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中国地质大学(北京) 本科毕业设计文献综述 院(系): 信息工程学院 专 业: 计算机科学与技术 姓 名: 王文昊 学 号: 04108109 完成日期: 2012 年 5 月 20 日 中国地质大学北京2012 届本科生毕业设计文献综述 文献综述 随着手机的普及以及手机应用的深入人心, 近几年
Android 应用的开发成为了人们关注的话题。
而蓝牙技术作为短距离通信的研究热点与核心技术, 近年来得到了广泛的关注和快速的发展。
本文主要就研究、学习
Android 系统与蓝牙技术中参考的一些文献资料及国内外理论进行了梳理,为本科毕业设计的顺利完成提供了相关理论基础和方法。
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Android 系统研究
Android 是基于 Linux 平台的开源手机操作系统的名称,该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成, 而且不存在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍,号称是首 1个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件 。
Android 的开发概括为两类:一是系统开发,包括低层 linux 内核的裁剪和扩展,硬件驱动的开发和系统移植等,从业人员主要工作在硬件厂商的公司里:而是应用开发,主要包括游戏开发、
Android 互联网客户端开发和工具软件开发等。
随着用户群体的不断壮大,
Android 系统有望成为手机操作系统的“Windows”所以
Android 应用开发应用需求将非常大2。
1.1
Android 简介
Android 是基于 Linux 内核的软件平台和操作系统,早期由 Google 开发,后由开放手机联盟 Open Handset Alliance 开发。
它采用了软件堆层 software stack,又名以软件叠层的架构,主要分为三部分。
低层以 Linux 内核工作为基础,只提供基本功能;其他的应用软件则由各公司自行开发,以 Java 作为编写程序的一部分。
另外,为了推广此技术,Google 和其它几十个手机公司建立了开放手机联盟3。
1.2
Android 开发工具
Android 的上层应用程序是用 Java 语言开发的,同时需要基于 Dalvik 虚拟机,所以Google 公司推荐使用主流的 Java 继承开发环境 Eclipse。
有了 Eclipse 还不够,因为使用 Java语言进行开发,应该有由 SUN 公司提供的 Java SDK,其中包含了 JRE:Java RuntimeEnvironment。
另外,
Android 的应用程序开发还是和 Java 开发有一定区别,所以还需有一个 Google 提供的
Android SDK4。
1.3
Android 应用程序特点
Android 系统是一个强大的智能机系统,与之相适应的硬件也一般具备相对较高的性能。
总结起来,
Android 系统上的应用程序具有以下一些特点: 1.功能强大。
Android 平台的设备一般都具备较强的运算能力、存储空间、网络功能以及各种各样的传感器。
2.可复用性强。
Android 的应用程序由许多 Activity 组成,不同的 Activity 在程序中实现不同的功能模块。
而最令人赞叹的就是,得益于
Android 的良好设计,不同应用程序之间的 Activity 可以实现共享(可以通过安全选项进行配置)。
5这就实现了良好的复用性。
3.开放程度高。
“开放”是
Android 的设计宗旨之一,开发人员可以自己编写程序替代系统中原有的程序,甚至连拨号、短信、主屏幕这样的核心功能都可以由第三方开发人员的程序替代。
1.4
Android 应用程序的组成部分 1 中国地质大学北京2012 届本科生毕业设计文献综述
Android 有丰富的功能,是一个分层的环境,构建在 Linux 内核的基础上,包括丰富的功能。
Android 应用程序是用 Java 编程语言编写的,它们在 Dalvik 虚拟机中运行。
每个
Android 应用程序都占用 Dalvik VM 的一个实例,这个实例驻留在一个由 Linux 内核管理的进程中6。
Android 应用程序是由
Android 体系结构定义的四个基本组成部分类型构成,: 1. Activities 活动 Activity 是最基本的
