DÉVELOPPEMENT D UNE APPLICATION DE COMMUNICATION BLUETOOTH SUR ANDROID. Projet de fin d étude VAP «Architecte de Services en Réseau»

DÉVELOPPEMENT D UNE APPLICATION DE COMMUNICATION BLUETOOTH SUR ANDROID Projet de fin d étude VAP «Architecte de Services en Réseau» Guillaume Faure et Maxime Raoust Janvier 2010

Acteurs du projet Étudiants Guillaume Faure Elève ingénieur en troisième année à Telecom SudParis guillaume.faure@telecom-sudparis.eu Maxime Raoust Elève ingénieur en troisième année à Telecom SudParis maxime.raoust@telecom-sudparis.eu Encadrants Laurent Bernard Enseignant-chercheur à Telecom SudParis, département RST laurent.bernard@telecom-sudparis.eu Sébastien Leriche Enseignant-chercheur à Telecom SudParis, département Informatique sebastien.leriche@telecom-sudparis.eu Avec l aide de Toko Luyeye Ingénieur de recherche à Telecom SudParis toko.luyeye@telecom-sudparis.eu Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 2

Table des matières 5 1 Présentation du projet 5 1.1 Le sujet 6 1.2 Nos objectifs 7 2 Travail réalisé 7 2.1 Étude préliminaire 7 2.1.1 Obtention du SDK 7 2.1.2 Environnement de travail 8 2.1.3 Environnement de test 9 2.1.4 Pile Bluetooth 9 2.1.5 Ouverture 10 2.1.6 Tableau récapitulatif 11 2.1.6 Conclusion 12 2.2 Prise en main de l environnement 12 2.2.1 Présentation du SDK 15 2.2.2 L échec du Samsung Galaxy 16 2.2.3 La victoire du Hero 17 2.2.4 Application test 18 2.3 Le problème du profil PAN 18 2.3.1 Architecture d Android 20 2.3.2 Profil PAN sous Android 20 2.3.3 Nouvelle orientation de notre problématique 21 2.4 Première solution 21 2.4.1 Théorie 22 2.4.2 Pratique 23 2.4.3 Bilan de la première solution Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 3

24 2.5 Deuxième solution 24 2.5.1 Présentation du NDK 25 2.5.2 Théorie 25 2.5.3 Pratique 27 2.5.4 Bilan de la deuxième solution 28 3 Bilan 29 4 Suite du projet 29 4.1 Tests de VoIP 30 4.2 Automatisation de l application 30 4.3 Android Dev Phone 31 Conclusion 32 Bibliographie et références 32 1 Documents relatifs au projet 32 2 Liens Internet 34 Charge de travail Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 4

1 Présentation du projet 1.1 Le sujet Ce projet de développement sur téléphone mobile, encadré par Laurent Bernard du département RST de Telecom Sud- Paris et Sébastien Leriche du département Informatique, s insère dans un projet de recherche plus large mené à Telecom SudParis à la demande de la RATP. En effet, dans le cadre de la modernisation des services de télécommunication entre agents et usagers, la RATP souhaite mettre à profit les évolutions observées dans les technologies de l information et de la communication en faveur des personnes à mobilité réduite. Elle a dans ce but fait appel à Telecom SudParis pour étudier la faisabilité d un service d interphonie mobile visant à mettre en relation les usagers concernés avec un agent RATP. L idée est de permettre à l usager de connecter simplement son téléphone mobile à un point d accès et d accéder au service qui lui permettra d établir une communication bidirectionnelle avec un agent sans utiliser le réseau d un quelconque opérateur GSM. Les deux aspects importants pour ce service sont d une part l utilisation de Bluetooth comme technologie de réseau d accès et d autre part une disponibilité du service pour l usager sur de multiples plate-formes pour smartphones (ou ordiphones, la traduction officielle depuis peu). Le schéma ci-contre présente l architecture réseau simplifiée qui supportera le service en question. Les premiers travaux menés ont démontré la faisabilité d un tel service grâce à la mise en œuvre d une plate-forme d expérimentation et de tests de communications entre usager et agent. Ces résultats concluants ont été réalisés avec un smartphone Sony-Ericsson embarquant le système d exploitation Symbian. Mais d autres tests, notamment avec des smartphones embarquant Windows Mobile, ont mis en évidence des verrous technologiques qui peuvent éventuellement être levés moyennant des développements spécifiques. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 5

1.2 Nos objectifs La faisabilité d un tel service de communication a déjà été démontrée sur quelques supports. Cependant, elle devra à terme avoir été démontrée sur la plupart des environnements pour smartphone existant aujourd hui. Notre équipe de projet ASR a donc eu pour tâche d étudier cette faisabilité sur un support n ayant pas encore fait l objet d études, parmi ceux-ci : Mac OSX Mobile (ou iphone OS, embarqué par exemple sur les Iphone 3GS) et Android (embarqué par exemple sur le Samsung Galaxy). Nos objectifs de projet à proprement parler furent les suivants : Prendre connaissance de tous les travaux effectués dans le cadre du projet global Explorer les possibilités offertes par les environnements iphone et Android Fournir une étude comparative de ces deux supports Choisir celui qui semble le plus adapté à la mise en place du service Développer un prototype d application client permettant d accéder au service sur la plate-forme choisie La fenêtre temporelle de notre projet ASR étant assez courte (environ 10 semaines) et ce sujet nécessitant un investissement important, un calendrier a dû être rapidement mis en place. Des réunions d avancement avec nos encadrants étaient organisées toutes les deux semaines. D autre part, nous devions également donner régulièrement dans le cadre du projet des retours à l équipe de projet RATP, par l intermédiaire de réunions d échange ou de rapports écrits. Nous avons donc mis en place le planning prévisionnel ci-contre. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 6

