Android系统文献综述.docx
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Android系统文献综述
本科毕业设计文献综述
院（系）：
信息工程学院
专 业：
计算机科学与技术
姓名：
学号：
完成日期：
2012年5月20日
文献综述
随着手机的普及以及手机应用的深入人心，近几年Android应用的开发成为了人们关注的话题。
而蓝牙技术作为短距离通信的研究热点与核心技术，近年来得到了广泛的关注和快速的发展。
本文主要就研究、学习Android系统与蓝牙技术中参考的一些文献资料及国内外理论进行了梳理，为本科毕业设计的顺利完成提供了相关理论基础和方法。
1Android系统研究
Android是基于Linux平台的开源手机操作系统的名称，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，而且不存在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件[1]。
Android的开发概括为两类：
一是系统开发，包括低层linux内核的裁剪和扩展，硬件驱动的开发和系统移植等，从业人员主要工作在硬件厂商的公司里：
而是应用开发，主要包括游戏开发、Android互联网客户端开发和工具软件开发等。
随着用户群体的不断壮大，Android系统有望成为手机操作系统的“Windows”所以Android应用开发应用需求将非常大[2]。
1.1Android简介
Android是基于Linux内核的软件平台和操作系统，早期由Google开发，后由开放手机联盟OpenHandsetAlliance开发。
它采用了软件堆层softwarestack，又名以软件叠层的架构，主要分为三部分。
低层以Linux内核工作为基础，只提供基本功能；其他的应用软件则由各公司自行开发，以Java作为编写程序的一部分。
另外，为了推广此技术，Google和其它几十个手机公司建立了开放手机联盟[3]。
1.2Android开发工具
Android的上层应用程序是用Java语言开发的，同时需要基于Dalvik虚拟机，所以Google公司推荐使用主流的Java继承开发环境Eclipse。
有了Eclipse还不够，因为使用Java语言进行开发，应该有由SUN公司提供的JavaSDK，其中包含了JRE：
JavaRuntimeEnvironment。
另外，Android的应用程序开发还是和Java开发有一定区别，所以还需有一个Google提供的AndroidSDK[4]。
1.3Android应用程序特点
Android系统是一个强大的智能机系统，与之相适应的硬件也一般具备相对较高的性能。
总结起来，Android系统上的应用程序具有以下一些特点：
1.功能强大。
Android平台的设备一般都具备较强的运算能力、存储空间、网络功能以及各种各样的传感器。
2.可复用性强。
Android的应用程序由许多Activity组成，不同的Activity在程序中实现不同的功能模块。
而最令人赞叹的就是，得益于Android的良好设计，不同应用程序之间的Activity可以实现共享（可以通过安全选项进行配置）。
[5]这就实现了良好的复用性。
3.开放程度高。
“开放”是Android的设计宗旨之一，开发人员可以自己编写程序替代系统中原有的程序，甚至连拨号、短信、主屏幕这样的核心功能都可以由第三方开发人员的程序替代。
1.4Android应用程序的组成部分
Android有丰富的功能，是一个分层的环境，构建在Linux内核的基础上，包括丰富的功能。
Android应用程序是用Java编程语言编写的，它们在Dalvik虚拟机中运行。
每个Android应用程序都占用DalvikVM的一个实例，这个实例驻留在一个由Linux内核管理的进程中[6]。
Android应用程序是由Android体系结构定义的四个基本组成部分类型构成，：
1.Activities活动
Activity是最基本的Android应用程序组件。
大多数应用由多个屏幕组成，一个Activity通常则是一个单独的屏幕。
每一个Activity都被实现为一个独立的类，并且从Activity基类中继承而来。
