SenseGrid: Aplikacija za suradno opažanje okoline putem uređaja s operativnim sustavom Android

Transcription

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA ZAVRŠNI RAD br SenseGrid: Aplikacija za suradno opažanje okoline putem uređaja s operativnim sustavom Android Sandro Gržičić Zagreb, lipanj 2012.

2 iii

3 Sadržaj 1. Uvod 1 2. Android Operativni sustav za prijenosne uređaje Scala Programski jezik modernog programera HelloWorld Osnovne karakteristike Funkcijski aspekti Kolekcije Ostale mogućnosti Vanjske biblioteke Unfiltered SBT Scala na Androidu Protocol Buffers Implementacija u Scali: ScalaBuff SenseGrid Android klijent Senzori Poslužitelj Mrežna komunikacija Upotreba Zaključak 19 Literatura 20 iv

4 A. Pokretanje SenseGrida 21 v

5 1. Uvod Meteorološke postaje sadrže instrumente koji precizno i točno bilježe atmosferske uvjete; međutim, takvih postaja postoji ograničen broj. Alternativa je koristiti brojne mobilne uređaje s operativnim sustavom Android čiji broj daleko nadmašuje broj fiksnih meteoroloških postaja. Gotovo svaki takav mobilni uređaj posjeduje velik broj različitih senzora, od kojih je određen broj koristan za opažanje okoline. SenseGrid je projekt koji omogućava korištenje takvih senzora radi suradničkog opažavanja okoline: sastoji se od klijentske aplikacije za mobilne uređaje s operativnim sustavom Android koja šalje poslužitelju podatke sa senzora i prikazuje dobivene podatke sa poslužitelja na intuitivnoj karti, te poslužitelja koji dobivene podatke skuplja i predaje klijentima. Android platforma veoma je fleksibilna, te za pisanje aplikacija podržava jezike koji se izvršavaju na Javinoj virtualnoj mašini (Java VM ), što (uz Javu) uključuje programski jezik Scalu. U radu će biti objašnjene osnove rada operativnog sustava Android, ukratko će se objasniti programski jezik Scala zajedno s kratkim opisom korištenih biblioteka te će biti opisana sâma aplikacija i poslužitelj. 1

6 2. Android Prepoznavajući potrebu za univerzalnim operativnim sustavom za mobilne uređaje, tvrtka Google je odlučila napraviti takav sustav. Vlasnici tvrtke su primjetili rad startup tvrtke Android Inc. na takvoj platformi godine, te je nakon kupnje startupa Google ubrzano nastavio razvoj na operativnom sustavu Android. Dvije godine kasnije je napravljen Open Handset Alliance, konzorcij velikog broja tvrtki s ciljem napredovanja mobilnih platforma preko razvoja otvorenih standarda. U isto je vrijeme konzorcij predstavio javnosti prvu verziju sustava Android. Google je također predstavio Android Open Source Project, otvoreni projekt čiji je cilj poboljšavanje i nadograđivanje otvorenog operativnog sustava Android Operativni sustav za prijenosne uređaje Android je operativni sustav primarno namijenjen prijenosnim (mobilnim) uređajima, u koje spadaju pametni mobiteli (smartphone) i tableti (mala prijenosna računala). Početne verzije su se izvršavale na uređajima koji nisu bili jako različiti od običnih mobitela, no uskoro počinju izlaziti napredniji i prikladniji modeli pametnih mobitela. Verzija 2 i njezine podverzije donose brojna poboljšanja te moderniziraju sustav. Verzija 3 je napravljena radi podrške za veće ekrane koji se nalaze na tabletima, a verzija 4 unificira verzije 2 i 3, kako bi postojala jedna verzija za sve prijenosne uređaje, te dakako nosi brojne nove mogućnosti i poboljšanja. 1 1 Detaljnije o verzijama: 2

7 3. Scala 3.1. Programski jezik modernog programera Neki se programski jezici danas primarno koriste za pisanje velikih poslovnih aplikacija. S druge strane, neki se uglavnom koriste za pisanje kraćih skripti - malih programa koji automatiziraju izvođenje radnji koje bi inače morale biti izvedene ručno. Programski jezici koji su više omiljeni kod programera obično imaju dinamički tipski sustav (dynamic typing), tj. provjera tipova se izvodi prilikom izvođenja programa, što je gotovo uvijek sporije od statičkog tipskog sustava (static typing). Ipak, većina jezika sa statičkim tipskim sustavom zahtijeva od programera puno više napisanog kôda u usporedbi s programskim jezikom s dinamičkim tipskim sustavom. Bez obzira na sirovu brzinu izvođenja, dinamički jezici obično nisu toliko skalabilni kao statički 1. Funkcijski jezici su programski jezici u u kojima programer piše slijed matematičkih izračuna, bez podrške za promjenjivim stanjem i promjenjivim podacima. Takvi su jezici najviše rašireni u akademskoj zajednici, no u zadnje vrijeme su sve popularniji i među širom programerskom zajednicom. Takvi jezici obično nemaju podršku za koncepte zastupljene u oblikovno orijentiranom programiranju, poput klasa, metoda, nasljeđivanja ili nadjačavanja (overloading). Korištenje takvih jezika je obično veoma zahtjevno za programere naučene na raširenije proceduralne ili objektno orijentirane jezike. Scala je programski jezik koji kombinira najbolje karakteristike svih kategorija jezika: ima snažan statički tipski sustav, no ne zahtijeva definiranje tipa svake varijable radi type inferencinga, tj. tipski sustav može samostalno zaključiti koji je statički tip varijable bez eksplicitnog definiranja. Pogodan je za pisanje velikih aplikacija kao i vodeći jezici u toj kategoriji, no zbog određenih karakteristika 1 Među ostalim, neki popularniju dinamički jezici imaju podršku samo za jednu nit izvođenja u isto vrijeme. 3