2 Travail réalisé Après avoir pris connaissance du sujet, une réunion de démarrage avec l ensemble de l équipe de projet de Telecom SudParis a eu lieu, afin que nous puissions prendre connaissance de tous les avancements effectués jusqu à présent sur le projet global. Les différents rapports nous ont été transmis, et leur lecture nous a permis d avoir une vision plus précise du contexte et des moyens dont nous disposions pour mener à bien notre projet. Nous présentons dans cette partie les différentes étapes de notre travail. 2.1 Étude préliminaire Notre premier travail a été l étude comparative des environnements iphone OS et Android, afin de choisir la plate-forme sur laquelle nous allions nous concentrer. Voici les éléments que nous avons étudiés et retenus pour notre comparaison. 2.1.1 Obtention du SDK Développer sur un iphone ou sur Android nécessite l installation d un «kit de développement logiciel» (ou SDK), fourni par les concepteurs du système. Dans le cas d Android, cet outil est totalement libre d accès et gratuit, disponible en téléchargement sur le portail des développeurs d Android. Le SDK pour iphone OS est également gratuit et disponible sur le portail des développeurs d Apple, mais nécessite une inscription gratuite à la communauté des développeurs Apple. 2.1.2 Environnement de travail C est principalement à ce niveau que ces deux environnements se sont avérés différents. Environnement de développement L environnement de développement pour l iphone est Xcode. C est l environnement de développement utilisé pour toutes les technologies Apple, c est pourquoi c est outil n est disponible que pour Mac OS. Le développement d applications Android est possible aussi bien sur Eclipse, que sur Apache Ant ou JDK. C est pourquoi le développement d applications Android est possible aussi bien sur Windows que sur Linux ou Mac. Langage utilisé Le développement d applications pour Android se fait entièrement en Java. Java est un puissant langage orienté objet, utilisé très largement dans le monde du développement. Le développement d applications pour iphone OS Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 7

se fait avec Objective C, une extension du langage C, orienté objet et réflexif. http://www.apple.com/iphone/apps-for-iphone/ Accès à la documentation Dans les deux cas, on dispose d une part d une riche documentation sur les sites officiels de développement des deux plate-formes, et d autre part d une communauté bien vivante de développeurs. Il existe donc de nombreux sites, blogs et forums, professionnels ou amateurs, traitant du développement sur ces deux plateformes. La documentation officielle d Android semble cependant plus claire que celle proposée pour l iphone OS. Publication d applications Les deux plate-formes permettent de rendre disponibles les applications aux utilisateurs finaux via une plate-forme de téléchargement intégrée aux terminaux. Android propose la plate-forme Android Market pour la publication des applications. Notons qu a l heure où nous écrivons ces lignes, il y a environ 20 000 applications sur l Android Market. http://www.android.com/market/ Pour publier une application sur l Android Market, il faut s inscrire sur le site en question et payer des frais d inscription de 25$. http://market.android.com/publish/signup Apple propose la fameuse plate-forme App Store, pionnière, avec à ce jour environ 200 000 applications. Il est nécessaire pour publier des applications sur iphone de souscrire à un des deux programmes pour développeurs proposés: http://developer.apple.com/iphone/program/apply.html Le programme standard, à 99$, permet aux développeurs de publier des applications gratuites ou payantes sur l App Store Le programme entreprise, à 299$, permet aux sociétés de plus de 500 employés de créer des applications propriétaires et de les distribuer de manière privée au sein de leur entreprise 2.1.3 Environnement de test Il est également très important de pouvoir effectuer des tests facilement et rapidement à chaque étape du développement, sans avoir à installer à chaque fois son application sur un terminal. Heureusement, dans les deux cas, les SDK intègrent un simulateur d environnement d exécution (émulateur) reproduisant sur la machine du développeur le comportement du téléphone et permettant de tester le fonctionnement de l application sur un terminal virtuel. Cependant, ces simulateurs ont des fonctionnalités moindre qu un vrai terminal; dans les deux cas, l émulateur ne propose pas de gestion du Bluetooth. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 8

2.1.4 Pile Bluetooth 2.1.5 Ouverture Dans un système d exploitation, les fonctionnalités Bluetooth sont gérées par un composant logiciel du coeur du système appelé «pile Bluetooth» (ou «Bluetooth stack»). Comparons les piles Bluetooth de chacun des environnements. Android Android contient Bluez, la pile Bluetooth open source utilisée par le noyau Linux. http://www.bluez.org/ D après la documentation officielle d Android, le profil Bluetooth PAN n est pas encore supporté officiellement dans Android 2.1. Cependant, le démon «pand» permettant d effectuer des connexions Bluetooth PANU est compilé dans le système et peut être utilisé de manière expérimentale (voir paragraphe sur la première approche). iphone La documentation de l iphone fait très peu état du Bluetooth. Il semble que les développeurs n aient aucun accès aux couches bas niveau de la pile Bluetooth. Nous avons seulement trouvé des méthodes haut niveau (par exemple dans la librairie GameKit, pour connecter deux téléphones via Bluetooth). Même si une partie du profil PAN est implémenté (PAN- NAP pour l utilisation du terminal comme modem Internet), le rôle PANU ne semble pas être présent. Les deux plate-formes présentent chacune quelques limitations. Cependant, des solutions officieuses existent pour les contourner. Même si ces solutions ne sont pas viables dans un environnement de production, elle permettent de faire des expérimentations sur les différentes plate-formes. Certains terminaux embarquant Android ne sont pas mis à jour par les constructeurs lorsqu une nouvelle version d Android est rendue disponible. Cependant, une technique officieuse permet de modifier la version d Android présente sur le terminal («flasher la ROM»). Cette technique permet ainsi d installer une ROM alternative, soit avec plus de fonctionnalités, soit avec un système plus récent ce qui peut être intéressant pour le développeur si une nouvelle version d Android intègre la gestion du profil Bluetooth PAN avec le rôle PANU. Une manipulation officieuse existe aussi pour l iphone. Cette opération appelée «jailbreak» consiste à modifier les droits d accès à la partition système afin de pouvoir modifier directement le système de l appareil et y installer des applications alternatives. Il semble que beaucoup de choses soient faisables sur un iphone jailbreaké. Malheureusement peu de documentation existe pour les développeurs, la communauté ne s exposant que très peu sur Internet. Notons que cette manipulation annule la garantie du téléphone et qu Apple fait tout pour rendre cette manipulation impossible. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 9

