knihovny vyuˇzité v aplikaci res src ............................... zdrojové soubory aplikace framework.jar AndroidManifest.xml WebServer ............................... zdrojové kódy serveru aesCrypto.py create.sql....................script pro vytvoˇren´ı databáze groupLib.py groupUserLib.py userLib.py server.py ......................... script samotného serveru

Adresáˇrová struktura pˇriloˇzeného CD. Ménˇe v´ yznamné soubory, jako konfiguraˇcn´ı soubory Eclipse projektu nebo generované soubory nutné pro spouˇstˇen´ı Android projektu na telefonu, jsou vynechány.

52

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra informatiky a výpočetní techniky. GPS framework na platformě Android

Recommend Documents

403 Forbidden