Activity类将会显示由视图控件组成的用户接口，并对事件做出响应。
Android使用Intent这个特殊类，实现在屏幕与屏幕之间移动。
他们可以通过其他Activities或通过查询或意图服务与用户交互和请求数据。
[7]Android的大多数可执行代码将执行写在一个活动的环境中。
活动通常对应显示屏：
每个活动显示一个屏幕给用户。
当它运行的不积极，活动可以结束运行的系统来节省内存。
2.Services服务
与桌面和服务器操作系统守护进程相似。
服务组件在后台运行，直到手机关机。
他们一般不公开用户界面[8]。
MP3播放器是一个服务的典型例子，需要一直处理等待处理的的文件，甚至当用户已经在使用其他应用程序。
即使没有一个用户界面仍然存在，应用程序可能需要实现服务来执行。
3.BroadcastandIntentReceivers广播接收机和意图
这些服务请求的响应另一个应用程序。
一个广播接收机响应一个事件。
这些广播可能来自Android本身（如电池低），或从任何在系统上运行的程序。
一项活动或服务提供了访问其功能的接口是通过执行一个意图接收器，一段响应数据或其他活动的服务要求的可执行代码[9]。
广播接收器会自动地启动应用程序来响应某个到来的Intent，这个特点使它们成为了事件驱动的程序的最佳选择。
意图，一个简单的消息传递框架。
使用Intent，可以在系统范围内向目标活动或者服务广播消息，以说明希望执行某个动作的意图。
之后系统就会确定那些最适合执行动作的目标。
4.Contentproviders内容提供程序
一个可共享的数据仓库。
每个内容提供器都开放一个唯一公共URI（由URI封装）[9]。
例如，当应用程序发出一个通讯录数据的查询，它涉及到一个URI查询的形式：
内容：
/联系方式/人。
该操作系统查询内容提供者给定的URI，并发送请求到相应的应用程序（如果尚未运行，启动应用程序）。
如果有多个内容提供商请求的URI登记，系统会询问用户哪一个是想要的。
应用程序不必使用所有的Android组件，但是一个好的应用程序会使用所提供的机制，而不是硬编码重塑功能或引用其他应用程序。
URI和意向一起让Android提供了非常灵活的用户环境。
应用程序可以很容易地添加，删除和取代意图而URI使其联系在一起工作。
Android应用程序是连同一个AndroidManifest.xml文件一起部署到设备的。
AndroidManifest.xml包含必要的配置信息，以便将它适当地安装到设备。
它包括必需的类名和应用程序能够处理的事件类型，以及运行应用程序所需的许可[10]。
例如，如果应用程序需要访问网络如为了下载一个文件，那么manifest文件中必须显式地列出该许可。
这种显式声明有助于减少恶意应用程序损害设备的可能性。
1.5存储和返回数据
Android提供了很多种类的存储机制以及网络服务。
在Andriod应用程序中有几种不同读写数据的方法。
可以根据需求选择。
在Android中，所有的应用程序资源对自身而言是私有的，但是并不是说，其它程序就无法与之共享数据了。
在Android中，可以通过提供一个标准的方法来使得其他的应用程序访问这些私有的数据，那就是ContentProvider。
除了这一种方法，还有其它的方法也可以使用，例如Prefrences、Files、Databases、Network等。
完全可以根据开发人员的需求来作选择。
在Android中，为了使用应用程序更加地安全，Android增加了安全模型来操作资源和数据的特征，这是通过权限设置来决定的。
Android是一个多进程系统，在此之中，每个应用程序都在自己的进程中运行。
大多数的应用程序之间的安全模式设置和标准的Linux系统相一致，例如给各个应用程序分配不同的UID。
2蓝牙技术
蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。
在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial,ScientificandMedical,ISM）频段[11]。
从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。
