Freie wissenschaftliche Arbeit
zur Erlangung des akademischen Grades Diplom-Wirtschaftsinformatiker
an der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät der Universität Leipzig

Diplomarbeit

Wireless Communication mit J2ME und JAVA Bluetooth API
am Beispiel einer Multimedia Messaging Application

eingereicht von:

Mario Leonhardt

16.06.2004

Beschreibung des wissenschaftlichen und praktischen Anliegens sowie der wichtigsten Erkenntnisse

Im Rahmen des Studienganges Wirtschaftsinformatik an der Universität Leipzig widmete sich der Verfasser mit nachfolgender Diplomarbeit zum Themenblock „Mobil Information Device Profile Applications (MIDlets)“ eingehend der Bluetooth-Technologie im Allgemeinen sowie der Java Bluetooth API (JSP-82) im Speziellen.

Ein Anliegen des Verfassers war es, mit der Abhandlung zunächst einen Einblick in die Entwicklung von Java-Anwendungen für mobile Geräte zu geben. Diesem Ziel dient insbesondere Kapitel 2, das eine umfassende Beschreibung aller hierfür notwendigen Hilfsmittel und grundlegender Vorgehensweisen beinhaltet.

Hauptaugenmerk lag jedoch auf der Java Bluetooth-API. Mit deren Hilfe ist es erstmalig möglich, kabellos Datenübertragungen über kurze Strecken zu realisieren und in die Entwicklung mobiler Anwendungen unter Java einzubeziehen. Nach umfangreichen Literatur- und Internetrecherchen, existiert auf dem deutschen Markt noch keine umfassende Abhandlung hierüber, sodass vorliegende Arbeit einen ersten komplett in deutsch verfassten Leitfaden für den Umgang mit der Bluetooth-API darstellt und sich eingehend mit dieser beschäftigt. Die im Rahmen der Arbeit entwickelte Musteranwendung veranschaulicht den praktischen Umgang mit der API und zeigt gleichzeitig Grenzen der aktuellen Version auf.

Am Ende steht die Erkenntnis, dass Java und MIDlets derzeit unbegründet ein Schattendasein im Bereich der Unterhaltungsanwendungen fristen, die Nutzungsmöglichkeiten dieser Technologie damit jedoch keineswegs ausgereizt sind. Bluetooth stellt auf dem Weg vom Spaßsektor hin zu einem Einsatz im Consumerbereich einen weiteren vielversprechenden Schritt in die richtige Richtung dar. Anhand der Musteranwendungen werden einige seriöse Einsatzmöglichkeiten beleuchtet. 

Aufgrund der derzeit nur marginalen Verbreitung der Bluetooth-Technik im Consumerbereich legen die Hersteller noch zu wenig Augenmerk auf die Einhaltung einschlägiger Sicherheitsstandards im Bereich der Datenübertragung. Diesem Problemkreis widmet sich insbesondere Kapitel 3.3, in dem die Sicherheitsaspekte der Technik abgehandelt werden. Das gehäuft anzutreffende Vorurteil, Bluetooth sei eine mit gravierenden Sicherheitsmängeln behaftete Technologie, wird nicht von den durch die Spezifikationen festgelegten Systemeigenschaften, sondern vielmehr von den aus der Unerfahrenheit der Hersteller resultierenden Umsetzungsfehlern, genährt.

Inhaltsverzeichnis

Beschreibung des wissenschaftlichen und praktischen Anliegens sowie der wichtigsten Erkenntnisse ... 2
Inhaltsverzeichnis  ... 3
Abbildungsverzeichnis  ... 5
Tabellenverzeichnis  ... 6

1 Einführung  ... 7

2 JAVA 2 Micro Edition  ... 8
2.1 Einführung  ... 8
2.1.1 J2ME  ... 9
2.1.2 Konfigurationen, Profile und Virtual Machine  ... 10
2.2 Java auf mobilen Geräten ... 12
2.2.1 MIDlet Ausführungsumgebung und Lebenszyklus  ... 12
2.2.2 MIDlet Suite  ... 13
2.3 MIDP Packages und Klassen  ... 14
2.3.1 CLDC Packages und Generic Connection Framework (GCF)  ...  14
2.3.2 MIDP API  ... 15
2.3.2.1 Das MIDP GUI  ... 16
2.3.2.2 High-Level und Low-Level API  ...  17
2.3.2.3 Record Management System (RMS)  ... 18
2.3.2.4 Timer und TimerTask ...  19
2.4 MIDP 2.0 ...  20
2.4.1 MIDP 2.0 Push Registry ... 20
2.4.2 Secure Networking  ... 21
2.4.3 Töne und Klänge ...  22
2.4.4 MIDP 2.0 GUI  ...  22
2.4.5 MIDP 2.0 Security ...  22
2.5 Ausblick – J2ME und dann? ... 23

