dimanche 17 novembre 2013

Client Server Bluetooth en java : un peu de théorie.

1. Préparation
2. Un peu de théorie sur bluetooth
3. Le code commenté
4. Le projet eclipse avec toutes les dépendances

Cette partie a pour but de voir le minimum necessaire sur la spécification bluetooth pour pouvoir comprendre les apis logiciels que nous mettons en oeuvre dans ce tutoriel. Ce résumé à ma sauce s'appuie sur :



Le dernier article est très complet et je vous conseille de l'approfondir pour étudier l'utilisation du JSR 82.

Le stack bleutooth 


Ce sont les couches logicielles qui nous interesse et ne parlerons pas des couches matérielles. 

L2CAP
L2CAP (Logical Link Control & Adaptation Protocol) fournit les services de multiplexage des protocoles de niveau supérieur et la segmentation et le réassemblage des paquets ainsi que le transport des informations de qualité de service. Les protocoles de haut niveau peuvent ainsi transmettre et recevoir des paquets jusqu'à 64 Ko. Elle autorise un contrôle de flux par canal de communication.

La couche L2CAP utilise des canaux logiques.
Dans le java bluetooth stack cette couche est représenté par l'interface L2CAPConnection. Comme elle respecte le CLDC Generic Connection Framework (http://www.oracle.com/technetwork/systems/index-155711.html) elle est accompagnée de L2CAPConnectionNotifier qui permet de créer des connections de type server. 

En pratique on ne travaillera pas directement avec L2CAPConnection mais plustôt avec l'interface StreamConnection et StreamConnectionServer qui respecte les mêmes contrats. En effet travailler L2CAPConnection nous oblige à limiter la taille de nos paquets et à gérer le réassemblage de paquets. Néanmoins voici un exemple d'utilisation de des interfaces.   
//coté client 
//.....
 L2CAPConnection conn = (L2CAPConnection) 
//on suppose que le server écoute sur le port 1003 on verra qu'en fait les services 
//sont découverts dynamiquement.
          Connector.open("btl2cap://0050CD00321B:1003;ReceiveMTU=512;TransmitMTU=512");
PrintStream out = new PrintStream(conn.openOutputStream());
//...

//coté serveur 
//.....
L2CAPConnectionNotifier service = (L2CAPConnectionNotifier) 
           Connector.open("btl2cap://localhost:0050CD00321B;ReceiveMTU=512;TransmitMTU=512");
L2CAPConnection conn = (L2CAPConnection) service.acceptAndOpen();
InputStream is = conn.openInputStream();


Comme nous le disions précédemment "Elle autorise un contrôle de flux par canal de communication" c'est pourquoi on trouve dans ces deux urls les parametres ReceiveMTU et TransmitMTU :

/**
 * ReceiveMTU
 * specifies the maximum payload size this connection can accept, and
 * TransmitMTU specifies the maximum payload size this connection can
 * send
*/



RFCOMM 

Il est exigé d'un stack bluetooth qu'au dessus de sa couche L2CAP un protocole série soit émulé : RFCOMM (Radio frequency communication).

Cette exigence connu aussi sous Serial Port Profile (SPP) existe car beaucoup de processus savent communiquer avec ce protocole plutôt qu'avec L2CAP.

Par exemple pour les tests sur un PC on peut utiliser Hyper Terminal pour voir les données arrivant sur le port émulé COM.

Je ne présente pas d'exemple d'utilisation avec RFCOMM car je pense que c'est la même chose que pour L2CAP. On trouve deux classes : BluetoothRFCommConnection et BluetoothRFCommConnectionNotifier qui implémentent respectivement StreamConnection et StreamConnectionNotifier que nous allons étudier plus en détail.

 Je n'ai néanmoins pas approfondi cette partie et toute remarque est bienvenue.

SDP 

Service Discovery protocole, qui permet de découvrir les autres devices à portée du client. Le code du précédent article présente ce processus et est déjà abondemment commenté.

TCS 

Telephony Control Protocol, est un protocole obsolète orienté donnée binaire, je n'ai pas cherché à l'étudier, si vous pouvez apporter plus de précision sur son rôle c'est avec plaisir que je lirai vos commentaires.

