Aplicación móvil para la monitorización del ejercicio físico

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA INFORMÁTICA GRADO EN INGENIERÍA DEL SOFTWARE Aplicación móvil para la monitorización del ejercicio físico A Mobile-App for Physical exercise monitoring Realizado por Adrián Cárdenas Jiménez Tutorizado por Eduardo Guzmán de los Riscos Mercedes Amor Pinilla Departamento Lenguajes y Ciencias de la Computación UNIVERSIDAD DE MÁLAGA MÁLAGA, JUNIO DE 2018 Fecha defensa: El Secretario del Tribunal Resumen Este trabajo abarca el desarrollo de una aplicación para el entorno Android que, usando dispositivos de bluetooth de bajo consumo permite a los usuarios monitorizar su actividad física para analizar su progreso. La aplicación cuyo nombre es “BeFit” tiene como objetivo facilitar a las personas el uso de una aplicación común para muchos dispositivos de bluetooth de bajo consumo. La información que recogen los dispositivos se almacena en el smartphone para ser mostrada y analizada. Si el tipo de datos es más complejo la aplicación decidirá de almacenarlos en una base de datos empotrada. Incluso, alguna información personal puede añadirse sin que sea sincronizada de ningún dispositivo. Esto facilitará a las personas la personalización y la integración en “BeFit”, añadiendo datos como el peso o la altura. La aplicación Android permitirá escanear los dispositivos cercanos y sincronizarlos para que se muestre la información correspondiente de éstos. Además, contará con el apoyo de gráficas que ayuden visualmente al usuario mostrando un histórico de los datos que se almacenan dentro de la aplicación. Lista de palabras clave Android, aplicación móvil, smartphone, Bluetooth Low Energy, Xiaomi MiBand2 Abstract This project covers the development of an application for the Android environment that, using Bluetooth Low Energy devices, allows users to monitor their physical activity and analyze their progress. The purpose of the application whose name is “BeFit” is to facilitate the use of a common application for many Bluetooth Low energy devices. The information collected by the devices is stored in the smartphone to be displayed and analyzed. If the data type is complex, the application will decide to store them into an embedded database. In addition, some personal information can be added without being synchronized from any bluetooth device. This will make it easier for people to personalize and integrate in “BeFit” adding data such as weight or height. The Android application will scan nearby devices and synchronize them so that the corresponding information is displayed. Also, it will be supported by graphics that visually help the user by displaying a history of the data that are stored within the application. Keywords Android, mobile application, smartphone, Bluetooth Low Energy, Xiaomi MiBand2 Índice 1. Introducción_________________________________________1 1.1. Introducción y motivaciones_________________________1 1.2. Objetivos________________________________________2 1.3. Aplicaciones en el mercado__________________________2 1.4. Metodología_____________________________________3 1.5. Estructura de la memoria___________________________4 2. El entorno Android____________________________________7 2.1. Introducción a Android_____________________________7 2.2. Un sistema operativo muy particionado________________8 2.3. La arquitectura del sistema operativo_________________12 2.3.1. Kernel de Linux______________________________12 2.3.2. Capa de Abstracción de hardware (HAL)__________12 2.3.3. Android Runtime (ART)________________________13 2.3.4. Bibliotecas C/C++ nativas______________________14 2.3.5. Java API Framework__________________________14 2.3.6. Aplicaciones del sistema_______________________15 2.4. Ciclo de vida de una aplicación Android_______________17 3. Bluetooth Low Energy________________________________19 3.1. ¿Qué es el Bluetooth? ____________________________19 3.2. ¿Qué es el Bluetooth Low Energy? __________________19 3.3. GAP (Generic Access Profile) ______________________20 3.4. Formas de comunicación__________________________20 3.5. ¿Qué es el GATT? _______________________________21 3.6. La topología de la red con GATT____________________23 3.6.1. Servicios ___________________________________25 3.6.2. Características ______________________________26 4. Recursos y herramientas utilizadas______________________27 4.1. Xiaomi mi band 2________________________________27 4.2. Beast Sensor ___________________________________27 4.3. HTC U Ultra ____________________________________28 4.4. HTC Desire 820_________________________________29 4.5. Android Studio___________________________________29 4.6. GitHub ________________________________________30 4.7. Magicdraw______________________________________30 5. Análisis de requisitos_________________________________31 5.1. Identificación de actores___________________________31 5.2. Casos de usos __________________________________31 5.3. Requisitos funcionales ____________________________33 5.4. Requisitos no funcionales _________________________35 6. Diseño e implementación _____________________________37 6.1. Prototipado de la aplicación________________________ 37 6.2. Diagrama de actividad ____________________________39 6.3. Aplicación ______________________________________39 6.3.1. Diseño de la interfaz__________________________39 6.3.2. Desarrollo de la aplicación _____________________43 6.4. Diagramas de secuencia __________________________47 7. Mantenimiento y pruebas _____________________________51 7.1. Mantenimiento __________________________________51 7.2. Pruebas de la aplicación___________________________52 8. Conclusiones y líneas futuras__________________________55 8.1. Dificultades encontradas___________________________55 8.2. Objetivos superados______________________________56 8.3. Líneas futuras___________________________________56 9. Bibliografía_________________________________________59 Página 7 de 60 Capítulo 2 El