Bakaláˇrská práce GPS framework na platformˇe Android

(1)

Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni Fakulta aplikovan´ ych vˇed

Katedra informatiky a v´ ypoˇcetn´ı techniky

Bakal´ aˇ rsk´ a pr´ ace

GPS framework

na platformˇ e Android

(2)

Prohl´ aˇ sen´ı

Prohlaˇsuji, ˇze jsem bakaláˇrskou práci vypracoval samostatnˇe a výhradnˇe s po- uˇzit´ım citovaných pramen˚u.

V Plzni dne 7. kvˇetna 2014

Viktor Vaˇsina

(3)

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 analýzou 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 An- droid. 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 zá- roveˇn popsán framework, který se snaˇz´ı ˇcasté úkony v sobˇe obsáhnout pro zjednoduˇsen´ı implementace podobných aplikac´ı. Pro lepˇs´ı pochopen´ı a ovˇe- ˇren´ı funkˇcnosti je tato ˇcást zakonˇcena návrhem a implementac´ı ukázkové aplikace s vyuˇzit´ım vytvoˇreného frameworku.

(4)

Obsah

1 Uvod´ 1

2 Reprezentace zpageemˇepisn´e polohy 2

2.1 Zemˇepisn´a poloha . . . 2

2.2 Kartografick´a projekce . . . 3

2.2.1 UTM projekce . . . 3

3 Metody urˇcov´an´ı zemˇepisn´e polohy 5 3.1 Triangulace . . . 5

3.1.1 Triangulace mobiln´ıho zaˇr´ızen´ı . . . 5

3.2 GPS . . . 13

3.2.1 A-GPS . . . 14

3.2.2 Dalˇs´ı satelitn´ı syst´emy . . . 14

3.3 Dalˇs´ı moˇznosti urˇcov´an´ı polohy . . . 14

4 Vyuˇzit´ı lokalizace mobiln´ıch zaˇr´ızen´ı 16 5 V´yvoj pro platformu Android 17 5.1 Lokalizace zaˇr´ızen´ı s OS Android . . . 17

5.1.1 Google Play Services . . . 18

5.1.2 Krit´eria . . . 18

5.1.3 Tˇr´ıda LocationListener . . . 19

6 Location Framework 23 6.1 Modely . . . 23

6.2 Vizualizace na mapˇe . . . 24

6.2.1 Integrace Google Maps Android API . . . 25

6.2.2 Rozˇsiˇruj´ıc´ı API frameworku . . . 26

6.3 Knihovny . . . 27

(5)

OBSAH OBSAH

6.4.2 Zp˚usob pˇrenosu . . . 29

6.4.3 Formát pˇrenáˇsených dat . . . 31

6.5 Integrace frameworku . . . 36

7 Aplikace 38 7.1 Datov´y model . . . 38

7.2 Pouˇzit´ı frameworku . . . 38

7.3 Komunikace s frameworkem . . . 40

7.4 Uˇzivatelsk´a dokumentace . . . 40

7.5 Instalace aplikace . . . 41

7.6 Testov´an´ı . . . 41

8 Server 44 8.1 Struktura serveru . . . 44

8.1.1 Datab´aze . . . 45

8.1.2 Instalace datab´aze . . . 45

8.1.3 J´adro serveru . . . 45

8.1.4 Instalace a spuˇstˇen´ı . . . 46

9 Z´avˇer 47

Seznam pouˇzit´ych zkratek 48

Zdroje 48

A Adresáˇrová struktura práce 52

(6)

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 ˇcásti práce popisuje, co je zemˇepisná poloha a jak je reprezento- vána v pˇr´ıstroj´ıch. Následnˇe jsou tyto lokalizaˇcn´ı metody popsány a porov- nány.

D´ıky nabytým znalostem z prvn´ı ˇcásti je snazˇs´ı pochopit, jak jsou imple- mentovány tyto technologie na platformˇe Android. Jelikoˇz v pr˚ubˇehu práce byly nˇekteré tyto technologie, resp. jejich implementace, zmˇenˇeny, vˇenuje se práce okrajovˇe i vývoji lokalizace pˇr´ıstroje pod touto platformou. Záro- veˇn práce postupnˇe procház´ı frameworkem a umoˇzˇnuje 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 jiných informac´ı skrze internetovou s´ıt’.

Dalˇs´ı ˇcást´ı je ukázková aplikace zaloˇzená na frameworku, která bude vy- uˇz´ıvat moˇznosti urˇcován´ı polohy mobiln´ıch zaˇr´ızen´ı a sd´ılen´ı polohy pˇres webový 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.

(7)

2 Reprezentace zpageemˇ episn´ e polohy

Pro urˇcován´ı zemˇepisné polohy je nutné definovat podobu souˇradnic jedno- znaˇcnˇe urˇcuj´ıc´ıch polohu bodu na planetˇe.

2.1 Zemˇ episn´ a poloha

Bˇeˇznˇe pouˇz´ıvaným zp˚usobem pro urˇcen´ı polohy na povrchu planety je vyuˇzit´ı zemˇepisné délky a ˇs´ıˇrky.

Zemˇepisná délka je úhel, který sv´ırá rovina nultého poledn´ıku a poledn´ıku, který prot´ıná urˇcovaný bod. M˚uˇze nabývat hodnot od 0^◦ do 180^◦. Smˇe- rem k východu od nultého poledn´ıku se pouˇz´ıvá výraz východn´ı délka, smˇerem na západ od nultého poledn´ıku naopak západn´ı délka.

Zemˇepisná ˇs´ıˇrka je úhel, který sv´ırá rovina rovn´ıku a pˇr´ımka procházej´ıc´ı urˇcovaným bodem a stˇredem planety. Nabývá hodnot od 0^◦ do 90^◦. Od rovn´ıku smˇerem na sever se pouˇz´ıvá výraz severn´ı ˇs´ıˇrka, smˇerem na jih jiˇzn´ı ˇs´ıˇrka.

Tyto dva údaje urˇcuj´ı jednoznaˇcnou polohu na povrchu planety. Pro elektronickou reprezentaci jsou ovˇsem nepohodlné kv˚uli atribut˚um svˇetových stran. Proto se pro elektronickou reprezentaci liˇs´ı. Zemˇepisná délka nabývá hodnot od −180^◦ (západn´ı polokoule) do 180^◦ (východn´ı polokoule) a ob- dobnˇe zemˇepisná ˇs´ıˇrka nabývá 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 výpoˇcetn´ıch technologi´ıch je nej- vhodnˇejˇs´ı formát DDD a nadále bude vyuˇz´ıván právˇe tento. Protoˇze se po- hybujeme v trojrozmˇerném (dále jen 3D) prostoru, chyb´ı jeˇstˇe jedna sou- ˇradnice. Chybˇej´ıc´ı souˇradnic´ı je nadmoˇrská výˇska, která je reprezentována kladnou hodnotou nad povrchem Zemˇe, resp. hladinou oceánu, a zápornˇe pod hladinou.