2.1.6 Tableau récapitulatif iphone OS Android SDK iphone SDK Android SDK Obtention du SDK Gratuit, sur inscription Gratuit IDE supportés Xcode Eclipse, JDK, Apache Ant Plate-forme de développement Mac Windows, Mac, Linux Langage applicatif Objective C Java Portail des développeurs http://developer.apple.com/ iphone http://developer.android. com Emulateur Oui Oui Gestion du Bluetooth dans l émulateur Plate-forme de publication des applications Non App Store Non Android Market Frais d inscription à la plate-forme de publication 99$ ou 299$ 25$ Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 10

2.1.6 Conclusion Cette étude préliminaire a fait apparaître les forces et faiblesses de chacun des environnements proposés, de sorte que nous avons pu faire le choix de notre environnement de développement. Nous avons décidé de concentrer nos efforts sur Android (avec le Samsung Galaxy acheté par le département RST de Telecom SudParis), et ce principalement pour deux raisons : La portabilité Le développement d applications pour Android peut se faire sur de nombreux systèmes (Windows, Mac, Linux) alors que le développement d applications pour iphone OS est réservé aux possesseurs de Mac. Etant deux sur le projet et Maxime habitant à Paris, nous avons estimé que le fait de pouvoir travailler séparément sur nos machines personnelles (des PC sous Windows) représenterait un gain de temps considérable et faciliterait grandement l organisation du travail. L ouverture Cette étude nous a permis de voir que l étendue des possibilités en terme de développement Bluetooth sur iphone OS est très limitée. Certaines fonctions haut niveau sont disponibles, mais ne correspondent pas à nos besoins. Le développeur n a par ailleurs pas suffisamment accès aux couches bas niveau pour implémenter ce type de fonctionnalité. Android, quant à lui, dispose d une API Bluetooth qui semble plus complète. Si elle ne permet pas encore d effectuer des connexions Bluetooth PANU, il est raisonnable de penser que l implémentation de ces fonctionnalités aura lieu tôt ou tard. En attendant et dans le cadre de l étude de faisabilité, la solution de l utilisation du démon expérimental «pand» nous est apparue comme une solution intéressante. Ce choix étant fait, nous avons rapidement récupéré le Samsung Galaxy, et avons commencé nos premiers pas dans le monde merveilleux d Android. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 11

2.2 Prise en main de l environnement La première étape de notre travail avec l environnement Android a été d appréhender le SDK, l architecture et le développement d une application ainsi que son déploiement sur un terminal embarquant Android. 2.2.1 Présentation du SDK Google a mis en place un grand nombre d outils pour aider les développeurs Android. Le portail des développeurs La première chose à visiter est le portail des développeurs Android, mis en place par Google. liées à Android. Le tout est très bien fait et permet de rapidement être confortable vis-à-vis du développement sur Android. Le SDK Android L outil le plus important est le SDK Android. Facile à installer, il permet de télécharger tous les outils indispensables au développement d applications. Un petit logiciel permet d abord de télécharger les différentes versions du SDK (une version du SDK par version d Android : 1.4, 1.5, 1.6, 2.0 etc.). Il permet également de télécharger les différentes versions des Google APIs (APIs pour intégrer des fonctionnalités liées aux services Google tels que Maps etc.) ou de la documentation JavaDoc. Son fonctionnement est similaire aux gestionnaires de paquets de Linux. http://developer.android.com/ Très complet, ce site présente Android, explique comment installer et utiliser les différents outils (SDK, NDK etc.), propose un ensemble de tutoriels et articles concernant le développement d applications Android, expose la référence de l API Android ainsi que les actualités Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 12

ADT pour Eclipse Eclipse est l Environement de Développement Intégré (ou IDE) le plus largement utilisé pour la programmation Java; très performant, il est de plus gratuit et open source. http://www.eclipse.org/ Le langage privilégié pour le développement d applications Android est justement Java. Google a donc tout naturellement conçu un plugin pour Eclipse (un plugin est un module qui complète un logiciel hôte pour lui apporter de nouvelles fonctionnalités). Android Development Tools, ou ADT, est très complet et surtout très pratique : conception graphique d interfaces utilisateur, debug distant sur un téléphone, gestion de l architecture de fichiers d une application etc. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 13

Emulateur Nous l avons évoqué plus haut, le SDK propose un émulateur Android. Il permet de lancer sur la machine du développeur un terminal virtuel représentant à l écran un téléphone embarquant Android. C est bien évidemment un outil indispensable pour le développement mobile. A chaque version d Android est associée une version de l émulateur, permettant au développeur de voir exactement à quoi ressemblera son application sur un matériel réel. Rappelons cependant que l émulateur ne propose pas toutes les fonctionnalités d un vrai téléphone. Il ne permet par exemple pas d émuler la gestion du Bluetooth. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 14