3 Bluetooth  ... 25
3.1 Grundlagen der Bluetooth-Technologie  ... 25
3.1.1 Vergleich von kabellosen Kurzstreckenkommunikationstechnologien  ... 25
3.1.2 Geschichte der Bluetooth-Technologie  ... 26
3.1.3 Bluetooth-Stack, Protokolle und Profile  ... 26
3.1.4 Bluetooth-Netzwerke  ... 28
3.1.5 Bluetooth-Produktpalette  ...  28
3.2 Java meets Bluetooth  ...  29
3.2.1 Java APIs for Bluetooth Wireless Technology (JABWT) ...  29
3.2.2 Verwendung der JABWT  ...  30
3.2.3 Geräte- und Dienstesuche ... 31
3.2.4 Verbindungsaufbau ... 34
3.2.5 Registrierung eigener Dienste ... 34
3.3 Bluetooth-Sicherheit  ...  35

4 Musteranwendung  ... 37
4.1 Szenario und Anforderungen  ... 37
4.2 Entwicklungs- und Testumgebungen  ... 38
4.3 Design ... 39
4.3.1 View, Model und Controller  ...  39
4.3.2 Programmablauf und Funktionen ... 41
4.3.3 Datenübertragung  ... 44
4.4 Einsatzmöglichkeiten der Musteranwendung  ... 46
4.4.1 Musteranwendung – Musteranwendung  ... 46
4.4.2 Musteranwendung – PC  ... 47
4.4.3 Musteranwendung – Peripherie  ... 49
4.5 Sicherheit und Grenzen der Anwendung  ... 50

5 Ausblick  ... 51

Anhang A – Tabellen  ... 52
Anhang B – Klassendiagramm  ... 57
Literaturverzeichnis  ... 59
Abkürzungsverzeichnis  ... 61
Urhebererklärung  ... 63
Datenträger  ... 64

Abbildungsverzeichnis
Abbildung 2.1: Zusammenhang der Java 2 Plattformen  ... 8
Abbildung 2.2: Übersicht Java Plattformen mit jeweiliger JVM  ... 9
Abbildung 2.3: Struktur der J2ME mit Konfigurationen und Profilen  ... 10
Abbildung 2.4: MIDlet Lebenszyklus - Zustände und Änderungen  ... 13
Abbildung 2.5: Übertragung eines MIDlet auf ein Mobiltelefon  ... 14
Abbildung 2.6: Display Objekt und Screen Zuweisung  ... 17
Abbildung 2.7: MIDP 1.0 und MIDP 2.0 UI Klassenübersicht  ... 17
Abbildung 2.8: Aufbau eines MIDlet Screen  ... 18
Abbildung 2.9: MIDP 2.0 Push Registry Aktivierung  ... 21
Abbildung 2.10: Nokia 6820  ... 24
Abbildung 2.11: Nokia 7700  ... 24
Abbildung 3.1 Bluetooth Protokoll-Stack mit den wichtigsten Protokollen  ... 27
Abbildung 3.2: Bluetooth-Netzwerke  ... 28
Abbildung 3.3: Bluetooth-Module  ... ….. 29
Abbildung 3.4: Architektur von J2ME CLDC/MIDP und Bluetooth  ... 30
Abbildung 4.1: Musteranwendungsfunktionen  ... 37
Abbildung 4.2: Use-Case Diagramm, Musteranwendung  ... 38
Abbildung 4.3: Model-View-Controller Architektur  ... 40
Abbildung 4.4: Screens der Musteranwendung  ... 40
Abbildung 4.5: Ablaufdiagramm: Start der Musteranwendung  ... 41
Abbildung 4.6: Haupt-Screen der Musteranwendung  ... 42
Abbildung 4.7: Hauptmenü  ... 43
Abbildung 4.8: Versenden einer Datei über den Record Store-Screen  ... 43
Abbildung 4.9: LogScreen  ... 44
Abbildung 4.10: Settings Screen  ... …..........44
Abbildung 4.11: Sequenzdiagramm: Dateiübertragung  ... 45
Abbildung 4.12: Sequenzdiagramm Verbindungsaufbau Musteranwendung-Musteranwendung  ... 47
Abbildung 4.13: Bluetooth-Dongle und virtuelle COM Ports  ... 48
Abbildung 4.14: Virtual Bluetooth Communication Port Application  ... 48
Abbildung 4.15: Beispiele für Flyer Images  ... 49

Tabellenverzeichnis
Tabelle 3.1: Vergleich von Kurzstreckendatenübertragungsstandards  ... 25
Tabelle A.1: Attribute und deren Bedeutung der MANIFEST.MF und der JAD-Datei  ... 52
Tabelle A.2: Neue Klassen und Interfaces in MIDP 2.0  ... 53
Tabelle A.3: Klassen und Interfaces des Package javax.bluetooth  ... 54
Tabelle A.4: LocalDevice.getProperty() Eigenschaften und Werte  ... 55
Tabelle A.5: Service-Discovery Komplettcodes  ... 56