2.1蓝牙简介
所谓蓝牙（Bluetooth）技术，实际上是一种短距离无线电技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与因特网Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路[12]。
说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。
“蓝牙”技术属于一种短距离、低成本的无线连接技术，是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案，因此，目前无线通信的“蓝牙”刚刚露出一点儿芽尖，却已经引起了全球通信业界和广大用户的密切关注。
2.2蓝牙技术的原理协议
在通信网络建立之前，所有设备都处于就绪状态。
在该状态下，未连接的设备每隔1.28s监听一次消息，设备一旦被唤醒，就在预先设定的32个跳频频率上监听信息。
跳频数目因地区而异，但32个跳频频率为绝大多数国家所采用[13]。
连接进程由主设备初始化。
如果一个设备的地址已知，就采用页信息（Pagemessage）建立连接；如果地址未知，就采用紧随页信息的查询信息（Inquirymessage）建立连接。
在通信网络中，无数据传输的设备转入节能工作状态。
主设备可将从设备设置为保持方式，此时，只有内部定时器工作；从设备也可以要求转入保持方式。
设备由保持方式转出后，可以立即恢复数据传输。
连接几个微微网或管理低功耗器件时，常使用保持方式[14]。
监听方式和休眠方式是另外两种低功耗工作方式。
蓝牙基带技术支持两种连接方式：
面向连接（SCO）方式，主要用于语音传输；无连接（ACL）方式，主要用于分组数据传输。
基带控制器采用3种检错纠错方式：
1/3前向纠错编码（FEC）；2/3前向纠错编码；自动请求重传（ARQ）[15]。
认证与加密服务由物理层提供。
认证采用口令－应答方式，在连接过程中，可能需要一次或两次认证，或者无需认证。
认证对任何一个蓝牙系统都是重要的组成部分，它允许用户自行添加可信任的蓝牙设备，例如，只有用户自己的笔记本电脑才可以通过用户自己的手机进行通信。
蓝牙安全机制的目的在于提供适当级别的保护，如果用户有更高级别的保密要求，可以使用有效的传输层和应用层安全机制。
认证与加密服务由物理层提供。
认证采用口令－应答方式，在连接过程中，可能需要一次或两次认证，或者无需认证[16-19]。
认证对任何一个蓝牙系统都是重要的组成部分，它允许用户自行添加可信任的蓝牙设备，例如，只有用户自己的笔记本电脑才可以通过用户自己的手机进行通信。
蓝牙安全机制的目的在于提供适当级别的保护，如果用户有更高级别的保密要求，可以使用有效的传输层和应用层安全机制。
蓝牙设备应具有互操作性，对于某些设备，从无线电兼容模块和空中接口，直到应用层协议和对象交换格式，都要实现互操作性；对另外一些设备（如头戴式设备等）的要求则宽松得多。
蓝牙计划的目标就是要确保任何带有蓝牙标记的设备都能进行互换性操作。
软件的互操作性始于链路级协议的多路传输、设备和服务的发现，以及分组的分段和重组。
蓝牙设备必须能够彼此识别，并通过安装合适的软件识别出彼此支持的高层功能。
互操作性要求采用相同的应用层协议栈。
不同类型的蓝牙设备对兼容性有不同的要求，用户不能奢望头戴式设备内含有地址簿。
蓝牙的兼容性是指它具有无线电兼容性，有语音收发能力及发现其它蓝牙设备的能力，更多的功能则要由手机、手持设备及笔记本电脑来完成。
为实现这些功能，蓝牙软件构架将利用现有的规范，如OBEX、HID（人性化接口设备）、vCard/vCalendar及TCP/IP等，而不是再去开发新的规范。
设备的兼容性要求能够适应蓝牙规范和现有的协议。
2.3蓝牙技术的的内容
蓝牙技术产品是采用低能耗无线电通信技术来实现语音、数据和视频传输的，其传输速率最高为每秒1Mb/s，以时分方式进行全双工通信，通信距离为10米左右，配置功率放大器可以使通信距离进一步增加。
