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Android 的应用程序，以评估智能手机加速度计和蓝牙实时控制

硕士学位纽金特 计算与工程系 都柏林城市大学，9，爱尔兰都柏林

博士哈罗德 · 艾蒙 计算与工程系 都柏林城市大学，9，爱尔兰都柏林

摘要— — 现代智能手机已经发展到复杂的嵌入式系统，将硬件和软件功能，使设备可能是有用的实时控制操作。一种面向对象的安卓应用程序的开发，以量化的性能，智能手机的主板上的线性加速度计和蓝牙无线模块与一个有可能发送加速度计数据无线蓝牙功能的设备之间。开发了一种便携式蓝牙库，该库的应用程序作为一个独立的后台服务运行蓝牙功能。通过Ping测试数据之间的2智能手机的蓝牙性能，测量往返时间和往返时延变化（抖动）对数据大小的变化，传输距离和干扰源。加速度计进行了测试，采样频率和采样频率抖动。

关键字 — — Android;蓝牙;控制;实时;传感器;智能手机

I.简介

智能手机从1990年代后期 Pda 进化而来。掌上电脑，主要用于组织信息的掌上电脑。他们配有小键盘，用户可以利用输入信息。IBM Simon 第一掌上的电脑与移动电话功能，可说是首款智能手机2007年苹果公司推出 iPhone 列入直接手指触摸输入的多点触摸大屏作为其主要的交互方法。

大批量生产的基于ARM微处理器技术提供高速多处理在低廉、 电池供电平台，十几年前，工业计算机本来嫉妒。智能手机有无数的板载的传感器，如运动传感器包括加速度计和陀螺仪、 环境传感器，可以测量压力、 光照、 温度和湿度，以及位置传感器定位传感器、 磁强计、GPS定位器等。智能手机的初衷是为通信和智能手机已经扩大他们在这里也包括蓝牙和红外的能力。

智能手机包括两个操作系统、 处理硬件的驱动程序的底层操作系统和更高级别用户接口操作系统。最常见在世界范围内安装的操作系统是谷歌公司 的Android 操作系统。

安卓系统第一次成立于2003 年，目的是发展面向更多的用户比塞班和微软的操作系统。安卓系统超过其竞争对手的主要优势是它的灵活性和可升级性。安卓系统已增至的点在 2013 年的行业调查 [1] 显示，71%的所有移动开发是为 Android 操作系统在消费者和开发人员的青睐。

公司自成立以来，已多次演变的Android操作系统的仪表板，从原始'Froyo‟通过对'KitKat‟附带新的智能手机。表 1 显示Android仪表板的各种分布。

表一、 ANDROID 的仪表板和分配水平

开发是符合 API 10 和更高的应用程序将保证覆盖率达 99.3%的 Android 市场，但旧的 API 并不兼容较新的 android 功能。某些功能仅只可用与最近 Api 由谷歌的连续发展。开发人员需要了解可用的与该版本相关联的市场大小与每个版本的功能。本文基于蓝牙应用程序是从 Froyo 奇巧的所有仪表板与兼容。

Android 的加速度计主要用于屏幕方向和玩游戏。安卓系统 [2] 描述了加速度计采样周期的数据延迟发送到应用程序，从传感器的读数

200,000 微秒为'Normal‟ 采样率 0 微秒延迟为'Fastest‟ 采样率。 的的延迟是只建议的延迟和 Android 系统和其他应用程序可以更改它。

蓝牙是一种无线通信协议作为无线替换为手机和耳机 [3，4] 之间的串口通信，已于 1994 年发明了爱立信。传递到蓝牙 721 kbit/s 访问蓝牙 2.0 增强数据速率 (EDR) 数据速率与 1999 年发布了 1998 年的特殊利益集团 （蓝牙） 和蓝牙 1.0 规范的管理是 2004 年通过的提供的 1 Mbit/s 没有 EDR 和 3 Mbit/s，EDR，数据速率和恰逢每周马克 300 万产品出货量的标志性建筑。2009 年蓝牙 3.0 高速度 (HS) 通过与达 24 Mbit/s 的数据速率和蓝牙 4.0 低能量通过在 2012 年当年度产品出货量超过 20 亿。当前规范发展是在蓝牙准备物联网革命的 IP 连接性的区域。

蓝牙是低能量，经营范围从 2.4-2.485 g h z ISM 射频频段内的短距离、 短波长无线电传输协议。蓝牙无线功能可以有一个范围从 1 米到 100 米，类设备与智能手机通常范围达 10 米的不同。一旦连接，称为微微网的小型网络是动态创建的允许主设备连接与达 7 奴隶设备 [5]。每个设备可以连接到多个微微网，同时允许复杂、 范围广泛的连接。蓝牙网络的主要优势之一是集易用性了。两个设备可以连接按下一个按钮，很少从用户所需的配置。