(8)

Reprezentace zpageemˇepisn´e polohy Kartografick´a projekce

Tabulka 2.1: Nejznámˇejˇs´ı zp˚usoby zápisu zemˇepisných souˇradnic.

Zkratka Z´apis Popis

DMS 49^◦30⁰30⁰⁰ z´apis stupˇn˚u, minut a sekund tak, jak jsme zvykl´ı DMM 49 30.5 minuty zaps´any dekadicky

DDD 49.508333 stupnˇe zaps´any dekadicky

Zkratky jsou odvozen´e 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. Pa- p´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 tenisový 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 takových referenˇcn´ıch tˇeles na povrchy tˇeles, které jiˇz jsou roz- vinutelné 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 úhly v r˚uzných ˇcástech planety.

Analýza kartografických 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, který je elipsoidu teˇcný v m´ıstˇe rovn´ıku, a jeho osa je totoˇzná s osou planety. Z tohoto postupu vyplývá, ˇze zobrazen´ı je ne- vhodné pro zobrazen´ı polárn´ıch oblast´ı. Pˇr´ıvlastek transverzáln´ı znamená, ˇ

ze válec nen´ı teˇcný v m´ıstˇe rovn´ıku, ale v m´ıstˇe zvoleného poledn´ıku. Gaus- sovo zobrazen´ı (Mercatorovo transverzáln´ı) se od UTM liˇs´ı jiˇz jen nˇekolika konstantami a typem referenˇcn´ıho elipsoidu

(9)

Reprezentace zpageemˇepisn´e polohy Kartografick´a projekce

zobrazen´ı. Takto byl systém vyvinut v roce 1947 armádou Spojených stát˚u amerických pro tvorbu vojenských map. Dnes UTM vyuˇz´ıvá mj. i spoleˇcnost Google pro tvorbu svých map. T´ım se toto zobrazen´ı týká i této práce, pro- toˇze j´ım je dané omezen´ı souˇradnic. Podklady Google Map jsou d´ıky UTM omezeny, co se týˇce zemˇepisné ˇs´ıˇrky, pˇribliˇznˇe od −85^◦ do 85^◦[6]. Pouˇzit´ı UTM také osvˇetluje moˇzné odchylky v souˇradnic´ıch z´ıskaných za pomoci jiného zobrazen´ı.

(10)

3 Metody urˇ cov´ an´ı zemˇ episn´ e polohy

Nyn´ı jiˇz m´ame moˇznost, jak popsat pozici na planetˇe, pokud zrovna drˇz´ıme v ruce mapu. Jak ale z´ıskat souˇradnice m´ısta, kde pr´avˇe stoj´ıme? Za t´ımto

´

uˇcelem 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 zabývat. 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 matematických znalost´ı o trojúheln´ıc´ıch. Historicky se vyvinuly pravdˇepodobnˇe z d˚uvodu, ˇ

ze se v terénu lépe mˇeˇril úhel neˇz vzdálenost. Napˇr´ıklad vzdálenost c´ıle od hradeb ˇsla odvodit ze znalosti vzdálenosti dvou hradn´ıch vˇeˇz´ı a úhlem mezi hradbou a c´ılem, jak je znázornˇeno na obrázku 3.1. S takto zmˇeˇrenými úhly z obou vˇeˇz´ı lze skrze vˇetu o velikosti souˇctu vnitˇrn´ıch úhl˚u odvodit posledn´ı

´

uhel. Znalost vˇsech tˇr´ı úhl˚u a délky jedné strany trojúheln´ıku je na výpoˇcet ostatn´ıch stran, popˇr´ıpadˇe výˇsek trojúheln´ıku postaˇcuj´ıc´ı. A vzdálenost c´ıle od hradby je ve skuteˇcnosti jednou z výˇsek trojúheln´ıku.

Obdobné postupy lze aplikovat i dnes, pokud jsou známy zemˇepisné sou- ˇradnice referenˇcn´ıch bod˚u. Ve výˇse 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 stano- viˇstˇe 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

(11)

Metody urˇcov´an´ı zemˇepisn´e polohy Triangulace

v =

q

d_a·d_b (3.1)

v = tanα·d_a (3.2)

Obrázek 3.1: Výpoˇcet vzdálenosti c´ıle od hradeb. Vzorec 3.1 demonstruje vyuˇzit´ı Eukleidovy vˇety, vzorec 3.2 vyuˇzit´ı funkce tangens pro pravoúhlý trojúheln´ık.

(12)

nadmoˇrská výˇska z´ıskáváme kruh, resp. kruhovou výseˇc 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 za- loˇzena na vys´ılaˇc´ıch (BTS) a mobiln´ıch telefonech (MT) jakoˇzto pˇrij´ımaˇc´ıch a dalˇs´ıch prvc´ıch. Pro naˇse úˇcely 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. Ko- munikace funguje obdobnˇe jako u vys´ılaˇcek. Na jedné frekvenci tedy m˚uˇze ve stejný 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 úsec´ıch a odes´ılá komprimovanˇe na BTS v pˇridˇele- ných TS. BTS naslouchá v kaˇzdém TS právˇe jednomu MT a ostatn´ı ignoruje.

Pˇri komunikace z BTS do MT je systém analogický. Komunikace tedy nen´ı spojitá, ale funguje na principu ”kaˇzdý 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 nabývá hodnot od 0 aˇz do 63 a rozdˇeluje dosah vys´ılaˇce na pásma po 550 metrech. Vynásoben´ım zjist´ıme, ˇ

ze v GSM se uvaˇzuje maxim´aln´ı vzd´alenost od vys´ılaˇce 35 km kv˚uli rostouc´ı odchylce TA.

3.1.1.b Urˇcen´ı polohy jedn´ım vys´ılaˇcem

(13)

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 výseˇce a mezikruˇz´ı polohu jeˇstˇe zpˇresnit. Z popisu metody je patrné, ˇze se o triangulaci jako takovou nejedná.

