ΑΝΑΠΤΥΞΗ ANDROID ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΟΥΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΚΙΝΗΤΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ. Ευάγγελος Στεφανάκης (ΑΜ: Τ-02341)

Transcript

1 ΑΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ANDROID ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΟΥΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΚΙΝΗΤΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Ευάγγελος Στεφανάκης (ΑΜ: Τ-02341) Επιβλέπων: Κακαρόντζας Γεώργιος, Επικουρος Καθηγητής ΛΑΡΙΣΑ 2015

2 «Εγώ ο,στεφανάκης Ευαγγελος δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία με τίτλο <Ανάπτυξη Android εφαρμογής για την αξιοποίηση δεδομένων από ενσωματωμένους αισθητήρες κινητών συσκευών > είναι δική μου και βεβαιώνω ότι: Σε όσες περιπτώσεις έχω συμβουλευτεί δημοσιευμένη εργασία τρίτων, αυτό επισημαίνεται με σχετική αναφορά στα επίμαχα σημεία. Σε όσες περιπτώσεις μεταφέρω λόγια τρίτων, αυτό επισημαίνεται με σχετική αναφορά στα επίμαχα σημεία. Με εξαίρεση τέτοιες περιπτώσεις, το υπόλοιπο κείμενο της πτυχιακής αποτελεί δική μου δουλειά. Αναφέρω ρητά όλες τις πηγές βοήθειας που χρησιμοποίησα. Σε περιπτώσεις που τμήματα της παρούσας πτυχιακής έγιναν από κοινού με τρίτους, αναφέρω ρητά ποια είναι η δική μου συνεισφορά και ποια των τρίτων. Γνωρίζω πως η λογοκλοπή αποτελεί σοβαρότατο παράπτωμα και είμαι ενήμερος(- η) για την επέλευση των νομίμων συνεπειών» < υπογραφή > Στεφανάκης Ευάγγελος

3 Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή Τόπος: Ημερομηνία: ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

4

5 Περίληψη Με την ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας, μεγάλο πλήθος ατόμων διαθέτει έξυπνα κινητά εξοπλισμένα με πληθώρα αισθητήρων και ισχυρούς επεξεργαστές. Την διαθέσιμη αυτή υποδομή εκμεταλλεύονται οι crowdsensing εφαρμογές, που συλλέγουν μετρήσεις από τους αισθητήρες ώστε να συνθέσουν μια συνολική εικόνα. Υπάρχουν κάποιες εφαρμογές που ανήκουν στην κατηγορία των φορητών εφαρμογών crowdsensing: «εφαρμογές στις οποίες άτομα με υπολογιστικές συσκευές που διαθέτουν αισθητήρες μοιράζονται συλλογικά τα δεδομένα και εξάγουν πληροφορίες για τη καταμέτρηση και απεικόνιση φαινομένων κοινού ενδιαφέροντος» (Ganti et. al., 2011). Μέσω αυτών, συλλέγονται διάφορα δεδομένα από το περιβάλλον με τη χρήση αισθητήρων κινητών συσκευών και αποστέλλονται σε κεντρικούς εξυπηρετητές (servers). Η λήψη των δεδομένων αυτών διευκολύνεται από το γεγονός πως τα σημερινά έξυπνα τηλέφωνα και άλλες φορητές συσκευές διαθέτουν ενσωματωμένους αισθητήρες. Για παράδειγμα υπάρχει η δυνατότητα παροχής πληροφοριών σχετικά με την ατμόσφαιρα μέσω του αισθητήρα ατμοσφαιρικής πίεσης (βαρόμετρο) που βρίσκεται στο Nexus της Google. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία αναπτύσσεται μία εφαρμογή για Android φορητές συσκευές η οποία θα αντλεί πληροφορίες από κάποιους αισθητήρες και θα μπορεί να μεταφορτώνει αυτά τα δεδομένα των αισθητήρων σε κεντρικό εξυπηρετητή. Στον εξυπηρετητή επίσης θα μεταφορτώνεται μετρήσεις και από άλλες παρακείμενες συσκευές. Μέσω του συνδυασμού των δεδομένων από πολλές φορητές συσκευές μπορούν να εξαχθούν συμπεράσματα. Για παράδειγμα οι μετρήσεις ατμοσφαιρικής πίεσης από πολλά κινητά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μιας πυκνής εικόνας των αλλαγών της πίεσης λόγω μιας καταιγίδας που πλησιάζει ή ενός ψυχρού μετώπου (Nosowitz, 2011). Ο στόχος της πτυχιακής εργασίας είναι διττός και αρχικά δημιουργείται μια αναφορά που περιέχει μία γενική περιγραφή των εφαρμογών crowdsensing και των χαρακτηριστικών τους καθώς επίσης και τα στάδια ανάλυσης και σχεδίασης μιας τέτοιας εφαρμογής. Έπειτα, καταλήγει στην ανάπτυξη της εφαρμογής και η δοκιμαστική της λειτουργία για συσκευές Android. -v-

6 Ευχαριστίες Με την ολοκλήρωση της Πτυχιακή Εργασίας μου θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ Κακαρόντζα Γεώργιο. Καθηγητή του Τμήματος Μηχανικών Πληροφορικής Τ.Ε. του ΑΤΕΙ Θεσσαλίας για την καθοδήγηση που μου προσέφερε, ως επιβλέπων Καθηγητής, για τις επιστημονικές και πολύτιμες υποδείξεις του, καθώς επίσης και για τη διαρκή υποστήριξη και καθοδήγηση. Ευχαριστώ τα μέλη της Εξεταστικής Επιτροπής, κ.... Καθηγητή του Τμήματος του.. και κ.... Καθηγητή του Τμήματος του.. για την βοήθεια που μου παρείχαν καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας. Επίσης ευχαριστίες εκφράζονται στους φιλους και στα κοντινά πρόσωπα που με στήριξαν καθ όλη τη διάρκεια της παρούσας πτυχιακής εργασίας. Τέλος, ευχαριστώ τους γονεις και συγγενεις μου για την αστείρευτη αγάπη, στήριξη και υπομονή καθ όλη τη διάρκεια της προσπάθειας μου.. ονοματεπώνυμο ημερομηνία -vi-

7 Περιεχόμενα ΠΕΡΙΛΗΨΗ... V ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... VI ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... VII ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ... IX ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ... XI 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΡΙΣΜΟΣ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Λογισμικό κινητών συσκευών Περιβάλλοντα ανάπτυξης εφαρμογών Η Τεχνολογία Android Γενικά Εφαρμογές Android Εξέλιξη Android Αρχιτεκτονική Android Συστατικά Στοιχεία και Εργαλεία Android Ασφάλεια Android ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΚΙΝΗΤΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ (MOBILE CROWDSENSING) Εφαρμογές των Mobile Crowdsensing (MCS) Μοναδικά Χαρακτηριστικά των MCS ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΚΥΡΙΩΝ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΤΟΥ IDE ANDROID STUDIO Εγκατάσταση Android Studio Διεπαφή Χρήστη (User Interface) Διάταξη Διεπαφής Χρήστη (User Interface Layout) Στοιχεία διεπαφής χρήστη (User Interface Components) vii-

8 2.1.3 Συλλογή δεδομένων από αισθητήρες ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Περιγραφή της Εφαρμογής «Noise» Κατηγορίες Χρηστών Πλαίσιο χρήσης της Εφαρμογής ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ Λειτουργία 1 Εγκατάσταση της εφαρμογής Λειτουργία 2 Είσοδος του χρήστη στο περιβάλλον της εφαρμογής Λειτουργία 3 Εκτέλεση εφαρμογής Λειτουργία 4 Αποτελέσματα και λήξη εφαρμογής Ενδεικτικές Οθόνες της εφαρμογής ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΩΝ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Συσκευή Δοκιμών της Εφαρμογής Απόδοση της Εφαρμογής ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ Τεχνική Ανάλυση της Εφαρμογής ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΟΘΟΝΗΣ Χρήση του κεντρικού μενού Χρήση της activity_main ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ RECORD_NOISE ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΙΠΩΝ ΚΛΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ Δημιουργία κλάσης GPSTracker Δημιουργία κλάσης Data implements Serializable Δημιουργία κώδικα Main_Activity.java Δημιουργία και χρήση του Manifest.xml ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ B viii-

9 Κατάλογος Εικόνων Εικόνα 1. Λογότυπο της έκδοσης IOS Εικόνα 2. Open Source Platform Andoid Εικόνα 3. Λογότυπο της έκδοσης BlackBerry Εικόνα 4. Λογότυπο της έκδοσης Windows Phone Εικόνα 5. Λογότυπο της έκδοσης Symbian Εικόνα 6. Αριθμός εφαρμογών (apps) ανά λειτουργικό σύστημα για τον Σεπτέμβριο του Εικόνα 7. Λογότυπο της έκδοσης J2ME Εικόνα 8. Google Nexus Εικόνα 9. Ιστορική Εξέλιξη του Android Εικόνα 10. Ιστορική Εξέλιξη του Android Εικόνα 11. Αρχιτεκτονική του Android Εικόνα 12. Τυπική λειτουργία των εφαρμογών MCS αισθητήρων Εικόνα 13. Βήματα εγκατάστασης του Java SDK Εικόνα 14. Βήματα Εγκατάστασης του Android Studio Εικόνα 15. Το Περιβάλλον του Android SDK Εικόνα 16. Εγκατάσταση update packages Εικόνα 17. Το περιβάλλον του android Studio Εικόνα 18. Η κύρια οθόνη του AVD με τρέχουσες εικονικές συσκευές Εικόνα 19. Απεικόνιση μιας ιεραρχίας από views Εικόνα 20. Κώδικας δημιουργίας κάθετης διάταξης Εικόνα 21. Κώδικας για την συλλογή δεδομένων αισθητήρων Εικόνα 22. Χάρτης κυκλοφοριακού θορύβου Εικόνα 23. Περιβάλλον εφαρμογής Noise Εκκίνηση (Nvidia) Εικόνα 24. Περιβάλλον εφαρμογής Noise Kαταγραφή θορύβου (Nvidia) Εικόνα 25. Περιβάλλον εφαρμογής Noise Εκκίνηση (Samsung) Εικόνα 26. Περιβάλλον εφαρμογής Noise Kαταγραφή θορύβου (Samsung) Εικόνα 27. Nexus One Εικόνα 28. Ποσοστό επιτυχίας σε συνολικά 30 διαθέσιμες συσκευές Εικόνα 29. Απόδοση της εφαρμογής Noise ix-

10 Εικόνα 30. Screenshots της εφαρμογής στα διαθέσιμα κινητά Εικόνα 31. Διαδικασία φάσεων εγκατάστασης, εκτέλεσης & απεγκατάστασης Εικόνα 32. Διάγραμμα Ροής διαδικασιών της MediaRecorder Εικόνα 33. Κώδικας MediaRecorder Εικόνα 34. Αρχικό στιγμιότυπο του μενού Εικόνα 35. Κώδικας του menu_main.xml Εικόνα 36. Γραφική διεπαφή της αρχικής οθόνης της εφαρμογής Εικόνα 37. Η activity_main.xml Εικόνα 38. Το αρχείο Record_Noise.java Εικόνα 39. Ο κώδικας της κλάσης GPSTracker Εικόνα 40. Ο κώδικας της κλάσης Data Implements Serializable Εικόνα 41. Το αρχείο Main_Activity.java Εικόνα 42. Το αρχείο AndroidManifest.xml x-