1. Einleitung

Noch vor einigen Jahren, als man unter einem Mobiltelefon einen Apparat verstand, der die Größe eines Handkoffers hatte und mit einem Gewicht von 5 kg alles andere als "für die Hosentasche" geeignet war, konnte man sich kaum vorstellen, dass ein Handy innerhalb weniger Jahre zu einem kleinen mobilen Alleskönner werden wird, der es ermöglicht, damit Musik zu hören, Videos abzuspielen oder Mitteilungen mit farbigen Fotos zu verschicken. Ende 2003 wurden in Deutschland 64,8 Millionen Mobilefunkteilnehmer erreicht.¹ Es ist noch nicht abzusehen, welchen Zuspruch mobile Anwendungen in Zukunft finden werden, erkennen die Besitzer, dass ein Handy neben dem Ausfuhren von Spielen, die den größten Teil der aktuell zur Verfugung stehenden mobilen Anwendungen ausmachen, auch in der Lage ist, praktisch wertvolle Anwendungen auszuführen. Ein weiterer Schritt in Richtung sinnvoller mobiler Anwendungen vollzieht sich derzeit mit der Einführung der Bluetooth.-Technologie für mobile Gerate.

Die Bluetooth-Technologie wurde bereits 1984 von Ericsson entwickelt und erfreut sich seitdem angesichts der durch sie eröffneten vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zunehmender Beliebtheit sowohl bei ambitionierten Privatanwendern sowie bei kommerziellen Verwendern. Derzeit haben sich bereits über 2000 Elektronikunternehmen zu einer Bluetooth Special Interest Group (SIG) zusammengeschlossen, um ihrem Interesse an dieser Technologie und dem Ziel der Produktentwicklung auf Basis dieser neuen Möglichkeiten geschlossen Ausdruck zu verleihen. Bei der Bluetooth-Technologie handelt es sich um eine Funk-Kurzstrecken-Netzwerktechnologie, die eine Möglichkeit zur drahtlosen Kommunikation zwischen Desktop- und Laptop-Computern, PDAs, Mobilfunktelefonen, Druckern, Scannern und digitalen Kameras bietet. Mit dem Java^TM Bluetooth Application Programming Interface (API) wurde den Entwicklern und Verwendern nunmehr ein Werkzeug an die Hand gegeben, um die nahezu unbegrenzten Möglichkeiten der Bluetooth-Technik auf Geraten, welche die Java-Technologie unterstutzen, zu erschließen.

Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt in einer umfassenden Beschreibung der Bluetooth API und dem Umgang mit dessen Klassen und Interfaces. Die erforderlichen Grundlagen zur Entwicklung von mobilen Anwendungen, die Voraussetzung fur den Umgang mit der Bluetooth API sind, werden zunächst in Kapitel 2 erläutert. Dabei vermittelt dieser Abschnitt einen Einblick in die Architektur der Java Plattform auf mobilen Endgeraten, beschreibt die fur die Erstellung notwendigen Hilfsmittel und leitet in Programmierpraktiken ein. Dieses Wissen ist für das Verständnis der Darstellungen zur Bluetooth-Technologie in Kapitel 3 unerlässlich. Beide Kapitel können als Leitfaden für die Programmierung eigener Anwendungen genutzt werden.

Die Ausführungen zur Musteranwendungen in Kapitel 4 verstehen sich schließlich als beispielhafte Erläuterung der zunächst theoretisch vermittelten Erkenntnisse und soll Anregungen für weitere kreative Entwicklungen vermitteln.

2 JAVA 2 Micro Edition

2.1 Einführung

Java^TM ist eine objektorientierte Programmiersprache, deren Entwicklung 1990 bei der nordamerikanischen Computerfirma Sun Microsystems Inc. (im Weiteren kurz Sun) zunächst wenig Öffentlichkeitswirksam begann. Java trug ursprünglich den Namen Oak und war als eine universelle Hochsprache im Consumer-Electronic Bereich konzipiert. Geplant war ein Einsatz der Sprache in Geraten mit minimalen Hardwareeigenschaften wie Fernbedienungen mit kleinem Liquid Crystal Display (LCD) oder zur Steuerung von Waschmaschinen. Im aufkommenden Internetboom 1993 erkannte man bei Sun, dass die Programmiersprache sich durch ihre Plattformunabhängigkeit, die eine der Grundanforderungen bei der Konzeption war, ideal eignen wurde, die bis dahin statischen HTML-Seiten interaktiv zu gestalten.

Mit der Herausgabe des Java Development Kit (JDK) 1.0 im Jahre 1996 wurde dem Entwickler alles fur die Entwicklung von Java-Programmen Notwendige an die Hand gegeben. Die Version 1.1 war 1997 erstmals als JDK oder Java Runtime Environment (JRE) erhältlich, wobei das JRE lediglich die Laufzeitumgebung enthielt, die zum Starten von Java-Programmen erforderlich ist. Der größte Sprung in der Geschichte des JDK fand wohl Ende 1998 mit Erscheinen des JDK 1.2 statt. Zeitgleich mit dieser Herausgabe etablierte Sun den Begriff .

[....]

1 Vgl.: [REGTP] Seite 32