Android 应用程序组件。
大多数应用由多个屏幕组成, 一个 Activity通常则是一个单独的屏幕。
每一个 Activity 都被实现为一个独立的类,并且从 Activity 基类中继承而来。
Activity 类将会显示由视图控件组成的用户接口,并对事件做出响应。
Android 使用 Intent 这个特殊类, 实现在屏幕与屏幕之间移动。
他们可以通过其他 Activities或通过查询或意图服务与用户交互和请求数据。
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Android 的大多数可执行代码将执行写在一个活动的环境中。
活动通常对应显示屏:每个活动显示一个屏幕给用户。
当它运行的不积极,活动可以结束运行的系统来节省内存。
2. Services 服务 与桌面和服务器操作系统守护进程相似。
服务组件在后台运行,直到手机关机。
他们一般不公开用户界面8。
MP3 播放器是一个服务的典型例子,需要一直处理等待处理的的文件,甚至当用户已经在使用其他应用程序。
即使没有一个用户界面仍然存在, 应用程序可能需要实现服务来执行。
3. Broadcast and Intent Receivers 广播接收机和意图 这些服务请求的响应另一个应用程序。
一个广播接收机响应一个事件。
这些广播可能来自
Android 本身(如电池低),或从任何在系统上运行的程序。
一项活动或服务提供了访问其功能的接口是通过执行一个意图接收器, 一段响应数据或其他活动的服务要求的可执行 9代码 。
广播接收器会自动地启动应用程序来响应某个到来的 Intent,这个特点使它们成为了事件驱动的程序的最佳选择。
意图,一个简单的消息传递框架。
使用 Intent,可以在系统范围内向目标活动或者服务广播消息, 以说明希望执行某个动作的意图。
之后系统就会确定那些最适合执行动作的目标。
4. Content providers 内容提供程序 一个可共享的数据仓库。
每个内容提供器都开放一个唯一公共 URI(由 URI 封装)9。
例如, 当应用程序发出一个通讯录数据的查询, 它涉及到一个 URI 查询的形式: 内容: 联 /系方式/人。
该操作系统查询内容提供者给定的 URI,并发送请求到相应的应用程序(如果尚未运行,启动应用程序)。
如果有多个内容提供商请求的 URI 登记,系统会询问用户哪一个是想要的。
应用程序不必使用所有的
Android 组件,但是一个好的应用程序会使用所提供的机制,而不是硬编码重塑功能或引用其他应用程序。
URI 和意向一起让
Android 提供了非常灵活的用户环境。
应用程序可以很容易地添加,删除和取代意图而 URI 使其联系在一起工作。
Android 应用程序是连同一个 AndroidManifest.xml 文件一起部署到设备的。
AndroidManifest.xml 包含必要的配置信息,以便将它适当地安装到设备。
它包括必需的类名和应用程序能够处理的事件类型,以及运行应用程序所需的许可10。
例如,如果应用程序需要访问网络如为了下载一个文件, 那么 manifest 文件中必须显式地列出该许可。
这种显式声明有助于减少恶意应用程序损害设备的可能性。
1.5 存储和返回数据
Android 提供了很多种类的存储机制以及网络服务。
在 Andriod 应用程序中有几种不同读写数据的方法。
可以根据需求选择。
2 中国地质大学北京2012 届本科生毕业设计文献综述 在
Android 中,所有的应用程序资源对自身而言是私有的,但是并不是说,其它程序就无法与之共享数据了。
在
Android 中,可以通过提供一个标准的方法来使得其他的应用程序访问这些私有的数据,那就是 ContentProvider。
除了这一种方法,还有其它的方法也可以使用,例如 Prefrences、Files、Databases、Network 等。
完全可以根据开发人员的需求来作选择。
在
Android 中,为了使用应用程序更加地安全,
Android 增加了安全模型来操作资源和数据的特征,这是通过权限设置来决定的。
Android 是一个多进程系统,在此之中,每个应用程序都在自己的进程中运行。
大多数的应用程序之间的安全模式设置和标准的 Linux 系统相一致,例如给各个应用程序分配不同的 UID。
2 蓝牙技术 蓝牙是一种短距无线通信的技术规范,它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。