11 Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 1. Γλώσσες Προγραμματισμού και Περιβάλλοντα Ανάπτυξης Πίνακας 2. Εγκατάσταση Εφαρμογής Πίνακας 3. Είσοδος του χρήστη στο περιβάλλον της εφαρμογής Πίνακας 4. Εκτέλεση εφαρμογής Πίνακας 5. Αποτελέσματα και λήξη εφαρμογής Πίνακας 6. Χρήση κλάσεων xi-

12

13 1 Εισαγωγή Είναι κοινά αποδεκτό πως η εξέλιξη των κινητών τεχνολογιών είναι ραγδαία τα τελευταία χρόνια. Το γεγονός αυτό οφείλεται πρωτίστως στην ανάπτυξη που έχει δημιουργηθεί στο χώρο των επικοινωνιών τόσο των ασύρματων όσο και των κινητών, αλλά και στις αυξήσεις της χρήσης των κινητών συσκευών (έξυπνα τηλέφωνα, ταμπλέτες, κλπ). Το κύριο χαρακτηριστικό της τάσης που έχει διαμορφωθεί είναι η χρήση των κινητών συσκευών σε συνδυασμό με την πρόσβαση στο διαδίκτυο και την ενσωμάτωση πλήθους αισθητήρων (π.χ., GPS δέκτη, ηλεκτρονική πυξίδα, επιταχυνσιόμετρο, κλπ). Οι καινούριες συσκευές διαθέτουν εξελιγμένες υπολογιστικές, απεικονιστικές και επικοινωνιακές δυνατότητες. Παράλληλα, έχει δημιουργηθεί το κατάλληλο έδαφος για την δημιουργία εφαρμογών για τα κινητά και τις λοιπές συσκευές που αξιοποιούν στο έπακρο τις δυνατότητες τους ενώ ήδη έχουν δημιουργηθεί οι πρώτες πλατφόρμες ελεύθερου λογισμικού μέσω των οποίων ακόμα και οι ίδιοι οι χρήστες μπορούν να αναπτύξουν εφαρμογές (application) για προσωπική ή εμπορική και επιχειρηματική δραστηριότητα. 1.1 Ορισμός Προβλήματος Όπως προαναφέρθηκε, οι κινητές συσκευές έχουν αποτελέσει αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητας των ανθρώπων και συνεχώς το ποσοστό χρήση τους αυξάνεται αφού πλήθος δυνατοτήτων ενσωματώνονται σε αυτές. Είναι ευρέως γνωστό πως ο αρχικός σκοπός δημιουργίας των εν λόγω συσκευών ήταν η πραγματοποίηση κλήσεων προς σταθερά δίκτυα και λοιπές κινητές συσκευές. Με την πάροδο όμως του χρόνου, η ανάγκη για την άμεση και γρήγορη πρόσβαση σε πληροφορίες, έδωσε κίνητρα για την ανάπτυξη εφαρμογών φιλικές προς κάθε χρήστη με μοναδικό απώτερο σκοπό την καλύτερη εξυπηρέτηση του. -13-

14 Στην πλειοψηφία τους τα «έξυπνα» κινητά τηλέφωνα (smartphones) εμφανίζονται στην αγορά με ενσωματωμένους αισθητήρες οι οποίοι μπορούν να διαβάσουν συγκεκριμένες κινήσεις του τηλεφώνου όπως το επιταχυνσιόμετρο (accelerometer), το γυροσκόπιο (gyroscope), ο αισθητήρας προσανατολισμού (orientation sensor), κ.α. Έτσι λοιπόν με την χρήση των αισθητήρων αυτών και την μεγάλη υπολογιστική ικανότητα που έχουν πλέον τα έξυπνα κινητά τηλέφωνα, υπάρχει η δυνατότητα για την δημιουργία αλγορίθμων που μπορούν και ανιχνεύουν ακόμα και πτώσεις (Vavoulas et.al., 2013). Σκοπός της πτυχιακής είναι η ανάπτυξη μίας εφαρμογής για Android φορητές συσκευές η οποία θα αντλεί πληροφορίες από κάποιους αισθητήρες και θα μπορεί να μεταφορτώνει αυτά τα δεδομένα των αισθητήρων σε κεντρικό εξυπηρετητή. Στον εξυπηρετητή επίσης θα μεταφορτώνεται μετρήσεις και από άλλες παρακείμενες συσκευές. Μέσω του συνδυασμού των δεδομένων από πολλές φορητές συσκευές μπορούν να εξαχθούν συμπεράσματα. Η εφαρμογή αυτή θα έχει την δυνατότητα κατόπιν εύρεσης των συντεταγμένων της τοποθεσίας του χρήστη (GPS location), την μέτρηση της ηχητικής στάθμης συσκευών κινητής τηλεφωνίας και tablets. Επιπρόσθετα, η εφαρμογή πέραν της δυνατότητας καταγραφής του θορύβου και της παρουσίασης της τιμή σε db, δύναται να εξάγει και συμπεράσματα για την κατηγορία του θορύβου σε μία από τις βαθμίδες (υψηλή, μεσαία, χαμηλή) το οποίο και συμβαίνει με χρωματισμό επί της οθόνης του αποτελέσματος του θορύβου. Επιπρόσθετα τα δεδομένα που θα καταγράφονται θα μπορούν να συλλέγονται και να αποθηκεύονται σε αρχείο (storage directory) για περαιτέρω επεξεργασία και ανάλυση. Σε αυτό το πλαίσιο, η εργασία αυτή ξεκινώντας με μια επισκόπηση της αρχιτεκτονικής του Android, μελετά και κατηγοριοποιεί τις τάσεις των ολοένα και αναπτυσσόμενων εφαρμογών υποστήριξης των crowdsensing πλατφόρμων και αναπτύσσει ένα νέο μηχανισμό εφαρμογής σε περιβάλλον Android. Αρχικά στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια μικρή ιστορική αναδρομή σχετικά με τη δημιουργία των εφαρμογών των κινητών συσκευών δίνοντας βαρύτητα στην αρχιτεκτονική του Android και την παρουσίασή του και γίνεται σύγκριση έναντι άλλων λειτουργικών που προορίζονται για κινητές συσκευές. Κατόπιν, επεξηγείται τι ακριβώς είναι το Android και σε ποιες τεχνολογίες έχει στηριχθεί, τα εργαλεία, η ασφάλεια και οι άδειες υπό τις -14-

15 οποίες υφίσταται. Μελετάται εκτενώς η αρχιτεκτονική του Android και η σύζευξη με άλλες τεχνολογίες. Στο δεύτερο κεφάλαιο, ακολουθεί η παρουσίαση του Android, η οποία αφορά την εγκατάσταση των εργαλείων του και του περιβάλλοντος ανάπτυξης, τα δομικά συστατικά του και άλλα στοιχεία απαραίτητα για την ανάπτυξη εφαρμογών. Επιπρόσθετα, αναλύεται η εφαρμογή που έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, και ειδικότερα πώς εξαρχής εγκαθίστανται τα απαραίτητα αρχεία στο περιβάλλον ανάπτυξης και πώς έχουν αναπτυχθεί κάποια εξ αυτών. Σε κάθε παράγραφο επεξηγείται ποια είναι η λειτουργία τους, αλλά και πώς εξελίσσουν την εφαρμογή. Στο επόμενο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η υλοποίηση και το test mode της εν λόγω εφαρμογής, ενώ στο τέταρτο κεφάλαιο δίδονται τα συμπεράσματα από τη πτυχιακή εργασία και προτάσεις περαιτέρω ανάπτυξης. 1.2 Τεχνολογίες Υποστήριξης Εφαρμογών Οι Τεχνολογίες της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών (ΤΠΕ) τα τελευταία χρόνια βρίσκονται σε ραγδαία εξέλιξη ενώ αποτελούν σύμφωνα με πολλούς ερευνητές ένα από τα πιο κρίσιμα και μεγαλύτερα επιτεύγματα της ανθρώπινης ιστορίας. Κατέχοντας υψίστης σημασίας για όλους τους ανθρώπους οι ΤΠΕ έχουν ενεργά συμβάλλει στη βελτίωση της ποιότητας ζωής καθώς και στην αύξηση της παραγωγικότητας και αποδοτικότητας. Επιπρόσθετα, μέσα από την χρήση των εν λόγω τεχνολογιών δημιουργούνται πολλές επιχειρηματικές ευκαιρίες και δραστηριότητες και συνάδουν στην καλύτερη αναβάθμιση της συλλογής πληροφοριών και την ανάδειξη των κοινωνικών σχέσεων. Σύμφωνα με τον Σταμάτη (2012) η έννοια της επικοινωνίας ορίζεται ως «η σύνθετη και πολύπλοκη διαδικασία που ανάγεται στην ανώτερη διανοητική σφαίρα του ανθρώπινου είδους η οποία μολονότι δείχνει να οφείλεται σε έμφυτες ικανότητες, έχει τη δυνατότητα να αναπτύσσεται και να βελτιώνεται με κατάλληλη διδασκαλία και άσκηση». Οι εφαρμογές τεχνολογιών υποστήριξης βασίζονται στις τεχνολογίες του Η/Υ, της ασύρματης επικοινωνίας, της ρομποτικής και της εικονικής πραγματικότητας ενώ προσφέρουν πολλές δυνατότητες στα άτομα που χρειάζονται άμεση πρόσβαση στην πληροφορία, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα υπηρεσιών, συσκευών και εφαρμογών λογισμικού που διευκολύνουν την επικοινωνία τους και όχι μόνο. -15-

16 1.2.1 Λογισμικό κινητών συσκευών Ως γνωστό το λογισμικό (software) χωρίζεται σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Το λογισμικό εφαρμογών και το λογισμικό του συστήματος. Οι κινητές συσκευές διαθέτουν σήμερα αρκετά λειτουργικά συστήματα τα βασικότερα των οποίων είναι τέσσερα: α) το ios (iphone), β) το Android, γ) το Blackberry και δ) το Windows Phone. Εικόνα 1. Λογότυπο της έκδοσης IOS Τα τρία πρώτα είναι λειτουργικά συστήματα αμιγώς σχεδιασμένα για κινητές υπολογιστικές συσκευές. To ios (Εικ. 1) χρησιμοποιείται από την Apple σε όλες τις κινητές της συσκευές όπως τα iphone, ipod touch και ipad. Αποτελεί την έκδοση του Mac 0S X και είναι βασισμένη στο Linux. Οι open source (ανοιχτού κώδικα) πλατφόρμες, είναι εκείνες οι οποίες είναι ελεύθερα διαθέσιμες στους χρήστες για χρήση, τροποποίηση και επεξεργασία. Εικόνα 2. Open Source Platform Andoid Η πιο δημοφιλής πλατφόρμα ανοιχτού κώδικα είναι το Android (Εικ. 2). Σχεδιάστηκε από την open Handset Alliance της οποίας ηγείται η Google και είναι βασισμένο σε Java. Η Google έχει δημοσιεύσει το μεγαλύτερο μέρος του κώδικα του Android υπό την άδεια Apache License. Το λειτουργικό σύστημα της BlackBerry είναι διάσημο κυρίως για την παροχή υψηλής ποιότητας υπηρεσιών και instant messaging μεταξύ BlackBerry συσκευών. Η νέα όμως έκδοση 10.1 του λειτουργικού συστήματος έχει φέρει αρκετές νέες διορθώσεις και λειτουργίες στις οποίες συγκαταλέγονται το BlackBerry Hub, οι ειδοποιήσεις, η καλύτερη επιλογή κάποιου -16-