OBEX

 Obex est un protocole permettant l'échange d'objet, nous n'allons pas l'étudier dans ce tutoriel, mais vous trouverez deux exemples de codes : 

Client Obex : http://bluecove.org/apidocs/overview-summary.html#OBEXPutClient
Server Obex : http://bluecove.org/apidocs/overview-summary.html#OBEXPutServer

Les profils

Un profil correspond à une spécification fonctionnelle d'un usage particulier. Les profils peuvent également correspondre à différents types de périphériques.

Les profils ont pour but d'assurer une interopérabilité entre tous les appareils Bluetooth. Ils définissent : la manière d'implémenter un usage défini les protocoles spécifiques à utiliser les contraintes et les intervalles de valeurs de ces protocoles.

On a vu un de ces profils SPP (Serial Port Profile), lorsqu'un insdustriel souhaite obtenir la certification Bluetooth il doit valider une certaine quantités de ces profils.

La notion de client et de serveur.

Il faut bien différencier la notion de client et de serveur, un serveur publie un service et un client le consomme. Un device peut à la fois être client et serveur, aucun stack ne met de limite à être soit uniquement client soit uniquement serveur.

Voici un diagramme d'activité qui illustre ce que nos deux codes (code client et code serveur) vont faire.



Le code client.

Il va commencer par découvrir les devices bluetooth autour de lui : Un casque bluetooth, un téléphone, un autre ordinateur, etc.

C'est la phase d'inquiry, il va envoyer des ondes tout autour de lui pour dire qu'il cherche à découvrir les autres devices. Si les autres devices ont décidé de se rendre découvrable alors ils répondront à ce message d'inquiry pour dire qu'ils sont présents. Cela permet au client d'acquerir les adresses physiques des devices autour de lui et lui permet de les mettre dans son cache.

Enfin une fois qu'il aura découvert ces devices il va demander s'il existe un service spécifique sur le devices auquel il s'adresse. Si la réponse est positive alors la communication va avoir lieu.

Le code serveur

Il publie un service en ajoutant donc une entrée (Un service record) dans le SDB (Service Data Base) puis il se met en attente d'une requète entrante.

Et La sécurité et l'appairage des appareils ?


Cette partie n'est pas de la responsabilité des codes serveur ou client. C'est le statck sous-jacent qui doit s'occuper de l'appairage et de l'authentification des appareils entre eux.

Au mieux les codes peuvent exiger que l'échange n'ai lieu que si les appareils se sont authentifiés et/ou que l'échange soit cryptés, mais ce n'est pas eux qui  géreront cette partie.



lundi 4 novembre 2013

Client Server Bluetooth en Java : préparation.


1. Préparation
2. Un peu de théorie sur bluetooth
3. Le code commenté
4. Le projet eclipse avec toutes les dépendances

Cette article suppose que vous débutez en Java et sur Bluetooth et s'adresse à ceux qui souhaite avoir un tutoriel qui explique comment mettre en oeuvre un serveur et un client qui permettront à deux PC d'échanger des données.


Le code complet du projet eclipse illustrant ce tutoriel peut-être téléchargé ici, toutes les librairies sont incluses.
https://www.dropbox.com/s/e5r74khzt75wvbq/bluetooth.zip

Première étape, comprendre et vérifier le bon fonctionnement du  stack java bluetooth

Un stack bluetooth est une pile d'interface matériels puis logiciels permettant au logiciels utilisateurs de communiquer avec un device bluetooth. Plus on est haut dans la pile, plus le niveau d'abstraction est élevé.

Par exemple L2CAP est assez bas niveau et ressemble à un échange entre deux sockets, Obex permet l'échange de fichier, le profil main libre permet d'envoyer un appel téléphonique dans l'autoradio...

Nous reviendrons en partie 2 du tutoriel pour expliquer ces différentes couches et ce que l'on peut faire avec.

Différents fabricants ou éditeurs de logiciels (souvent des éditeurs d'OS) propose leur stack, parmi ceux-ci on peut citer les plus connus :
  • Broadcom (WIDCOMM)
  • Winsock (Microsoft)
  • BlueSoleil (IVT Corporation)
  • OS X (Universal Mac)
  • Linux BlueZ (D-Bus BlueZ API)
  • Linux BlueZ (historic BlueZ API)
Le stack java bluetooth est l'ensemble des api que que la plateforme java va mettre à votre disposition pour pouvoir écrire des programmes qui utiliseront ce stack natif sans avoir à vous préocuper du stack véritablement installé sur votre machine. En clair il va déléguer les appels à la librairie native qui sera installée sur votre poste.