3.1.1.c Urˇcen´ı polohy dvˇema vys´ılaˇci

Tato metoda vycház´ı z pˇredchoz´ı. Data o BTS nav´ıc umoˇzˇnuj´ı zpˇresnˇen´ı, pro- toˇze 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 ˇrádech 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 nˇejaký pomocný bod, aby bylo moˇzné urˇcit, která oblast je námi hledaná. Dalˇs´ı moˇznost´ı je upustit od mezikruˇz´ı a jako výslednou oblast chápat pr˚unik kruh˚u dosahu signál˚u (viz obr. 3.3). Jako výsledná pozice se vol´ı geometrický stˇred oblasti.

3.1.1.d Urˇcen´ı polohy v´ıce vys´ılaˇci

C´ım v´ıce vys´ılaˇˇ c˚u je k dispozici, t´ım menˇs´ı je oblast vznikl´a pr˚unikem sign´al˚u (viz obr. 3.4).

3.1.1.e Wi-Fi m´ısto mobiln´ı s´ıtˇe

Výˇse 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 sign´alu je menˇs´ı a tedy je pˇresnˇejˇs´ı. Proto lze k lokalizaci vyuˇz´ıvat obdobnˇe i Wi-Fi sign´al.

Wi-Fi je standard lokáln´ıch bezdrátových s´ıt´ı dle specifikace IEEE 802.11.

Vys´ılaˇc pˇripojený k internetu zprostˇredkovává zaˇr´ızen´ım v bl´ızkém okol´ı bez- drátový pˇr´ıstup k s´ıti. Bˇeˇznˇe jsou vyuˇz´ıvána pásma 2,4 a 5 GHz. Vys´ılaˇc je sd´ılený pro pˇripojená zaˇr´ızen´ı a proto pouˇz´ıvá protokol CSMA/CA. Pˇr´ıstu- pový bod Wi-Fi je v jistém smyslu podobný BTS. Lze jej identifikovat dle jeho MAC adresy a d´ıky tomu lze vytváˇret databáze pozic pˇr´ıstupových bod˚u.

(14)

Obr´azek 3.2: Typy vys´ılaˇc˚u.

Obr´azek 3.3: Pr˚uniky dosah˚u vys´ılaˇc˚u.

(15)

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

Bod C pˇredstavuje BTS a úhel F⁰CF pˇredstavuje signál jednoho smˇerového vys´ılaˇce. BodF je ve vzdálenosti maximáln´ıho dosahu BTSC. ObloukKCK⁰ tvoˇr´ı vnitˇrn´ı hranici TA, obloukLCL⁰ hranici vnˇejˇs´ı. Obdobnˇe je to pro BTS A a B. V ˇcervené oblasti se necház´ı MT.

(16)

3.1.1.f 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 velkým poˇctem vysokých budov je dokonce pˇresnˇejˇs´ı a rychlejˇs´ı neˇz GPS, zejména vyuˇz´ıvá-li ke zjiˇstˇen´ı polohy Wi-Fi. Nevýhodou je velká nepˇresnost v oblastech s menˇs´ım poˇctem vys´ılaˇc˚u.

Jen m´alo zaˇr´ızen´ı zpˇr´ıstupˇnuje seznam BTS v dosahu i softwarov´e vrstvˇe.

V drtivé vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚u jsou softwaru zpˇr´ıstupnˇeny pouze údaje o aktuálnˇe pˇripojené BTS a t´ım lze vyuˇz´ıt pouze prvn´ı metodu. Zemˇepisné souˇradnice BTS a jejich výkon operátoˇri neposkytuj´ı. Je tedy nutná jiná databáze, bud’

intern´ı v pˇr´ıstroji nebo pˇr´ıstupná skrz internet. Pˇr´ıklady takových databáz´ı resp. sluˇzeb jsou zaneseny v tabulce 3.1.

(17)

Tabulka 3.1: Poskytovatel´e souˇradnic vys´ılaˇc˚u.

N´azev Dostupnost Pozn´amky

Geolocation API (Google)

Placen´e (ceny aˇz po kontaktu s pro- dejcem)

Poskytuje souˇradnice na z´a- kladˇe JSON dotazu na webo- vou sluˇzbu. Operuje s Cell ID i Wi-Fi MAC adresou.

Dalˇs´ı parametry jsou nepo- vinné a slouˇz´ı ke zpˇresnˇen´ı polohy. Aktuáln´ı poˇcet záznam˚u v databázi nen´ı znám. [11]

Navizon Placen´e (ceny aˇz po kontaktu s pro- dejcem)

Nab´ız´ı nejen urˇcován´ı polohy pˇres Wi-Fi a mobiln´ı s´ıtˇe mimo budovy, ale také tzv. In- door ˇreˇsen´ı pro urˇcen´ı polohy uvnitˇr budov na základˇe Wi- Fi signálu. Sluˇzba funguje ob- dobnˇe jako výˇse zm´ınˇená pˇres HTTP protokol. Aktuáln´ı po- ˇcet záznam˚u v databázi nen´ı znám.[12]

Location Api (Unwired Labs)

Placen´e (cena od 145$/mˇes´ıc)

Sluˇzba opˇet funguje na bázi JSON dotaz˚u na servery. Za- mˇeˇruje 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 ak- tualizovaných csv soubor˚u in- krementálnˇe, tj. neni nutné po- kaˇzdé stahovat celou databázi.

Pokud se tedy importuje da- tabáze pˇr´ımo do pˇr´ıstroje, lze tato data vyuˇz´ıvat kompletnˇe bez vyuˇzit´ı internetu, coˇz je proti pˇredeˇslým výhoda. Na- vzdory faktu, ˇze se jedná o da- tabázi rozˇsiˇrovanou dobrovol- n´ıky, pˇresáhl poˇcet záznam˚u jiˇz 4 mil.[22]

(18)

Metody urˇcov´an´ı zemˇepisn´e polohy GPS

3.2 GPS

Global Positioning System [9] spravovaný Spojenými státy americkými vy- uˇz´ıvá jako jádro 24 satelit˚u krouˇz´ıc´ıch kolem Zemˇe po r˚uzných orbitách ve výˇsce 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 ˇcást je pro civiln´ı úˇcely, ˇsifrovaná je pro vojenské. D´ıky tomu si Spo- jené 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 deterministických orbitách, je moˇzné dle ˇca- sové 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 svým 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 a vzdálenosti od nich, ˇc´ımˇz z´ıskáváme pr˚unik 3 ˇci v´ıce koul´ı. ˇC´ım v´ıce signál˚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 zastavˇených oblastech. Na výpoˇcet má vliv také to, je-li pˇrij´ımaˇc v pohybu. V neposledn´ı ˇradˇe je problematický i fakt, ˇze hodiny pˇrij´ımaˇce nejsou tak pˇresné jako atomové hodiny druˇzice. Systém tedy nejlépe funguje v m´ıstech s dobrým výhledem na oblohu. Z toho vyplývá, ˇze pˇri pouˇzit´ı v budovách chyba nar˚ustá nebo se dokonce nepovede spojit s dostateˇcným poˇctem satelit˚u.

