Laptops, PDAs und Mobiltelefone wachsen zunehmend in Ihrer Bedeutung. Dank Ihrer Mobilität und wachsenden Leistungsfähigkeit übernehmen sie immer mehr Aufgaben. Um einen vernetzten Informationsaustausch zu ermöglichen, müssen sie kommunizieren - am besten drahtlos.
Die Arbeit befasst sich mit einem Informationsdienst, der über Funk Daten übermittelt. Hierzu kommuniziert ein stationärer Informationsprovider mit einem mobilen Endgerät: Programmierbare Embedded Devices („MicroBlueTarget“/SND) werden per Ethernet mit einem zentralen Server verbunden und kommunizieren per Bluetooth mit Mobiltelefonen. Diese wiederum nutzen die vielfältigen Möglichkeiten des Betriebssystems Symbian OS, um übertragene Daten dem Nutzer ansprechend und mit klarer Benutzerführung darzustellen. Das System beruht auf der Idee eines Stadtinformationsdienstes, der Touristen lokal interessante Daten zur Verfügung stellt – bei Bedarf auch kostenpflichtig. Der Nutzer kann sein eigenes, in der Bedienung gewohntes Mobiltelefon einsetzen, um die Daten ohne zusätzliche Übertragungskosten abzurufen.
Nach einer kurzen Einführung in die Gesamtthematik und der Erörterung möglicher Komponenten und Technologien für ein Stadtinformationssystem gibt der Autor einen fundierten Überblick über die Bluetooth-Technik, um anschließend eingehend das Betriebssystem Symbian OS zu erläutern. Danach wird das Betriebssystem des eingesetzten Bluetooth-Moduls, HyNetOS, beschrieben. Insbesondere wird jeweils auf die Besonderheiten bezüglich der Implementierung der Bluetooth-Kommunikation eingegangen.
Der Hauptteil der Diplomarbeit beschreibt die Ausarbeitung des praktischen Teils, in dem ein Prototyp für einen Stadtinformationsdienst entwickelt und umgesetzt wurde. Hierbei wird auf die Konzeption des Gesamtsystems und die Umsetzung der Anwendungen auf den einzelnen Komponenten eingegangen: Von Analyse, Konzeption in UML, Implementierung in C bzw. C++ for Symbian und Protokollentwurf bis hin zu praktischen Tests des Systems.
In den Schlussbetrachtungen folgt ein Fazit und mögliche Erweiterungen werden aufgezeigt. Abschließend wird ein Ausblick auf die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der verwendeten Technologien gegeben.
Die Diplomarbeit wurde über einen Zeitraum von insgesamt mehr als 6 Monaten für eine Innovations-Abteilung des Unternehmens Alcatel SEL AG erstellt und besticht dank zahlreicher, anschaulicher Illustrationen durch ihre Verständlichkeit ebenso wie durch fachliche Kompetenz.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Mobile Endgeräte
1.2 Übertragungstechnologien
1.3 Abgrenzung des Themas
2 Bluetooth
2.1 Technik
2.2 Bluetooth-Protokoll-Stack
2.2.1 Bluetooth Radio
2.2.2 Baseband
2.2.3 Der Link Manager
2.2.4 Host Controller Interface (HCI)
2.2.5 Logical Link Control and Adaption Protocol (L2CAP)
2.2.6 Service Discovery Protocol (SDP)
2.2.7 RFCOMM (Radio Frequency Oriented Emulation of the Serial COM Ports)
2.3 Bluetooth-Profile
3 Symbian OS
3.1 Einführung
3.2 System-Architektur
3.2.1 Hardware
3.2.2 Software-Architektur
3.3 System-Grundlagen
3.3.1 Komponenten und Grenzen
3.3.2 Der Kernel
3.3.3 Prozesse und Threads in Symbian OS
3.3.4 Server und Clients
3.3.5 Speicher
3.4 Programmierung unter Symbian OS
3.4.1 Event Handling und Active Objects
3.4.2 Error Handling und Cleanup
3.4.3 Strings und Deskriptoren
3.4.4 Ausführbare Programme in Symbian OS
3.4.5 Das Application Framework
3.4.6 Ressourcen-Dateien
3.4.7 Namenskonventionen
3.5 Symbian OS und Bluetooth
3.6 Programmierumgebung
4 HyNetOS
4.1 Einführung
4.2 System-Architektur
4.2.1 Hardware
4.2.2 Software-Architektur
4.3 System-Grundlagen
4.3.1 Der Kernel
4.3.2 Tasks und Task-Synchronisation
4.3.3 Intertask-Kommunikation mit Messages