8 koje smanjuju potrebnu količinu kôda jednako se lako može koristiti za pisanje manjih skripti. Podržava funkcijsku paradigmu, međutim ne odbacuje objektno orijentirane mogućnosti. Scala se može nazvati duhovnim nasljednikom Jave: izvršava se na Java virtualnom stroju (Java Virtual Machine), kompatibilna je s postojećim Java programima i bibliotekama te je pogodna za korištenje na operativnom sustavu Android. Prevedeni (compiled) programi su gotovo identični Javinim prevedenim programima; glavna je razlika u tome što Scala programi zahtijevaju biblioteku Scalinih klasa (scala-library.jar) prilikom izvođenja. Za razliku od čistih funkcijskih jezika, učenje i korištenje Scale nije zahtjevno niti komplicirano, bez obzira na prijašnje programersko iskustvo. Slično kao i korištenje dinamičkih jezika, korištenje Scala je jednostavno i intuitivno HelloWorld Primjer 3.1: Hello World program u Scali 1 object BokSvijete extends App { 2 println("bok, svijete!") 3 } Kôd na prvi pogled donekle podsjeća na Java kôd, no primjećuju se određene razlike: Za razliku od Jave, Scala ne podržava static modifikator. Ključna riječ object uzrokuje kreiranje točno jedne instance klase, čiji se sadržaj može koristiti kao statički dio klase u Javi. Svaka Scala klasa ima primarni konstruktor, koji se nalazi u tijelu klase. Ostali (sekundardni) konstruktori moraju zvati primarni konstuktor. Scala klase i objekti uvijek imaju na raspolaganju sve definicije koje se nalaze u objektu Predef u paketu scala. Među njima se nalazi definicija metode println(string). Kao i sav ostali sadržaj scala paketa, u njemu je uvijek dostupan i App trait koji (korištenjem DelayedInit marker traita) prebacuje tijelo klase (tj. konstruktor) u standardnu JVM main metodu, kako bi se kôd mogao jednostavno izvršiti bez potrebe za definicijom takve metode. 4

9 Scala podržava, no ne zahtijeva točku sa zarezom na kraju svakog izraza. Korištenje tog interpunkcijskog znaka nije preporučeno, jer gotovo nikada ne pridonosi čitljivosti kôda Osnovne karakteristike Primjer 3.2: Demonstracija osnovnih karakteristika 1 class DemonstracijskiPrimjer ( 2 val konstanta: Int, 3 var varijabla: Double, 4 opisnik: String = "" 5 ) { 6 7 def ispišibroj(broj: Int) { 8 println(broj) 9 } 10 def udvostruči(broj: Int) = broj * konstanta def primjeni(funkcija: (Int) => Int)(broj: Double) = funkcija(broj toint) println(opisnik + ": " + primjeni(funkcija = udvostruči)(varijabla)) 15 } Tip varijable slijedi njeno ime te je odvojen dvotočkom, za razliku od Jave. Parametri klasa, metoda i funkcija mogu imati default vrijednost koja se koristi ako vrijednost parametra nije navedena prilikom pozivanja. Moguće je imenovati parametre prilikom poziva metode radi lakše čitljivosti kôda. Između definicije metode i tijela mora stajati znak jednakosti = ukoliko metoda ima povratnu vrijednost; u suprotnom Scala pretpostavlja da metoda nema povratnu vrijednost, odnosno povratna vrijednost je Unit (slično kao void u Javi). Točka između objekta nad kojim pozivamo metodu i poziva metode je opcionalna ako metoda prima točno 0 ili 1 parametar. Scala razlikuje četiri vrste identifikatora: val (value) predstavlja konstantu, odnosno varijablu čiji se sadržaj ne može mijenjati (immutable) 5