Dalˇs´ım problémem je skuteˇcnost, ˇze po zapnut´ı GPS MT netuˇs´ı o pozic´ıch satelit˚u nic. Ze zachycených signál˚u mus´ı zjistit, o jaký satelit se jedná a odkud vys´ılá. Tyto výpoˇcty slouˇz´ı k urˇcen´ı, které satelity mohou být vyuˇzity ke stanoven´ı polohy. Výpoˇcty trvaj´ı dlouho, takˇze GPS pˇrij´ımaˇc je nˇejakou dobu po zapnut´ı neschopný urˇcit polohu. Sloˇzité výpoˇcty nav´ıc spotˇrebová- vaj´ı cennou energii z baterie.

(19)

Metody urˇcován´ı zemˇepisné polohy Dalˇs´ı moˇznosti urˇcován´ı polohy

3.2.1 A-GPS

Reˇsen´ı je tzv. asistovan´ˇ a GPS. Zaˇr´ızen´ı vybavená touto technologi´ı vyuˇz´ıvaj´ı internet k tomu, aby odeslala zachycené signály a pˇribliˇznou polohu dle BTS na stroj s daleko vˇetˇs´ım výkonem. 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 ˇ

cas nutn´y k nastartov´an´ı GPS pˇrij´ımaˇce.

3.2.2 Dalˇ s´ı satelitn´ı syst´ emy

GPS nen´ı jediný systém svého druhu. V Rusku vznikl GLONASS [10] se- stávaj´ıc´ı z 24 satelit˚u, které se pohybuj´ı ve výˇsce 19 000 km. Systém byl p˚uvodnˇe vyvinut také jako vojenský. Dalˇs´ım krokem tedy bylo nasazen´ı pˇri- j´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 pravdˇe- podobnost, ˇze zkoumaný signál bude vhodný k urˇcen´ı polohy a MT se na nˇej m˚uˇze zamknout a to pˇrináˇs´ı rychlejˇs´ı start lokalizace. Dalˇs´ı výhodou je zpˇresnˇen´ı urˇcen´ı polohy.

Dalˇs´ım takovým systémem je Galileo [8]. Jedná se o evropský ekvivalent GPS a GLONASS, který nen´ı vojenský a spravuje jej v´ıce evropských 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 jin´e i r˚uzn´e senzory.

Polohové 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, ´uroveˇn svˇetla ˇci vlhkost.

Vyuˇzit´ı kompasu jako takov´eho asi nen´ı nutn´e popisovat. Zaj´ımavˇejˇs´ı je ovˇsem senzor detekuj´ıc´ı vektor zrychlen´ı. Tento zp˚usob vyuˇz´ıvaj´ı napˇr´ıklad

(20)

Metody urˇcován´ı zemˇepisné polohy Dalˇs´ı moˇznosti urˇcován´ı polohy

nˇekteré navigace v pˇr´ıpadˇe, ˇze vypadne signál GPS. Posledn´ı známou pozici a rychlost uvaˇzuj´ı jako výchoz´ı bod. Dalˇs´ı pohyb je vypoˇc´ıtáván pomoc´ı vektoru zrychlen´ı pˇr´ıstroje. Jedná se pouze o výpoˇcet pˇribliˇzného pohybu, pro- toˇze 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 smˇerov´e 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 být aplikace pˇrizp˚u- sobena 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 vývo- jáˇr pouze mus´ı zváˇzit, kterou z metod pouˇz´ıt a API následnˇe vrát´ı zemˇepisnou polohu.

(21)

4 Vyuˇ zit´ı lokalizace mobiln´ıch zaˇ r´ızen´ı

Moˇznost´ı vyuˇzit´ı lokalizace MT je mnoho a urˇcitˇe nedokáˇzu postihnout vˇsech- ny. Pokus´ım se tedy pˇribl´ıˇzit ty, které povaˇzuji za nejvýznamnˇejˇs´ı.

Navigace uˇzivatele mezi stanovenými 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 stahovaných 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 výpoˇcty na pˇr´ıstroji a vyuˇz´ıvaj´ıc´ı mapové podklady uloˇzené na pˇr´ıstroji.

Geocoding je proces, pˇri kter´em jsou adresy, n´azvy podnik˚u nebo firem ˇ

ci jiná kl´ıˇcová slova pˇrevádˇena na zemˇepisné souˇradnice. Stejnˇe jako u navigace mohou být zdroje online i offline.

Reverzn´ı geocoding je opak pˇredchoz´ıho procesu. K zadaným zemˇepis- ným souˇradnic´ım jsou vyhledávány ulice anebo tzv. POI (points of interest) body, coˇz jsou firmy, kavárny, muzea atd.

C´ılená 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 jinými uˇzivateli stejné aplikace. Tento princip nacház´ı vy- uˇzit´ı napˇr. v seznamkách, hl´ıdán´ı dˇet´ı rodiˇci nebo hl´ıdán´ı zamˇestnanc˚u atp.

(22)

5 V´ yvoj pro platformu Android

Protoˇze OS Android vyvinula a vyv´ıj´ı spoleˇcnost Google, ta samá spoleˇcnost dává k dispozici i vývojové 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 nejzn´amˇejˇs´ı zp˚usob, jak vyv´ıjet aplikace pro Android. Jako jazyk se vyuˇz´ıv´a Java. Spolu s dalˇs´ımi bal´ıˇcky (napˇr.

emulátory, lad´ıc´ı nástroje) tvoˇr´ı plugin pro vývojové prostˇred´ı Eclipse.

Dalˇs´ı moˇznost´ı je st´ahnout si rovnou upravenou verzi Eclipse, tzv. ADT Bundle nebo alternativu Android Studio, coˇz je upraven´a verze IntelliJ IDEA.

Android NDK umoˇzˇnuj´ıc´ı implementaci nativn´ıho k´odu 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 úkoly pro procesor s minimem alokované pamˇeti.

Xamarin umoˇzˇnuj´ıc´ı vývoj aplikac´ı v jazyce C# a s prostˇredky .NET. Jako vývojové prostˇred´ı lze vyuˇz´ıt Visual Studio. Nav´ıc umoˇzˇnuje i pˇrenosi- telnost aplikac´ı mezi OS Android, iOS a Windows.