蓝牙产品采用的是跳频技术，能够抗信号衰落；采用快跳频和短分组技术，能够有效地减少同频干扰，提高通信的安全性；采用前向纠错编码技术，以便在远距离通信时减少随机噪声的干扰；采用2.4GHz的ISM（即工业、科学、医学）频段，以省去申请专用许可证的麻烦；采用FM调制方式，使设备变得更为简单可靠；“蓝牙”技术产品一个跳频频率发送一个同步分组，每组一个分组占用一个时隙，也可以增至5个时隙；“蓝牙”技术支持一个异步数据通道，或者3个并发的同步语音通道，或者一个同时传送异步数据和同步语音的通道。
“蓝牙”的每一个话音通道支持64Kbps的同步话音，异步通道支持的最大速率为721Kbps、反向应答速率为57.6Kbps的非对称连接，或者432.6Kbps的对称连接[20]。
蓝牙技术产品与因特网Internet之间的通信，使得家庭和办公室的设备不需要电缆也能够实现互通互联，大大提高办公和通信效率。
因此，“蓝牙”将成为无线通信领域的新宠，将为广大用户提供极大的方便而受到青睐。
2.4蓝牙技术的特点
蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。
在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial,ScientificandMedical,ISM）频段。
从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备[21]。
蓝牙技术的特点可归纳为如下几点：
1、全球范围适用
蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4~2.4835GHz，使用该频段无需向各国的无线电资源管理部门申请许可证。
2、同时可传输语音和数据
蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。
每个语音信道数据速率为64kbit/s，语音信号编码采用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法。
当采用非对称信道传输数据时，速率最高为721kbit/s，反向为57.6kbit/s；当采用对称信道传输数据时，速率最高为342.6kbit/s。
蓝牙有两种链路类型：
异步无连接（AsynchronousConnection-Less，ACL）链路和同步面向连接（SynchronousConnection-Oriented，SCO）链路。
3、可以建立临时性的对等连接（Ad-hocConnection）
根据蓝牙设备在网络中的角色，可分为主设备（Master）与从设备（Slave）。
主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。
皮网是蓝牙最基本的一种网络形式，最简单的皮网是一个主设备和一个从设备组成的点对点的通信连接。
通过时分复用技术，一个蓝牙设备便可以同时与几个不同的皮网保持同步，具体来说，就是该设备按照一定的时间顺序参与不同的皮网，即某一时刻参与某一皮网，而下一时刻参与另一个皮网。
4、具有很好的抗干扰能力
工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）和HomeRF等产品，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用了跳频（FrequencyHopping）方式来扩展频谱（SpreadSpectrum），将2.402～2.48GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz。
蓝牙设备在某个频点发送数据之后，再跳到另一个频点发送，而频点的排列顺序则是伪随机的，每秒钟频率改变1600次，每个频率持续625μｓ[22]。
5、蓝牙模块体积很小、便于集成
由于个人移动设备的体积较小，嵌入其内部的蓝牙模块体积就应该更小，如爱立信公司的蓝牙模块ROK101008的外形尺寸仅为32.8mm×16.8mm×2.95mm。
6、低功耗
蓝牙设备在通信连接（Connection）状态下，有四种工作模式——激活（Active）模式、呼吸（Sniff）模式、保持（Hold）模式和休眠（Park）模式。
Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式[23]。
7、开放的接口标准