2.2.2 L échec du Samsung Galaxy Nous venons de voir que l émulateur Android ne permet pas la gestion du Bluetooth. Or, nous avions bien évidemment besoin de cette fonctionnalité pour l application d interphonie. Le département RST de Telecom SudParis a donc fait l acquisition d un téléphone embarquant Android : le Samsung Galaxy. La configuration du Samsung Galaxy est tout à fait classique : Android 1.5»»»» Écran tactile AMOLED HVGA 3.2Mp» 3G, WiFi b/g, Bluetooth, GPS» 8Go de mémoire interne et port microsdhc 115 x 56 x 11,9 mm Sur le papier, ce téléphone était donc parfait pour nous permettre de travailler sur le projet dans de bonnes conditions. En pratique, nous avons rencontré beaucoup de difficultés et nous avons ainsi perdu du temps avec ce matériel. Lorsqu un terminal Android est branché sur un ordinateur via son port USB, deux types de drivers permettent de gérer le matériel : Le driver standard permet d interagir avec le système d exploitation pour les usages standards : synchronisation du téléphone avec les contacts de l ordinateur, le calendrier etc. Le driver ADB est le driver dédié aux développeurs. Il permet de déployer sur le téléphone une application en développement, et de débuguer une application tournant sur le téléphone depuis l IDE Eclipse sur l ordinateur du développeur. En pratique, le driver ADB ne fonctionne pas avec le Samsung Galaxy. Nous ne le savions pas au début et nous avons ainsi perdu beaucoup de temps avec ce problème. Voici l extrait d un article trouvé plus tard sur Frandroid, un excellent portail francophone dédié à Android: Enfin pour les développeurs, sachez que le fonctionnement d adb sur le Samsung reste pour le moment approximatif et des solutions non officielles existent. http://www.frandroid.com/4178/comparatif-htc-hero-etsamsung-galaxy/ Nous étions ainsi complètement bloqués sur le projet. Il nous fallait absolument trouver une solution pour pouvoir concrètement déployer une application sur un matériel. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 15

2.2.3 La victoire du Hero Le département Informatique de Telecom SudParis a fait l acquisition de deux téléphones embarquant Android, des HTC Hero, a peu près au moment où le département RST a acheté le Samsung Galaxy. Ils ont donc gracieusement accepté de nous prêter un HTC Hero le temps du projet. Voici les caractéristiques du HTC Hero: Android 1.5 avec une couche graphique personnalisée développée par HTC Écran TFT LCD tactile multi-touch de 3,2Mp (320 x 480) 3G, WiFi 802.11b/g, Bluetooth, GPS Processeur Qualcomm MSM7200A 528MHz 288MB de RAM»» 512MB de mémoire interne et slot microsdhc 112 x 56.2 x 14.35 mm Le HTC Hero est très bien géré par le driver ADB. Nous pouvions ainsi facilement déployer nos applications sur le téléphone. Nous étions alors dans de bonnes conditions pour continuer notre travail sur le projet. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 16

2.2.4 Application test Rien de mieux pour s habituer à un environnement de développement que de pratiquer cet environnement. C est pourquoi nous avons commencé par développer une application de test pour appréhender les concepts liés aux applications Android : architecture de l application, manifeste de l application, architecture et conception des interfaces utilisateur, «Activities» et «Services» (qui permettent d afficher une fenêtre ou de lancer un service en tâche de fond) et liens entre ces entités, persistance des données etc. Ce travail nous a confortés dans l idée que le SDK Android est vraiment agréable à utiliser: bien conçus, les différents outils permettent de faire gagner beaucoup de temps au développeur. Le SDK Android est donc un modèle d ergonomie. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 17

2.3 Le problème du profil PAN Le sujet de notre projet précise que notre application de communication doit se connecter au réseau de la RATP en utilisant la technologie Bluetooth. Cette technologie de communication sans fil propose différents «profils» de communication, qui correspondent à des spécifications fonctionnelles liés à un usage particulier. Il existe de nombreux profils Bluetooth : le profil HeadSet par exemple, qui permet de gérer la connexion Bluetooth entre un ordinateur et des écouteurs sans fils, ou encore le File Transfer Profile, utilisé pour le transfert de fichiers entre deux appareils. Dans notre cas, le smartphone doit se connecter au point d accès en utilisant le profil PAN, pour «Personal Area Network», qui est un profil général pour la connexion à un réseau local. Ce profil PAN implémente différents rôles, dont le rôle PAN-U (pour PAN-User, utilisateur du réseau) dont va se servir notre téléphone et le rôle PAN-NAP (pour PAN-Network Access Point, ou point d accès réseau) qui sera utilisé sur les points d accès de la RATP. Nous avons donc besoin d accéder au profil PAN sous Android pour effectuer la connexion au point d accès. 2.3.1 Architecture d Android Pour bien comprendre comment accéder à ce profil, commençons par détailler l architecture du système Android. Le portail des développeurs Android nous présente l architecture du système avec le schéma ci-contre. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 18