10 lazy val predstavlja konstantu čiji se sadržaj ne evaluira na mjestu definicije, nego tek pri prvom pristupu var (variable) predstavlja uobičajenu promjenjivu varijablu (mutable) def (definition) predstavlja definiciju metode Scala prati Uniform access principle; metode ne moraju imati zagrade, pri čemu ne postoji razlika u pristupanju metoda bez argumenata (npr. def vraća2 = 2) i varijabli (val vraća2 = 2). Štoviše, oba imena (vraća2 ) se nalaze u istom prostoru imena, te bi takva dvostruka definicija uzrokovala grešku prilikom prevođenja. Ovaj princip omogućuje primjerice inicijalno definiranje neke varijable, te naknadnu zamjenu iste metodom, bez promjene klijentskog kôda. Neki jezici imaju slične mogućnosti, no u Scali je ovo maksimalno pojednostavljeno. [9] Svaki blok naredbi predstavlja izraz (expression) koji se može pridjeljivati varijablama, što znači da je kôd poput val dva = {val jedan = 1; jedan + 1} valjan. Zadnji izraz predstavlja povratnu vrijednost bloka naredbi, pa nije potrebno ni preporučljivo na kraju bloka koristiti ključnu riječ return; tada nije potrebno definirati povratni tip, već će on biti automatski zaključen na temelju zadnjeg izraza u bloku. Primitivni tipovi kao što su int ili float ne postoje, već su svi takvi tipovi punopravne klase: Int, Float, itd. Prevoditelj prepoznaje u kojem se kontekstu tipovi koriste, te ovisno o tome generira brži kôd koji koristi primitivne JVM tipove, bez da se programer brine o takvim detaljima. Svi tipovi nasljeđuju klasu Any; primitivni tipovi nasljeđuju klasu AnyVal, dok svi ostali (referentni) tipovi nasljeđuju AnyRef. Sve klase prevedene Scala prevoditeljem nasljeđuju klasu ScalaObject Funkcijski aspekti Kontrola toka pomoću ključne riječi if funkcionira jednako kao u Javi; međutim, pošto je svaki blok naredbi ujedno i izraz sa povratnom vrijednošću, jednako tako i if statement ima povratnu vrijednost: Primjer 3.3: if uvjet 1 val rezultat = if (1 + 1 == 2) "Procesor radi normalno." else "?!?" Tip definirane nepromjenjive varijable rezultat je automatski zaključen prilikom prevođenja: String. Ukoliko ne definiramo else granu, tip će biti najopćenitiji 6

11 mogući: Any. While petlja radi identično kao i u Javi. Primjer 3.4: while petlja 1 var brojač = 0 2 while (brojač < 10) { 3 brojač += 1 4 println(brojač) 5 } Operatori koji povećavaju ili smanjuju vrijednost neke varijable za 1 (pre/post increment/decrement nisu podržani, pošto takav kôd nije u duhu funkcijskog programiranja. Standardna for petlja je izbačena: umjesto nje postoji for comprehension, odnosno for izraz. Riječ je o naprednijem obliku uobičajene for petlje, koji se oslanja na određene metode koje implementiraju sve Scala kolekcije po kojima je moguće iterirati. Primjer 3.5: for izraz i lambda funkcije 1 val programskijezici = List("Scala", "Haskell", "D") 2 3 for (jezik <- programskijezici) { 4 println(jezik) 5 } 6 7 def mojprintlnmetoda(nekitekst: String)) { nekitekst => println(nekitekst) } 8 9 val mojprintlnfunkcija: (String) => Unit = nekitekst => println(nekitekst) programskijezici.foreach(jezik => println(jezik)) programskijezici foreach((jezik) => mojprintlnfunkcija(jezik)) programskijezici foreach(mojprintlnfunkcija(_)) 16 7

12 17 programskijezici foreach { jezik => 18 mojprintlnmetoda(jezik) 19 } Kao što je vidljivo, for comprehension se oslanja na postojanje metode foreach u kolekciji po kojoj iteriramo. Metoda prima funkciju koja ima točno jedan parametar, jednakog tipa kao što je i tip kolekcije, a rezultat funkcije se odbacuje. Ako metoda prima funkciju kao parametar, radi bolje čitljivosti moguće je i preporuča se korištenje vitičastih zagrada. Funkcije se mogu definirati samostalno pridjeljivanjem funkcije varijabli, no u tom slučaju je bolje definirati pravu metodu pošto je takvu sintaksu jednostavnije čitati. Funkcije se najčešće definiraju unutar poziva neke metode kao lambda funkcije; tada obično nije potrebno definirati tipove parametara i povratne vrijednosti, pošto ih prevoditelj zaključuje na temelju potrebnih tipova metode. Lambda funkcije se vrlo jednostavno definiraju, te u slučaju 1 parametra nije potrebno imenovati parametar, kojem se jednostavno pristupa wildcardom _ (podcrtom). Moguće je koristiti anonimne parametre i u slučaju više parametara; tada svaka podcrta predstavlja jedan parametar, redom. Ukoliko imenujemo parametre, oni se obvezno okružuju običnim zagradama ukoliko ih ima više i odjeljuju od tijela lambda funkcije znakovima =>. Primjer 3.6: Ključna riječ yield 1 val imena = List("Tamara", "Iva", "Ana") 2 3 val prvaslova = for (ime <- imena) yield ime.head 4 prvaslova foreach { println(_) } 5 6 (for (ime <- imena) yield ime.head) foreach (println(_)) Moguće je iskoristiti for comprehension i za kreiranje nove kolekcije iz postojeće: ako na kraju dodamo ključnu riječ yield, iteracija početne kolekcije će u svakom koraku dodavati po jedan svježe generiran element u novu kolekciju, a rezultat cijelog for comprehensiona je upravo ta nova kolekcija. Filtriranje elemenata je moguće ostvariti dodavanjem if uvjeta. Rezultat je ekvivalentan korištenju metode filter nad kolekcijom. Iz vidljivog, očito je moguće povući paralelu s Haskellovim list comprehension sintaksnim šećerom. 8