在制定蓝牙规范之初,就建立了统一全球的目标,向全球公开发布,工作频段为全球统一开放的 2.4GHz 工业、科学和医学(Industrial Scientificand Medical ISM)频段11。
从目前的应用来看,由于蓝牙体积小、功率低,其应用已不局限于计算机外设, 几乎可以被集成到任何数字设备之中,特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。
2.1 蓝牙简介 所谓蓝牙Bluetooth技术,实际上是一种短距离无线电技术,利用“蓝牙”技术,能够有效地简化掌上电脑、 笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信, 也能够成功地简化以上这些设备与因特网 Internet 之间的通信,从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路12。
说得通俗一点,就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备, 不必借助电缆就能联网,并且能够实现无线上因特网,其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、 消费电子产品和汽车等信息家电,组成一个巨大的无线通信网络。
“蓝牙”技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术,是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案,因此,目前无线通信的“蓝牙”刚刚露出一点儿芽尖,却已经引起了全球通信业界和广大用户的密切关注。
2.2 蓝牙技术的原理协议 在通信网络建立之前, 所有设备都处于就绪状态。
在该状态下, 未连接的设备每隔 1.28s监听一次消息,设备一旦被唤醒,就在预先设定的 32 个跳频频率上监听信息。
跳频数目因地区而异,但 32 个跳频频率为绝大多数国家所采用13。
连接进程由主设备初始化。
如果一个设备的地址已知,就采用页信息(Page message)建立连接;如果地址未知,就采用紧随页信息的查询信息(Inquiry message)建立连接。
在通信网络中,无数据传输的设备转入节能工作状态。
主设备可将从设备设置为保持方式,此时,只有内部定时器工作;从设备也可以要求转入保持方式。
设备由保持方式转出后,可以立即恢复数据传输。
连接几个微微网或管理低功耗器件时,常使用保持方式14。
监听方式和休眠方式是另外两种低功耗工作方式。
蓝牙基带技术支持两种连接方式: 面向连接(SCO) 方式,主要用于语音传输;无连接(ACL)方式,主要用于分组数据传输。
基带控制器采用 3 种检错纠错方式:1/3 前向纠错编码(FEC);2/3 前向纠错编码;自动请求重传(ARQ)15。
认证与加密服务由物理层提供。
认证采用口令-应答方式,在连接过程中,可能需要一次或两次认证,或者无需认证。
认证对任何一个蓝牙系统都是重要的组成部分,它允许用户自行添加可信任的蓝牙设备,例如,只有用户自己的笔记本电脑才可 3 中国地质大学北京2012 届本科生毕业设计文献综述以通过用户自己的手机进行通信。
蓝牙安全机制的目的在于提供适当级别的保护,如果用户有更高级别的保密要求, 可以使用有效的传输层和应用层安全机制。
认证与加密服务由物理层提供。
认证采用口令-应答方式,在连接过程中,可能需要一次或两次认证,或者无需认证16-19。
认证对任何一个蓝牙系统都是重要的组成部分,它允许用户自行添加可信任的蓝牙设备,例如,只有用户自己的笔记本电脑才可以通过用户自己的手机进行通信。
蓝牙安全机制的目的在于提供适当级别的保护, 如果用户有更高级别的保密要求,可以使用有效的传输层和应用层安全机制。
蓝牙设备应具有互操作性,对于某些设备,从无线电兼容模块和空中接口,直到应用层协议和对象交换格式,都要实现互操作性;对另外一些设备(如头戴式设备等)的要求则宽松得多。
蓝牙计划的目标就是要确保任何带有蓝牙标记的设备都能进行互换性操作。
软件的互操作性始于链路级协议的多路传输、设备和服务的发现,以及分组的分段和重组。
蓝牙设备必须能够彼此识别, 并通过安装合适的软件识别出彼此支持的高层功能。
互操作性要求采用相同的应用层协议栈。
不同类型的蓝牙设备对兼容性有不同的要求,用户不能奢望头戴式设备内含有地址簿。
蓝牙的兼容性是指它具有无线电兼容性,有语音收发能力及发现其它蓝牙设备的能力,更多的功能则要由手机、手持设备及笔记本电脑来完成。