Linux Kernel Android s appuie sur le noyau Linux 2.6 pour les services système de base tels que la sécurité, la gestion de la mémoire et des processus, le réseau et la gestion des drivers. Le noyau sert de couche d abstraction entre le matériel et le reste de la pile logicielle. Android Runtime Android inclut un ensemble de librairies fournissant la plupart des fonctionnalités des librairies standard de Java. Chaque application Android s exécute dans un processus, avec sa propre instance de la machine virtuelle Java, appelée Dalvik. Dalvik a été écrit pour optimiser l exécution d une multitude d instances de la machine virtuelle, avec une empreinte mémoire réduite. Dalvik s appuie sur le noyau Linux pour les fonctionnalités bas-niveau tels que les threads ou la gestion de la mémoire. Libraries Android fournit un ensemble de librairies C/C++ utilisées par différents composants du système. Ces fonctionnalités sont rendues disponibles aux développeurs au travers du framework d application d Android. On trouve parmi ces librairies: librairie C standard, moteurs d affichage 2D et 3D, SQLite, rendu des polices de caractères etc. Application Framework Le framework d application est la couche qui nous intéresse tout particulièrement. C est elle qui fait le lien, grâce à un ensemble d APIs Java, entre le système et l application. Étant un système ouvert, Android permet aux développeurs de concevoir des applications très riches et de tirer partie d un maximum de fonctionnalités. Les développeurs ont donc accès aux même fonctionnalités que celles utilisées par les applications fournies avec Android. Toute application Android repose sur un ensemble de services et systèmes parmi lesquels : Un ensemble de «Views» permettant de construire l interface graphique de l application : listes, grilles, champs textes, images, et même intégration d un navigateur web ou d une vue Google Maps Des «Content Providers» qui permettent aux applications d accéder à des données d autres applications ou de partager ses propres données Un «Ressource Manager» pour accéder à des éléments autres que du code : données textuelles traduites, images, descriptions XML d interfaces graphiques etc. Un «Activity Manager» pour gérer le cycle de vie de l application Ce rapide survol de l architecture du système nous permet de mieux comprendre comment fonctionne une application Android. Confinée dans la couche la plus haute, elle accède au système uniquement via les APIs Java exposées par la couche Application Framework. Ainsi, si une fonctionnalité est présente dans le noyau Linux (couche rouge sur le schéma) ou dans les libraires système (couche verte), mais qu elle n est pas reliée au framework d application, elle ne sera pas utilisable directement dans une application Android. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 19

2.3.2 Profil PAN sous Android Le profil PAN est bien présent sous Android, cependant il se trouve au niveau du noyau Linux, et n a pas encore été relié à l API Java de développement d applications. Cela signifie que les développeurs d applications d Android n ont pas accès à ce profil. Normalement le profil PAN se trouve donc hors de notre portée. Il est donc impératif pour nous de trouver un moyen de contourner ce problème et de faire fonctionner une connexion utilisant le profil PAN sur le téléphone. 2.3.3 Nouvelle orientation de notre problématique Nous avons donc dû réviser nos objectifs initiaux, puisque le développement d une application serait inutile tant que nous n avons aucun moyen d effectuer la connexion Bluetooth entre le téléphone et le point d accès. Nous nous sommes donc concentrés sur les différents moyens de faire marcher le profil PAN sous Android, et les tests de ses différents moyens, avant de se servir de ces résultats pour développer l application finale. Nos recherches nous ont permis d identifier deux solutions, que nous détaillons dans la partie suivante. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 20

2.4 Première solution 2.4.1 Théorie La gestion du Bluetooth dans une application passe par l API Java Bluetooth d Android. Malheureusement, au moment du projet, le profil Bluetooth PAN n était pas intégré à l API Java et donc pas utilisable directement dans une application. Nous venons de voir qu Android est basé sur le noyau Linux 2.6 et il contient Bluez, la pile Bluetooth open source du noyau Linux. Bluez supportant le profil PAN, on pouvait penser que le système contenait les briques nécessaires pour la gestion du profil en question, même si ces briques n étaient pas reliées au framework d application. Le schéma cicontre présente l architecture du Bluetooth dans Android. Les «briques de base» du profil PANU sont présentes dans le rectangle «Bluez» mais ne sont pas reliées à l API Java comme c est le cas, par exemple, pour RFCOMM. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 21

C est le démon «pand» qui permet de gérer le profil PAN sous Linux (avec ses trois rôles PANU, NAP et GN). Cet exécutable est compilé avec Android et est donc présent dans le système. En théorie, il suffit donc de lancer ce démon pour établir une connexion Bluetooth PANU. Le problème est que le système Linux, et encore plus Android, est très restrictif en terme de droits d accès. Lorsqu un usager (un utilisateur physique) interagit avec son terminal, il utilise de manière transparente un utilisateur virtuel sur le système (on peut faire l analogie avec les comptes utilisateurs de Windows). Ainsi, l utilisateur virtuel standard d Android n a pas accès aux fichiers système et notamment au démon «pand». Pour y accéder, il faut bénéficier des droits d accès du super utilisateur «root». Bien évidemment, par défaut «root» n est pas utilisable. Il est cependant possible d avoir accès à cette fonctionnalité en «débloquant» le téléphone. Cette manipulation officieuse consiste à modifier le système installé sur le téléphone (flasher la ROM). Des acteurs de la communauté ont ainsi rendu disponible des ROM alternatives permettant, entre autre, l accès à l utilisateur «root». Notons cependant qu une solution officielle (et plus pratique, comme nous le verrons plus loin) existe. Google distribue des «Android Dev Phone» ou ADP, téléphones dédiés aux développeurs et complètement débloqués : l utilisateur «root» est accessible et il est facile de flasher la ROM pour installer une version modifiée. Dans notre cas, nous avions un téléphone standard sans accès à l utilisateur «root». Il suffisait donc, en théorie, d installer une ROM alternative et de lancer avec l utilisateur «root» le démon «pand» créant ainsi une connexion Bluetooth PANU avec notre point d accès Bluetooth. Un article lu sur le blog d un développeur nous montra que cette solution était théoriquement possible. Notons que l auteur de ce billet utilisait un ADP! http://mrkunkel.com/2009/08/11/the-other-tether-theg1android-as-a-bluetooth-panu-client/ Il est important de préciser que cette approche est une «bidouille» et n est donc absolument pas envisageable dans un environnement de production. Les utilisateurs finaux de l application ont pour la plupart un système standard et donc pas l accès à l utilisateur virtuel «root». Cette approche permet cependant de montrer que le système contient les éléments nécessaires à l établissement d une connexion Bluetooth PANU. 2.4.2 Pratique En pratique, ce ne fut pas si simple. Nous avons installé différentes ROMs, chacune venant avec son lot d erreurs et de difficultés. Modaco custom ROM http://android.modaco.com/content/htc-hero-heromodaco-com/292018/11-jan-3-1-modaco-custom-rom-forgsm-hero/ La «Modaco custom ROM» donne accès à l utilisateur root. Le démon «pand» n est plus Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 22