13 1 val raspon = 1 to 10 Primjer 3.7: if unutar for izraza 2 3 val parnibrojevi = 4 for (broj <- raspon if (broj % 2 == 0)) 5 yield broj 6 println(parnibrojevi) // Vector(2, 4, 6, 8, 10) 7 8 val parnibrojevi2 = raspon filter(_ % 2 == 0) 9 println(parnibrojevi2) // Vector(2, 4, 6, 8, 10) 3.5. Kolekcije Kolekcije podataka su veoma inteligentno napravljene i dovoljno razgranate da pokriju većinu potreba [8], no istovremeno su vrlo jednostavne za upotrebu [7]. Najosnovnije strukture su lista (List), skup (Set) i mapa (Map). Scala podržava nekoliko podvrsta tih struktura za različite upotrebe, uključujući nepromjenjive (immutable), promjenjive (mutable), konkurentne (concurrent) i paralelne (parallel) verzije. Većina kolekcija implementira uobičajene metode funkcijskih jezika: map, fold, reduce, foreach, head, tail, take, drop, itd. Također je moguće kolekcije pretvarati iz jednog tipa u drugi; točni rezultati operacija ovise o tipu kolekcije. Primjer 3.8: Primjer kolekcija 1 1 until 10 // collection.immutable.range 2 1 to 10 // collection.immutable.range.inclusive 3 List(1, 2, 3) // collection.immutable.list 4 Set(1, 2, 3) // collection.immutable.set 5 Map(1 -> a ) // collection.immutable.map 6 Seq(1, 2, 3) // collection.immutable.list 7 IndexedSeq(1, 2) // collection.immutable.vector 8 Traversable(1, 2) // collection.immutable.list 9 10 // collection.parallel.immutable.parvector 11 (1 to ).toList.par Kolekcije su fundamentalno izmjenjene izlaskom Scale 2.8. Verzija 2.9. je donijela nove paralelne kolekcije [2], a verzija 2.10 uvodi konkurentnu kolekciju 9

14 TrieMap koja omogućuje konkurentni pristup kolekciji bez potrebe za vanjskom sinkronizacijom (concurrent lock-free) [3]. Iako se radi o veoma naprednoj i kompleksnoj strukturi, korištenje je izuzetno jednostavno Ostale mogućnosti Naprednije mogućnosti tipskog sustava uključuju: objekte (object - posebne jedinstvene statičke instance klasa), traitove (trait - mixin - sučelje sa implementacijama metoda), složene tipove (compound types), apstraktne tipove, gornje i donje granice generičkih tipova, kovarijantne i kontravarijantne tipove te implicitno zaključivanje o tipovima. Korisne mogućnosti za funkcijsko programiranje su: lambda funkcije, imenovani parametri, lokalne metode, rekurzija, repno-rekurzivna optimizacija (tailrecursive call optimization), parcijalne funkcije, currying, parcijalno primjenjene funkcije, type classes te širok i koristan skup metoda kolekcijskih klasa koje dolaze iz čisto-funkcijskih jezika. Jedinstvene mogućnosti Scale su: operatorske metode 2, implicitne konverzije, implicitni parametri, magične metode apply i update, manifesti, jednostavna konstrukcija DSL-ova 3 kombinacijom operatorskih metoda i izostavljanja točke kod poziva takvih metoda Vanjske biblioteke Iako Scala podržava sve postojeće biblioteke napisane za Javu, u zadnjih nekoliko godina se pojavio veliki broj različitih vanjskih biblioteka (third party libraries) različitih autora koje omogućuju pisanje jednostavnijeg, čitljivijeg i lakše održivog kôda u odnosu na Javine biblioteke. Najpoznatije biblioteke su: Web: Lift, Play!, Scalatra, Bowler REST: Spray, BlueEyes, Dispatch, Unfiltered Baze podataka: Squeryl, ScalaQuery, O/R Broker, Scalandra, Anorm Raspodijeljeno računanje: Akka, Kestrel, Spark, Swarm Testiranje: ScalaTest, Specs2, ScalaCheck 2 imena metoda mogu sadržavati operatorske znakove, npr. +, -, *, itd. 3 Domain Specific Language - jezik napisan za određenu usku primjenu. 10