En java les api d'utilisation du stack bluetooth sont défini par la JSR 82 : http://www.jcp.org/en/jsr/detail?id=82. Cette JSR a été créé en 2000 et sa dernière mise à jour est de 2010.

En utilisant cette api les développeurs n'ont pas à se préocuper de la façon dont l'os et les matériels gère bluetooth, leur code est (théoriquement) immédiatement portable pourvu qu'au classpath soit ajouté une implémentation du stack pour l'environnement cible.

Sur la base de cette JSR plusieurs éditeurs ont proposé leurs implémentations dont certaines en licence open-source comme bluecove. Tous les éditeurs n'ont pas forcément choisi de supporter tous les os comme electric blue qui ne supporte que les stacks windows.



Un mot sur les emulateurs

Pour faire tourner les tests unitaires, pour développer sur des machines ne disposant pas de stack bluetooth, on peut remplacer le stack natif par un émulateur. Pour blue cove on peut utiliser http://bluecove.org/bluecove-emu/. Electric blue fournit aussi un émulateur : http://www.javabluetoothstack.com/bluesim.htm.


Commençons par découvrir les devices bluetooth autour de nous

Je vais utiliser bluecove pour la partie pc aussi bien sur debian que sur windows

Le code complet du projet eclipse illustrant ce tutoriel peut-être téléchargé ici, toutes les librairies sont incluses.
https://www.dropbox.com/s/e5r74khzt75wvbq/bluetooth.zip

Installation sous Debian x64

Le support pour x64 de blue cove est disponible depuis la version 2.1.1 vous trouverez les derniers snapshots ici.
http://snapshot.bluecove.org/distribution/download/
Le projet eclipse les inclut également vous n'avez pas besoin de les télécharger.

Ensuite il faudra vous assurer que le package libluetooth-dev est installé sur la debian
# apt-cache show libbluetooth-dev

Sinon vous devrez l'installer
# apt-get install libluetooth-dev

Par défaut bluecove ira chercher cette librairie dans /usr/lib/ créer donc un lien sybolique vers cette librairie dans ce répertoire

# ln -s /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libbluetooth.so /usr/lib/libbluetooth.so


Installation sous Windows

Windows 7 et Windows 8 on été testé avec une version récente du JDK sur un ordinateur portable disposant du bluetooth et ont fonctionné sans efforts particuliers.

Attention néanmoins pour les tests sous windows 8 j'ai utilisé le portable de ma femme et j'ai acheté un dispositif bluetooth USB car son HP n'avait pas de bluetooth intégré. Dans l'emballage de l'USB était proposé par défaut les drivers de BlueSoleil qui sont très mal supportés par BlueCove. J'ai du les désinstaller puis replugger le dongle et laisser Windows 8 installer son propre stack : Winsock. Pour une listes des stacks supporté par blueCove : https://code.google.com/p/bluecove/wiki/stacks.

 Lancer l'application

Maintenant pour tester que le java stack bluetooth est opérationel faite run as java application sur la classe Client.



Vous pouvez constater que mon Samsung Galaxy S2 a été découvert. Pour ce faire il faut rendre le téléphone découvrable le temps que vous exécutiez ce test : en activant le bluetooth android vous proposera de le rendre découvrable pendant deux minutes.


On remarque aussi que dans l'environnement linux c'est le stack bluez qui est utilisé, dans un environnement windows c'est le stack winsock qui sera utilisé.



Cette première étape est necessaire c'est l'étape d'inquiry: découvrir les autres dispositifs bluetooth. Après avoir découvert les dispositifs il faut maintenant se connecter à ces derniers.


Liens utile :

La documentation offcielle d'android sur l'utilisation de bluetooth
http://developer.android.com/guide/topics/connectivity/bluetooth.html

Un tutoriel sur l'api bluetooth d'android.
http://homepages.ius.edu/RWISMAN/C490/html/Android-Bluetooth.htm


Un tutoriel sur l'utilisation de la JSR 82
http://homepages.ius.edu/RWISMAN/C490/html/JavaandBluetooth.htm

Sur le site d'Oracle : Putting the core API to work
http://www.oracle.com/technetwork/articles/javame/index-140411.html