Kommunikation zwischen Devices und Devices zu stationären Diensten Ad-Hoc Vernetzung: Netzwerke und Dienste nicht langfristig geplant

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1 Mobile Computing Zimmermann, 1999 Use of computing devices which usually interact in some fashion with a central information system while away from a fixed workplace Enables the mobile worker to create, access, process, store and communicate information without being constrained to a single location Eigenschaften Anytime, Anywhere, Any* Devices werden mobil, Devices sind nicht nur Computer Kommunikation zwischen Devices und Devices zu stationären Diensten Ad-Hoc Vernetzung: Netzwerke und Dienste nicht langfristig geplant Heterogene Umgebung (Plattformen, Kommunikation); Tragbare Geräte, Handhelds, mobil benutzbar Eingeschränkte oder spezifische Ressourcen; Spezielles Benutzungsverhalten Unsichere Verbindung (Online/Offline), Hohe Fehlerrate, geringe Bandbreite Netzwerktopologie unbekannt oder sich ändernd (Broadcast) Kontext des Devices kann berücksichtigt werden (zum Beispiel Location, Zeit,...) 1

2 Leistungsfähige Mobile Endgeräte Notebooks Smartphones (+ Tablets) Nur bedingt mobil 800 MHz 2.x GHz x GB RAM, xx GB Flash 480x x2560 TrueColor USB, SD-Card, Bluetooth, BLE, WLAN, NFC, Kamera, GPS, Beschleunigungssensor, Gyroskop, Embedded/Smartcards Beispielhaft Arduino: Atmel AVR, xx MHz, xxx KByte RAM Beispielhaft JavaCard/SIM: x MHz, xx KByte Memory NanoSim ( mm) 2

3 Mobilität Leistung Leistung und Mobilität Rechenleistung Speicher Darstellung Transportabilität Batterielebensdauer 3

4 Mobile Computing Netzwerke Features Bandbreite Reichweite Mobile Netzwerke verfügbar Latenz, Round Trip Time (RTT) in msec Bandbreite (BB) in MBit/sec Reichweite Zuverlässigkeit Round Trip Time GSM/UTMS/LTE: flächendeckend, BB 0,007-0,22/14/100, RTT 1000/300/30 WLAN: Gebäude (0 Übertragungskosten, günstige Hardware), BB , RTT 1-10 Bluetooth (LE) : Raum/Mensch, BB 0,1-3, RTT 1-10 NFC: 0-20cm, BB 0,1-0,4, RTT 0,1-1 Passende Protokolle verfügbar Meist gut und problemlos (mit HTTP oder Serial Communication) verwendbar Problem(chen) wie zum Beispiel Verbindungsaufbau (Bluetooth),... 4

5 Android Plattform Historie Historie 2005: Google kauft Startup Android, Inc 2007: Open Handset Alliance, Beta SDK 2008: Developer Challenge, SDK nutzbar, Oktober, T-Mobile G1, HTC Dream, Open Source 2009: Android 1.1, 1.5., 1.6, 2.0, 2.1; andere Hersteller : Boom, 2.2, 2.3.x, Tablets 3.x : Android : Android 5 (noch nicht weit verbreitet) Heute Devices >= 2.3 im Markt, Riesenauswahl (>10.000) Signifikanter Marktanteil bei >= Android % Marktanteil, Millionen Apps, Milliarden Devices, (0.x) Billionen Installationen 5

6 Android Plattform Architektur Apps Application Framework Native, umfangreich Java-API Runtime Entwicklungs-/ Laufzeitumgebung Libraries Standard Apps dabei Offene Umgebung (?) Für (Nicht ;-) Java Apps Linux Kernel Treiber und Erweiterungen Applications Home Contacts Phone Browser... Application Framework Activity Manager Package Manager Window Manager Content Providers Telephony Resource Location Notification Manager Manager Manager Manager Libraries Surface Manager Media Framework SQLite OpenGL ES FreeType WebKit SGL SSL libc Linux Kernel 2.6 Display Audio View System Camera Wifi KeyPad Android Runtime Core Libraries Dalvik VM Driver FlashMem IPC Power Management 6

7 Anforderungen Hardware Display Speicher: >= 512 MB RAM, >= 2 GB Flash Sensoren/Features SHOULD: Beschleunigung (3- Achsen), Magnet (Kompass), GPS, Gyroscope, Kamera (Front MAY), USB-Host MAY: Barometer, Photometer, Proximity Kommunikation: Telefonie ist optional 480x320(normal), 640x480(large), 960x720(xlarge) Pixeldichte dpi, dynamisches Rotieren OpenGL ES 1.0 und 2.0, optional 3.0 SHOULD: WLAN, Wifi-Direct, Bluetooth, NFC Performance Ziele: Z. B. Browser-Start in <= 1,3 Sekunden 7