17 συγκεκριμένου σημείου μέσα στο κείμενο και η τεχνολογία HDR shooting mode στην κάμερα για καλύτερης ποιότητας φωτογραφίες σε δύσκολες συνθήκες φωτισμού 1. Η επόμενη αναβάθμιση, το BlackBerry 10.2, στοχεύει να φέρει βελτιώσεις ακόμα περισσότερες στις ειδοποιήσεις, δίνοντας στον χρήστη τη δυνατότητα απάντησης σε κάποιο μήνυμα μέσω του ίδιου του notification αλλά και υποστήριξη για WiFi Direct, ούτως ώστε να είναι ευκολότερη η ανταλλαγή περιεχομένου μεταξύ συμβατών συσκευών 2. Παράλληλα, μεταξύ άλλων, θα υπάρχει μια νέα native εφαρμογή για Evernote, καθώς επίσης και νέες εφαρμογές για τις ρυθμίσεις και για την διαχείριση εφαρμογών 3 (Εικ. 3). Εικόνα 3. Λογότυπο της έκδοσης BlackBerry Το Windows Phone (Εικ. 4) είναι μια Licensed compact έκδοση του λειτουργικού συστήματος Windows σε συνδυασμό με μια σουίτα βασικών εφαρμογών για κινητές συσκευές που βασίζονται στο Win 32 ΑΡΙ της Microsoft. Το εν λόγω λειτουργικό σύστημα προέρχεται από τα Windows 8, που κυκλοφόρησαν το φθινόπωρο του Εικόνα 4. Λογότυπο της έκδοσης Windows Phone Να επισημανθεί πως την τελευταία περίοδο έχει αυξηθεί και η διάδοση του λειτουργικού συστήματος Symbian (Εικ. 5). Πολλά τηλέφωνα Nokia αλλά και άλλων κατασκευαστών κατά καιρούς διαθέτουν Symbian. Το Symbian 3 είναι η τελευταία έκδοση του λειτουργικού και περιέχεται στο N8 και άλλα Nokia Smartphone s. Όπως και το Android έτσι και το Symbian είναι ένα λειτουργικό σύστημα ανοιχτού κώδικα για κινητές 1 Πηγή: 2 Πηγή: 3 Πηγή:

18 συσκευές συνδεδεμένο με βιβλιοθήκες πλαίσια διεπαφής χρήστη και υλοποιήσεις διάφορων κοινών εργαλείων. Εικόνα 5. Λογότυπο της έκδοσης Symbian Αναφορικά με το λογισμικό εφαρμογών Οι εφαρμογές (apps) που εκτελούνται στις φορητές συσκευές και που αποτελούν το λογισμικό των συσκευών αυτών, έχουν σχεδιαστεί με τέτοιον τρόπο ώστε να επιτρέπουν την αλληλεπίδραση με τον χρήστη με απτική τεχνολογία (capacitive sensing) που κάνει χρήση οθόνης αφής. Στην αγορά υπάρχουν εκατοντάδες χιλιάδες εφαρμογές για το ios και το Android καθώς και για τις πλατφόρμες του Windows Phone και της Blackberry που σταδιακά φαίνεται να αναπτύσσονται και να καταλαμβάνουν μερίδιο αγορών (Εικ. 6). Εικόνα 6. Αριθμός εφαρμογών (apps) ανά λειτουργικό σύστημα για τον Σεπτέμβριο του Συνήθως η εγκατάσταση των εφαρμογών σε μία κινητή συσκευή γίνεται μέσω μιας πλατφόρμας. Πολλές εφαρμογές διατίθενται δωρεάν ενώ οι υπόλοιπες μπορούν να αποκτηθούν με κάποιο σχετικά μικρό κόστος. Επιπλέον, η ίδια εφαρμογή κυκλοφορεί για διάφορα λειτουργικά συστήματα κινητών συσκευών. Οι εφαρμογές σε Android αναπτύσσονται συνήθως με τη λογική του ελεύθερου λογισμικού ή του λογισμικού 4 Πηγή:

19 ανοικτού κώδικα και αυτές δύναται κάποιος να τις αναζητήσει είτε στο App store 5 για τις συσκευές με IOS, είτε στο Google Play 6 για τις συσκευές με Android Περιβάλλοντα ανάπτυξης εφαρμογών Τα περιβάλλοντα ανάπτυξης εφαρμογών αποτελούν σημαντικό κομμάτι για την σχεδίαση και υλοποίηση των παραπάνω εφαρμογών οι οποίες μπορούν να εκτελεστούν από σύγχρονες κινητές συσκευές (smartphones) οι οποίες διαθέτουν λειτουργικό σύστημα. Οι εφαρμογές αυτές δύναται να λειτουργήσουν τόσο στα σύγχρονα «έξυπνα» τηλέφωνα "smartphones", όσο και σε άλλες υπολογιστικές συσκευές, οι οποίες έχουν κάνει την εμφάνισή τους τα τελευταία χρόνια και χρησιμοποιούν λειτουργικό σύστημα (Tablets, Netbooks). Στον παρακάτω Πίνακα 1 αποτυπώνονται στοιχεία που αφορούν στο περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών που είναι προορισμένα για λειτουργικά συστήματα των κινητών συσκευών που προαναφέρθηκαν. Πίνακας 1. Γλώσσες Προγραμματισμού και Περιβάλλοντα Ανάπτυξης Περιβάλλον Ανάπτυξης Γλώσσα Προγραμματισμού Τύποι Συσκευών ios X Code IDE, SDK, Mac OS X Objective - C iphone & ipad Συσκευές που Λειτουργικά Συστήματα Android BlackBerry Eclipse IDE, Android Studio SDK Microsoft Visual Studio, Eclipse Java Java υποστηρίζουν Android, HTC handsets, Samsung, LG, Motorola, Tablets Συσκευές BlackBerry IDE Windows Phone Silverlight, XNA Framework C# Windows Phone Symbian QT SDK Microsoft Windows, Apple Symbian C++, WRT Widgets, QT Συσκευές NOKIA & Sony Ericsson, Sharp 5 Πηγή: 6 Πηγή:

20 Mac OS X & Ubuntu Linux Σύμφωνα με τα παραπάνω η ανάπτυξη μιας εφαρμογής για το λειτουργικό σύστημα ios της Apple απαιτεί την χρήση του περιβάλλοντος ανάπτυξης X Code IDE και της γλώσσας προγραμματισμού Objective C, ενώ η εφαρμογή προορίζεται αποκλειστικά μόνο για τις συσκευές της Apple, ενώ παρατηρείται πως το λειτουργικό σύστημα Android έχει διευρύνει το πεδίο ανεξαρτησίας της εκάστοτε εφαρμογής ανεξαρτήτου πλατφόρμας προορισμού. Είναι σημαντικό να αναφερθεί πως σύμφωνα με τους Zibula & Majchrzak (2012) η αναζήτηση προσεγγίσεων ανάπτυξης οι οποίες υπόσχονται ανεξαρτησία από την υφιστάμενη πλατφόρμα στην οποία θα εκτελείται η εφαρμογή έχει αποκτήσει ιδιαίτερο και έντονο ενδιαφέρον τα τελευταία τρία χρόνια Η Τεχνολογία Android Το λειτουργικό σύστημα Android βασίστηκε στο λογισμικό Linux (έκδοση 2.6 Kernel) και αποτελεί λειτουργικό σύστημα ανοιχτού κώδικα, για φορητές συσκευές όπως Smartphones και Tablets. Το εν λόγω σύστημα αναπτύχθηκε αρχικά από την Google και αργότερα επεκτάθηκε υπό την επίβλεψη της Open Handset Alliance (ΟΗΑ) η οποία μετά την ίδρυση της το 2007, αποτέλεσε τον οργανισμό εκείνο που απαρτιζόμενο από ένα σύνολο εταιρειών, είχε ως σκοπό το σχεδιασμό ανοιχτών προτύπων στις φορητές συσκευές. Κύριο χαρακτηριστικό της πλατφόρμας Android είναι η δημιουργία εφαρμογών βασιζόμενη στην γλώσσα προγραμματισμού Java (Εικ. 7). Ειδικότερα, η Java Micro Edition (Java ME) αποτελεί την επικρατέστερη πλατφόρμα λογισμικού στο κινητό οικοσύστημα (mobile ecosystem). Πρόκειται για ένα Licensed υποσύνολο της Java πλατφόρμας το οποίο παρέχει μια συλλογή από Java ΑΡΙ για την ανάπτυξη λογισμικού για συσκευές περιορισμένων δυνατοτήτων. Σχεδιάστηκε από τη Sun Microsystems λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες των κινητών συσκευών και αποτελεί τον αντικαταστάτη της Personal Java. Επιπλέον η Java ΜΕ χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη παιχνιδιών για κινητά τηλέφωνα διότι παράλληλα με την ανάπτυξη τους είναι δυνατόν να γίνεται και προσομοίωση τους στον υπολογιστή. -20-

21 Εικόνα 7. Λογότυπο της έκδοσης J2ME Η παραπάνω συνεργασία οδήγησε την Google να παρουσιάσει στις 5 Ιανουαρίου 2010 τη πρώτη κινητή συσκευή smartphone της Nexus One (Εικ. 9) που χρησιμοποιεί το λειτουργικό σύστημα ανοιχτού κώδικα (open source) Android και κατασκευάστηκε από την εταιρεία HTC. Εικόνα 8. Google Nexus Γενικά Το Android αποτελεί όπως χαρακτηριστικά ειπώθηκε μία ολοκληρωμένη, ανοιχτή και δωρεάν πλατφόρμα κινητών τηλεφώνων. Οι τρεις (3) παραπάνω έννοιες είναι και οι βασικές ιδέες πάνω στις οποίες έδωσαν την μέγιστη σημασία όλα τα συνεργαζόμενα μέλη. Συνεπώς η πλατφόρμα είναι ολοκληρωμένη, αφού οι σχεδιαστές βασίστηκαν σ ένα ασφαλές λειτουργικό σύστημα και κατασκεύασαν ένα δυνατό πλαίσιο λογισμικού το οποίο έχει το πλεονέκτημα της ποικιλία ανάπτυξης εφαρμογών. Επιπρόσθετα, είναι ανοιχτή δεδομένου ότι μέσω της διαδικασίας ανοιχτής πηγής παρέχεται η πλατφόρμα Android και δεν εμποδίζεται η πρόσβαση στα χαρακτηριστικά των συσκευών όταν οι προγραμματιστές αναπτύσσουν τις εφαρμογές τους. Να επισημανθεί πως δυνατό πλεονέκτημα του λειτουργικού συστήματος του Android είναι -21-