4.3.4 Speicher und Dateisystem
4.4 Programmierung unter HyNetOS
4.5 HyNetOS und Bluetooth
4.6 Programmierumgebung
5 Stadtinfo-Projekt: Analyse und Konzeption
5.1 Idee und Anforderungen
5.2 Konzeption
5.2.1 Gesamtarchitektur
5.2.2 Installation der Anwendung und Verbindungsaufbau
5.2.3 Prototyp und Finalversion
5.2.4 Ablauf des Informationsabrufs
5.2.5 Use Cases P800 / MBT
5.3 Projektablauf
6 Stadtinfo-Projekt: Umsetzung
6.1 Die Stadtinfo-Anwendung auf dem MBT
6.2 Die Stadtinfo-Anwendung auf dem P800
6.2.1 Bluetooth Engine
6.2.2 Protokollklasse
6.2.3 Main Controller
6.2.4 Audio Engine
6.2.5 Model Controller
6.2.6 XML-Parser
6.2.7 View Controller
6.2.8 Die einzelnen Views
6.3 Gesamtablauf eines Szenarios
6.4 Kommunikation der Komponenten
6.4.1 Das Stadtinfo-Protokoll
6.4.2 Die XML-Datei
6.5 Benutzerführung
6.6 Implementierung
7 Schlussbetrachtungen
7.1 Fazit
7.2 Erweiterungsmöglichkeiten des Prototypen
7.3 Visionen
7.4 Persönliches Fazit
8 Anhang
8.1 Klassendiagramm der Stadtinfo-Anwendung auf dem P800
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit hat das Ziel, einen bluetoothbasierten Informationsdienst für einen Stadtinformationsdienst zu konzipieren und als Prototypen zu realisieren, der es Touristen ermöglicht, standortbezogene Informationen über ihr Mobiltelefon abzurufen. Dabei steht die Untersuchung der technischen Umsetzbarkeit sowie die Entwicklung einer benutzerfreundlichen Schnittstelle im Vordergrund.
- Konzeption und Realisation eines bluetoothbasierten Stadtinformations-Prototypen
- Einsatz und Programmierung der Betriebssysteme Symbian OS und HyNetOS
- Architektur und Kommunikation zwischen stationären Einheiten (MBT) und mobilen Endgeräten (P800)
- Analyse und Optimierung von drahtlosen Übertragungsprotokollen für mobile Applikationen
- Entwicklung eines effizienten Informationsabruf- und Bezahlsystems für Touristen
Auszug aus dem Buch
2.2.1 Bluetooth Radio
Bluetooth-Geräte sind naturgemäß nicht per Kabel miteinander verbunden. Bluetooth Radio ist die unterste Ebene des Protokoll-Stacks und repräsentiert die physikalische Ebene des OSI Referenzmodells.
Das freie ISM-Band im Bereich von 2,4 GHz hat eine Bandbreite von insgesamt 83,5 MHz. Diese wurde bei Bluetooth in 79 Kanäle mit je 1 MHz Bandbreite eingeteilt. Außerdem wurden zwei Schutzbänder vorgesehen, um Interferenzen mit benachbarten Funksystemen zu vermeiden (s. Abbildung 2-5). Zwischen diesen 79 Kanalfrequenzen springen alle Teilnehmer eines Piconetzes gleichzeitig 1.600 mal in der Sekunde. Die Frequenzsprungfolge wird von der weltweit eindeutigen Bluetooth Geräteadresse des Masters abgeleitet und ist somit ebenfalls einzigartig. Gegenüber schmalbandigen, festfrequenten Störsignalen ist Bluetooth daher recht robust, da durch die vielen Sprünge insgesamt gesehen nur recht wenig Daten im gestörten Frequenzbereich übertragen werden (vgl. Abbildung 2-6).
Die Daten werden auf die jeweilige Trägerfrequenz mit dem so genannten Frequency Shift Keying-Verfahren aufmoduliert. Das bedeutet, dass eine binäre Eins durch eine positive Frequenzabweichung von der Trägerfrequenz übertragen wird, eine binäre Null durch eine negative Abweichung. Genauer gesagt wird das GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) eingesetzt: Um die Bandbreite des Signals noch weiter zu reduzieren, wird das Datensignal vor der Modulation noch durch einen Gaußfilter gefiltert. Das Frequenzspektrum wird so noch effektiver ausgenutzt und die Beeinflussung von benachbarten Kanälen weiter reduziert.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Bedeutung mobiler Endgeräte und drahtloser Übertragungstechnologien für den modernen Informationsaustausch ein und grenzt den thematischen Rahmen der Diplomarbeit ab.