Qt velmi populárn´ı framework pro implementaci uˇzivatelsky pˇr´ıjemných 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 umoˇzˇnuj´ıc´ı skrze známé technologie CSS, HTML a Javascript pˇristupovat k API r˚uzných systém˚u, jako je Android, iOS, Symbian a dalˇs´ı.

Android SDK je nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ım nástrojem a je tedy i nejlépe dokumen- tován ([1], [2]), proto bude ve zbývaj´ıc´ı ˇcásti práce pouˇz´ıvána práve tato technologie.

5.1 Lokalizace zaˇ r´ızen´ı s OS Android

(23)

V´yvoj pro platformu Android Lokalizace zaˇr´ızen´ı s OS Android

NASS, vys´ılaˇc˚u mobiln´ı s´ıtˇe, Wi-Fi s´ıt´ı i pohybových senzor˚u. N´ızkoúrovˇnové informace sice zpˇr´ıstupˇnuje 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 úkolem je ulehˇcen´ı práce vývojáˇr˚um. Nab´ız´ı mj.

• jednoduˇsˇs´ı pˇr´ıstup ke sluˇzb´am Googlu, jako Mapy, Google+ aj.

• updaty aplikac´ı

• implementaci ˇcasto ˇreˇsených 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 probl´emu jsem se s´am pˇresvˇedˇcil na Samsung Galaxy Y s upravenou ROM Titanium2.

Knihovna byla uvedena aˇz v pr˚ubˇehu vývoje aplikace, coˇz mˇelo za násle- dek zmˇenu nˇekterých konstrukc´ı. Kv˚uli tomu a výˇse 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 do- zvˇedˇet, z kterého zdroje z´ıskávat informace. To lze vynutit pˇr´ımo specifikac´ı konkrétn´ıho zdroje nebo pouˇzit´ım objektu Criteria. Ten v sobˇe vývojáˇrem udrˇzuje nastavené preference na spotˇrebu energie, pˇresnost, rychlost z´ıskán´ı polohy atp. Objekt LocationManager je pak na základˇe preferenc´ı schopný vybrat nejlepˇs´ıho providera (viz listing 5.2). Android aktuálnˇe vyuˇz´ıvá 3 pro- videry polohy (viz tabulka 5.1).

1Upravená verze OS Android zpravidla vyvinutá nadˇsenci s c´ılem vylepˇsit funkce OS nebo dostat na stará zaˇr´ızen´ı vyˇsˇs´ı verze OS Android.

(24)

Tabulka 5.1: Provideˇri zemˇepisn´e polohy OS Android [16].

Zdroj polohy Popis

GPS PROVIDER zastˇreˇsuje zdroje polohy z GPS a GLONASS NETWORK PROVIDER umoˇzˇnuje pˇr´ıstup k souˇradnic´ım z´ıskan´ym

d´ıky mobiln´ı s´ıti a Wi-Fi s´ıt´ım

PASSIVE PROVIDER vyuˇz´ıv´a jako zdroje polohy jin´e aplikace, tj.

s´am neumoˇzˇnuje z´ısk´an´ı souˇradnic ze s´ıtˇe nebo GPS

5.1.3 Tˇ r´ıda LocationListener

Vysokoúrovˇnový pˇr´ıstup k z´ıskáván´ı polohy, jak název rozhran´ı napov´ıdá, funguje na principu posluchaˇce, který se zaregistruje spolu se svým 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 Servi- ces, 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 ze- mˇepisné polohy. Pro tyto úˇcely slouˇz´ı pˇret´ıˇzená metoda requestLocationUp- dates() (viz listing 5.3 a 5.4).

Metoda nab´ız´ı i dalˇs´ı varianty, napˇr. s vyuˇzit´ım objektu PendingIntent, který umoˇzˇnuje vykonat jiné aplikaci kus kódu s právy aktuáln´ı aplikace.

Knihovna Google Play Services umoˇzˇnuje zjednoduˇsen´ı, které bude popsáno v analýze frameworku.

(25)

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);

(26)

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

}

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

} }

(27)

Listing 5.3: Odbˇer zmˇen lokace s vyˇz´adan´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 syst´emem.

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);

(28)

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 aplika- c´ıch. Dále by mˇel splˇnovat 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 mapovými 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 orientovaný (dále OO) jazyk, nab´ız´ı se varianta pouˇzit´ı modelových tˇr´ıd. Tyto tˇr´ıdy maj´ı bezparametrický kontruktor, gettery a settery pro své atributy (zpravidla primtivn´ı datové typy). Toto ˇreˇsen´ı má hned nˇekolik d˚uvod˚u:

• pˇrehlednost n´avrhu

• snadn´e 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, kter´e se snaˇz´ı postihnout z´akladn´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 jm´ena.

Group umoˇzˇnuje shluknout instancePoint ˇci jej´ı potomky do slovn´ıku, pˇri-

(29)

Location Framework Vizualizace na mapˇe

Game shlukuje instance tˇr´ıdy Group opˇet pomoc´ıSparseArray. Umoˇzˇnuje také uloˇzen´ı kritéri´ı hry, jako napˇr. prostor vymezený souˇradnicemi.

JSONPuzzle je spoleˇcný 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 nezna- mená 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 konkr´etn´ıho pixelu na obrazovce

• pohyb a zoom mapy

• kreslen´ı lomené ˇcáry (tzv. polyline) na mapy dle zadaných zemˇepisných souˇradnic

Vˇsechny tyto funkce pracuj´ı nad mapou jako takovou. Ovˇsem proˇc s sebou nosit celý 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, zemˇepisných 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 vestavˇený prohl´ıˇzeˇc s jádrem WebKit¹. Mezi taková ˇreˇsen´ı patˇr´ı napˇr´ıklad Google Maps V3 ˇ

ci 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, ˇ

ze technologie bude urˇcená i pro telefony a tablety. Nevýhodou tohoto návrhu je nár˚ust objemu dat staˇzených i odeslaných prostˇrednictv´ım

1Renderovac´ı j´adro pro prohl´ıˇzeˇce vyuˇz´ıvaj´ıc´ı prohl´ıˇzeˇce jako Google Chrome, Safari nebo Opera

(30)

internetu. Kladem je fakt, ˇze pokud bude celá aplikace implementována ve vestavˇeném prohl´ıˇzeˇci, je snadno pˇrenositelná na jiné platformy.

Kompletnˇe offline ˇreˇsen´ı, která se nespoléhaj´ı na ˇzádné dalˇs´ı sluˇzby ani v otázce výpoˇct˚u ani v otázce mapových podklad˚u. Tato ˇreˇsen´ı jsou vhodná pro navigace, protoˇze vyˇzaduj´ı pouze prvotn´ı pˇripojen´ı k internetu pro instalaci a staˇzen´ı mapových podklad˚u. Z toho vyplývá, ˇze aplikace vˇcetnˇe podklad˚u m˚uˇze zabrat stovky MB na úloˇziˇsti.