22 είναι η κατοχύρωση της άδειας δημόσιας χρήσης GNU General Public License Version 2 (GPLv.2), μια ισχυρή άδεια που υποχρεώνει τις βελτιώσεις τρίτων να εξακολουθούν να εμπίπτουν στους όρους των προτύπων ανοιχτής πηγής. Δεν καταβάλλεται κανένα χρηματικό ποσό για την ανάπτυξη εφαρμογών Android, για άδειες χρήσης, για πνευματικά δικαιώματα, για να γίνει κάποιος μέλος της κοινότητας, για τις δοκιμές, για υποτροφίες και για πιστοποιήσεις. Το Android SDK παρέχει APIs για τη χρήση web browser, εμφάνιση δισδιάστατων και τρισδιάστατων γραφικών, δομημένη αποθήκευση δεδομένων σε βάση δεδομένων, εμφάνιση πολυμεσικού υλικού (ήχος, βίντεο, εικόνες), χρήση των τεχνολογιών GSM, Bluetooth, EDGE, 3/4G και Wi-Fi, χρήση συσκευών όπως η φωτογραφική μηχανή, GPS, και άλλα Εφαρμογές Android Το Android διαθέτει την μεγαλύτερη κοινότητα προγραμματιστών που μπαίνουν στην διαδικασία συγγραφής εφαρμογών επεκτείνοντας την λειτουργικότητα των συσκευών. Οι προγραμματιστές μπορούν να «κατεβάσουν» (download) το Android SDK απ το επίσημο website του Android 7 αφού διατίθενται δωρεάν και εφόσον συμφωνήσουν με τους όρους της συμφωνίας άδειας χρήσης του πακέτου ανάπτυξης του λογισμικού του Android. Στην ευχέρεια των προγραμματιστών είναι και η επιλογή είτε του ολοκληρωμένου περιβάλλοντος IDE Android Studio, είτε του πιο δημοφιλούς και αυτό που επιλέγουν οι περισσότεροι για την σχεδίαση και την ανάπτυξη εφαρμογών, που είναι το Eclipse και το οποίο διατίθεται εξίσου δωρεάν. Οι εφαρμογές Android μπορούν να αναπτυχθούν στα λειτουργικά συστήματα των Windows, του Mac OS X ή επόμενη έκδοση (μόνο για x86) και Linux (δοκιμασμένο σε Ubuntu 14.04, Trusty Tahr, 64-bit distribution capable of running 32-bit applications) 8. Η γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη εφαρμογών Android είναι η Java, ενώ έχουν ήδη αναπτυχθεί οι σκέψεις για την προσθήκη και άλλων γλωσσών προγραμματισμού, όπως για παράδειγμα η C++,σε μετέπειτα εκδόσεις του Android. Πάντως υπάρχει ακόμα και η δυνατότητα με την βοήθεια του εσωτερικού πακέτου ανάπτυξης NDK (Native Development Kit) του Android, η χρήση μιας 7 Πηγή: 8 Πηγή:

23 εφαρμογής που βασίζεται σε κώδικα που γράφεται σε άλλη γλώσσα από την Java, όπως C ή C Εξέλιξη Android Είναι κοινά αποδεκτό πως η επικράτηση του Android είναι δεδομένη ενώ πρόκειται να πάρει μεγαλύτερες διαστάσεις τα επόμενα χρόνια. Οι κοινότητες των χρηστών και των προγραμματιστών κάθε μέρα ολοένα και αυξάνονται ενώ η αγορά κινητών συσκευών ήταν τελείως διαφορετική μέχρι το Android να κάνει για πρώτη φορά την εμφάνισή του πριν από περίπου 7 χρόνια. Το iphone έκανε ακόμα τα πρώτα του βήματα, το ipad ήταν απλά μία φήμη ενώ εταιρίες όπως η Samsung δεν είχαν κάνει ακόμα αισθητή την παρουσία τους στο χώρο. Πλέον κυκλοφορούν στην αγορά περισσότερες από 1 δισεκατομμύριο συσκευές smartphone και tablet. Το Android έπαιξε πολύ σημαντικό ρόλο σε αυτή την εξέλιξη, με το λειτουργικό της Google να έχει καταφέρει να εγκατασταθεί σε περισσότερες συσκευές από ότι όλες οι συσκευές των Apple, BlackBerry και Windows συνολικά. Μέχρι στιγμής έχουν κυκλοφορήσει περισσότερες από 39 διαφορετικές εκδόσεις του Android από το 2008 και μετά, χωρίς να υπολογίζονται μέσα σε αυτές όλες οι προσαρμοσμένες εκδόσεις της εκάστοτε εταιρίας. Η ιστορική εξέλιξη του Android μέχρι και τις αρχές του 2013 παρατίθεται με την παρακάτω εικόνα 9 και 10. Στις 3 Σεπτεμβρίου 2013, η Google ανακοίνωσε ότι ένα δισεκατομμύριο συσκευές σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιούν το Android OS. Στις 24 Ιουλίου 2013, βγήκε η έκδοση 4.3 (Jelly Bean) και ακολούθησε η έκδοση 4.4 (KitKat) στις 31 Οκτωβρίου Η πιο πρόσφατη σημαντική ενημέρωση του Android είναι το Lollipop 5.0, το οποίο κυκλοφόρησε στις 3 Νοεμβρίου του 2014 μαζί με το κινητό Nexus 6, την ταμπλέτα Nexus 9 και το Nexus Player set-top box 9. Από τότε και συγκεκριμένα στις 9 Μαρτίου 2015 κυκλοφόρησε η έκδοση (Lollipop) 5.1 με τελευταία ενημέρωση το Android Lollipop (21 Απριλίου 2015)

24 Εικόνα 9. Ιστορική Εξέλιξη του Android Πηγή:

25 Εικόνα 10. Ιστορική Εξέλιξη του Android Πηγή:

26 Και φυσικά, όπως όλα τα λογισμικά, έτσι και το Android όλα αυτά τα χρόνια καθώς και τα επόμενα που ακολουθούν αναπτύσσει νέες εκδόσεις, προκειμένου να προσθέτει νέα χαρακτηριστικά, βελτιώσεις και να είναι στην αιχμή της τεχνολογίας. Όπως έχει παρατηρηθεί η Google, ακολουθεί μια αλφαβητική συνέπεια στις κώδικες ονομασίες των εκδόσεων του Android οι οποίες και έχουν πάντα σαν θέμα κάποιο γλύκισμα (με εξαίρεση τις δυο πρώτες που ήταν και πρώιμες) Αρχιτεκτονική Android Η αρχιτεκτονική του λειτουργικού συστήματος του Android έχει βασιστεί σε ένα ιεραρχικό σύνολο επιπέδων καθένα από τα οποία παρέχει υπηρεσίες διασύνδεσης στο επίπεδο που προηγείται στην ιεραρχία. Η ακόλουθη διαγραμματική αναπαράσταση (Εικ. 10) περιγράφει την εν λόγω αρχιτεκτονική. Εικόνα 11. Αρχιτεκτονική του Android 12 Τα επίπεδα αρχιτεκτονικής του λειτουργικού συστήματος είναι βασικά πέντε (5) περιγράφοντας με σαφήνεια την λειτουργικότητα τους και είναι α) ο πυρήνας Linux (Linux Kernel), β) οι εγγενείς και οι προηγμένες βιβλιοθήκες (Libraries), γ) η εικονική μηχανή Dalvik (Dalvik VM), δ) το περιβάλλον χρόνου εκτέλεσης (Android Runtime) και ε) το πλαίσιο εφαρμογής (Application Framework). 12 Πηγή:

27 Στην βάση της ιεραρχίας υπάρχει το επίπεδο Linux Kernel με άμεση πρόσβαση στο υλικό της συσκευής ενώ παρέχει υπηρεσίες πυρήνα για παράδειγμα διαχείριση μνήμης, υπηρεσίες ασφάλειας και δικτύου και οδηγούς υλικού (drivers). Στο αμέσως επόμενο επίπεδο υπάρχουν οι διάφορες βιβλιοθήκες που παρέχουν ένα σύνολο υπηρεσιών όπως την αποθήκευση των δεδομένων, τα δισδιάστατα και τρισδιάστατα γραφικά (Open GL), δεδομένα πολυμέσων κ.α. Το επόμενο επίπεδο ήτοι το Application Framework συνδέεται μέσω των βιβλιοθηκών παρέχοντας εφαρμογές διαχείρισης πόρων και κλήσεων καθώς και λοιπές υπηρεσίες που σχετίζονται με διαχείριση διεργασιών. Να επισημανθεί πως μετά την δημιουργία μιας εφαρμογής, αυτή ενεργοποιείται ως μια διαδικασία ανεξάρτητη καλώντας την χρήση της εικονικής μηχανής Dalvik Virtual Machine (VM). Η σχεδίαση του Dalvik βασίζεται στη VM της Java και καταλαμβάνει μικρή ποσότητα μνήμης. Αν και πολλαπλά στιγμιότυπα της Dalvik VM μπορούν να εκτελούνται ταυτόχρονα στη συσκευή, κάθε εφαρμογή Android εκτελείται σε μία ξεχωριστή διεργασία με το δικό της στιγμιότυπο. Μέσω της μηχανής αυτής εκτελούνται τα αρχεία επέκτασης.dex (Dalvik Executable Format) και για τα οποία συνίσταται να καταλαμβάνουν τον ελάχιστο δυνατό χώρο στην μνήμη Συστατικά Στοιχεία και Εργαλεία Android Κάθε εφαρμογή στο λειτουργικό σύστημα Android αποτελείται από μία ή περισσότερες δραστηριότητες (activities). Ο σκοπός της Activity μέσα σε μία εφαρμογή είναι μοναδικός ή αναλαμβάνει μια μοναδική εργασία ή ενέργεια. Ένα σύνολο εργασιών ή ενεργειών εμπεριέχονται σε μία εφαρμογή Android και οι οποίες αποτελούν θεμελιακούς λίθους για τον σχεδιασμό και την υλοποίηση οποιαδήποτε εφαρμογής Android. Τις περισσότερες φορές, για κάθε οθόνη στην εφαρμογή, ορίζετε και υλοποιείτε μια κλάση Activity. Επιπλέον, καταλυτικό ρόλο παίζουν και τα εργαλεία του Android, τα οποία χρησιμοποιούνται για την συγγραφή κώδικα, την εγκατάσταση άλλων πακέτων και εφαρμογών κ.α. Για παράδειγμα το Android Developer Tools (ADT), είναι ένα πρόσθετο, που παρέχει σουίτα εργαλείων κατάλληλων για την ανάπτυξη εφαρμογών Android, προσφέροντας εργαλεία για την υλοποίηση του κώδικα, την αποσφαλμάτωση, τη δημιουργία των τελικών πακέτων. Επίσης παρέχει πρόσβαση στα εργαλεία του SDK (Software Developer Kit), ενώ διαθέτει συντάκτες (editors) για γλώσσες προγραμματισμού όπως Java και XML. -27-

28 Ασφάλεια Android Δεδομένου της ύψιστης σημασίας των κινητών πλατφόρμων αποκτούν μέρα με τη μέρα σύνθετες απαιτήσεις συμπεριλαμβανομένων των κανονισμών ασφάλειας και προστασίας. Το Android υποστηρίζει τη δημιουργία εφαρμογών που χρησιμοποιούν τις λειτουργίες του τηλεφώνου, ενώ παράλληλα προστατεύει τους χρήστες ελαχιστοποιώντας τις συνέπειες των σφαλμάτων, προστατεύοντας τους από κακόβουλο λογισμικό. Έχοντας κληρονομήσει βασικά χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής Linux, το Android παρέχει μοναδικό ID χρήστη και κάθε αρχείο που προέρχεται από την εκάστοτε εφαρμογή είναι ιδιωτικό (private), έτσι ώστε λοιπές εφαρμογές να μην έχουν πρόσβαση σε αυτό. Έτσι, όπως συμβαίνει και στα συστήματα Linux, κάθε μία εφαρμογή είναι απομονωμένη από τις υπόλοιπες, ενώ κάθε εφαρμογή κατά την εκκίνησή της ξεκινά δική της διεργασία. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η δυνατότητα διαμοίρασης δεδομένων, η εφαρμογή πρέπει να ζητήσει την άδεια του χρήστη κατά την εγκατάστασή της. Επιπρόσθετα χαρακτηριστικό του Android που σχετίζεται με την ασφάλεια είναι και τα δικαιώματα ή οι άδειες (Permissions). Το αρχείο manifest του Android (AndroidManifest.xml) καθορίζει τις ρυθμίσεις παραμέτρων της εφαρμογής, ήτοι τα δικαιώματα που απαιτούνται για την εκτέλεση της εφαρμογής, το όνομα της εφαρμογής, την έκδοση της εφαρμογής και από ποια στοιχεία αποτελείται. Οι πληροφορίες που περιέχονται στο manifest του Android χρησιμοποιούνται για να εκτελέσουν τις παρακάτω εργασίες: Εγκατάσταση και αναβάθμιση του πακέτου εφαρμογής Εμφάνιση του ονόματος της εφαρμογής, μία περιγραφή της, καθώς και το εικονίδιο που θα χρησιμοποιούν οι χρήστες Προσδιορισμός των απαιτήσεων του συστήματος για την εφαρμογή Εκκίνηση των δραστηριοτήτων της εφαρμογής Διαχείριση των δικαιωμάτων της εφαρμογής Ρύθμιση λοιπών παραμέτρων της εφαρμογής Εκσφαλμάτωση και ρύθμιση παραμέτρων υλικού για δοκιμές. -28-