8 Device Fragmentation >10,000 unterschiedliche Devices >20 unterschiedliche optionale Sensoren > 10 unterschiedliche Android Versionen > 100 Display-Größen 8

9 Android Studio Seit Ende 2014 Systemanforderungen Löst Eclipse ab Bundle beinhaltet Android SDK Tools Android Studio IDE Windows, Mac OS X, Linux 4 GB RAM ~2 GB HardDisk JDK 7 Intel-Prozessor mit VT-x (deswegen geht es nicht in Virtualbox) Selbst im Homeverzeichnis installieren Viel Platz notwendig, Quota auf Anfrage erhöhbar 9

10 Android SDK android SDK je API-Level Tools Alles aktualisieren Manage AVDs Verwaltung virtueller Devices (Emulator) Wir nehmen API-Level 19 für Android Inklusive Google libs Selbst anlegen (nicht das vordefinerte) [direkt: android avd] 10

11 Emulator starten Start Probleme Beim Anlegen Auswahl Skin Beispiel: Ohne HW-Controls Nicht skalieren, sonst meist zu klein Rotieren (Ctrl-F12) geht nicht (Bug) Details.android/avd/ga44.avd/*.ini Mit Vorsicht ändern... 11

12 Entwicklung mit Android Studio IDE Android Studio IDE Projekte erstellen IntelliJ IDEA Aufruf mit studio.sh Start new Android Studio project Wizard folgen Laufen lassen Run 12

13 Projekt erstellen Angaben Project location: Dort wo alle Ihre Projekte unter Versionkontrolle stehen Target Device Name: Beliebig, CamelCase, kein Space Company Domain: mobcomp.medieninf.de API 15, Android 4.03 Activity Jetzt Blank, sonst manuell 13

14 Projekt starten Starten Run Button Device wählen App läuft auf Emulator, Emulator immer laufen lassen Build-System gradle (muss nicht angepasst werden) Ressourcenfresser (Ihre Lüfter werden anspringen!) 14

15 Android Projekt-Struktur src Quellen Ressourcen unter res java: Java Quellen res: Ressourcen Vordefinierte Ordner, feste Struktur drawable*: Bilder (mipmap auch) layout: UI-Layout in XML (vorkompiliert) values: XML, Zahl- und Stringkonstanten (vorkompiliert) assets: Binäre Daten (nicht vorkompiliert)... AndroidManifest.xml Konfiguration der App, die web.xml Android-Sicht bei Entwicklung 15

16 Java Java6 Features verfügbar Übersetzen auf DevHost Vorkompilieren der XML-Dateien R.java für Konstanten Prg.class classes.dex resources.arsc uncompiled ressources Android Manifest.xml Paketieren als.apk Datei Class-Dateien mit Java SDK Dex-Dateien mit Android SDK, plattformabhängig Ressourcen Prg.java val.xml javac <name>.apk Build-Prozess Prg.java Prg.java Installierbares Archiv Plattformabhängig Ausführen auf Android Device Emulator oder Hardware Signatur deployment, adb 16

17 Debuggen adb Android Debug Bridge Kommunikation mit Device/Emulator Installation von Paketen, Dateien kopieren Kommandos, Shell $ adb devices List of devices attached emulator-5554 device $ adb shell root@generic_x86:/ # ls -l /data/app/de.medieninf.mobcomp.firstapp-1.apk -rw-r--r-- system system :59 de.medieninf.mobcomp.firstapp-1.apk root@generic_x86:/ # df /sdcard/ Filesystem Size Used Free /sdcard/ 996.1M 1.7M 994.4M root@generic_x86:/ # exit $ Blksize 2048 monitor Informationen von Device Log-Meldungen ScreenShot... (in studio.sh integriert) 17

18 Ziele für Anwendungsframework Eingeschränkte/Spezifische Ressourcen (Smartphone!= Desktop) Informationszentrale Rechenleistung (wobei Quad-Core und PC-Leistung vor 5 Jahren Standard ist) Batterie (das Riesenproblem), Umgebung verwaltet Lebenszyklus Kleines Display, keine Tastatur/Maus, andere Kontexte: Neue Interaktionsformen Unterschiedliche Hardware (API) Persönliches Devices, immer dabei Nutzen von Daten unterschiedlichster Herkunft, Mashup Kommunikation, Zugriff auf vorhandene Dienste Austauschbarkeit, Offenheit Komponenten statt in sich geschlossene Anwendungen Austauschbarkeit von Teilfunktionalitäten, zum Beispiel PDF anzeigen Abstraktion von Was (Intent) und Wie (Komponente), loose coupling 18

19 Android Application Framework Application Intent Application IntentReceiver Broad cast Activity Application BroadcastReceiver Android Remote Service Application Service ContentProvider Application 19