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 veˇrejn´eho API od Googlu pro zjednoduˇsen´ı pr´ace 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 widget²MapView. To nutilo vývojáˇre pˇrijmout politiku Googlu ohlednˇe vyuˇzit´ı map, coˇz mj. znamenalo zákaz ukládán´ı nebo modifikace dlaˇzdic a omezený poˇcet bezplatných staˇzen´ı dlaˇzdic. Pokud vývojá- ˇr˚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 (d´ale 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 ukl´adat.

Mapy V2 jiˇz obsahuj´ı lepˇs´ıˇreˇsen´ı. Mapa se zobrazuje do widgetuFragment a zdroj dlaˇzdic lze specifikovat pˇredán´ım instance rozhran´ıTileProvider. 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 vý- vojáˇri. Pro OSM je to URL serveru, který vrac´ı dlaˇzdice. Dalˇs´ı moˇznost´ı je ˇcerpat dlaˇzdice pˇr´ımo z úloˇziˇstˇe, coˇz pˇrináˇs´ı rychlejˇs´ı zobrazen´ı dlaˇzdice a moˇznost vyuˇzit´ı i mimo dosah mobiln´ı s´ıtˇe.

(31)

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 UrlTileProvi- der. Vyˇzaduje pouze URL adresu serveru, kter´y poskytuje dlaˇzdice.

Servery zpravidla funguj´ı tak, ˇze je vol´ana URL ve form´atu

http://server.com/z/x/y.png a server vrac´ı jako odpovˇed’ dlaˇzdici. Proto instance vyˇzaduje URL serveru, ve které jsou za promˇennéx, y a z uve- dené placeholdery³, za které jsou pak konkrétn´ı promˇenné dosazované pˇri dotazu na server. Dalˇs´ımi parametry jsou pˇredpokládané rozmˇery dlaˇzdic.

MixedTileProvider umoˇzˇnuje oproti pˇredchoz´ı tˇr´ıdˇe jednu z´asadn´ı vˇec:

ukládat dlaˇzdice do úloˇziˇstˇe. Funguje tak, ˇze jako parametr vyˇzaduje instanciUrlTileProvideru. V okamˇziku, kdy je vyˇzadována dlaˇzdice, je nejdˇr´ıve prozkoumáno úloˇziˇstˇe. Pokud dlaˇzdice v úloˇziˇsti nen´ı, je sta- ˇ

zena prostˇrednictv´ım UrlTileProvideru, zobrazena a uloˇzena v úloˇziˇsti pod svými souˇradnicemi. Dalˇs´ım parametrem je ˇcasový údaj, který 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 kte- rých 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´ıOnMar- kerDragListener, které umoˇzˇnuje reagovat na události pˇri drag & drop pohybu s markerem po mapˇe. Tato tˇr´ıda poskytuje dva markery, d´ıky kterým 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´ıOnCame- raChangeListener, kter´e umoˇzˇnuje reagovat na ud´alost pˇresunu po mapˇe

3Charakteristické textové sekvence, ktelé lze snadno naj´ıt a následnˇe nahradit jiným textem.

(32)

Location Framework Knihovny

skrze metoduonCameraChangeListener(CameraPosition position). Jak název napov´ıdá, umoˇzˇnuje tˇr´ıda vymezit zemˇepisný prostor, ve kterém se m˚uˇze uˇzivatel pohybovat. Tato skuteˇcnost pomáhá sn´ıˇzit objem sta- ˇ

zených dat, protoˇze pokud pohled mapy nevystoup´ı z omezeného prostoru, nebudou se stahovat ani dlaˇzdice mimo tento prostor. Problémem pˇri implementaci se ukázal být efekt plynulého zpomalen´ı pouˇz´ıvaný pˇri scrollován´ı v systému Android. Spoˇc´ıvá v tom, ˇze pokud uˇzivatel na dotykové obrazovce pohne rychle prstem, je mapa pˇresunuta stej- ným smˇerem a odpov´ıdaj´ıc´ı intenzitou. D´ıky tomu se mi nedaˇrilo doc´ılit toho, aby byla mapa limitována striktnˇe na vymezený prostor, protoˇze odstranˇen´ı efektu mˇelo za následek nepohodlné zacházen´ı s mapou pro uˇzivatele. Zvolil jsem tedy strategii, která tento efekt ponechává. Roz- hran´ı posluchaˇce je implementováno tak, ˇze pˇri ukonˇcen´ı pohybu mapy kontroluje pozici stˇredu zobrazen´ı. Pokud je tento bod mimo vyme- zené 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 nespecifikovan´e ID hry.

PlayerStates je obdoba pˇredchoz´ı tˇr´ıdy, ale je urˇcena pro konstanty týka- j´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 syme- trické ˇsifrován´ı ˇretˇezc˚u algoritmem AES na základˇe poskytnutého ˇre- tˇezce - kl´ıˇce. Z kl´ıˇce je vygenerován pomoc´ı SHA256 hash, který je následnˇe vyuˇzit pro ˇsifrován´ı, resp. deˇsifrován´ı. Hlavn´ım d˚uvodem pro vznik této knihovny byla moˇznost poskytnout vývojáˇr˚um zabezpeˇcit

(33)

Location Framework Komunikace

• výpoˇcet reálné vzdálenosti dvojice zemˇepisných souˇradnic

• konverzi zemˇepisn´ych souˇradnic reprezentovan´ych starˇs´ı tˇr´ıdouLo- cation na novˇejˇs´ı reprezentaci LatLng

• výpoˇcet koordinát˚u dlaˇzdice ze zemˇepisných 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 instanceLatLngBounds⁴z dvojice zemˇepisných souˇradnic nezávisle na vzájemné poloze

• vytváˇren´ı kopi´ı instanc´ıPolygonOptions a CircleOptions, které se vyuˇz´ıvaj´ı pro drag & drop vymezován´ı hranic, ovˇsem bez zkop´ıro- ván´ı konkrétn´ıch zemˇepisných bod˚u

GlobalVars je tˇr´ıda vyuˇz´ıvaj´ıc´ı návrhový vzor jedináˇcek, která umoˇzˇnuje ukládán´ı globáln´ıch objektových promˇenných. Tˇr´ıda ukládá pod Strin- gové kl´ıˇce libovolné instance objekt˚u a umoˇzˇnuje 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 souˇcást´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 uˇzi- vatelské 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 uˇzivatelským rozhran´ım. Pokud se rozhodneme v tomto vláknˇe spustit dlouhý výpoˇcet nebo napˇr. stahován´ı dat, pˇrestane uˇzivatelské rozhran´ı reagovat, protoˇze bude vyt´ıˇzené právˇe t´ımto výpoˇctem. Pokud pˇrestane aktivita reagovat po nˇekolik sekund, je systémem násilnˇe ukonˇcena. Pro dlouhotrvaj´ıc´ı úkony na pozad´ı existuje nˇekolik moˇznost´ı jak je implementovat.