entorno Android 2.1. Introducción a Android Android es un sistema operativo para dispositivos móviles que ocupa cerca del 80% de cuota de mercado. Su rival directo es iOS con una cuota de menos de un 20% del mercado. Entre ambos se reparten casi todo el mercado de los smartphones. En la siguiente figura podemos ver la gigantesca evolución de Android en los últimos años. Ilustración 1. Evolución del mercado móvil. Fuente: StatCounter Lo desarrolló Android Inc., empresa que compró Google. Se desarrolló bajo el kernel de Linux. Una gran ventaja que tiene es que se distribuye un sistema operativo actualizable y muy flexible. Después del éxito que tuvieron los dispositivos con BlackBerry, Google desarrolló un prototipo parecido a estos. Pero después del lanzamiento al mercado de iPhone, Google tuvo que rediseñar su dispositivo. Todo esto ocurrió entre 2006 y 2007. A finales de 2008 se presentó el primer dispositivo Android HTC Dream. A partir de entonces es de sobra conocido lo sucedido con BlackBerry y con los dispositivos con iOS. Página 8 de 60 2.2. Un sistema operativo muy particionado Una de las desventajas muy grandes que tiene Android es la cantidad de versiones con las que cuenta. Nació con la promesa de ser un sistema operativo fácilmente actualizable, pero los fabricantes han aprovechado el sistema operativo como una ventaja más a la hora de comercializar los smartphones. Es por esto por lo que contamos en el mercado con muchas versiones de Android. Pasaremos entonces a hablar de las diferentes versiones de Android centrándonos en las que usaremos en el desarrollo de la aplicación. Como vemos en la siguiente imagen más del 80% de los dispositivos pertenecen a Lollipop (Android 5.0), Marshmallow (Android 6.0), Nougat (Android 7.0) y Oreo (8.0). Debido a ello usaremos estas versiones para el desarrollo. Ilustración 2. Particionamiento de versiones de Android. Fuente: Developer Android - Android 1.x se introdujo en las primeras aplicaciones. Dentro de ellas ya se empezó a usar el hardware con arquitectura ARM. A partir de la versión de Android 1.5 (Cupcake) nació la tradición de ponerle nombre de dulces a las versiones del sistema operativo. Todas las versiones se centraron en corregir errores y mejorar algunos problemas. - Android 2.x, a partir de estas versiones supuso el crecimiento gigantesco de Android. Incluían mejoras como el soporte de HTML5, NFC o incorporó Página 9 de 60 el famoso Google Maps. Además, Google lanzó su famosa serie de teléfonos Nexus (Nexus One). - Android 3.x, mejor llamarla la desconocida debido a que fue lanzada para tablets con un rediseño de la interfaz gráfica. Se incluyeron novedades como el soporte de procesadores multinúcleo o la famosa barra con los botones de navegación en la parte inferior, en vez de los botones físicos. - Android 4.x, el nacimiento de la era moderna de Android. Después de Android 2.3 (Gingerbread) fue la primera actualización para los dispositivos móviles. • Supuso el lanzamiento de los primeros dispositivos con resolución 720p (HD), a partir de ahí fue creciendo la resolución a un ritmo vertiginoso. • Fue la última versión en dar soporte a Adobe Flash. • Conllevo grandísimas mejoras de rendimiento. Android anteriormente estaba completo de animaciones, los ingenieros de Google se esforzaron porque fuesen a 30 fps (fotogramas por segundo) todas ellas. • Además, se introdujo Google Now, pero algo aún básico comparado a lo que hoy en día puede llegar a englobar. Se lanzó como la gran mejora del sistema ya que introducía la búsqueda predictiva. • Fue el final del diseño Tron que acompañaba a Android desde sus primeras versiones. • Se introdujo ART como sustituto de Dalvik. ART incorporaba compilación anticipada y mejoraba el rendimiento que ofrecía Dalvik. - Android 5.x, el lanzamiento más rompedor e importante de la historia de Android. • Lo más importante de este lanzamiento fue el desarrollo de “Material Design”. Esta contemplaba una serie de pautas para el desarrollo de interfaces gráficas. Se revisó por completo la IU por completo del sistema operativo. • Introdujeron el sistema “developer preview” que permitía disponer de la nueva versión del sistema operativo en forma de beta meses antes de su lanzamiento. Página 10 de 60 • Se sustituyo oficialmente Dalvik por ART. • Se introduce además el soporte para procesadores de 64 bits. • Se revisaron muchas de las aplicaciones predeterminadas que traía el sistema operativo. • Se introdujo el reconocimiento de voz permanente. Los usuarios podían acceder a la aplicación de Google con simplemente decir “Ok Google” Ilustración 3. Comparación de interfaces gráficas Android 4.4 y Android 5.0. (1) Fuente: ArsTechnica Ilustración 4. Comparación de interfaces gráficas Android 4.4 y Android 5.0. (2) Fuente: ArsTechnica Página 11 de 60 - Android 6.x, una revisión y mejoría de todas las novedades incluidas en la anterior versión. • Mejoras en el rendimiento del sistema operativo. • Se incluyeron grandes mejoras en la seguridad. Con esta versión las aplicaciones no deben pedir todos los permisos al instalarse, sólo serán requeridos antes de usarse. Se podían rechazar o aceptar dichos permisos. • Se introdujeron mejoras de Google Now, como el acceso rápido a ésta dejando pulsado el botón de inicio del smartphone. • Introducción de la “Fingerprint API”. Con ella las aplicaciones podían incluir el uso de la huella dactilar para ciertas acciones. • Mejoras de consumo con respecto a Lollipop. Introducción de “Doze” cómo sistema de ahorro de energía. • Soporte para el USB de tipo C. - Android 7.x, pequeñas mejoras (como el amplio de funciones de “Doze”) y algunos rediseños de las versiones anteriores (como el de las notificaciones). • Se introduce el modo de visualización de pantalla dividida. Esto hace que puedas tener dos aplicaciones a la vez con la pantalla dividida. • Introducción de vulkan, la nueva API de OpenGL para la ejecución de gráficos 3d con un mayor rendimiento. • Cambió del Java Runtime Environment (De Apache Harmony se cambia a Open JDK) • Mejoras de seguridad (introducción de mecanismos para evitar ejecutar código malicioso en el kernel de linux) • Introducción de Google Daydream, que conlleva al desarrollo del mundo de la realidad virtual en dispositivos móviles. - Android 8.x, mejoras en las notificaciones, optimización de aplicaciones en segundo plano y algunos cambios de diseño. Se introduce una versión del sistema operativo para móviles de gama baja llamada Android Go. La mejora más importante es la llamada Project Treble. Consiste en crear una capa de abstracción para que los fabricantes de móviles reciban actualizaciones del sistema sin tener que adaptar su interfaz gráfica. Página 12 de 60 - Android 9.x, esta será la futura versión de Android que incluirá algunas mejoras en el sistema operativo. Pero aún queda tiempo para su lanzamiento y para que conozcamos todas sus mejoras. Aun así, debemos mencionarla porque es parte del futuro de la compañía. Además de todas las versiones aquí citadas, cabe destacar que cada fabricante suele traer su capa de personalización. Aunque cada vez menos común, los fabricantes en las primeras versiones de Android solían utilizar su propia capa de personalización. Estas capas de personalización pueden ser a veces parecidas a Android nativo, pero otras veces, son muy distintas, como el caso de Huawei o Xiaomi. Hay que tener también en cuenta esto a la hora de desarrollar una aplicación porque se mezclan muchas combinaciones de dispositivos con distintas versiones de Android y distintas capas de personalización 2.3. La arquitectura del sistema operativo Android realmente es una pila de protocolos que usa un kernel de Linux modificado. Es una plataforma de código abierto y cubre una gran cantidad de dispositivos (con distinto hardware, entre ese hardware se encuentra multitud de procesadores o pantallas de distintas resoluciones). 2.3.1 Kernel de Linux La base sobre la que se ejecuta Android es Linux. ART, una capa superior usa funcionalidades del kernel, como la creación de subprocesos o el administro del uso de memoria de bajo nivel. Otra de las ventajas es que puede aprovechar el uso de funciones de seguridad que proporciona. 2.3.2 Capa de Abstracción de hardware (HAL) Otorga al sistema una serie de interfaces que agrupan las funcionalidades del hardware del dispositivo. Las capas de niveles más altos puedes acceder a estas bibliotecas de funcionalidades. Entonces, por ejemplo, una biblioteca implementa la interfaz de un componente hardware como podrían ser la cámara, o el audio. Su funcionamiento es fácil, cuando una capa superior, desea acceder a las funcionalidades de la cámara carga el módulo correspondiente. Página 13 de 60 Ilustración 5. Capas del sistema operativo Android. Fuente: Android Developer 2.3.3 Android Runtime (ART) Como ya vimos en la historia de Android, ART fue lanzado oficialmente en Android 5.0 (Lollipop). Las aplicaciones se ejecutan en su propio proceso y con su propia instancia del ART. Android Runtime está escrito para lanzar múltiples máquinas virtuales en dispositivos de poca memoria ejecutando archivos DEX. Página 14 de 60 Esto es un formato diseñado especialmente para Android, y que ocupa un espacio de memoria muy reducido. Las principales características de ART son: • Compilación anticipada (AOT – Ahead of time) y justo a tiempo (JIT – Just in time). Gracias a ello, permite ahorrar energías y ahorrar tiempo a la hora de ejecutar cualquier programa. • Al igual que java usa un recolector de recursos no utilizados, solo que está optimizado para Android. • Establece muchas facilidades a la hora de depurar el código. Algo que facilita a los desarrolladores ayudándoles a obtener más información sobre posibles errores. 2.3.4 Bibliotecas C/C++ nativas Varios componentes de Android como el ART y la capa del HAL usan bibliotecas nativas escritas en C y C++. Android proporciona el Java API Framework que tiene algunas de estas funcionalidades. Pero también podemos acceder a algunas librerías nativas en C/C++ para desarrollar una aplicación gracias al NDK. Esto es el Kit de desarrollo nativo que permite reutilizar código C/C++, este código se ejecuta directamente en el procesador, en cierto modo hace que funcione más rápido la aplicación, pero añade mucha complejidad en el desarrollo. 2.3.5 Java API Framework Todas las funcionalidades de Android están disponibles mediante la API escrita en Java. Sirven como capa de abstracción para simplificar el uso de los componentes del sistema. • Contiene un sistema de vistas que facilita el desarrollo de interfaces agregando componentes como listas, cuadros de texto, etcétera • Un administrador de recursos que proporciona un acceso rápido a imágenes, cadenas de texto o archivos de diseño. • Un administrador de notificaciones que nos permite personalizar alertas en la barra de estado. Página 15 de 60 • Un administrador de las actividades, que maneja el ciclo de vida de una pantalla y una pila en la que se almacenan las actividades. • Un proveedor de contenido que permite que unas aplicaciones accedan a otras para obtener datos de ellas. 