15 Ostalo: Scalala, Scalaz Unfiltered Unfiltered je biblioteka koja omogućuje jednostavno postavljanje HTTP poslužitelja. Nathan Hamblen također je autor biblioteke Dispatch, koja služi za slanje HTTP zahtjeva odgovarajućem poslužitelju, pa je moguće jednostavno kombinirati Dispatch na strani klijenta s Unfiltered poslužiteljem. 4 Biblioteka obrađuje zahtjeve pomoću planova (plan) i namjera (intent). Namjera je parcijalna funkcija (PartialFunction 5 ) koja prima dolazni HTTP zahtjev te na njega odgovor ukoliko je za taj zahtjev definirana (ukoliko niti jedna funkcija nije definirana za neki zahtjev, Unfiltered automatski vraća HTTP grešku 404). Plan je trait koji spaja parcijalnu funkciju sa poslužiteljskim sučeljem; svako sučelje ima vlastiti plan. Moguće je napisati vlastiti poslužiteljski kôd koji će preko odgovarajućeg Unfiltered sučelja odgovarati na zahtjeve; ipak, biblioteka dolazi s nekoliko poslužiteljskih sučelja i ugrađenih poslužitelja koji se vrlo jednostavno koriste - nije potrebno konfigurirati ili pokretati vanjske programe. Postoje sučelja za: Java Servlet API (Servlet Filters), Java Servlet 3.0 asinkroni API (Asynchronous Servlet Filters te Netty mrežne kanale (channels). Ugrađeni poslužitelji su: Jetty, Jetty-AJP (Apache JServ Protocol) i Netty SBT Simple Build Tool autora Marka Harraha preporučen je alat za izgradnju Scala projekata. Aktivno se razvija te ga koriste gotovo svi Scala projekti. Glavna prednost korištenja SBT-a za prevođenje izvornih datoteka u odnosu na direktno korištenje Scala prevoditelja je to što eliminira vrijeme potrebno za pokretanje Java virtualnog stroja, pošto drži prevoditelj cijelo vrijeme pokrenut u stanju čekanja (warm standby). Ima širok spektar mogućnosti: prevodi izvorne datoteke napisane u Scali i Javi 4 Dispatch (0.8) ima određene probleme s Android platformom, koji će biti riješeni tek u idućoj verziji biblioteke, Dispatch Reboot (0.9). Zato trenutno nije preporučljivo koristiti Dispatch na Android platformi. 5 Klasa PartialFunction[A, B] predstavlja funkciju s jednim parametrom tipa A koja ne mora biti definirana na cijeloj domeni tog tipa, a vraća rezultat tipa B. 11

16 automatski preuzima odgovarajuće verzije Scale i svih potrebnih biblioteka o kojima ovisi projekt koristeći Apache Ivy opisnik projekta je napisan u Scala DSL-u sadrži ugrađenu ljusku za jednostavnije korištenje koja omogućuje: prevođenje i pokretanje programa pokretanje Scala REPL-a 6 automatsko pozadinsko prevođenje i pokretanje programa prilikom izmjene izvornih datoteka mogućnost korištenja korisnih alata: ProGuard 7 i JRebel 8 pomoću odgovarajućih dodataka (plugin) SBT se može koristiti u sklopu drugih alata; poznati primjer je Scala IDE za Eclipse, koji koristi SBT za izgradnju Scala projekata Scala na Androidu Kao što je rečeno, Scala klase se mogu koristiti iz Jave; potrebno je samo uključiti Scalinu biblioteku, scala-library.jar. Ipak, dotična je biblioteka relativno velika i sadrži velik broj klasa; radi toga nije preporučljivo jednostavno pakiranje navedene biblioteke u izlaznu Android aplikaciju, već ju je potrebno prvo obraditi pomoću ProGuarda, kako bi se samo korištene klase zadržale u izlaznoj APK datoteci 9. Navedeni postupak je dugotrajan (30-60 sekundi, ovisno o brzini procesora) i nije skalabilan (Proguard ne može koristiti više jezgri procesora), te je razlog duljem čekanju između izmjene u izvornicima programa i uspješnom pokretanju na emulatoru ili uređaju prilikom korištenja Scala klasa. Moguće rješenje je instalacija Scala biblioteke među sistemske biblioteke na uređaju; navedeni postupak zahtijeva rootani Android uređaj, no sam postupak instalacije je veoma jednostavan, ako se koristi Scala Standard Library Installer 6 Read-Evaluate-Print-Loop, ljuska u kojoj je moguće izravno izvršavati naredbe jezika te odmah vidjeti rezultate izvođenja 7 ProGuard je alat koji obrađuje izlazne Java klase: može ih smanjiti, optimizirati, obfuscirati te pre-verificirati. 8 JRebel omogućuje instantne izmjene pokrenutih klasa u memoriji nakon ponovnog prevođenja bez ponovnog pokretanja programa 9 Preciznije, kako bi se samo korištene klase predale Android Dex alatu. 12