4Obdéln´ıkový prostor nad n´ımˇz lze se lze dotázat, zda daná zemˇepisná souˇradnice leˇz´ı uvnitˇr.

(34)

V LB aplikac´ıch komunikuj´ıc´ıch pˇres internet je potˇrebné, aby aplikace neustále z´ıskávala informace od ostatn´ıch úˇcastn´ık˚u a zároveˇn odes´ılala lo- káln´ı údaje. Pro tento úˇcel by se hodilo samostatné vlákno se smyˇckou, která by tuto smyˇcku umoˇzˇnovala nejlépe i v okamˇziku, kdy je aplikace napˇr. mi- nimalizována.

Pro takové úˇcely 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´ıˇckuNetworking. Protoˇze vyuˇzit´ı frameworku mus´ı být dostateˇcnˇe flexibiln´ı, je tˇr´ıda abstraktn´ı. Tˇr´ıda v sobˇe zahrnuje kostru pro nˇekolik ˇcastých úkon˚u spojených s LB aplikacemi.

6.4.2 Zp˚ usob pˇ renosu

Pokud aplikace zahrnuje komunikaci s jinými zaˇr´ızen´ımi, je nutné zvolit zp˚u- sob pˇrenosu dat. Pokud vynecháme, pro tento pˇr´ıpad, ponˇekud exotické moˇz- nosti (ftp, e-mail atp.), tak z˚ustane nˇekolik nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ıch protokol˚u.

TCP a UDP

Protokoly pro pˇr´ımé vyuˇzit´ı pracnˇejˇs´ı. Skýtaj´ı vˇsak moˇznost komuni- kovat 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 úspory pˇrenáˇsených dat. Od Javy 1.4 je souˇcást´ı API bal´ıˇcekjava.nio.channel, který obsahuje mj. tˇr´ıdu SocketChannel. D´ıky této tˇr´ıdˇe ve spolupráci s tˇr´ıdou Selector lze se sockety pracovat ob- dobnˇe jako v jazyce C.

InstanceSocketChannel se otevˇrou a pˇripoj´ı na adresu a port. a zaregis- truj´ı uSelectoru.Selector následnˇe hl´ıdá a pˇr´ıpadnˇe poskytuje instance SocketChannel pro ˇcten´ı nebo zápis. T´ım lze se sockety pracovat jako s bytovˇe orientovanými streamy. Nevýhodou tohoto pˇr´ıstupu je kom- plikovanost a pˇri snaze zmenˇsit objem dat se stává tˇeˇzce rozˇsiˇritelným napˇr. v pˇr´ıpadˇe pˇridáván´ı atribut˚u k jedné z modelových tˇr´ıd.

Google Cloud Messaging (GCM)

Sluˇzba poskytovan´a Googlem, jeˇz moˇzˇnuje odes´ılat data z aplikaˇcn´ıho

(35)

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 zaseGCM Client. Mezi nimi stoj´ıGCM Connection Servery, které pˇre- dávaj´ı zprávy (viz obrázek 6.1).

GCM rozeznává zaˇr´ızen´ı, resp. uˇzivatele d´ıky jejich Google úˇct˚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 roz- ˇsiˇrovat 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 Win- dow 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 ˇzádná data zapoˇc´ıtána.

HTTP

Velmi rozˇs´ıˇrený internetový protokol pro pˇrenos dokument˚u HTML i dalˇs´ıch soubor˚u. Funguje systémem dotaz-odpovˇed’. Uˇzivatel vznese textový poˇzadavek na konkrétn´ı URL, pˇriˇcemˇz souˇcást´ı poˇzadavku m˚u- ˇ

zou být dalˇs´ı parametry. Server odpov´ıdá textovou hlaviˇckou obsahu- j´ıc´ı informace o kódován´ı textu, verzi HTTP protokolu, typu vraceného obsahu atp. Následuje prázdný ˇrádek a samotný 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. výpadek datových packet˚u.

HTTP protokol je nav´ıc známý 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 výhodou 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 bˇeˇzný poˇc´ıtaˇc, aniˇz by se musela implementace nˇejak liˇsit. Nevýhodou je, ˇze server nem˚uˇze sám bez vyzván´ı zaslat data

5Online obchod s aplikacemi pro OS Android.

6Cloudová platforma spoleˇcnosti Microsoft vyuˇz´ıvaná k hostován´ı a ˇskálován´ı webových aplikac´ı skrze datacentra Microsoftu.

7Online centrum pro vývojáˇre, kde mohou spravovat Googlem poskytnuté sluˇzby pro své aplikace.

(36)

na klienta, takˇze klient se mus´ı pravidelnˇe dotazovat na nov´a 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.

Obr´azek 6.1: Sch´ema 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.

J´a jsem vybral JSON (z ang. JavaScript Object Notation). D˚uvod˚u bylo hned nˇekolik.

• velmi rozˇs´ıˇren´y form´at serializace dat

• rozˇs´ıˇren´ı objekt˚u o atributy nen´ı probl´em

• vyuˇz´ıvan´y i sluˇzbami tˇret´ıch stran jako napˇr. Google Geolocation API

• d´ıky rozˇs´ıˇrenosti existuj´ı jiˇz hotov´a ˇreˇsen´ı pro serializaci a deserializaci

(37)

JSON dok´aˇze reprezentovat (viz listing 6.3):

1. ˇRetˇezce 2. ˇC´ısla

(a) Cel´a

(b) S plovouc´ı desetinnou ˇc´arkou 3. Speci´aln´ı hodnoty

(a) True nebo False (b) Null

4. Neindexovan´e pole hodnot

5. Objekty, resp. pole, indexovan´e 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 ˇrádku(\n), tabu- látor(\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 rozli- ˇsen´ı, jak má být 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.

Druhý pˇr´ıpad je reakce na zprávy od aplikace. Ty mohou pˇrij´ıt od uˇziva- tele skrze uˇzivatelské rozhran´ı nebo od aplikace jako takové napˇr. od vlákna, které bude pravidelnˇe vykonávat nˇejakou ˇcinnost.