29 1.3 Αισθητήρες Κινητών Συσκευών (Mobile Crowdsensing) Με την συνεχή βελτίωση της τεχνολογίας στα κινητά τηλέφωνα ολοένα αυξάνεται η υπολογιστική ισχύς τους. Έτσι μεγάλο ποσοστό ατόμων χρησιμοποιεί τα «έξυπνα» κινητά τηλέφωνα που έχουν εξοπλιστεί με πληθώρα αισθητήρων. Η πλειοψηφία των κινητών αυτών συσκευών δίνει τη δυνατότητα στους προγραμματιστές να μπορούν να έχουν πρόσβαση στα σήματα των αισθητήρων. Επιπλέον, οι crowdsensing εφαρμογές μέσα από την ικανότητα συλλογής μετρήσεων από τους αισθητήρες μπορούν να τις επεξεργαστούν με σκοπό την ορθή χρήση της πληροφορίας Εφαρμογές των Mobile Crowdsensing (MCS) Μια αναδυόμενη κατηγορία έξυπνων κινητών συσκευών είναι αυτές που διαθέτουν αισθητήρες (sensors). Οι συσκευές αυτές μοιράζονται δεδομένα και εξάγουν πληροφορίες για τη μέτρηση και χαρτογράφηση φαινομένων κοινού ενδιαφέροντος. Έχουν γίνει εξαιρετικά δημοφιλείς στοχεύοντας στην εξέλιξη του Διαδικτύου, αφού έχοντας ως βασικό εξοπλισμό πλήθος αισθητήρων αποτελούν σημαντικές πηγές συλλογής δεδομένων, ενώ λόγω της ασύρματης επικοινωνίας τους επιτρέπεται η άμεση παραγωγή πληροφορίας και διάδοση της. Η έννοια crowdsensing, είναι σύνθετη και προέρχεται από τις λέξεις crowd (πλήθος) και sensing (αίσθηση). Σύμφωνα με αυτή καθορίζεται εκείνη η διαδικασία μέσα από την οποία γίνεται συλλογή δεδομένων από αισθητήρες ενός πλήθους χρηστών με στόχο την παραγωγή μιας καθολικής εικόνας (Merlino, 2015). Το πλήθος στις εφαρμογές αυτές είναι συνήθως κινητές συσκευές (mobile devices). Σύμφωνα με τον Mendez (2011) οι MCS εφαρμογές ταξινομούνται σε τρεις (3) μεγάλες κατηγορίες με βάση τον τύπο του φαινομένου που μελετάται ή μετριέται ή χαρτογραφείται. Αυτές περιλαμβάνουν τις εφαρμογές που ασχολούνται με α) περιβαλλοντικά ζητήματα, β) ζητήματα που ασχολούνται με τις υποδομές και γ) κοινωνικά φαινόμενα. Στα επίπεδα που σχετίζονται με το περιβάλλον υπάρχουν ποικίλα παραδείγματα που περιλαμβάνουν τη μέτρηση των επιπέδων ρύπανσης σε μια πόλη, της στάθμης των υδάτων, και την παρακολούθηση της πανίδας οικοτύπων. Οι εφαρμογές αυτές επιτρέπουν τη χαρτογράφηση των διάφορων μεγάλων περιβαλλοντικών φαινομένων που αφορούν τον κοινό άνθρωπο. Αναφορικά με τα ζητήματα υποδομών μπορεί να υπάρχουν crowdsensing εφαρμογές για την ανάλυση της κυκλοφοριακής κίνησης σε κεντρικές οδικές αρτηρίες κάνοντας χρήση -29-

30 δεδομένων από GPS (Mohan, 2008). Τέλος, η τρίτη κατηγορία είναι η κοινωνικές εφαρμογές, όπου τα άτομα μοιράζονται μέσω αισθητήρων πληροφορίες μεταξύ τους. Ως παράδειγμα, τα άτομα μπορούν να μοιράζονται τα δεδομένα της καθημερινής τους εξάσκησης και να τα συγκρίνουν με τα επίπεδα των υπολοίπων. Με τον τρόπο αυτό γίνεται μια καλύτερη αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και μετρήσεων, συμβάλλοντας στη βελτίωση της καθημερινής τους άσκησης. Εφαρμογές που έχουν αναπτυχθεί για τον σκοπό αυτό είναι το BikeNet (Eisenman et al., 2007) και το DietSense (Reddy et al., 2007). Στην πρώτη εφαρμογή τα άτομα έχουν την δυνατότητα να αξιολογήσουν τη τοποθεσία και τη ποιότητα διαδρομής με ένα ποδήλατο μέσα από την συλλογή δεδομένων για το σκοπό αυτό καθώς και τις εναλλακτικές διαδρομές βάσει των χαρακτηριστικών λήψεων που πραγματοποιούνται. Στην εφαρμογή που ονομάζεται DietSense, τα διαβητικά άτομα μπορούν να παρακολουθούν την διατροφή τους καθώς και να την συγκρίνουν με αυτήν που προέρχεται από άλλες ομάδες νοσούντων, έτσι ώστε να διατηρούν ισορροπημένες τις διατροφικές τους συνήθειες. Συνοψίζοντας η λειτουργία των τυπικών MCS εφαρμογών απεικονίζεται στην εικόνα 12, όπου ανεπεξέργαστα δεδομένα κάθε αισθητήρα που συλλέγονται μέσω των συσκευών αναλύονται τοπικά και στην συνέχεια, αφού ακολουθούν κατάλληλη επεξεργασία μέσω αλγορίθμων παράγουν νέα δεδομένα προς χρήση. Τα δεδομένα μπορεί στη συνέχεια να τροποποιηθούν και να αποσταλούν, διατηρώντας το απόρρητο των προσωπικών στοιχείων, στο κεντρικό επεξεργαστή για συνυπολογισμό και να γίνει εκ νέου διαμοίραση. Εικόνα 12. Τυπική λειτουργία των εφαρμογών MCS αισθητήρων Πηγή:

31 1.3.2 Μοναδικά Χαρακτηριστικά των MCS Σύμφωνα με τον Merlino (2015) οι προκλήσεις από τις εφαρμογές των MCS είναι πολλές. Οι χρήστες τέτοιων εφαρμογών που θα είναι υπεύθυνοι στην λήψη των μετρήσεων πρέπει να κατανοήσουν πως αυτές πρέπει να πραγματοποιούνται σε πραγματικό χρόνο (real time), ώστε η σύνθεση της διαμόρφωσης του σήματος να είναι έγκυρη και επίκαιρη. Επιπρόσθετα, λόγω της έντονης αύξησης των διαφόρων τύπων λογισμικού που παρατηρείται οι διάφορες κινητές συσκευές, που λειτουργούν ως συλλέκτες, αποκτούν αυτόματα πολυπλοκότητα. Επιπλέον οι MCS εφαρμογές δεν έχουν την δυνατότητα της παράλληλης χρήσης κοινών πόρων μεταξύ τους, παρότι πολλές λειτουργίες των MCS, όπως η συλλογή και αποστολή μετρήσεων, είναι παρόμοιες και θα μπορούσαν να ομαδοποιηθούν (Mohan, 2008). Η συνεχής συλλογή μετρήσεων από την crowdsensing εφαρμογή, έχει επίπτωση σε βασικούς πόρους της κινητής συσκευής του χρήστη, όπως είναι η μπαταρία και η μνήμη. Ο περιορισμός της υπερβολικής χρήσης έγκειται στην προσεκτική δομημένη σχεδίαση του λογισμικού και τη εφαρμογής ώστε να έχει την δυνατότητα να παρακολουθεί και κατάλληλα να εστιάζει στο πρόβλημα χειρισμού, υπενθυμίζοντας και προστατεύοντας τον εκάστοτε χρήστη. Τα τελευταία χρόνια, για την αποφυγή αυτών των προβλημάτων και την ανάδειξη των σημαντικών χαρακτηριστικών μιας MCS εφαρμογής έχουν δημιουργηθεί κατάλληλες πλατφόρμες όπως η Medusa (Ra, 2012) και η Vita (Hu, 2013), ως σημεία επαφής αναλαμβάνουν να ενεργούν μεταξύ των χρηστών και των crowdsensing εφαρμογών. Έτσι, βασικά χαρακτηριστικά των εν λόγω πλατφόρμων είναι: 1. εντοπισμός των απαραίτητων χρηστών και την ανάθεση συλλογής μετρήσεων που χρειάζεται η εφαρμογή 2. διαθεσιμότητα των ενδιαφερομένων χρηστών που ελέγχεται σε τακτά χρονικά διαστήματα από την ίδια τη πλατφόρμα 3. ευχέρεια στις MCS εφαρμογές να την χρησιμοποιούν ώστε να αποκτούν έλεγχο των ενεργών χρηστών για την παροχή των μετρήσεων που χρειάζονται 4. εγκατάσταση των απαραίτητων παραμέτρων και των πολιτικών στους διαθέσιμους χρήστες που διαθέτουν την MCS εφαρμογή 5. προσφορά ικανοποιητικού επιπέδου ποιότητας παρεχόμενων υπηρεσιών που έχει συμφωνηθεί με τις MCS εφαρμογές. -31-