17 aplikacija, dostupna na Google Play Storeu 10. Nakon instalacije potrebno je ugasiti Proguard korak u odabranom sustavu izgradnje aplikacije, nakon čega će prevođenje i pokretanje Scala aplikacije biti puno brže (5-15 sekundi). Za SBT sustav izgradnje aplikacije postoji nekoliko dodataka koji olakšavaju rad s Androidom: Jan Berkel sbt-android-plugin pfn Android SDK Plugin Prvi plugin zahtijeva više predinstalacijskih koraka, više konfiguracije, te nije jednostavno prilagodljiv za rad s IDEom. Drugi je plugin je veoma sličan, no jednostavniji za konfiguraciju, uz nešto manje dostupnih mogućnosti. Oba dodatka za SBT ostvaruju sve korake koji su potrebni da se izvorni kôd Android aplikacije prevede, optimizira, zapakira, potpiše s debug ili release ključem, poravna (align), instalira na uređaju/emulatoru te pokrene. Alternativno, moguće je koristiti sustav izgradnje nekog od IDE programa koji imaju podršku za Android, direktno ili pomoću dodataka: jedan od takvih IDEa je IntelliJ IDEA, s direktnom podrškom za Android. Uz Scala plugin, IDE omogućuje izgradnju Android aplikacija na sličan način kao i neki od SBT dodataka s podrškom za Android, uz grafičko sučelje Protocol Buffers Za izmjenu strukturiranih podataka (poruka) između klijenata i poslužitelja preko protokola HTTP najraširenije su dvije osnovne vrste formata: tekstualni kojem pripadaju XML, JSON, YAML i slični; binarni kojem pripada npr. Javina serijalizacija. Poruke (strukturirani podaci) su često jednostavne za ručno čitanje i pisanje, pošto je s njima moguće raditi u bilo kojem tekstualnom editoru. Ipak, radi korištenja tekstualnog formata, za njihovo čitanje je potrebno koristiti posebni (relativno spori) parser, što usporava program koji ih koristi za izmjenu podataka; za pisanje se koristi također relativno spori prevoditelj. Takve poruke gotovo uvijek zauzimaju nešto više prostora; moguće je rješenje korištenje on-the-fly kompresije, no to dodatno usporava rad s porukama scalainstaller 13

18 Različiti binarni formati, uključujući nativnu Javinu serijalizaciju, omogućuju nekoliko reda veličine brže slanje i primanje poruka. Takve poruke su obično minimalne moguće veličine, no ovisno o formatu, postoje mnogi problemi: najveći problem je nemogućnost direktnog pregleda poruke prilikom prijenosa. Protokol Protocol Buffers tvrtke Google kombinira najbolje karakteristike tekstualnih i binarnih formata: prvo se definira struktura poruka u posebnoj.proto datoteci, a zatim se ta datoteka prevede u strukturu podataka (klasu) koja se može direktno koristiti u jeziku u kojem pišemo naš program. [6] Službeni Protocol Buffers (protobuf ) prevoditelj može prevoditi.proto datoteke u Java, C++ i Python klase, a postoje različiti dodaci i biblioteke za prevođenje u gotovo svaki korišteni programski jezik. 11 Primjer 3.9: Definicije Protocol Buffers poruka 1 package com.example; 2 message ProbnaPoruka { 3 required int64 id = 1; 4 required ImePrezime ime_prezime = 2; 5 optional float prosjek = 3; 6 repeated string telefonski_broj = 4; 7 } 8 message ImePrezime { 9 required string ime = 1; 10 required string prezime = 2; 11 } Implementacija u Scali: ScalaBuff Do ljeta godine nije postojala podrška za prevođenje.proto datoteka u klase kompatibilne sa Scalom. ScalaBuff 12 je upravo takav prevoditelj, nastao za vrijeme programa Google Summer of Code ScalaBuff je program napisan u Scali koji ulazne.proto datoteke prevodi u valjane Scala klase čije je sučelje kompatibilno s Java klasama koje generira službeni Googleov prevoditelj; generirane klase se mogu koristiti jednako kao i Java verzije, no postoje određena poboljšanja, tako da je Scala klase puno lakše koristiti (uz to, količina generiranog Scala kôda je za red veličine manja)

19 Primjer 3.10: Jednostavna poruka 1 message DvaBroja { 2 required int32 prvi_broj = 1; 3 required float drugi_broj = 2; 4 } Primjerice, Java klasa generirana iz navedene.proto datoteke ima 461 liniju generiranog kôda, dok Scala klasa ima samo 76 linija, te je puno jednostavnija za korištenje. Razlika je tim veća što je poruka složenija. Primjer 3.11: Korištenje poruke DvaBroja u Scali i Javi 1 import {scala.dvabroja => DvaBrojaScala} 2 import {java.dvabroja => DvaBrojaJava} 3 4 val prvibroj = 1 5 val drugibroj = 0.5f 6 7 val scalaporuka = DvaBrojaScala(prviBroj, drugibroj) 8 9 val javaporuka = DvaBrojaJava 10.newBuilder() 11.setPrviBroj(prviBroj) 12.setDrugiBroj(drugiBroj) 13.build() Klasa koja je popunjena podacima se može slati kao poruka preko mreže veoma jednostavno; moguće ju je zapisati kao polje byteova, u OutputStream, itd. Primatelj također veoma jednostavno može učitati popunjenu poruku iz polja byteova, InputStreama, itd. 15