为实现这些功能,蓝牙软件构架将利用现有的规范,如 OBEX、HID(人性化接口设备)、vCard/vCalendar 及TCP/IP 等,而不是再去开发新的规范。
设备的兼容性要求能够适应蓝牙规范和现有的协议。
2.3 蓝牙技术的的内容 蓝牙技术产品是采用低能耗无线电通信技术来实现语音、数据和视频传输的,其传输速率最高为每秒 1Mb/s,以时分方式进行全双工通信,通信距离为 10 米左右,配置功率放大器可以使通信距离进一步增加。
蓝牙产品采用的是跳频技术,能够抗信号衰落;采用快跳频和短分组技术,能够有效地减少同频干扰,提高通信的安全性;采用前向纠错编码技术,以便在远距离通信时减少随机噪声的干扰;采用 2.4GHz 的 ISM 即工业、科学、医学频段,以省去申请专用许可证的麻烦;采用 FM 调制方式,使设备变得更为简单可靠;“蓝牙”技术产品一个跳频频率发送一个同步分组,每组一个分组占用一个时隙,也可以增至 5 个时隙;“蓝牙”技术支持一个异步数据通道,或者 3 个并发的同步语音通道, 或者一个同时传送异步数据和同步语音的通道。
“蓝牙”的每一个话音通道支持 64Kbps 的同步话音,异步通道支持的最大速率为721Kbps、反向应答速率为 57.6Kbps 的非对称连接,或者 432.6Kbps 的对称连接20。
蓝牙技术产品与因特网 Internet 之间的通信,使得家庭和办公室的设备不需要电缆也能够实现互通互联,大大提高办公和通信效率。
因此, “蓝牙”将成为无线通信领域的新宠,将为广大用户提供极大的方便而受到青睐。
2.4 蓝牙技术的特点 蓝牙是一种短距无线通信的技术规范,它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。
在制定蓝牙规范之初,就建立了统一全球的目标,向全球公开发布,工作频段为全球统一开放的 2.4GHz 工业、科学和医学(Industrial Scientificand Medical ISM)频段。
从目前的应用来看,由于蓝牙体积小、功率低,其应用已不局限于计算机外设, 几乎可以被集成到任何数字设备之中,特别是那些对数据传输速率要求不高 21的移动设备和便携设备 。
蓝牙技术的特点可归纳为如下几点: 1、全球范围适用 蓝牙工作在 2.4GHz 的 ISM 频段,全球大多数国家 ISM 频段的范围是 2.42.4835GHz,使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。
4 中国地质大学北京2012 届本科生毕业设计文献综述 2、同时可传输语音和数据 蓝牙采用电路交换和分组交换技术,支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。
每个语音信道数据速率为 64kbit/s,语音信号编码采用脉冲编码调制PCM或连续可变斜率增量调制CVSD方法。
当采用非对称信道传输数据时,速率最高为 721kbit/s,反向为 57.6kbit/s;当采用对称信道传输数据时,速率最高为 342.6kbit/s。
蓝牙有两种链路类型:异步无连接Asynchronous Connection-Less,ACL链路和同步面向连接Synchronous Connection-Oriented,SCO链路。
3、可以建立临时性的对等连接Ad-hoc Connection 根据蓝牙设备在网络中的角色,可分为主设备(Master)与从设备(Slave)。
主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备,几个蓝牙设备连接成一个皮网(Piconet)时,其中只有一个主设备,其余的均为从设备。
皮网是蓝牙最基本的一种网络形式,最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。
通过时分复用技术, 一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的皮网保持同步, 具体来说,就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的皮网,即某一时刻参与某一皮网,而下一时刻参与另一个皮网。
4、具有很好的抗干扰能力 工作在 ISM 频段的无线电设备有很多种,如家用微波炉、无线局域网(WirelessLocalArea Network,WLAN)和 HomeRF 等产品,为了很好地抵抗来自这些设备的干扰,蓝牙采用了跳频 (Frequency Hopping) 方式来扩展频谱 , (Spread Spectrum) 将 2.402~2.48GHz频段分成 79 个频点,相邻频点间隔 1MHz。