研究 [6，7] 进行了蓝牙的性能在不同的距离，数据大小和干扰源，但测试的数据大小大 (11 kB-5000 kB) 比较典型的传感器的读数的 4 个字节。还有数据大小和传输时间与较小的数据大小可以忽略不计效果和很大的影响在体积庞大的数据的数据大小的指数相关性。也是距离的直接相关性较小的数据大小的影响微乎其微的大数据距离和传输时间。发送小的数据包符合传感器数据的传输在实时控制应用程序中时，本文专门评估距离和数据大小的影响。

从 [6] 其他结论是混凝土墙和金属障碍减少 3 米和大数据的传输，蓝牙的有效范围和直射阳光下减少了有效范围至 4-7 米。有趣的是，无线上网并没有影响传输时间的数据的大小小于 100 kB。时延抖动测量 [7] 中并发现必须大于 16%，小于行业推荐最多 20%。无差异被发现在手机、 pc 或计算机之间传输。

入流的 MIDI 音乐文件通过蓝牙与消息长度的 1 到 6 个字节，特别侧重于比较延误时主从设备传送之间进行一些测试 [8]。其结果是大师传送 30 mS 的平均延迟时间与标准偏差的 10 mS 相比，传输时为 20 毫秒的平均延迟和标准偏差的 20 mS。 这种差异发生在当它们可以传输主设备和从设备的不同权限的奴隶。

II.安卓软件堆栈

Android 的体系结构是软件堆栈包括应用程序、 Linux 操作系统、 运行时环境和各种服务和图书馆。堆栈中的每个层，每层中的每个组件紧紧地编织在一起，提供一个非常有效的应用开发和执行平台，如图 1 所示。

在堆栈的底部是 Linux 2.6 内核。其作用是抽象硬件为低层次的软件较高图层可以与之交互。它实现这一目的的硬件设备驱动程序和低级别的权力、 进程和内存管理。Linux 是开源操作系统，具有广泛的应用于服务器、 嵌入式的系统和机器人技术由于其可靠性、 效率和模块的硬件驱动程序可以加载和卸载系统正在工作几十年来一直在附近。

图1.Android 操作系统体系结构

在 android 系统上运行的每个应用程序实例的 Dalvik 虚拟机上执行。每个应用程序是有效隔离每个其他应用程序、 操作系统和硬件设备驱动程序。所以每个应用程序被开发 Dalvik 虚拟机，而不是特定的硬件平台上运行。Dalvik 虚拟机操作类似于 Java VM，但更有效的内存使用情况和加工电源要求和因此更适合智能手机。

应用程序框架为应用程序正在运行时，应用程序运行，所需的基本资源使较高一级程序开发人员提供已经开发的支持工具。低级别的任务都自动等的建设、 管理和结束的。

生活的清理活动，包文件结构的应用程序，并对常见的资源的访问。它包含的图形视图，用户将使用图形用户界面和内容提供商，进程之间共享数据。

DM1是一小设计在一个时隙中传输的数据包，有前向纠错（FEC）在报头使用。DH5alpha;指的是一个大设计在5个连续时隙中传输的数据包在报头没有使用前向纠错（FEC）。

蓝牙协议目的

工业、 科学和医疗 (ISM) 频段是国际上预留生成有可能会造成干扰，与通信设备的电磁辐射的设备的无线电频率的范围。可以产生电磁辐射，如微波炉、 射频加热器和医疗透热机器的设备都被要求限制在这些频段功率排放。对电磁干扰敏感的电信设备应避免这些频率。然而 ISM 频段已成为热门短程无线电频率通讯蓝牙和无线局域网的网络干扰的潜力受到他们短的广播范围一样。

蓝牙通道是伪随机跳频图案的 79 频道，每个带宽为 1mhz 内的 2.4 g h z ISM 频段，2.402 之间运行。

-2.78 GHz.跳频图案是由使用的地址和时钟的主设备，微微网中的所有设备都连接和同步算法决定的。将信道上传输数据包的数据，然后每个设备将切换到下一个通道在跳频图案另一个数据包发送之前。

蓝牙结合了一些功能，使其更具弹性对干扰和数据丢失。自适应跳频频用来动态地改变传输频率以避免频率那里有干扰。工作在 ISM 频段内，干扰可以预期从其他蓝牙设备、 IEEE 802.11 WLAN 和微波炉等。跳频图案由大师 device‟s 地址和时钟可以动态更改，以避免由于干扰性能差已经检测到的频率。

通信信道是串行性质但并行通信通过创建共享传输时间，称为时间时分双工 (TDD) 的时隙。

每个时间段是 625mu;s 的长度给 1600年跳/秒大师名义跳频速率和奴隶设备轮流传输;主设备在偶数时隙中传送和奴隶设备在奇数时隙中传送。跃点频率传输期间保持不变。当传输已完成模式中的下一个跃点频率信道变化频率和另一台设备传送。

大型数据文件将被分解成数据包足够小，在一个时隙传送。每个数据包包含标头和有效负载。标头包含信息渠道维护和错误检测码和有效负载包含要传输的用户数据。然而包建设是动态的大小和组成可以适应的条件。表二给出了可以使用的各种数据数据包的数目。

表二。数据包类型