2.3.6 Aplicaciones del sistema Hay aplicaciones nativas como el calendario o los contactos que están siempre disponibles para poder usarlas, son completamente iguales que las aplicaciones desarrolladas externamente. Además, las aplicaciones que se desarrollen podrá ser usadas para reutilizar funcionalidades ya implementadas en estas. Por ejemplo, en la aplicación de las llamadas, podemos reutilizarla desde otra para marcar un teléfono desde ésta. También vamos a ver las partes de una aplicación Android. Se divide en diferentes componentes. El más importante es el componente llamado Actividad. • Actividad: Representa una pantalla con interfaz de usuario. Pongamos un ejemplo. La aplicación de contactos tiene una pantalla con la lista de todos los contactos que tenemos. Eso sería una actividad. Aplicaciones pueden tener una o muchas actividades. Todo esto depende de la complejidad de nuestra aplicación. • Servicios: Este componente se ejecuta en segundo plano realizando operaciones de larga duración o tareas de procesos externos. Entonces un servicio no proporciona una interfaz como si la proporciona la actividad. Por ejemplo, un servicio puede ser el que se encargue de ejecutar música en segundo plano mientras que estamos en otra aplicación. • Proveedores de contenido: Podemos almacenar datos compartidos dentro del sistema de archivos, en una base de datos, en la web, etcétera. Esto es algo lógico debido a que es normal compartir los datos y hoy en día cada vez más se usa la nube. • Receptores de mensajes: Es un componente que se encarga de recoger los anuncios que envía el sistema. Estos pueden ser enviados por él mismo, pero también por aplicaciones. No tienen una interfaz gráfica, pero por ejemplo pueden crear notificaciones al recibir eventos, por ejemplo, Página 16 de 60 que se ha descargado un archivo. Generalmente su trabajo es mínimo y sirve para comunicar unos componentes con otros. • Otras partes de la aplicación - Fragments: representa una parte de la interfaz de la actividad. A veces se puede dar el caso de que una actividad tenga una interfaz que solo contenga un fragment que lo contenga todo. - Views: Todos los elementos que se incluyen en una vista son views. Así que dentro de este grupo podemos tener listas, botones, campos de texto, etcétera. - Layouts: Son la estructura de las vistas de la aplicación. Todos los objetos que tengamos se engloban en la estructura de un layout. Cuando se pinta uno de ellos, se pinta con todos sus componentes. - Intent: Es una parte de la aplicación que se encarga de describir la acción a realizar. Se usan los intent para inicializar otros componentes como actividades o servicios. - Recursos: una aplicación también dispone de los recursos independientes para usar en la aplicación como imágenes, videos, sonidos (Archivos .png, .mp4, .mp3, por ejemplo). También se pueden definir animaciones, estilos, colores, cadenas de texto para todo ello usando XML. La gran ventaja de disponer de estos archivos independientes a la aplicación es que podemos tener diferentes archivos de idiomas para las cadenas de texto y dependiendo del idioma del dispositivo podremos usar un archivo u otro. También podemos hacer lo mismo para definir los UI dependiendo de las configuraciones del dispositivo. - Archivo de manifiesto: Para que el sistema pueda iniciar los componentes de una aplicación debe leer el “Manifest”. Aquí se declaran todos los componentes que se incluyen dentro de la aplicación. Además, dentro del manifiesto se declaran todos los permisos requeridos por la aplicación, las bibliotecas que se usan, el nivel de API de Android, todos los datos con respecto a la aplicación en general. Página 23 de 60 - El cliente GATT, se suele subscribir a un servidor GATT. Se encarga de consultar los datos y de enviar datos al servidor para que este los almacene. - El servidor GATT, que es el encargado de almacenar los datos para que un cliente pueda consultarlos y que éste los establezca como disponibles para su uso. 3.6. La topología de la red con GATT Como ya hemos visto antes esta topología tiene lugar cuando los dispositivos están conectados que es además cuando se usa el GATT. Un periférico solo puede ser conectado con un dispositivo central. Eso sí, un dispositivo central, como un smartphone, puede ser conectado con múltiples periféricos BLE. Se plantea un problema: ¿Y si queremos intercambiar información entre dos periféricos? Pues como está definido el GATT a simple vista no podríamos. La solución sería implementar un buffer o un sistema de almacenamiento en el dispositivo central y a través de éste ambos dispositivos podrían comunicarse entre sí. Como vemos en la siguiente imagen el GATT transmite datos de manera bidireccional a diferencia de que el GAP lo hacía de manera unidireccional. Ilustración 9. Topología de red para el envío de información en con los dispositivos conectados emparejados. Fuente: http://learn.adafruit.com Página 24 de 60 La relación entre el servidor y el cliente es muy importante. El periférico se conoce como el “GATT Server” que contiene los datos de búsqueda del ATT y las definiciones de servicio y características. El cliente GATT, un teléfono o una tableta, es el que envía las peticiones al servidor. Todas las transacciones están iniciadas por un dispositivo maestro, el cliente. Éste recibe la respuesta del dispositivo esclavo, el servidor. Al establecer la conexión, el periférico envía al dispositivo central una sugerencia de “Intervalo de conexión”. Este tiempo es el que usará el maestro para consultar si hay nuevos datos disponibles. Hay que tener en cuenta que este intervalo podría no cumplirse si, por ejemplo, el tiempo de conexión acaba y tiene que volver a consultar datos, podría darse el caso de que el dispositivo central estuviese consultando datos de otro periférico o usando los recursos del sistema requeridos, entonces no podría cumplir el intervalo de conexión. Es por esto por lo que este tiempo es una sugerencia, porque puede que no se pueda cumplir. Aquí podríamos observar una traza entre un dispositivo maestro y un dispositivo esclavo: Ilustración 10. Envío de información con dispositivo conectados. Fuente: http://learn.adafruit.com Estas transacciones entre servidor y cliente se basan en objetos anidados de alto nivel, llamados perfiles, servicios y características. El nivel superior es el perfil, que es el que engloba uno o más servicios necesarios para cumplir el caso de uso que cubre el objetivo de perfil. Por ejemplo, el perfil de frecuencia cardiaca combina el servicio de frecuencia cardiaca con el de información del dispositivo. Página 25 de 60 Ilustración 11. Jerarquía del GATT. Fuente: Bluetooth.com 3.6.1. Servicios Los servicios se usan para dividir los datos en entidades lógicas. Contienen fragmentos específicos de datos. Por ejemplo, la información básica del