32

33 2 Ανάλυση Απαιτήσεων και Σχεδιασμός Εφαρμογής Στο κεφάλαιο που ακολουθεί, αρχικά θα δοθούν τα βήματα της περιγραφής του ολοκληρωμένου περιβάλλοντος ανάπτυξης της εφαρμογής (integrated development environment, IDE) 14 που χρησιμοποιήθηκε και οι βασικές λειτουργίες του. Στην συνέχεια θα αναφερθούν και θα αναλυθούν οι απαιτήσεις που καταγράφηκαν για την εφαρμογή «Noise». Συγκεκριμένα, θα περιγραφούν οι διάφορες κατηγορίες χρηστών, οι λειτουργίες που θα παρέχονται σε αυτούς χρησιμοποιώντας την εφαρμογή καθώς και το πλαίσιο χρήσης μέσα στο οποίο θα πραγματοποιείται η εν λόγω εφαρμογή. 2.1 Εγκατάσταση και Περιγραφή των Κύριων Εργαλείων του IDE Android Studio Όπως προαναφέρθηκε υπάρχουν πολλά εργαλεία μέσα από τα οποία μπορεί κάποιος να δημιουργήσει μια εφαρμογή Android. Όλα τα προγράμματα γράφονται σε γλώσσα προγραμματισμού Java και εκτελούνται από την εικονική μηχανή Dalvik. Επιπρόσθετα, οι εφαρμογές δύναται με ευκολία να επιδέχονται συνεχώς τροποποιήσεις, προκειμένου να υποστηρίζουν οποιαδήποτε ανάλυση, μέγεθος και προσανατολισμό οθόνης (Screen Orientation). Ανάμεσα στα παραπάνω που έχουν αναφερθεί δύο (2) είναι τα πιο δημοφιλή εργαλεία που επιτρέπουν την δημιουργία μιας εφαρμογής Android. Το Eclipse είναι ένα περιβάλλον ανάπτυξης λογισμικού το οποίο είναι γραμμένο σε γλώσσα Java. Είναι ένα από τα πιο δημοφιλή IDE για την ανάπτυξη εφαρμογών σε Java αλλά και για άλλες γλώσσες προγραμματισμού με την χρήση των plugins που μπορούν να εγκατασταθούν. Για την ανάπτυξη εφαρμογών για συσκευές με λειτουργικό σύστημα Android χρησιμοποιείται το ADT plugin το οποίο συνεργάζεται με το Eclipse. Το Eclipse ήταν 14 Ορισμός: «Ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης (integrated development environment, IDE) είναι μία σουίτα λογισμικού που βοηθάει στην ανάπτυξη προγραμμάτων υπολογιστή. Συνήθως ένα IDE περιλαμβάνει κάποιον επεξεργαστή πηγαίου κώδικα, έναν μεταγλωττιστή, εργαλεία αυτόματης παραγωγής κώδικα, αποσφαλματωτή, συνδέτη, σύστημα ελέγχου εκδόσεων και εργαλεία κατασκευής γραφικών διασυνδέσεων χρήστη για τις υπό ανάπτυξη εφαρμογές» (Πηγή:

34 παλιότερα το επίσημο IDE (ενσωματωμένο περιβάλλον ανάπτυξης) για την ανάπτυξη εφαρμογών για Android. Πλέον το επίσημο IDE είναι το Android Studio. Για το λόγο αυτό η τελευταία έκδοση του Android Studio χρησιμοποιήθηκε, προκειμένου να δημιουργηθεί η εφαρμογή «Noise» Εγκατάσταση Android Studio Τα διαδοχικά βήματα που ακολουθούνται για να εγκατασταθεί το περιβάλλον του Android Studio είναι τα εξής: 1. Αρχικά πρέπει να γίνει εγκατάσταση του JAVA JDK από τον διατιθέμενο σύνδεσμο όπως δείχνει και η εικόνα 13. Για την ανάπτυξη εφαρμογών γραμμένων σε Java απαιτείται η εν λόγω εγκατάσταση του JDK από τον σχετικό ιστότοπο της Oracle. Για το Android Studio προτείνεται η 7 η έκδοση ή κάποια νεότερη και σύμφωνα με το λειτουργικό σύστημα. Εικόνα 13. Βήματα εγκατάστασης του Java SDK 2. Εν συνεχεία από τον σύνδεσμο studio.html, γίνεται η απαραίτητη εγκατάσταση του Android Studio (Εικ. 14). -34-

35 Εικόνα 14. Βήματα Εγκατάστασης του Android Studio 3. Μετά τις απαραίτητες ρυθμίσεις του Android Studio, όπως η δημιουργία μεταβλητών για το εν λόγω περιβάλλον (path : C:\Program Files\Java\jre7 ή C:\Program Files (x86)\java\jre7), υπάρχει η δυνατότητα εγκατάστασης του Android SDK. Κατά την εκκίνηση του Android SDK Manager το ακόλουθο παράθυρο θα εμφανιστεί (Εικ. 15): Εικόνα 15. Το Περιβάλλον του Android SDK Υπάρχει περίπτωση να πρέπει να εγκατασταθούν κάποια νεότερα πακέτα προκειμένου να ενημερωθεί το Android SDK (Εικ. 16). -35-

36 Εικόνα 16. Εγκατάσταση update packages 4. Ανεξάρτητα από το αν χρησιμοποιείται το ο Android Studio (Εικ. 17), που διατίθεται σε τρεις διαφορετικές εκδόσεις, για Windows, Linux, και Mac OS X, ή η γραμμή εντολών, για να εκτελεστεί μία εφαρμογή στον εξομοιωτή θα πρέπει να δημιουργηθεί μία εικονική συσκευή Android (AVD). Εικόνα 17. Το περιβάλλον του android Studio -36-

37 Μία AVD έχει τις ρυθμίσεις οι οποίες απαιτούνται προκειμένου ο εξομοιωτής Android να μπορεί να εξομοιώσει μία συγκεκριμένη συσκευή (Εικ.18). Εικόνα 18. Η κύρια οθόνη του AVD με τρέχουσες εικονικές συσκευές. Μετά την επιτυχή δημιουργία της AVD, το περιβάλλον προγραμματισμού είναι πλέον έτοιμο για την ανάπτυξη εφαρμογών για Android Διεπαφή Χρήστη (User Interface) Όλα τα στοιχεία μιας διεπαφής χρήστη σε μία εφαρμογή για Android φτιάχνονται χρησιμοποιώντας τα αντικείμενα View και ViewGroup. Ένα View είναι ένα αντικείμενο το οποίο σχεδιάζει κάτι στην οθόνη με το οποίο μπορεί να αλληλεπιδράσει ο χρήστης. Ένα ViewGroup είναι ένα αντικείμενο το οποίο κρατάει άλλα View (και ViewGroup) αντικείμενα προκειμένου να ορίσει την διάταξη μιας διεπαφής χρήστη Διάταξη Διεπαφής Χρήστη (User Interface Layout) Η διεπαφή χρήστη ενός στοιχείου λογισμικού μιας εφαρμογής ορίζεται χρησιμοποιώντας μια ιεραρχία από αντικείμενα View και ViewGroup, όπως φαίνεται στην Εικόνα 19. Εικόνα 19. Απεικόνιση μιας ιεραρχίας από views Κάθε ViewGroup οργανώνει τα θυγατρικά Views, ενώ αυτά μπορεί να είναι στοιχεία ελέγχου εισόδου ή άλλα views τα οποία σχεδιάζουν κάποιο μέρος της διεπαφής χρήστη. -37-

38 Αυτό το ιεραρχικό δέντρο, μπορεί να είναι όσο απλό ή σύνθετο χρειάζεται. Για να οριστεί μία διάταξη, υπάρχει η δυνατότητα να δημιουργηθούν αντικείμενα View προγραμματιστικά με σκοπό την σταδιακή δημιουργία ενός δέντρου, αλλά ο ευκολότερος και πιο αποτελεσματικός τρόπος είναι με ένα αρχείο XML. Το όνομα ενός στοιχείου XML για κάποιο View είναι αντίστοιχο της κλάσης που εκπροσωπεί. Έτσι, ένα στοιχείο «TextView» δημιουργεί ένα View τύπου TextView στη διεπαφή χρήστη, ενώ ένα στοιχείο «LinearLayout» δημιουργεί ένα ViewGroup τύπου LinearLayout. Για παράδειγμα, μία απλή κάθετη διάταξη με ένα TextView και ένα Button είναι η ακόλουθη συνάρτηση που δίνεται στην Εικ. 20: <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <LinearLayout xmlns:android=" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="fill_parent" android:orientation="vertical" > <TextView android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:text="i am a TextView" /> <Button android:id="@+id/button" android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:text="i am a Button" /> </LinearLayout> Εικόνα 20. Κώδικας δημιουργίας κάθετης διάταξης Όταν φορτώνεται μια διάταξη από ένα αρχείο XML της εφαρμογής, το Android δημιουργεί για κάθε κόμβο ένα αντικείμενο χρόνου εκτέλεσης (runtime object) το οποίο μπορούμε να χρησιμοποιηθεί για να οριστούν πρόσθετες συμπεριφορές, να υπάρξουν πληροφορίες για την τρέχουσα κατάστασή του, ή να τροποποιηθεί η διάταξη Στοιχεία διεπαφής χρήστη (User Interface Components) Να επισημανθεί πως δεν είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ολόκληρη η διεπαφή χρήστη χρησιμοποιώντας αντικείμενα View και ViewGroup. To Android παρέχει διάφορα στοιχεία λογισμικού τα οποία έχουν μία καθορισμένη διάταξη, για την οποία το μόνο που απαιτείται είναι να ορισθεί το περιεχόμενο της. Το καθένα από αυτά τα στοιχεία διεπαφής -38-

39 χρήστη έχει το δικό του σετ από APIs τα οποία περιγράφονται στα αντίστοιχα έγγραφα. Παραδείγματα αποτελούν τα Action Bars, Dialogs και Status Notifications Συλλογή δεδομένων από αισθητήρες Η συλλογή δεδομένων από τους αισθητήρες του smartphone είναι η βασικότερη λειτουργία της εφαρμογής «Noise», που έχει δημιουργηθεί για το σκοπό αυτό. Για την καταγραφή των δεδομένων από τους αισθητήρες θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί η κλάση SensorManager του Android και να καταχωρηθούν (register) οι αισθητήρες που θα χρησιμοποιηθούν. Στην παρακάτω Εικόνα 21 φαίνονται οι μέθοδοι registersensors() και unresigtersensors() οι οποίες χρησιμοποιούνται για να ενεργοποιήσουν τους αισθητήρες και να τους απενεργοποιήσουν. Η απενεργοποίηση των αισθητήρων όταν η εφαρμογή σταματήσει να δουλεύει είναι πολύ σημαντική διότι εάν δεν απενεργοποιηθούν η εφαρμογή θα συνεχίσει να τους χρησιμοποιεί καταναλώνοντας υπολογιστικούς πόρους. Εικόνα 21. Κώδικας για την συλλογή δεδομένων αισθητήρων Πηγή: Βάβουλας, Γ., (2014), Πτυχιακή Εργασία, Εφαρμογή ηλεκτρονικής υγείας για την παρακολούθηση ασθενών με τη χρήση έξυπνων κινητών, Εικόνα 10, σελ. 36, Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Κρήτης, Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών, Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής, Κρήτη

40 2.2 Απαιτήσεις της Εφαρμογής Στην παρακάτω υποενότητα του κεφαλαίου θα γίνει η καταγραφή των απαιτήσεων για την εφαρμογή «Noise». Θα γίνει μια συνοπτική περιγραφή της εφαρμογής, αναφερόμενοι στις κατηγορίες των χρηστών καθώς και το πλαίσιο χρήσης της εφαρμογής Περιγραφή της Εφαρμογής «Noise» Στόχος της παρούσας πτυχιακής είναι η ανάπτυξη μιας εφαρμογής που είναι ικανή να παρέχει πληροφορίες σχετικά με τα επίπεδα θορύβου για κάθε χρήστη ξεχωριστά αφού προηγουμένως έχει γίνει η απαιτούμενη διαδικασία καταγραφής και προσδιορισμού του και ανάλογα με την τοποθεσία στην οποία βρίσκεται την δεδομένη χρονική στιγμή. Η εφαρμογή έχει ονομαστεί ως «Noise», δεδομένου ότι αναγνωρίζεται ο θόρυβος που καταγράφεται όταν ο χρήστης εκτελεί την διαδικασία μέσα από το κινητό του. Λαμβάνοντας υπόψιν τα παραπάνω θα μπορούσε να ειπωθεί πως ένας από τους σκοπούς της εφαρμογής θα είναι η καταγραφή του θορύβου στην αντίστοιχη τοποθεσία που βρίσκεται ο χρήστης. Εντούτοις μπορεί να υπάρξουν και περισσότεροι λόγοι ώστε η συγκεκριμένη εφαρμογή να μπορεί να υποστηρίζει και άλλου είδους θορύβους μεγαλύτερης εμβέλειας, ικανοί να αποτελούν παράμετροι για την αποτελεσματικότερη παροχή διαφόρων υπηρεσιών είτε αυτής είναι φροντίδας, είτε προστασίας. Αναλυτικότερα: α) Χαρτογράφηση θορύβου μιας περιοχής: η παρουσίαση δεδομένων σχετικά με υπάρχουσα ή προβλεπόμενη ηχητική κατάσταση βάσει δεικτών θορύβου, όπου εμφανίζονται οι υπερβάσεις των οικείων ισχυουσών οριακών τιμών, ο αριθμός ατόμων που θίγονται ή ο αριθμός των κατοικιών που εκτίθενται σε ορισμένες τιμές δεικτών θορύβου σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Επομένως πολλοί χρήστες ανά περιοχή έχουν την δυνατότητα να οδηγήσουν στην χαρτογράφηση θορύβου της περιοχής, όπως συμβαίνει στην Εικ. 22 που απεικονίζεται ένας χάρτης κυκλοφοριακού θορύβου τμήματος της πόλης του Βόλου έτους