20 4. SenseGrid SenseGrid omogućava korištenje senzora ugrađenih u mobilne uređaje s ciljem suradničkog opažavanja okoline. Programska implementacija se sastoji od klijentske aplikacije za mobilne uređaje s operativnim sustavom Android te poslužitelja koji dobivene podatke skuplja i predaje klijentima. Ipak, ukoliko klijent koristi HTTP za komunikaciju i SenseGrid Protocol Buffers poruke, moguće je napisati vlastitog klijenta za bilo koju platformu koja će komunicirati sa SenseGrid poslužiteljem Android klijent Klijentska aplikacija je napisana za Android platformu te podržava verzije operativnog sustava (API verzija 10) i više; konkretno, verzija 4.0 je u potpunosti podržana. Aplikacija automatski prepoznaje dostupne senzore te osluškuje njihova stanja radi slanja poslužitelju. Glavni način pregleda podataka sa senzora ostalih korisnika aplikacije je jednostavna karta koja prikazuje trenutne lokacije korisnika Senzori Podržani senzori uključuju sve senzore korisne za promatranje okoline: temperaturni senzor magnetometar senzor tlaka (Android verzija 4.0 ili viša) senzor relativne vlažnosti (Android verzija 4.0 ili viša) Poslužitelju se šalju samo podaci sa senzora koji postoje na uređaju, kako bi se minimizirala količina poslanih podataka. 16

21 Rosište (dew point) i apsolutna vlažnost mogu se izračunati kombinacijom temperaturnog senzora i senzora relativne vlažnosti; potrebno je da uređaj ima oba senzora, te Android verziju 4.0 ili višu. Računanje rosišta uz poznatu temperaturu t (u C) i relativnu vlažnost RV: t d (t, RV ) = gdje je (uz a = , b = C): γ(t, RV ) = b γ(t, RV ) a γ(t, RV ) a t RV + ln b + t 100% Računanje apsolutne vlažnosti (u g/m 3 ) moguće je korištenje formule: d v = gdje je A = hpa, a = RV 100% A exp a t t n+t t (4.1) (4.2) (4.3) 4.2. Poslužitelj Poslužitelj je napisan u Scali i koristi Unfiltered biblioteku za primanje, obradu i odgovor HTTP zahtjeva. Koriste se Netty plan uz Java NIO kanale (channels) i Netty asinkroni poslužitelj. Za pohranu podataka u memoriji koristi se konkurentna mapa ConcurrentTrieMap koja omogućuje izuzetno brzo konkurentno pisanje i čitanje. Ključ mape je jedinstveni identifikator prijenosnog uređaja, kako bi se struktura mogla osvježiti novim podacima bez iteracije kroz cijelu strukturu, a vrijednost su podaci u obliku Protocol Buffers poruka koje sadrži dotični prijenosni uređaj Mrežna komunikacija SenseGrid Android klijent i poslužitelj koriste protokol Protocol Buffers za međusobnu izmjenu poruka preko standardnog protokola HTTP; koristi se ScalaBuff za generiranje Scala klasa iz.proto opisnika. 1 val message = Sensors(deviceID, activity.lat, activity.long, activity.accuracy, System.currentTimeMillis, Vector(messages.filter(_!= null): _*) 2 ) 3 4 message.writeto(httpconnection.getoutputstream) 17

22 5. Zaključak Moderan svijet se sve više fokusira na prijenosne uređaje. Meteorologija zato ne treba zaostajati: povećavajući broj mogućih prijenosnih mini-meteoroloških postaja dobivamo preciznije i aktualnije podatke o trenutnim vremenskim uvjetima kako u našoj okolini, tako i u cijelom svijetu. Operativni sustav Android i njegova platforma omogućuje jednostavno korištenje senzora prijenosnih uređaja. SenseGrid koristi te senzore kako bi omogućio jednostavno suradničko opažanje okolinskih uvjeta na inovativan i zanimljiv način. Moguća poboljšanja projekta uključuju: više društvenih aspekta u Android aplikaciji, izradu klijenata za ostale mobilne platforme, izradu web sučelja prema poslužitelju te dodatak poslužiteljskog modula koji će na neki način pametno obrađivati pristigle podatke u stvarnom vremenu. Također je moguće dodati podršku za vanjske senzore, koji se prijenosnim uređajem spajaju preko vanjskog sučelja, primjerice bežično preko protokola Bluetooth ili direktno preko USB konektora. Korisnost aplikacije bi se dodatno povećala primjerice podrškom za senzore koji mjere radioaktivnost. 18