dispositivo. Se identifican por UUID UUID, que puede ser de 16-bits (para servicios BLE adoptados oficialmente) o de 128-bits (para servicios personalizados). Un UUID es un identificador único universal, que sirve en común a todos los dispositivos sin tener usar un generador de códigos. Página 26 de 60 3.6.2. Características Es el nivel más bajo en las transacciones del GATT. Las características es el nivel base sobre el que se interactúa en BLE. Contiene sólo un nivel lógico de datos. Por ejemplo, el servicio de frecuencia cardiaca tiene hasta tres características entre ellas la medición de la frecuencia cardíaca. Se distingue de manera similar a los servicios. Se usan UUID de 16-bits o 128-bits, usando las oficiales o las personalizadas al igual que en los servicios. La diferencia está en que el UUID comienza con un valor de 8bits que describe el formato de los datos (UINT8 o UINT16). Los demás datos dependen del tipo de medición que se realice. Página 27 de 60 Capítulo 4 Recursos y herramientas utilizadas 4.1. Xiaomi miband2 Ilustración 12. Xiaomi mi band 2. Fuente: http://mi.com Pulsera inteligente para monitorización de algunos de los parámetros que se usan en la aplicación. Datos como número de pasos diarios o ritmo cardiaco. - Pantalla OLED 0,42" - Bluetooth 4.2 BLE - Batería de 70 mAh 4.2. Beast Sensor Ilustración 13. Sensor Beast. Fuente: https://www.thisisbeast.com Página 28 de 60 Es un dispositivo que contiene varios tipos de sensores dentro, como un acelerómetro. Se encarga de medir la fuerza y el número de repeticiones que realizamos. Características: - Como ya hemos dicho contiene varios tipos de sensores. Para ser más exactos contiene tres acelerómetros, tres giroscopios y tres brújulas. - Tiene una batería de alta duración con hasta 8 horas - Bluetooth 4.0 4.3. HTC U Ultra Ilustración 14. Smartphone HTC U Ultra. Fuente: https://htc.com Un dispositivo de última generación. Permitirá la prueba y la mayoría del desarrollo de la aplicación móvil. Características: - Pantalla Quad HD (5.7 pulgadas) - Procesador Snapdragon 820 (4x2.15Ghz) - Bluetooth 4.2 - Memoria RAM de 4 GB - Android 8.0 - Almacenamiento de 64 GB Página 29 de 60 4.4. HTC Desire 820 Ilustración 15. Smartphone HTC Desire 820. Fuente: https://htc.com Este dispositivo permite la prueba de la aplicación con un dispositivo con características inferiores al anterior. Es un antiguo dispositivo de gama media que se enmarcaría ahora mismo en los teléfonos inteligentes de gama inferior. Sus características principales son: - Pantalla HD (5.5 pulgadas) - Procesador Snapdragon 615 (4x1.5Ghz y 4x1.0Ghz) - Bluetooth 4.0 - Memoria RAM de 2 GB - Android 6.0 - Almacenamiento de 16 GB 4.5. Android Studio Es el entorno de desarrollo desarrollado por JetBrains a partir de IntelliJ IDEA. Esta diseñado expresamente para el desarrollo de Android y disponible para Linux, macOS y Windows. Sustituyó a Eclipse como entorno principal de desarrollo Android. Se anunció en la conferencia Google I/O de 2013 y se lanzó la versión definitiva (1.0) a finales de 2014. Ahora mismo la versión estable actual es la 3.1.3. Página 30 de 60 Permite una depuración sencilla de aplicaciones en tiempo real, en un dispositivo virtual o en un dispositivo real. Además, tiene la integración de Gradle, que es un sistema de automatización de la construcción del proyecto (similar a Maven). 4.6. GitHub Para el desarrollo se ha utilizado un gestor de versiones para poder tener un histórico de versiones y poder observar cómo va evolucionando el proyecto. Es una plataforma de desarrollo software colaborativa, que permite tener el código en un repositorio en la web, abierto para todo el mundo. 4.7. Magicdraw Es una herramienta de modelado visual UML facilita el diseño de sistemas orientados a objetos y con numerosos lenguajes compatibles, así como compatibilidad con el diseño de esquemas de bases de datos. Página 31 de 60 Capítulo 5 Análisis de requisitos 5.1. Identificación de actores Simplemente el único actor es la persona que use la aplicación para la sincronización de los dispositivos con el smartphone. Es el que recogerá todos los casos de uso que se puedan dar en la aplicación. Para simplificar la información dentro de los casos de uso no haremos referencia a este debido a que siempre es el mismo y no tiene sentido incluirlo. 5.2. Casos de usos Analizaremos los casos de uso generales del sistema y posteriormente se llevará a cabo una especificación más a fondo del sistema. Caso de uso Buscar dispositivos Descripción El sistema se encargará de escanear todos los dispositivos Bluetooth LE y los mostrará por pantalla Precondición • El Bluetooth del dispositivo debe estar encendido • El usuario debe pulsar el botón de escaneo y aceptar los permisos del dispositivo Postcondición El sistema mostrará una lista con todos los dispositivos encontrados y preparará el dispositivo para la conexión Caso de uso Personalizar Datos Descripción El sistema permitirá al usuario modificar toda la información personal que se recoge dentro de la aplicación para facilitar la mayor precisión de la información y satisfacer una mayor personalización de ésta. Precondición - Postcondición El sistema actualizará los datos del usuario dentro de la aplicación. Además, permitirá modificarlos una vez dentro, mostrando los datos actuales. Página 32 de 60 Caso de uso Visualización de datos Descripción El sistema mostrará los datos recopilados por el sensor seleccionado, así como un resumen de su información almacenada en la aplicación. Algunos de los datos los analiza la aplicación y los almacena en ella para su uso. Precondiciones • Navegar por las pestañas de la aplicación • Sincronizar los datos • El Bluetooth del dispositivo debe estar encendido Postcondición El sistema muestra la información actualizada y modifica los antiguos datos actualizándolos con los nuevos. Caso de uso Sincronización de los datos Descripción El sistema sincroniza los datos del dispositivo para que pueda actualizarlos. Precondiciones • El Bluetooth del dispositivo debe estar encendido • Haber pulsado en uno de los dispositivos que se encuentren en la lista de dispositivos escaneados Postcondición El sistema actualizará los datos del dispositivo Caso de uso Compartir los datos Descripción El sistema permite compartir los datos diarios con otras aplicaciones Precondiciones • Haberse conectado a un dispositivo • Pulsar en el botón de compartir Postcondición Se comparten los datos en la aplicación correspondiente y volvemos a nuestra a aplicación Página 39 de 60 6.2. Diagramas de actividad Aquí veremos una traza completa de la aplicación, mostrando todas las posibles interacciones dentro de ella. Ésta posteriormente nos servirá para su desarrollo. Ilustración 23. Diagrama de Actividad de la aplicación 6.3. Aplicación 6.3.1. Diseño de la interfaz Para empezar, se ha realizado una pantalla de bienvenida que dota a la aplicación de un aspecto más agradable. Para ello, una vez entrada la primera vez a la aplicación y configurados sus datos personales, se mostrará un mensaje personalizado con su nombre. Página 40 de 60 Como ya vimos en el prototipo, tendremos una pantalla de configuración para personalizar los datos del usuario. En él se pedirán los datos que posteriormente se usarán para, por ejemplo, calcular el índice de masa muscular. Otros datos simplemente servirán para fijar una meta de pasos diarios o como el caso del nombre para el mensaje de bienvenida. También se puede añadir una foto con el hecho de poder personalizar más la aplicación. Una vez configurados los datos con el botón que encontramos en la parte superior, se guardarán los datos en el teléfono y la aplicación procederá a redirigirnos a la pantalla encargada de buscar todos los dispositivos cercanos. Una vez en esta ventana podremos escanear los dispositivos o parar la búsqueda de dispositivos si queremos detenerla. Además, también podremos volver a configurar los datos desde esta pantalla, ya que es la pantalla principal de nuestra aplicación y se encargará de encontrar los dispositivos y una vez pulsado en el dispositivo que nos interese se encargará de recopilar toda la información. Ilustración 25. Pantalla de configuración Ilustración 24. Pantalla de bienvenida Página 41 de 60 Como vemos en las ilustraciones, se recoge la información correspondiente al dispositivo. Además, una vez sincronizados los datos obtendremos unas gráficas como la mostrada a continuación de la distancia recorrida en metros. Todas las pestañas harán referencia a una gráfica mostrando un histórico ordenado por fecha de la información correspondiente. Además de la gráfica para obtener la información de manera más precisa será apoyada por una tabla de datos. Además, una vez conectado al dispositivo se podrá volver a configurar la información personal (foto, meta de pasos diaria, etcétera). También podremos descargar la información de nuestras gráficas en archivos csv independientes que encontraremos en la carpeta de descargas del dispositivo. Y por último también podremos compartir nuestros datos diarios con nuestras otras aplicaciones, como vemos en las siguientes imágenes. Ilustración 27. Pantalla de información general Ilustración 26. Pantalla de gráficas de datos Página 42 de 60 Ilustración 29. CSV Importados en la carpeta descargas Ilustración 28. CSV en exportado en formato estándar Ilustración 31. Ejemplo de compartir información con alguna aplicación Ilustración 30. Página 43 de 60 6.3.2. Desarrollo de la aplicación 6.3.2.1. Librerías Empezaremos hablando de librerías externas a Android que hemos usado en el proyecto. Todas ellas nos facilitan alguna de las funcionalidades que se incorporan en la aplicación. • Glide. Es una librería que permite la carga de imágenes tanto mediante un enlace web como una dirección de almacenamiento en el teléfono. Es de código abierto y administra la cache de los recursos del sistema para las fotos. Es simple y fácil de usar y evitamos tener que usar un bitmap para representar una imagen evitando así complejidad y ganando legibilidad en el código. Proporciona, además, también la posibilidad de mostrar gifs. • Butterknife. Es una librería que permite rápidamente el asociamiento entre archivos gráficos y archivos de programación (binding) como un Imageview. Un ejemplo sencillo: Para relacionar un archivo en Android debemos usar lo siguiente: Sin embargo, gracias a esta librería podemos referenciarlo de esta manera. Esto simplifica el código además de como pasaba en el caso anterior favorece a la legibilidad, haciendo un código más fácil de entender. Se pueden también referenciar, recursos como texto, o imágenes. • MPAndroidChart. Nos permite de una forma y sencilla añadir a nuestra interfaz gráficas que son fáciles de usar y de personalizar. Hay gran cantidad de gráficas, como gráficos de barras o circulares, pero en nuestro caso hemos usado solo gráficas lineales ya que van acorde con la aplicación. Button myButton = findViewById(R.id.my_button) @BindView(R.id. id.my_button) Button myButton; Página 44 de 60 • FastCSV es una biblioteca CSV compatible con RFC 4180 ultra rápida y simple para java, en este caso Android. RFC 4180 es el formato de separación por comas que se ajusta a los archivos CSV. • Librerías nativas. Android proporciona una serie de librerías nativas como las de diseño que facilitan el desarrollo de las aplicaciones con los últimos componentes disponibles o la de testing (Espresso) que permite la realización de pruebas con test basándose en Junit. 