蓝牙设备在某个频点发送数据之后,再跳到另一个频点发送,而频点的排列顺序则是伪随机的,每秒钟频率改变 1600 次,每个频率持续625μs22。
5、蓝牙模块体积很小、便于集成 由于个人移动设备的体积较小,嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小,如爱立信公司的蓝牙模块 ROK101008 的外形尺寸仅为 32.8mm×16.8mm×2.95mm。
6、低功耗 蓝牙设备在通信连接(Connection)状态下,有四种工作模式——激活(Active)模式、呼吸(Sniff)模式、保持(Hold)模式和休眠(Park)模式。
Active 模式是正常的工作状态,另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式23。
7、开放的接口标准 SIG 为了推广蓝牙技术的使用,将蓝牙的技术标准全部公开,全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发,只要最终通过 SIG 的蓝牙产品兼容性测试,就可以推向市场。
8、成本低 随着市场需求的扩大,各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块,蓝牙产品价格飞速下降。
2.5 蓝牙技术在外围设备的应用 蓝牙技术的主要市场将是低端无线联网领域,提供简单方便的无线联网技术是业内最初研发“蓝牙”标准的初衷。
蓝牙技术是做为一种“电缆替代”的技术提出来的,发展到今天已经演化成了一种个人信息网络的技术。
它将内嵌蓝牙芯片的设备互联起来,提供话音和数据的接入服务,实现信息的自动交换和处理。
蓝牙主要针对三大类的应用:话音/数据的接入、外围设备互联和个人局域网。
话音/数据的接入是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备,完成与广域通信 5 中国地质大学北京2012 届本科生毕业设计文献综述网络的互联。
外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。
个人局域网的主要应用是个人网络和信息的共享和交换。
蓝牙技术已获得了两千余家企业的响应,从而拥有了巨大的开发和生产能力。
蓝牙已拥有了很高的知名度,消费者对这一技术也很有兴趣。
在 2000 年,爱立信公司和 ARM 公司达成协议, 前者将有权使用后者生产的 Arm 7 RISC芯片集。
作为瑞典通信领域巨头, 爱立信公司打算把这种芯片应用于未来的蓝牙 PAN 技术。
爱立信微电子领域专管 Datacom 集成电路(IC)领域的总经理 Johan Tingsborg 先生指出,蓝牙和面向家庭的快速网络接入已经变成他们公司的首要应用。
他说:“ARM 的处理技术将为芯片的低功率系统技术提供一个高效率的并且有明确标准的平台。
”实际上,取得ARM 的生产许可证将会极大缩短下一代通信产品投放市场的时间。
就在爱立信和 ARM 合作之前不久,Cahners In-Stat 公司提出的一份报告预测说:随着用户逐渐认识到蓝牙 PAN 技术的强大功能和灵活性,蓝牙将会大大普及。
那份题为“Bluetooth 2000:To Enable the Star Trek Generation”的报告预测,到 2005 年全世界支持蓝牙技术的设备数量将会超过 10 亿。
从芯片这边来看,芯片价格持续下降。
英国 CSR 生产的主要蓝牙芯片产品,目前售价约为 7 美元~8 美元/颗,随着公司陆续推出新产品,预计秋季时将降价至 5 美元、而年底时降至 3 美元左右。
芯片越来越小巧。
蓝牙的技术界面是专用半导体集成电路芯片,用于嵌入电子器件内。
而与用户直接见面的产品界面则是各种时尚电子产品。
因此,蓝牙技术要嵌入到电子器件内就要考虑蓝牙的芯片尺寸,它必须具有小巧、廉价、结构紧凑和功能强大的特点才能放进蜂窝电话中。
向单芯片方向发展 。
目前已经有所突破,法国 AlcatelMicroelectronics 等公司在 ISSCC2001 上发表了用于蓝牙的单芯片 LSI,CSR 公司也推出了嵌入电池中的单芯片蓝牙 IC BlueCore01 。
产品具有兼容性。
目前的产品一致性测试都已经没问题,但是无法互通,蓝牙只有成为无线通信的“世界语”才有意义。
SIG 已召集制造商.
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