23 Literatura [1] Joel Abrahamsson. Learning Scala, URL com/entry/learning-scala. [2] Heather Miller Aleksandar Prokopec. Parallel Collections Library. EPFL, Switzerland, URL parallel-collections/overview.html. [3] Phil Bagwell Martin Odersky Aleksandar Prokopec, Nathan G. Bronson. Concurrent Tries with Efficient Non-Blocking Snapshots, URL http: //lampwww.epfl.ch/~prokopec/ctries-snapshot.pdf. [4] Scala Standard Library API Documentation. École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland, URL current/. [5] Alex Payne Dean Wampler. Programming Scala. O Reilly Media, URL [6] Protocol Buffers Developer Guide. Google. URL google.com/protocol-buffers/docs/overview. [7] Lex Spoon Martin Odersky. The Scala 2.8 Collections API, URL http: //docs.scala-lang.org/overviews/collections/introduction.html. [8] Lex Spoon Martin Odersky. The Architecture of Scala Collections, URL architecture-of-scala-collections.html. [9] Bertrand Meyer. Uniform Access. Eiffel Software, URL eiffel.com/general/column/2005/sept_october.html. Idem u školu. 19

24 Dodatak A Pokretanje SenseGrida Sve što je potrebno za ispravnu instalaciju je dostupnost Javinog virtualnog stroja, odnosno java naredbe; nije potreban Javin javac prevoditelj (JDK) niti instalacija Scale. Moguće je preuzeti i podesiti recentnu verziju Simple Build Toola ( 1, no preporučena verzija tog alata se već nalazi u distribuciji programa u direktoriju sbt. U slučaju korištenja postojećeg SBT-a, potrebno ga je pokrenuti prebacivanjem trenutnog direktorija u direktorij projekta, te izvršavanjem naredbe sbt/sbt (inače je dovoljna samo naredba sbt). Prvim pokretanjem SBT-a će proći neko vrijeme dok se ne preuzmu sve potrebne biblioteke (uključujući android-sdk-plugin dodatak za SBT). Dolaskom do ljuske SBT-a moguće je izvršavati naredbe; trenutnu je naredbu moguće dovršiti pritiskom tipke TAB. Korisne naredbe uključuju: exit za izlaz help za pomoć devices za popis trenutno spojenih Android uređaja device <ID> za odabir zadanog spojenog Android uređaja android:run za pokretanje aplikacije na trenutno spojenom Android uređaju project <projekt> za odabir projekta (android ili server) run za pokretanje projekta Naredba run će prije pokretanja prevesti izvorišne datoteke u izlazne, ukoliko izlazne datoteke ne postoje ili su se izvorišne datoteke promijenile u odnosu na posljednje prevađanje. 1 android-sdk-plugin dodatak u obliku gotove binarne biblioteke u repozitoriju postoji samo za SBT verziju , pa je u slučaju novije verzije potrebno ručno izgraditi dodatak. 20

25 Za pokretanje Android aplikacije potrebno je odabrati projekt naredbom project android, nakon čega će android:run pokrenuti aplikaciju na trenutnu odabranom spojenom uređaju. Pokretanje poslužitelja se odvija odabirom poslužiteljskog projekta - project server - te pokretanjem trenutno aktivno projekta: run. Poslužitelj se gasi pritiskom bilo koje tipke. Unutar SBT-a je moguće pokrenuti interaktivnu Scalinu konzolu (REPL) naredbom console, iz koje se izlazi kombinacijom CTRL+D. Cijeli ovaj postupak je moguć radi toga što SBT pokretač (kompatibilan s Javom) prvo preuzme potrebnu verziju Scalinih biblioteka (2.9.1) i definirane dodatke (u ovom slučaju sbt-android-plugin), zatim pokrene upravo preuzeti SBT koji onda preuzme projektnu verziju Scalinih biblioteka (2.9.2) i sve ostale projektne biblioteke. 21

26 SenseGrid: Aplikacija za suradno opažanje okoline putem uređaja s operativnim sustavom Android Sažetak U radu se opisuje projekt SenseGrid čija je namjena suradničko opažanje okolinskih uvjeta. Projekt se sastoji od aplikacije za operativni sustav Android i poslužitelja, napisanih u programskom jeziku Scala. Komunikacija klijentskog programa i poslužitelja se odvija preko mreže, koristeći Scala implementaciju Protocol Buffera za razmjenu poruka, ScalaBuff. Ključne riječi: android, scala, sensegrid, mobilni uređaj, pokretna mreža, opažanje okoline, praćenje uređaja, kolaboracija, scalabuff SenseGrid: Collaborative environment observation using mobile devices with the Android operating system Abstract The result of this study is the SenseGrid project, with the goal of collaborative environment observation using mobile devices. The project consists of an application for the Android operating system and a server, both of which are written in the Scala programming language. The client application and the server communicate via network, using the Scala implementation of Protocol Buffers for message sending, ScalaBuff. Keywords: android, scala, sensegrid, mobile device, mobile network, environment observation, device tracking, collaboration, scalabuff