6.3.2.2. Vistas Antes de entrar a más detalle vamos a ver cómo funcionan las vistas en Android. Para empezar las vistas se declaran en una parte de los recursos de la aplicación llamada layouts (así como puede haber otras como drawable para imágenes). Estos archivos como la gran mayoría usan el formato XML para su declaración, y se genera así un árbol entre padres (vistas o layouts) e hijos que son objetos como botones, campos de texto u otras vistas. Ilustración 32. Ejemplo de XML de una vista Antiguamente Android disponía de RelativeLayout, LinearLayout o GridLayouts. El problema de estas vistas era que cuanta más complejidad tenía una vista más grande se hacía el árbol. Android a la hora de pintar Página 45 de 60 una interfaz lo realiza por partes pequeñas del árbol, pintando de vista en vista, entonces esto supone una sobrecarga de rendimiento. Si anidamos en una vista veinte dentro de ella el rendimiento a la hora de pintarse la vista será menor. Ilustración 33. Árbol de vistas en Android. Fuente: Tutorialspoint La solución a esto se llama ConstraintLayout. Busca la utilización de la menor cantidad de layouts anidados dentro de una vista. Usa las restricciones para establecer en qué lugar estará cada elemento. La ventaja de esto es, como ya hemos hablado, la eliminación de sobrecarga de una vista. Otra parte que se ha usado gracias a simplicidad y mejora de rendimiento se llama RecyclerView. Antes de esto las listas de elementos se hacían con un ListView, pero esto tenía un gran problema: Cargaba todos los elementos de la lista, aunque no estuviesen en pantalla. Esto conlleva a una sobrecarga innecesaria porque a veces no nos hace falta ver toda la lista. En nuestro caso las listas de elementos serán pequeñas probablemente no tengamos que hacer desplazar la vista para buscar los dispositivos. Pero, gracias a este elemento, se encarga de solo cargar aquellos elementos que estén en pantalla. Una vez se desplace la vista hacia abajo reciclará el elemento y pintará el nuevo. Página 46 de 60 6.3.2.3. Almacenamiento El almacenamiento de la información se lleva a cabo en dos lugares dentro de la aplicación. La información pequeña y sencilla se lleva a cabo en lo que en Android se denomina “Shared Preferences”. Esto permite almacenar información clave-valor. Por ejemplo, en nuestro caso almacenamos el nombre con una clave que se llama “name” y el valor que introduzca el usuario en la configuración. Por otro lado, ya un poco más complejo se encuentra una base de datos SQLite que se encarga de almacenar toda la información con respecto a las lecturas de datos, de los pasos, ritmo cardiaco o peso. SQLite es sistema de gestión de bases de datos relaciones que permite el almacenamiento de datos en dispositivos empotrados. Es de código abiertos y utiliza el lenguaje de SQL lo que facilita su uso. Para el caso del peso, y de los pasos son datos diarios y en la base de datos se almacenarán de manera que solo se pueda insertar un dato por día. Una persona solo tiene un número de pasos diario y el peso tampoco varía demasiado diariamente. Sin embargo, para el caso del ritmo cardiaco, se puede insertar un dato por fecha completa (con horas, minutos y segundos), no como en el caso anterior. Esto es debido porque el pulso está en constante cambio y nos permitirá monitorizarlo de una manera más precisa. Ilustración 34. Ejemplos de tablas que integra la base de datos de la aplicación 6.3.2.4. Conexión con dispositivos Para llevar a cabo una conexión primero se lleva a cabo la búsqueda de los dispositivos que haya cercanos. Para realizar la búsqueda de los dispositivos de bajo consumo se usa un escáner que proporciona el adaptador de bluetooth del dispositivo. Página 47 de 60 Con este podremos empezar y parar el escaneo de dispositivos. Nos permitirá establecer una función para cada vez que un dispositivo sea detectado. En ese momento nosotros añadiremos dicho dispositivo a la lista de dispositivos que tenemos a nuestro alrededor. Una vez se tenga el dispositivo cercano se usará el GATT para conectarse con el dispositivo. Una vez conectado pediremos a los servicios que dispone el dispositivo que nos facilite la información. Una vez recibida la información se encargará de mostrarla por pantalla y actualizar los datos en la base de datos. 6.3.2.5. Permisos Algo esencial hoy en día es la seguridad. Para ello dentro de Android nos encontramos los permisos del sistema. Éstos son los encargados de facilitar el acceso a los recursos dentro del sistema como la cámara o el bluetooth en nuestro caso. En Android Lollipop los permisos se pedían todos al principio al instalar las aplicaciones. A partir de Android Marshmallow los permisos se deben pedir en tiempo real y sólo y exclusivamente cuando sean necesarios. Por ejemplo, dentro de nuestra aplicación se requieren también los permisos de almacenamiento para guardar la imagen de perfil del usuario. Para ello pediremos permiso cuando tengamos la foto y solo tengamos que almacenarla en el dispositivo. Mientras tanto no será necesario pedir los permisos. 6.4. Diagramas de secuencia Para la documentación correcta del funcionamiento de la aplicación también se aportan diagramas de secuencia con las principales funcionalidades de la aplicación. Con el podremos ver la interacción entre las distintas partes de la aplicación del sistema y como se comunican entre ellas a alto nivel. Los primeros diagramas son los que no es necesario establecer la conexión entre los dispositivos. El más importante es el de sincronización de los datos que incluye el escaneo de dispositivos. Página 48 de 60 Ilustración 35. Diagrama de secuencia para la captura de imágenes de perfil en la aplicación Ilustración 36. Diagrama de secuencia del almacenamiento de los datos personales dentro de la aplicación Página 55 de 60 Capítulo 8 Conclusiones y líneas futuras Aquí encontraremos un resumen con los problemas que se han encontrado en el desarrollo de la aplicación, así como objetivos que se han cumplido. Además, encontraremos también apartados de posibles mejoras futuras. 