2 Bluetooth: Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen, die Technik, den Protokoll-Stack sowie die verschiedenen Profile des Bluetooth-Funkstandards für Kurzstrecken.
3 Symbian OS: Hier werden das Betriebssystem Symbian OS, seine Architektur, System-Grundlagen sowie spezifische Programmierkonzepte für Mobiltelefone vorgestellt.
4 HyNetOS: Dieses Kapitel beschreibt das auf eingebettete Systeme spezialisierte Betriebssystem HyNetOS, seine Architektur und die Bluetooth-Anbindung des eingesetzten Hardware-Moduls (MBT).
5 Stadtinfo-Projekt: Analyse und Konzeption: Hier werden die ursprüngliche Idee, die Anforderungen an das System sowie das Gesamtkonzept für den Stadtinformationsdienst analysiert und konzeptionell entworfen.
6 Stadtinfo-Projekt: Umsetzung: Dieses Kapitel detailliert die praktische Implementierung des Systems auf den Zielgeräten MBT und P800, einschließlich Protokolldesign und Benutzerführung.
7 Schlussbetrachtungen: Diese Sektion bietet ein Fazit zur Realisierung des Prototypen, zeigt Erweiterungsmöglichkeiten auf und wirft einen Blick auf zukünftige Visionen der Bluetooth-Technologie.
8 Anhang: Der Anhang enthält ergänzende Informationen wie das Klassendiagramm der Anwendung, ein Abkürzungsverzeichnis, Tabellen- und Abbildungsverzeichnisse sowie die Bibliographie.
Schlüsselwörter
Bluetooth, Mobiltelefon, Symbian OS, HyNetOS, Stadtinformationsdienst, P800, MicroBlueTarget, Drahtlose Kommunikation, Embedded Devices, XML-Parser, Protokoll-Stack, Mobile Applikationen, RFCOMM, L2CAP, Benutzerführung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und Realisierung eines bluetoothbasierten Stadtinformationsdienstes, der standortbezogene Informationen drahtlos auf mobile Endgeräte von Touristen überträgt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Zentrale Themen sind die drahtlose Kommunikation via Bluetooth, die Nutzung von spezialisierten Betriebssystemen wie Symbian OS und HyNetOS sowie die Softwareentwicklung für mobile Endgeräte in einem industriellen Projektumfeld.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Ziel ist die Entwicklung eines Prototypen, der zeigt, wie lokale Informationen mittels Bluetooth an Touristen übermittelt werden können, wobei besonderer Wert auf einfache Benutzerführung und Kostenkontrolle gelegt wird.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit folgt einem ingenieurwissenschaftlichen Ansatz: Analyse der Anforderungen, Konzeption der Systemarchitektur, Implementierung des Prototypen und anschließende Evaluierung der Ergebnisse.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Fundierung der Betriebssysteme und Bluetooth-Technik sowie die detaillierte Beschreibung der Analyse, Konzeption und technischen Umsetzung des Stadtinfo-Projekts auf dem P800 und dem MBT-Modul.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Bluetooth, Symbian OS, HyNetOS, mobile Applikationen, drahtlose Kommunikation und Stadtinformationsdienst sind die prägenden Begriffe.
Welche Herausforderungen traten bei der Implementierung auf dem P800 auf?
Besondere Herausforderungen waren die komplexe, asynchrone Programmierung unter Symbian OS mittels Active Objects sowie der Umstand, dass für Bluetooth-Funktionen keine dedizierte Standard-API existierte und der Socket-Server genutzt werden musste.
Warum wurde HyNetOS in Verbindung mit dem MBT eingesetzt?
HyNetOS wurde gewählt, da es speziell für Embedded Devices mit Netzwerkfähigkeiten optimiert ist und in Form des "MicroBlueTarget"-Moduls (MBT) eine kleine, stromsparende Hardware-Basis für den standortbasierten Informationsdienst bot.
- Quote paper
- Thomas Suchy (Author), 2004, Bluetoothbasiertes Informationssystem - Konzeption und Realisation eines Prototypen für einen Stadtinformationsdienst, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/47154