V této fázi bylo nutné zvolit vhodný 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 nepohodlný pro aplikace, kde bude vyuˇzito mnoho aktivit. Mnou zvolený zp˚usob je robustnˇejˇs´ı. Zakládá se na zas´ılán´ı instanc´ı tˇr´ıdyIntent. InstanceItent v sobˇe obsahuje mj.

(38)

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<NameValuePair> params = new ArrayList<NameValuePair>(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

<html><body><h1>403 Forbidden</h1>

Request forbidden by administrative rules.

</body></html>

(39)

Listing 6.3: Uk´azka dat ve form´atu 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"

} ]

(40)

• 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 instanciBroadcastReceiver, tj. jeho metody onRe- ceive(Context context, Intent intent), m˚uˇze na zaslané instance Intent reagovat nebo je nechat být. Instanci tˇr´ıdy BroadcastReceiver je nutné jeˇstˇe registrovat u instance LocalBroadcastManager spolu s instanc´ıIntentFilter, která obsahuje seznam akc´ı pro odeb´ırán´ı

6.4.3.b Odes´ıl´an´ı zpr´av

Zprávy mohou být na server odes´ılány skrze HTTP poˇzadavek nebo skrze Intent do jiné aktivity, resp. sluˇzby. OS Android vyuˇz´ıváIntenty i pro spouˇs- tˇen´ı aplikac´ı nebo napˇr. otev´ırán´ı internetových stránek. D´ıky komunikaci pˇres Intenty m˚uˇze být framework souˇcást´ı tohoto toku informac´ı systémem a reagovat napˇr. i na n´ızký stav baterie apod.

6.4.3.c Aktualizace lokace pˇr´ıstroje

Souˇcást´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 jednoduchý, ale na slovn´ı popis zdlouhavý, proto je názornˇejˇs´ı ukázka v listingu 6.4.

Zjednoduˇsen´e nastaven´ı spoˇc´ıv´a 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 metodousetInterval(int interval) a pasivn´ıho odbˇeru setFas- testInterval(int interval). Aktivn´ı odbˇer znamená, ˇze je lokace vyˇzádána. Pa- sivn´ı funguje tak, ˇze lokace jsou obdrˇzeny od jiných bˇeˇz´ıc´ıch aplikac´ı, které si aktivnˇe polohu vyˇzádaly.

Protoˇze sluˇzba sama implementuje rozhran´ıLocationListener, m˚uˇze na

(41)

Location Framework Integrace frameworku

Pro pouˇzit´ı ve sluˇzbˇe staˇc´ı implementovat abstraktn´ı metodu setupProper- tiesOfLocationRequest() a v n´ı prov´est nastaven´ı instance LocationRequestu.

Spojen´ı jiˇz sluˇzba obstar´a sama.

Tabulka 6.1: Moˇznosti odbˇeru polohy LocationClientem.

Konstanta Popis

PRIORITY BALANCED POWER ACCURACY Cast´ˇ e kompromisn´ı nastaven´ı. Dlouhé intervaly aktivn´ıch poˇzadavk˚u jsou pro- kládány pasivn´ım z´ıskáván´ım polohy.

PRIORITY HIGH ACCURACY Poˇzadavek nejvyˇsˇs´ı

moˇzn´e pˇresnosti a pravideln´eho odbˇeru.

PRIORITY LOW POWER Staˇc´ı niˇzˇs´ı pˇresnost,

coˇz ˇsetˇr´ı baterii. Napˇr.

pokud je zapojen´a GPS, tak je vyuˇzita pouze s´ıt’ k urˇcen´ı polohy.

PRIORITY NO POWER Slouˇz´ı k nastaven´ı

pouze pasivn´ıho pˇr´ı- jmu polohy.

6.5 Integrace frameworku

Celý framework je zabalený jako *.jar soubor a staˇc´ı jej k projektu pouze pˇripojit. V prostˇred´ıEclipse je postup následuj´ıc´ı:

1. vytvoˇrit v projektu adres´aˇrlibs, pokud jiˇz neexistuje 2. nakop´ırovat do adres´aˇre knihovnu frameworku

3. pˇridat knihovnu do Build path projektu pˇres Project -> Properties ->

Java Build Path -> Libraries -> Add JARs

(42)

Location Framework Integrace frameworku

Listing 6.4: Pˇrihl´aˇsen´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) {...}

(43)

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 úˇcastn´ık˚u na mapˇe.

Uˇzivatel m˚uˇze vytvoˇrit skupinu a jej´ı ID a heslo pˇredat jiným uˇzivatel˚um, kteˇr´ı se mohou do skupiny pˇrihlásit. Uˇzivatelé v rámci skupiny se vzájemnˇe vid´ı na mapˇe. Uˇzivatel m˚uˇze být pˇrihláˇsen ve v´ıce mapách a mezi skupinami m˚uˇze vyb´ırat.

Aplikace ovˇsem slouˇz´ı k ovˇeˇren´ı funkˇcnosti a nalezen´ı pˇr´ıpadných moˇz- nost´ı vylepˇsen´ı. K jej´ımu detailn´ımu pochopen´ı m˚uˇze ˇctenáˇr nahlédnout do pˇriloˇzených zdrojových kód˚u.

7.1 Datov´ y model

Model (viz Obrázek 7.3) sestává ze tˇr´ı tabulek. Skuteˇcnost, ˇze uˇzivatel (User) m˚uˇze být 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 modelových tˇr´ıd (viz Obrázek 7.4).

7.2 Pouˇ zit´ı frameworku

Aplikace vyuˇz´ıvá kromˇe modelových tˇr´ıd i implementaci abstraktn´ı tˇr´ıdyNe- tworkService - BaseService. Implementac´ı dev´ıti abstraktn´ıch metod se z této sluˇzby stává komunikaˇcn´ı centrum aplikace.

getBinder vrac´ı objektIBinder. Ten je vrácen pˇri spuˇstˇen´ı sluˇzby z aktivity jako vázané. IBinder pak zpˇr´ıstupˇnuje veˇrejné metody a promˇenné.

buildTrayNotification je obalovac´ı metodou volanou jiˇz pˇri vytváˇren´ı sluˇz- by. Jej´ım úˇcelem je zajistit, aby sluˇzba mˇela neustálý záznam panelu

Bakaláˇrská práce GPS framework na platformˇe Android

Z´ apadoˇcesk´ a univerzita v Plzni Fakulta aplikovan´ ych vˇed

Katedra informatiky a v´ ypoˇcetn´ı techniky