8.1. Dificultades encontradas Se han encontrado numerosas dificultades a la hora de conocer la información que se comparte en los dispositivos, debido a que no hay muchos fabricantes que quieran facilitar dicha información. Entonces no es posible conseguir la máxima información posible de los dispositivos. Nos encontrábamos por una parte el problema de entender el funcionamiento del protocolo de Bluetooth Low Energy y, posteriormente, ver su funcionamiento dentro de un dispositivo normal inteligente como son los móviles actuales. Por otro lado, la dificultad de sincronización entre los dispositivos no es ideal y, por tanto, no es inmediata. Entonces se ha tenido que diseñar un sistema capaz de conseguir toda la información de manera que sea capaz de reaccionar a fallos y casos en los que se pierda la conexión o no sea posible extraerla de los dispositivos. Se han quedado además atrás algunos dispositivos que debían integrarse, pero cada dispositivo requiere un conocimiento exhaustivo de la transmisión de información en cada caso. Hasta el punto de conocer byte a byte como es la transmisión de esta información y como se ha dicho anteriormente los fabricantes no suelen dar estas facilidades. Para superar esta desventaja se tendrá que trabajar en un futuro con las distintas empresas fabricantes de los dispositivos y lograr obtener la mayor cantidad de información sobre éstos. Aunque podría ser una tarea dificultosa lograr obtener la información sobre el funcionamiento de los servicios de cada dispositivo. Esto en general es debido a que las empresas fabrican su propio software que facilitan con el mismo hardware. Página 56 de 60 8.2. Objetivos superados Se ha logrado integrar una aplicación sencilla, y bastante liviana que se pueda usar en cualquier dispositivo que hoy en día haya en el mercado (cabe destacar que el mercado en Android ya sólo distribuye al mercado versiones de Android 7.0 hacia adelante). Además, se ha logrado el uso de una base de datos embebida para el tratamiento de los datos. Para su posterior análisis se han usado gráficas para entender y ver visualmente la evolución de éstos. También se ha llevado a cabo una investigación del funcionamiento y la historia de sistema operativo Android y del protocolo de Bluetooth Low Energy. Se han realizado pruebas de interfaces de usuario para corroborar el funcionamiento correcto de la aplicación. 8.3. Líneas futuras Por último, se han elaborado una serie de líneas futuras que pueden ser factibles de aplicar y que son potencialmente aplicables dentro del proyecto. • Como ya se ha mencionado anteriormente la inclusión de más dispositivos. El objetivo principal es recopilar la información de muchos dispositivos móviles para facilitar el uso de las personas y que no tengan que usar varias aplicaciones, aprovechando así el ahorro de almacenamiento de memoria dentro del dispositivo. • Mejora en las interfaces de usuario, habría que prestar atención a lo que demande el mercado y actualizarse con las nuevas opciones que nos permita el sistema. Así como actualizar la información de las pantallas o su restructuración para aumentar la legibilidad de la información. • Ampliación de la funcionalidad. Ahora mismo la funcionalidad se limita a los dispositivos que disponemos, pero si lográsemos tener más dispositivos podríamos obtener información combinada entre ellos consiguiendo todavía más precisión en los datos. Obtener datos como por Página 57 de 60 ejemplo el número de pasos en una sesión cuando vayamos a correr o el número de kilómetros recorridos. • Uso de una API como Google Fit para sincronizar los datos, en vez de usar una base de datos local para ello. Esto permitiría tenerlo en múltiples dispositivos. • Integración con redes sociales. Hoy en día todos estamos conectados con nuestros dispositivos. Una opción sería el poder compartir los datos con distintas personas para ir viendo su evolución. En definitiva, con estos aspectos mostramos que el proyecto tiene potencial de crecimiento en un futuro, evitando las actuales restricciones temporales. Página 59 de 60 Capítulo 9 Bibliografía: Todos los enlaces han sido recuperados de páginas webs en el año 2018, que ha sido el año de realización de este proyecto: https://punchthrough.com/bean/docs/guides/everything-else/how-gap-and-gattwork/ http://dev.ti.com/tirex/content/simplelink_cc2640r2_sdk_1_40_00_45/docs/blest ack/ble_user_guide/html/ble-stack-3.x/gatt.html https://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth-le.html https://en.wikipedia.org/wiki/Android_(operating_system) http://gs.statcounter.com/os-market-share/mobile/worldwide https://developer.android.com/guide/platform/?hl=es-419 https://arstechnica.com/gadgets/2016/10/building-android-a-40000-wordhistory-of-googles-mobile-os/11/ https://source.android.com/devices/architecture/treble https://solidgeargroup.com/bluetooth-ble-el-conocido-desconocido?lang=es https://learn.adafruit.com/introduction-to-bluetooth-low-energy/introduction https://www.bluetooth.com/specifications/gatt/generic-attributes-overview https://en.wikipedia.org/wiki/Generic_access_profile https://developer.android.com/guide/components/activities/activity-lifecycle https://developer.android.com/guide/components/fundamentals?hl=es-419 https://learn.sparkfun.com/tutorials/bluetooth-basics http://www.noalaobesidad.df.gob.mx/index.php?option=com_content&view=arti cle&id=52&Itemid https://developer.android.com/guide/components/intents-filters?hl=es-419 https://developer.android.com/guide/components/fragments?hl=es-419 https://developer.android.com/training/animation/screen-slide https://developer.android.com/guide/topics/ui/menus Página 60 de 60 https://developer.android.com/guide/topics/ui/declaring-layout?hl=es-419 https://developer.android.com/training/constraint-layout/?hl=es-419 https://developer.android.com/guide/topics/ui/layout/recyclerview?hl=es-419 https://developer.android.com/training/transitions/custom-transitions?hl=es-419 https://developer.android.com/training/data-storage/sqlite https://developer.android.com/training/data-storage/shared-preferences Recursos utilizados: https://www.htc.com/es/smartphones/htc-u-ultra/ https://www.htc.com/in/smartphones/htc-desire-820/ https://www.mi.com/es/miband2/ https://en.wikipedia.org/wiki/Android_Studio https://developer.android.com/studio/ https://www.nomagic.com/products/magicdraw https://www.thisisbeast.com/en