41 Εικόνα 22. Χάρτης κυκλοφοριακού θορύβου 16 β) Καταγραφή ασυνήθιστου θορύβου: όπως συνήθως συμβαίνει, κάθε κάτοχος κινητής συσκευής συνοδεύεται από ένα συγκεκριμένο μοτίβο χρήσης της συσκευής του. Δύναται να δημιουργηθεί με την βοήθεια της εφαρμογής «Noise» ειδικό λογισμικό που θα καταγράφει τον τρόπο, τον χρόνο και τη θέση της συσκευής κάθε φορά που αυτή χρησιμοποιείται. Το σύστημα μπορεί να παρακολουθεί ακόμα τα επίπεδα θορύβου μέσω του μικροφώνου, αλλά και του φωτός μέσω της κάμερας με αποτέλεσμα να είναι σε θέση να αναγνωρίζει ακόμα και το περιβάλλον του χρήστη. Σε σχετικές μελέτες ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Καληδονίας, στη Γλασκόβη (2015), υποστηρίζουν ότι «Το κινητό μας τηλέφωνο είναι εξοπλισμένο με αισθητήρες ικανούς να αισθάνονται τόσο το περιβάλλον όσο και τη συμπεριφορά μας, με αποτέλεσμα να είναι σε θέση να αναγνωρίζουν τον κάτοχό τους». γ) Διερεύνηση για τον στρατηγικό χάρτη θορύβου: ο χάρτης θορύβου που καταρτίζεται για τη σφαιρική αξιολόγηση μιας έκθεσης σε θόρυβο σε μια συγκεκριμένη περιοχή οφειλόμενης σε διάφορες πηγές θορύβου, ή για τη διατύπωση γενικότερων προβλέψεων για την περιοχή βάσει της «οριακής τιμής» (οι τιμές των δεικτών θορύβου, όπως ορίζονται από το κράτος μέλος της ΕΕ), η υπέρβαση των οποίων συνεπάγεται την 16 Χάρτης κυκλοφοριακού θορύβου τμήματος της πόλης του Βόλου έτους Τα υψηλά επίπεδα θορύβου αναπαρίστανται με καφέ χρώμα (72-74db), με κόκκινο χρώμα (75-77db) και με μαύρο (>78db) Πηγή:

42 παρέμβαση των αρμοδίων αρχών για τη μελέτη ή την επιβολή μέτρων περιορισμού του θορύβου. Οι οριακές τιμές μπορεί να διαφέρουν ανά τύπο θορύβου, ανά περιβάλλον ή ανά διαφορετική ευαισθησία του πληθυσμού στο θόρυβο. Ενδέχεται επίσης να διαφέρουν ανάλογα με το αν αφορούν ήδη υφιστάμενες ή καινούριες καταστάσεις (όπου υπάρχει μεταβολή συνθηκών σχετικά με την πηγή θορύβου ή τη χρήση του περιβάλλοντος). δ) Συλλογή Δεδομένων Θορύβου για ασθενείς: είναι δυνατόν να δημιουργηθούν οι κατάλληλες συνθήκες μέτρησης των επιπέδων θορύβου για ασθενείς και ηλικιωμένους καθώς και ατόμων με αναπηρία (ΑμεΑ). Για παράδειγμα, ένα πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι άνθρωποι και κυρίως οι ηλικιωμένοι είναι οι πτώσεις. Πολλοί τραυματισμοί οφείλονται σε πτώσεις και αυτό μπορεί να προκαλέσει την διαμονή των ανθρώπων για μεγάλο χρονικό διάστημα στο νοσοκομείο. Ανάλογα με τον τύπο της πτώσης και την ηλικία του ατόμου υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να υπάρχουν πτώσεις που να προκαλέσουν σοβαρές σωματικές βλάβες και ακόμη να αφήσουν αναίσθητο τον άνθρωπο στο πάτωμα. Υπάρχουν διάφορες προσεγγίσεις με τις οποίες μπορεί κάποιος να «παρακολουθήσει» ένα άτομο στο οποίο είναι πιθανό να συμβεί μία πτώση. Αυτές είναι: α) χρήση κάμερας η οποία καταγράφει τις κινήσεις του ατόμου και με επεξεργασία εικόνας και κατάλληλους αλγορίθμους εντοπίζει την πτώση, β) χρήση της εφαρμογής «Noise» και επέκτασης του με χρήση αισθητήρων στο περιβάλλον του ατόμου οι οποίοι ανιχνεύουν πτώσεις (αισθητήρες πίεσης, υπέρυθροι αισθητήρες κ.α.) και γ) τοποθέτηση συσκευών επάνω στο άτομο όπως επιταχυνσιόμετρα και κινητά τηλέφωνα Κατηγορίες Χρηστών Η εν λόγω εφαρμογή θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί από όλους τους χρήστες που διαθέτουν έξυπνο κινητό (smartphone) λειτουργικού συστήματος Android ή τι λεγόμενες ταμπλέτες (tablets) με την ίδια τεχνολογία Android. Οι ακριβείς απαιτήσεις της κινητής συσκευής θα αναλυθεί εκτενέστερα σε επόμενη ενότητα όπου θα παρουσιαστούν και τα συμπεράσματα από συγκριτική αξιολόγηση όταν η εφαρμογή τέθηκε σε ρόλο προσομοίωσης για συσκευές κινητής τηλεφωνίας. Επιπρόσθετα οι χρήστες μπορεί να είναι οποιασδήποτε ηλικίας, φύλου και μορφωτικού επιπέδου. Ανάμεσα σε αυτούς θα μπορούν να περιλαμβάνονται έμπειροι και αρχάριοι χρήστες με βάση το επίπεδο τους σε τέτοιου είδους συσκευές και ειδικότερα σε συσκευές που διαθέτουν τεχνολογία Android, ενώ είναι δυνατή και η χρήση της από χρήστες με αναπηρία. -42-

43 2.2.3 Πλαίσιο χρήσης της Εφαρμογής Δεδομένου της beta έκδοσης της εφαρμογής οι χρήστες είναι προτιμότερο να βρίσκονται σε εσωτερικό χώρο σε συνθήκες περιβάλλοντος χαμηλού θορύβου, αφού προς το παρόν δεν είναι εφικτή η δημιουργία της κλίμακας μέτρησης των σφαλμάτων από εξωτερικούς θορύβους. Επομένως, κατά την δειγματοληψία θορύβου περιβάλλοντος, ο χρήστης δεν θα πρέπει να συνομιλεί ή να κάνει κάποιου είδους θόρυβο κοντά στην συσκευή, σύμφωνα με αυτά που προαναφέρθηκαν, για την αποφυγή τυχόν αλλοίωσης της μέτρησης. Δεν υπάρχει κάποια απαίτηση εξωτερικών συσκευών διασύνδεσης ή άλλων περιφερειακών μέσων αφού η εφαρμογή μπορεί να λειτουργήσει κατευθείαν από έναν οποιοδήποτε file manager κινητού ή tablet ή ακόμα από την συντόμευση της επιφάνειας του, αφού πρωτίστως έχει εγκατασταθεί. Το μόνο απαραίτητο στοιχείο που πρέπει να είναι ενεργοποιημένο και πρέπει να διαθέτει η συσκευή είναι μικρόφωνο και την εφαρμογή GPS, η οποία και πρέπει να είναι ενεργοποιημένη κατά την έναρξη της. Η εφαρμογή χρησιμοποιεί λοιπόν το GPS 17 και καταγράφει την δεδομένη χρονική στιγμή (στην περίπτωση της εφαρμογής 5000ms 5sec) το θόρυβο σε db (μονάδα μέτρησης του ήχου) καθώς και την τοποθεσία του χρήστη κατά την δειγματοληψία. Στην περίπτωση της επίσημης έκδοσης για κινητές συσκευές, υπάρχει η δυνατότητα κατηγοριοποίησης της έντασης του θορύβου που έχει καταγραφεί σε τρεις βαθμίδες, της υψηλής (θορυβώδης), της μεσαίας έντασης και της χαμηλής. Ενώ υπάρχει και η δυνατότητα καταγραφής της τοποθεσίας του χρήστη σε συντεταγμένες (latitude, longitude), κάνοντας χρήση το στοιχείου component Location του Android API. Οι ρουτίνες καθώς και οι αντίστοιχες κλάσεις θα αναλυθούν περαιτέρω παρακάτω. 2.3 Λειτουργίες της εφαρμογής και λειτουργικές απαιτήσεις Στην παρακάτω ενότητα θα περιγραφούν αναλυτικά οι λειτουργίες της εφαρμογής καθώς και οι λειτουργικές απαιτήσεις 17 Το GPS (Global Positioning System), Παγκόσμιο Σύστημα Στιγματοθέτησης, ή Θεσιθεσίας είναι ένα παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού γεωγραφικής θέσης, (στίγματος), ακίνητου ή κινητού χρήστη, το οποίο βασίζεται σε ένα "πλέγμα" εικοσιτεσσάρων δορυφόρων της Γης, εφοδιασμένων με ειδικές συσκευές εντοπισμού, οι οποίες ονομάζονται "πομποδέκτες GPS". Οι πομποδέκτες αυτοί παρέχουν ακριβείς πληροφορίες για τη θέση ενός σημείου, το υψόμετρό του, την ταχύτητα και την κατεύθυνση της κίνησης του. Επίσης, σε συνδυασμό με ειδικό λογισμικό χαρτογράφησης μπορούν να απεικονίσουν γραφικά τις πληροφορίες αυτές (Πηγή:

44 2.3.1 Λειτουργία 1 Εγκατάσταση της εφαρμογής Η εφαρμογή που έχει υλοποιηθεί εκτελείται με το όνομα Noise.apk και αφού μεταφερθεί στην συσκευή είτε αυτή είναι κινητή είτε tablet, δύναται να εγκατασταθεί όπως οποιοδήποτε άλλο application κατά τον συνήθη τρόπο. Ο χρήστης δεν χρειάζεται να κάνει κάποια άλλου είδους ενέργεια πέραν της εγκατάστασης της εφαρμογής και της ήδη ενεργοποιημένης επιλογής του GPS. Πίνακας 2. Εγκατάσταση Εφαρμογής Α/Α Απαίτηση Περιγραφή Χρήστες Στην επιφάνεια εργασίας της συσκευής γίνεται επιλογή μέσω ενός file 1 Εγκατάσταση της εφαρμογής manager για την εγκατάσταση της εφαρμογής (προϋποθέτει Όλοι οι χρήστες να τηρούνται οι λειτουργικές απαιτήσεις της συσκευής) 2 Ενεργοποίηση του στοιχείου (component) GPS της συσκευής Ο χρήστης πρέπει πριν την εκκίνηση της εφαρμογής να εκτελέσει την επιλογή ενεργοποίησης του GPS Όλοι οι χρήστες Λειτουργία 2 Είσοδος του χρήστη στο περιβάλλον της εφαρμογής Μετά την επιτυχή εγκατάσταση της εφαρμογής, ο χρήστης εκτελώντας την επιλογή ανοίγματος της εφαρμογής, βρίσκεται σε μια κύρια οθόνη (SENSE MONITOR) όπου υπάρχει ένα κουμπί εκκίνησης της εφαρμογής (SENSE NOW) μετά από επεξηγηματικό κείμενο που προτρέπει το χρήστη για την επιλογή του εν λόγω button (Press ~Sense Now~ to start Noise Monitor). -44-

45 Πίνακας 3. Είσοδος του χρήστη στο περιβάλλον της εφαρμογής Α/Α Απαίτηση Περιγραφή Χρήστες Εμφάνιση Εμφανίζεται το 1 περιβάλλοντος διεπαφής χρήστη περιβάλλον στο οποίο αλληλεπιδρά ο χρήστης Όλοι οι χρήστες (Noise Monitor) με την εφαρμογή 2 Επεξηγηματικό κείμενο (Press ~Sense Now~ to start Noise Monitor) Text button που κατευθύνει το χρήστη να εκτελέσει την επιθυμητή εντολή καταγραφής του θορύβου Όλοι οι χρήστες Το κεντρικό κουμπί το κουμπί εκκίνησης της οποίο πατώντας το ο 3 εφαρμογής (SENSE χρήστης γίνεται η Όλοι οι χρήστες NOW) επιθυμητή καταγραφή του θορύβου Λειτουργία 3 Εκτέλεση εφαρμογής Κατόπιν της ανωτέρω εκτέλεσης του κεντρικού button γίνεται η καταγραφή του θορύβου, προκειμένου να παρουσιαστεί στην επόμενη οθόνη διαθέσιμη για τον χρήστη. Πίνακας 4. Εκτέλεση εφαρμογής Α/Α Απαίτηση Περιγραφή Χρήστες Με την εκτέλεση της 1 Καταγραφή του θορύβου σε db εντολής καταγράφεται ο θόρυβος σε db ώστε να παρουσιαστεί στην Όλοι οι χρήστες επόμενη κεντρική οθόνη -45-

46 2.3.4 Λειτουργία 4 Αποτελέσματα και λήξη εφαρμογής Γίνεται η απαιτούμενη προβολή του αριθμού που είναι ο θόρυβος σε μονάδα μέτρησης db και κατόπιν λήγει η παρούσα καταγραφή ενώ παράλληλα μπορεί επαναληπτικά να καταγράψει τον επόμενο διαθέσιμο θόρυβο. Πίνακας 5. Αποτελέσματα και λήξη εφαρμογής Α/Α Απαίτηση Περιγραφή Χρήστες Προβολή Προβολή τις τιμής του 1 αποτελεσμάτων θορύβου σε db που Όλοι οι χρήστες θορύβου καταγράφηκε 2 Λήξη παρούσας καταγραφής Λήξη της παρούσας καταγραφής Όλοι οι χρήστες Επανάληψη της Επανάληψη της 3 καταγραφής του καταγραφής του Όλοι οι χρήστες επιθυμητού θορύβου επιθυμητού θορύβου Ενδεικτικές Οθόνες της εφαρμογής Στις παρακάτω εικόνες παρουσιάζονται ενδεικτικά το πώς ξεκινάει η εφαρμογή μέσα στο περιβάλλον μιας κινητής συσκευής και παρουσιάζεται η διαδικασία καταγραφής θορύβου και η αποτύπωση του στην οθόνη του κινητού. Έτσι ενδεικτικά όταν εκτελέστηκε η εφαρμογή σε μια ταμπλέτα Nvidia με τα κάτωθι τεχνικά χαρακτηριστικά: Nvidia Shield Tablet ANDROID Quad-core 2.2 GHz Nvidia Tegra K MB WUXGA (1920 x 1200) οι εικόνες 23 και 24 απεικονίζουν το περιβάλλον και την καταγραφή του θορύβου που πραγματοποιήθηκε και είναι db στην χρονική διάρκεια των 5ms -46-

47 Εικόνα 23. Περιβάλλον εφαρμογής Noise Εκκίνηση (Nvidia) Εικόνα 24. Περιβάλλον εφαρμογής Noise Kαταγραφή θορύβου (Nvidia) -47-

48 ενώ οι αντίστοιχες οθόνες σε ένα κινητό Samsung με τα κάτωθι χαρακτηριστικά αποτυπώνονται στις παρακάτω εικόνες 25 και 26. Samsung Galaxy Nexus GT-I ANDROID Dual-core 1.2 GHz/ARMv MB HD 720 (1280 x 720) Εικόνα 25. Περιβάλλον εφαρμογής Noise Εκκίνηση (Samsung) Εικόνα 26. Περιβάλλον εφαρμογής Noise Kαταγραφή θορύβου (Samsung) -48-

49 2.4 Αξιολόγηση των απαιτήσεων και λειτουργιών της εφαρμογής Για την καλύτερη αξιολόγηση της εφαρμογής «Noise», χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της εξομοίωσης (emulation) και κατά προέκταση και προσομοίωσης (simulation). O «εξομοιωτής» είναι μια ιδεατή ή εικονική (virtual στα αγγλικά) μηχανή που μπορεί να περιγράψει την συμπεριφορά ή λειτουργία μιας πραγματικής μηχανής ή διάταξης ή συστήματος μηχανής - περιβάλλοντος. Από την άλλη πλευρά η «προσομοίωση» έχει να κάνει με την ιδεατή περιγραφή ενός φαινομένου και την εικονική αναπαράστασή του. Με αυτή την έννοια, ένας εξομοιωτής κάνει και προσομοίωση. Η προσομοίωση δηλαδή είναι μία αναπαράσταση ή ένα μοντέλο που έχει κατασκευαστεί για να αναπαραστήσει και να επιτρέψει την κατανόηση της λειτουργίας ενός συστήματος. Το σύστημα προσομοίωσης «μιμείται» τη συμπεριφορά αυτού που αναπαριστά και συνεπώς επιτρέπει εξοικείωση με τα χαρακτηριστικά του και την κατανόηση των λειτουργιών του. Το σύστημα προσομοίωσης στις περισσότερες περιπτώσεις σήμερα είναι ένα μοντέλο που «εκτελείται» σε έναν υπολογιστή. Για την εν λόγω εφαρμογή, όπως προαναφέρθηκε υπάρχει ενσωματωμένο ένα εργαλείο που επιτρέπει την εκτέλεση του σε περιβάλλον πραγματικού χρόνου (real time) βάσει επιλογής και εγκατάστασης εικονικών μηχανών απεικόνισης. Ο απώτερος σκοπός είναι να ελεγχθούν κατόπιν του «χτισίματος» (build) της εφαρμογής όλες οι λειτουργίες της και αν ορθώς έχουν επιτευχθεί Συσκευή Δοκιμών της Εφαρμογής Κατά τα πρώτα στάδια της υλοποίηση της εφαρμογής αυτή δοκιμαζόταν στο HTC G1, ενώ στην συνέχεια για τις δοκιμές της εφαρμογής χρησιμοποιήθηκε η συσκευή NEXUS ONE που κατασκευάζεται από την HTC και κυκλοφορεί σε συνεργασία με την GOOGLE (Εικ. 27). -49-

50 Εικόνα 27. Nexus One Απόδοση της Εφαρμογής Δεδομένου του περιορισμού που υπήρξε να εξεταστεί σε πραγματικό χρόνο η εφαρμογή σε περισσότερα από ένα κινητά ή tablets, έγινε προσπάθεια να υπάρξουν διαδικτυακές δοκιμές μέσω εξομοιωτών ειδικά κατασκευασμένων για το σκοπό αυτό. Το Διαδίκτυο παρέχει πολλές ιστοσελίδες που παρέχουν την δυνατότητα να δοκιμάσουν την εφαρμογή και τις λειτουργίες της, ενώ παράλληλα να εξάγουν συνολικά συμπεράσματα για την αξιολόγηση της εφαρμογής και για τις περαιτέρω βελτιώσεις της «Noise». Συνεπώς, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές βάσει του online εργαλείου AppThwack, μέσω του συνδέσμου ?view_mode=performance. Με αρχικό περιορισμό των 30 συσκευών (κινητά και tablets) που επιλέχθησαν, η εφαρμογή πέρασε όλες τις δοκιμασίες σε 24 από αυτές δηλ. σε ποσοστό 24/30 = 80%, σύμφωνα με το εξαγόμενο αποτέλεσμα της Εικ

51 Εικόνα 28. Ποσοστό επιτυχίας σε συνολικά 30 διαθέσιμες συσκευές Ενδεικτικά θα αναφερθούν αναλυτικά τα αποτελέσματα σε έξι (6) από αυτές. Σχετικά με την απόδοση της εφαρμογής ακολουθεί η παρακάτω Εικ. 29, που απεικονίζονται πληροφορίες που έχουν σχέση με την χρήση του επεξεργαστή, την διαθεσιμότητα της μνήμης, καθώς και την διαγραμματική απεικόνιση της σύγκρισης μεταξύ επεξεργαστή και μνήμης και της χρήσης των πόρων του συστήματος. Εικόνα 29. Απόδοση της εφαρμογής Noise Επιπρόσθετα, η επόμενη Εικ. 30 απεικονίζει χαρακτηριστικά screenshots από την εκτέλεση της εφαρμογής στα διαθέσιμα κινητά και tablets, ενώ στην Εικ. 31 μπορεί -51-

52 κάποιος να διακρίνει αναλυτικά τις φάσεις εγκατάστασης, εκτέλεσης της εφαρμογής και απεγκατάστασης της και της επιτυχούς έκβασης σε όλες τις δοκιμές και για τα έξι κινητά. Παράλληλα για κάθε συσκευή μπορεί κάποιος να δει τα χαρακτηριστικά ακόμη πιο αναλυτικά και να παρατηρήσει τις ενέργειες που πραγματοποιήθηκαν με στόχο να εκτελεστεί σωστά κάθε βήμα της εφαρμογής. Εικόνα 30. Screenshots της εφαρμογής στα διαθέσιμα κινητά -52-

53 Εικόνα 31. Διαδικασία φάσεων εγκατάστασης, εκτέλεσης & απεγκατάστασης Συνοψίζοντας η απόδοση της εφαρμογής ήταν αρκετά ικανοποιητική στις περισσότερες διαθέσιμες συσκευές και υποστήριζε με μεγάλη ευκολία τα λειτουργικά τους συστήματα, χωρίς ιδιαίτερες προαπαιτούμενες λειτουργίες. Το βασικότερο χαρακτηριστικό που έχει ήδη επισημανθεί και πρωτύτερα είναι η παρουσία λειτουργικού συστήματος Android, μικροφώνου και GPS, λειτουργίες που όλα τα κινητά διαθέτουν πλέον. -53-