présent dans le système, mais il est présent dans une application installée par défaut avec la ROM. Nous n avons cependant pas réussi à créer une connexion Bluetooth PANU. Il nous manquait dans cette ROM des outils initialement fournis dans Android tels que «hcitool». Firmware Smartphone France http://android.smartphonefrance.info/actu.asp?id=328 Le portail Smartphone France propose lui aussi une ROM alternative pour Android avec accès à l utilisateur «root». Nous avons avec cette ROM rencontré les mêmes problèmes avec la ROM Modaco, à savoir qu il nous manquait certains éléments clés du système pour faire fonctionner le profil PAN. Modaco stock rooted ROM http://android.modaco.com/content/htc-hero-heromodaco-com/291942/22-jan-stock-roms-radios-in-update-zipformat-for-gsm-hero/ Le portail Modaco propose également une ROM «stock rooted», c est-à-dire une ROM usine avec comme seule modification l accès à l utilisateur «root». En théorie, cela devait résoudre nos problèmes. En pratique, nous n avons pas trouvé le démon «pand» (ni d ailleurs d autres outils usuels tels que «locate», «which» ou même «grep»!). Nous avons donc eu des doutes sur le fait que cette ROM soit réellement une ROM usine. 2.4.3 Bilan de la première solution Cette première approche se solde donc par un échec. Parce que nous n avions pas accès à l utilisateur «root», nous n avons pu lancer un appel système au démon «pand». Nous n avons de plus pas réussi à obtenir un système réunissant tout ce dont nous avions besoin: démon «pand», outils associés et utilisateur «root». Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 23

2.5 Deuxième solution Cette solution nous est apparue assez tardivement (dans les deux dernières semaines du projet), grâce aux conseils de Sébastien Leriche. Elle consiste en l utilisation du NDK. 2.5.1 Présentation du NDK JNI D après http://fr.wikipedia.org/wiki/java_native_ Interface Le JNI (Java Native Interface) est un framework qui permet à du code Java s exécutant à l intérieur de la JVM d appeler et d être appelé par des applications natives (c est-à-dire des programmes spécifiques au matériel et au système d exploitation de la plateforme concernée), ou avec des bibliothèques logicielles basées sur d autres langages (C, C++, assembleur, etc.). Voici quelques exemples d utilisation de la JNI : Implémentation de fonctions du système d exploitation qui ne sont pas présentes dans la bibliothèque Java Interfaçage avec des applications écrites dans d autres langages NDK Amélioration des performances, un langage compilé (c est-à-dire du code natif) étant plus rapide que de passer par le bytecode de Java. Le NDK pour Android (Native Development Toolkit) propose un ensemble d outils pour permettre aux développeurs d utiliser le framework JNI dans leurs applications. Alors qu une application s éxécute au sein de la machine virtuelle Dalvik, le NDK permet d implémenter une partie de l application en utilisant du code natif tel que C ou C++. Cette technique permet d une part d améliorer les performances de certains algorithmes ou programmes, et d autre part d avoir Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 24

accès à plus de fonctionnalités que ce que propose l Application Framework. Le NDK fournit: Un ensemble d outils pour compiler du code source C ou C++ pour Android Une manière de déployer ce code compilé sur un matériel Android et de l intégrer à une application Android écrite en Java De la documentation, des exemples et des tutoriels 2.5.2 Théorie Dans notre cas, ce qui est intéressant est de pouvoir accéder aux fonctionnalités du démon «pand», situé dans la pile Bluetooth Bluez, elle-même faisant partie du noyau Linux tournant sur le téléphone. Bluez étant un projet open source, l idée était de récupérer le code source du démon «pand» et, grâce au NDK, de l incorporer dans du code natif qui sera ensuite appelé par notre application. Évidemment, cette méthode semble quelque peu archaïque, puisqu elle consiste à recopier du code déjà présent dans le système au sein de notre application. Cependant, son avantage principal est de ne pas nécessiter de modification préalable du téléphone, contrairement à la solution précédente. En effet, elle n a pas recours à des opérations nécessitant des droits d administration, le flashage du téléphone est donc inutile. De plus, cette solution est potentiellement portable sur tout système Android. Cette solution semble donc la plus propre et la plus viable pour le projet, tant que le profil PANU n aura pas été implémenté directement au sein de l API Java. Elle est tout à fait envisageable dans un environnement de production. 2.5.3 Pratique Nous avons dans un premier temps téléchargé et installé le NDK Android sur nos machines. La configuration s est faite sans problème. Nous avons pu rapidement concevoir et développer une application permettant de tester le NDK en faisant appel à une fonction écrite en C++ depuis notre application Android écrite en Java. Les premiers tests furent donc concluants. L étape suivante a alors été de récupérer le code des fonctions qui nous intéressaient et de les incorporer dans notre application. Nous avons donc téléchargé le code source de Bluez et regardé les sources. Malheureusement pour nous, Bluez est un projet peu documenté avec un code source non commenté et assez obscur. Il nous a donc fallu un certain temps pour comprendre la structure du code et isoler la partie concernant l établissement d une connexion Bluetooth PANU. Une fois cette partie isolée, il ne restait plus qu à la recopier dans notre projet NDK et de compiler le tout pour Android. Mais bien entendu, la compilation s est avérée assez difficile. En effet, de nombreuses fonctions déclarées dans ce code étaient en réalité définies dans d autres fichiers. A l édition des liens, nous obtenions donc de nombreux messages d erreur signalant des fonctions introuvables. Aucune documentation n étant disponible, il a fallu pour chacune de ces fonctions rechercher le fichier la définissant, l incorporer Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 25