20 Android Komponenten Activity Service Anwendungskomponente ohne UI Nutzen: Binden an und Lösen von Service Sollte meist Arbeiten asynchron erledigen (default Main Thread) Remote Service: Wie Service, aber für andere Apps (anderer Prozess) Intent BroadcastReceiver Anwendungskomponente mit UI für einen Task Schwerpunkt bei der Entwicklung, mehrere pro App Nutzt meist andere lokale oder remote Dienste/Services Für systemweite Nachrichten, von Android oder anderen Apps Lösen Activities oder Services aus ContentProvider Bietet Daten bzw. Ausschnitte von Daten anderen oder eigener App an Abstration des Zugriffs und der Datenaufbereitung Absicht Keine Komponente Asynchrone Nachricht Objekt mit Inhalten Startet Activity, Service,... 20

21 Android Ablaufumgebung Context Activity und Service von Context abgeleitet Zugriff auf die Ablaufumgebung Context Zugriff auf systemweite Ressourcen (Classloader, Dateisystem, ) Auslösen und Empfangen von Intents Starten von Apps,.. Activity Service Sandbox-Prinzip Je App eigener (Linux-)Benutzer Eigenes Verzeichnis Berechtigungswesen Je App eigener Prozess Eigene virtuelle Maschine (VM), initial ein UI/Main-Thread Eigener Speicherbereich Comp Comp Dalvik VM Comp Dalvik VM Linux Prozess / Benutzer 21

22 AndroidManifest.xml Konfiguration Application Deklaration aller Komponenten activity, service, provider, receiver Intent-Filter Auf welche Intents soll wie reagiert werden Beispiel Eine Komponente, eine Activity de.medieninf. mobcomp.firstapp. MainActivity <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <manifest xmlns:android=" package="de.medieninf.mobcomp.firstapp" > <application android:allowbackup="true" > <activity android:name=".mainactivity" > <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.main" /> <category android:name="android.intent.category.launcher" /> </intent-filter> </activity> </application> </manifest> Wird gestartet bei Anwendungsstart 22

23 Sicherheit Nur signierte Anwendungen Signatur Selbst erstelle Zertifikate OK, offen Mehr Rechte für Apps, die mit gleichem Zertifikat signiert sind Entwicklung mit vorhandenem Standard-Zertifikat, damit nicht in Play einstellbar Berechtigungen App.apk In AndroidManifest.xml Erlaubt Zugriff auf Geräteund Anwendungs-Features Klasse android.manifest.permission Berechtigungsbeispiele <manifest <uses-permission android:name= "android.permission.receive_sms" />... </manifest> INTERNET BLUETOOTH ACCESS_NETWORK_STATE RECEIVE_BOOT_COMPLETED CHANGE_NETWORK_STATE CAMERA ACCESS_FINE_LOCATION 23

24 Activity Lebenszyklus Android verwaltet Lebenszyklus Callbacks, zum eingreifen Achtung: Android darf Prozess beenden ohne weitere Aufrufe von Callbacks nach onpause onresume onresume Started Paused (sichtbar, inaktiv) (sichtbar, inaktiv) onpause onstop onstart Created onsave, onrestoreinstancestate oncreate erhält Parameter Bundle onrestart oncreate Stopped (unsichtbar) ondestroy Beenden mit finish (sichtbar, aktiv) onstart Zustand sichern mit Bundle Benutzerdaten in onpause persistent sichern Resumed Destroyed unüblich, laufen lassen Service Lebenszyklus: oncreate, onstart, ondestroy 24

25 Tasks und Backstack Task Navigation Eine Activity ist ein Screen Von einer Activity können andere geöffnet werden, um eine Aufgabe zu erledigen Die neue Activity liegt über der aufrufenden Activity Task ist ein (Back-)Stack von Activities Task1 Task2 Start ist push, Zurück/Back ist pop Home: Speziell, neuer Task Mehrere Tasks parallel auf Device möglich Immer ein Task im Vordergrund, andere im Hintergrund Management Android kann tief im Stack liegende Activities löschen Anwendungsentwickler kann eingreifen (Zugehörigkeit, Position) Tasklist (LongClick Home) 25

26 Eigene Vorschläge willkommen Themen für Kurzvorträge Activities NinePatch Animation Text-Style Fragments Features HttpClient Webkit Notifications Spracherzeugung Spracherkennung Drag & Drop Copy & Paste Android 5 Android Inhalt Problemstellung Lösungskonzept Demo Features Ablauf jeder 1-2 Vorträge Nach Vorlesungsende Je Minuten 2-3 je Termin Signieren Support Libraries Design Guidelines Gesten Medien, Kamera Location, Maps, GPS Kompass, Gyroskop, Beschleunigung Bluetooth, BLE, NFC USB-Host Search Smartwatch 26