au projet, puis corriger toutes les nouvelles erreurs de syntaxe et de dépendance liées à l arrivée de ces nouveaux fichiers dans le projet. Ce fut donc un travail long et fastidieux. Cependant, nous avons fini par réussir à éliminer toutes les erreurs de compilation et d éditions des liens et à compiler notre application. En pratique, notre application affiche un champ de texte dans laquelle on peut renseigner l adresse MAC du point d accès Bluetooth auquel on désire se connecter. Lorsque l utilisateur appuie sur le bouton de validation, une fonction native est appelée, avec en paramètre l adresse MAC fournie par l utilisateur. Cette fonction essaie de se connecter au point d accès avec le rôle PANU, puis affiche le code de retour du programme (message d erreur ou de succès) dans un boite de dialogue. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 26

2.5.4 Bilan de la deuxième solution Nous n avons malheureusement pas réussi à établir une connexion Bluetooth PANU avec succès en utilisant cette méthode. Le programme compile et la fonction s exécute sur le téléphone, mais des erreurs se produisent à l exécution. La suite du travail était donc de comprendre ces erreurs et de les corriger. Nous n avons cependant pas eu le temps de continuer ce travail dans le cadre de notre projet. Cela a cependant permis de montrer que l intégration du code source du démon «pand» via le NDK est une solution très intéressante. Nous pensons qu il s agit de la meilleure solution tant que le profil PANU ne sera pas officiellement intégré dans l API Java de gestion du Bluetooth. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 27

3 Bilan Nous avons donc terminé notre projet avec un bilan plutôt mitigé. D un côté, nous avons effectué un grand travail de tri de l information et de résolution de problèmes qui permettra aux groupes de travail après nous de gagner du temps et de directement travailler sur le coeur du problème. D un autre côté, nous aurions aimé réussir à déployer avec succès une connexion Bluetooth PANU! Notre intuition nous dit qu avec tout le travail que nous avons réalisé, le déploiement effectif du profil PANU sous Android n est pas loin. Nous regrettons donc ne pas avoir eu le temps de réussir cette tâche. Enfin, sur un plan plus personnel, nous avons regretté de ne pas avoir eu plus de programmation à faire, l essentiel du travail réalisé sur le projet étant de manipuler Android sous toute ses coutures pour comprendre pourquoi telle ou telle manipulation ne marchait pas. Ce fut cependant une expérience enrichissante et surtout très intéressante. Nous sommes maintenant parfaitement à l aise avec le système Android et le développement d applications dédiées. La technologie étant vraiment d actualité, c est une expérience que nous pouvons donc valoriser auprès des entreprises, aspect important puisqu à l heure où nous écrivons ces lignes nous nous apprêtons à entrer dans la vie active. Par rapport au planning initial, la répartition effective du temps de travail s est faite assez différemment, puisque presque tout le temps dédié au développement de l application a été utilisé en réalité pour les tests des différentes solutions d utilisation du profil PAN sous Android. Notre plan de charge effectif est disponible en annexe, et reflète clairement cet état de fait. Rétrospectivement, nous nous sommes rendus compte que le planning initial aurait dû prévoir qu une phase de tests de connexion Bluetooth serait nécessaire avant de se lancer dans le développement de l application, et cet oubli n a pas facilité l organisation de notre travail. Il aurait été cependant bien difficile de prévoir quelle ampleur cette phase allait prendre, ainsi que tous les problèmes qu elle allait nous apporter. Nous estimons que ce temps de recherche de solutions au problème du profil PAN et de test nous a coûté plus de 60 heures de travail chacun, soit environ 40% de notre temps passé sur le projet. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 28

4 Suite du projet Notre projet ASR s inscrivant dans le cadre d un projet plus global, il nous semble important de faire en sorte que notre travail puisse être facilement réutilisé par la suite pour servir de base pour des développements futurs, d autant plus que la reprise de nos travaux fera l objet d un projet PJ20 à Telecom SudParis cette année. Si nous n avons pas pu remplir tous les objectifs que nous nous étions fixés au début du projet, notre travail aura permis d identifier les problèmes majeurs liés au développement de cette application, et d apporter une base de solution qui nous semble satisfaisante. Cette base permettra à l équipe PJ20 de démarrer dans la bonne direction et d éviter les problèmes que nous avons eus à résoudre. Voici selon nous les prochaines étapes du projet. 4.1 Tests de VoIP Une fois la connexion Bluetooth mise en place, l utilisateur devra pouvoir appeler un agent RATP via un protocole de voix sur IP. L application devra donc, après connexion Bluetooth et initialisation des paramètres réseau IP, lancer une application de VoIP permettant d appeler un poste sur le réseau. Une fois l application de VoIP choisie et reliée à notre application, des tests devront être effectués pour s assurer que la communication via ce logiciel fonctionne correctement. Il existe différents logiciels VoIP disponibles sur Android, notamment «sipdroid», qui semble correspondre à nos besoins et fonctionner sur un réseau local. Il s agit d un projet open source, on peut ainsi s intéresser à la possibilité d adapter et d intégrer le code source de cette application à l application dédiée au projet (attention cependant aux questions de licence). http://sipdroid.org/ D autres logiciels comme Fring ou NimBuzz sont disponibles, mais semblent cependant moins intéressants, car ils nécessitent de créer un compte avant utilisation. D autre part Fring nécessite pour fonctionner un accès à Internet, tandis que notre application est vouée à être exécutée uniquement sur un réseau local. Notons que ces informations sont théoriques et qu elles nécessitent d être approfondies. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 29

4.2 Automatisation de l application Un des aspects fonctionnels qui doit également être mis en place est l automatisation de l application. En effet, plutôt que de demander à l utilisateur d entrer toutes les informations nécessaires, l application doit une fois lancée découvrir d elle-même tous les points d accès à portée, choisir d elle-même celui auquel se connecter, et une fois connectée lancer d ellemême un appel vers un poste d un agent de la RATP. En ce qui concerne la découverte des points d accès bluetooth, nous avons trouvé au cours de nos recherches une méthode qui semblerait convenir. Nous n avons pas pu la tester par manque de temps mais nous pensons qu elle mérite qu on s y attarde. L article original détaillant cette méthode peut être consulté à l adresse suivante : http://blog.bruary.net/2009/07/android-bluetoothhacking-using-ndk.html Notre travail effectué sur le projet est disponible sur un serveur SVN, avec toute la documentation correspondante. http://code.google.com/p/gou1-sandbox/source/ browse/#svn/trunk/android Nous nous proposons de plus de rencontrer les futurs membres du projet PJ20 afin d échanger sur le projet, de faciliter la transition. 4.3 Android Dev Phone Google propose aux développeurs deux téléphones entièrement débloqués et sans aucun blocage de la carte SIM : accès à l utilisateur système «root», possibilité de flasher la ROM pour installer sa propre version du système Android etc., ce matériel est l idéal pour les développeurs. Il serait éventuellement judicieux de faire l acquisition d un tel téléphone pour réduire les soucis liés au matériel; la difficulté que nous avons eu à trouver une ROM alternative correcte pour le HTC Hero illustre bien ces soucis. http://developer.android.com/guide/developing/device. html#dev-phone-1 Le premier ADP, surnommé ADP1 et basé sur un HTC Dream/G1, est proposé au prix de 399$ sur le portail des développeurs Android. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 30

Conclusion Cette étude a permis de montrer que le déploiement de l application de communication Bluetooth était théoriquement possible sur la plate-forme Android. Même si nos expérimentations concrètes ont échoué, nous sommes confiants qu une solution est possible moyennant un travail supplémentaire. Il nous parait de plus judicieux de remarquer que le profil PAN sera probablement implémenté, dans le futur, dans l API Java Bluetooth d Android. En effet, chaque nouvelle version d Android apporte son lot de nouveautés, y compris concernant le Bluetooth; plusieurs profils ont ainsi été implémentés depuis Android 1.0. Aucune date n est cependant officiellement prévue concernant l intégration du profil PAN à Android. Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 31

Bibliographie et références 1 Documents relatifs au projet Rapport de projet «Projet RATP - Voix sur Bluetooth» Lidia Rodriguez Fernandez & Oussama Ben Cheikh Souguir, Juin 2007 Rapport de projet «Expérimentation de la voix sur Bluetooth» Achille Notue Souop & Philippe Tagoum Fogang & Dafé Gnabaly, 2008 Rapport de stage «L interphonie mobile sur Bluetooth» Toko Luyeye, novembre 2008 2 Liens Internet Portail des développeurs Apple (références, documentation, tutoriels) http://developer.apple.com/ Portail des développeurs Android http://developer.android.com/ Documentation officielle du Bluetooth sur Android http://developer.android.com/guide/topics/wireless/bluetooth.html http://developer.android.com/reference/android/bluetooth/package-summary.html Etablissement d une connexion Bluetooth PANU sur un ADP1 http://mrkunkel.com/2009/08/11/the-other-tether-the-g1android-as-a-bluetooth-panu-client/ Site officiel de Bluez http://www.bluez.org/ Référence du NDK Android http://developer.android.com/sdk/ndk/1.5_r1/index.html Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 32

Application alternative de «Tethering» pour Android, utilisant le démon «pand» http://code.google.com/p/android-wifi-tether/ Tutoriel sur le NDK avec utilisation du Bluetooth http://blog.bruary.net/2009/07/android-bluetooth-hacking-using-ndk.html API Bluetooth expérimentale pour Android http://code.google.com/p/android-bluetooth/ Tutoriel en français pour flasher la ROM du HTC Hero http://wiki.smartphonefrance.info/%28x%281%29s%28r1onbd554mjg4rntopujcy45%29%29/ Default.aspx?Page=hero-upgrade-modaco-rom&AspxAutoDetectCookieSupport=1 Communauté anglophone dédié au HTC Hero, nombreuses ROM disponibles http://android.modaco.com/content/htc-hero-hero-modaco-com/ Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 33

Charge de travail Guillaume Maxime Total en heures 153 151 Tâche Proposition calendrier 1 1 Recherche de documentation sur Android et iphone 10 15 Rédaction du rapport préliminaire 5 4 Récupération du SDK Android, installation, configuration, premiers tests 5 5 Tests de pilotage du Samsung Galaxy via l'interface USB 5 10 Construction d'une première application "bac à sable", installation sur HTC Hero 10 10 Préparation & présentation RATP 4 4 Documentation sur le rootage, premier rootage du HTC Hero 10 10 Tests d'exécution du démon "pand" sur Hero rooté 20 30 Documentation sur le NDK, récupération, installation 5 4 Configuration du NDK, Développement d'une application Hello World utilisant le NDK 3 0 Récupération, étude du code de Bluez 10 5 20 8 Développement d'un prototype d'application de à un point d'accès Bluetooth utilisant le NDK Rédaction rapport 20 20 Préparation présentation 10 10 Réunions d'avancement 15 15 Guillaume Faure & Maxime Raoust - Telecom SudParis - Janvier 2010 Page 34