SIG为了推广蓝牙技术的使用，将蓝牙的技术标准全部公开，全世界范围内的任何单位和个人都可以进行蓝牙产品的开发，只要最终通过SIG的蓝牙产品兼容性测试，就可以推向市场。
8、成本低
随着市场需求的扩大，各个供应商纷纷推出自己的蓝牙芯片和模块，蓝牙产品价格飞速下降。
2.5蓝牙技术在外围设备的应用
蓝牙技术的主要市场将是低端无线联网领域，提供简单方便的无线联网技术是业内最初研发“蓝牙”标准的初衷。
蓝牙技术是做为一种“电缆替代”的技术提出来的，发展到今天已经演化成了一种个人信息网络的技术。
它将内嵌蓝牙芯片的设备互联起来，提供话音和数据的接入服务，实现信息的自动交换和处理。
蓝牙主要针对三大类的应用：
话音／数据的接入、外围设备互联和个人局域网。
话音／数据的接入是将一台计算设备通过安全的无线链路连接到一个通信设备，完成与广域通信网络的互联。
外围设备互联是指将各种外设通过蓝牙链路连接到主机。
个人局域网的主要应用是个人网络和信息的共享和交换。
蓝牙技术已获得了两千余家企业的响应，从而拥有了巨大的开发和生产能力。
蓝牙已拥有了很高的知名度，消费者对这一技术也很有兴趣。
在2000年，爱立信公司和ARM公司达成协议，前者将有权使用后者生产的Arm7RISC芯片集。
作为瑞典通信领域巨头，爱立信公司打算把这种芯片应用于未来的蓝牙PAN技术。
爱立信微电子领域专管Datacom集成电路（IC）领域的总经理JohanTingsborg先生指出，蓝牙和面向家庭的快速网络接入已经变成他们公司的首要应用。
他说：
“ARM的处理技术将为芯片的低功率系统技术提供一个高效率的并且有明确标准的平台。
”实际上，取得ARM的生产许可证将会极大缩短下一代通信产品投放市场的时间。
就在爱立信和ARM合作之前不久，CahnersIn-Stat公司提出的一份报告预测说：
随着用户逐渐认识到蓝牙PAN技术的强大功能和灵活性，蓝牙将会大大普及。
那份题为“Bluetooth2000:
ToEnabletheStarTrekGeneration”的报告预测，到2005年全世界支持蓝牙技术的设备数量将会超过10亿。
从芯片这边来看，芯片价格持续下降。
英国CSR生产的主要蓝牙芯片产品，目前售价约为7美元～8美元/颗，随着公司陆续推出新产品，预计秋季时将降价至5美元、而年底时降至3美元左右。
芯片越来越小巧。
蓝牙的技术界面是专用半导体集成电路芯片，用于嵌入电子器件内。
而与用户直接见面的产品界面则是各种时尚电子产品。
因此，蓝牙技术要嵌入到电子器件内就要考虑蓝牙的芯片尺寸，它必须具有小巧、廉价、结构紧凑和功能强大的特点才能放进蜂窝电话中。
向单芯片方向发展。
目前已经有所突破，法国AlcatelMicroelectronics等公司在ISSCC2001上发表了用于蓝牙的单芯片LSI，CSR公司也推出了嵌入电池中的单芯片蓝牙ICBlueCore01。
产品具有兼容性。
目前的产品一致性测试都已经没问题，但是无法互通，蓝牙只有成为无线通信的“世界语”才有意义。
SIG已召集制造商开了两次会议来测试各自蓝牙产品基础组件间的兼容情况，测试中发现的不兼容情况正在解决之中。
与其它技术的共存。
蓝牙只是WLAN中重要的技术，有其局限性，WLAN网的实现需要几种技术的结合。
众多操作系统支持蓝牙。
微软公司于2001年上市的Windows操作系统——Whistler也支持蓝牙。
以IBM为首的众多计算机厂商正在努力达成协议，为PC平台制定蓝牙标准，以解决不同设备之间的兼容性。
干扰问题的解决。
美国Mobilian公司推出了兼具无线LAN和Bluetooth功能的芯片组。
这个由两个芯片构成的芯片组具备无线LAN的标准方式IEEE802.11b的无线收发功能和蓝牙功能。
由于IEEE802.11b和蓝牙的载波频带都使用2.4GHz频带，当同时收发这两种规格的数据时，有可能引起数据包冲突等电波干扰，一直无法同时应用[24]。
Mobilian公司此次开发的芯片组中，通过采用消除电波干扰的方法，实现了两种规格数据通信的同时进行。
最后支持漫游功能。
蓝牙技术可以在微网络或扩大网之间切换，但每次切换都必须断开与当前PAN的连接。
为解决此问题，Commil技术公司设计了一种系统，即使在蓝牙模式不同入口点之间漫游，仍可以维持连续的、不中断的数据和声音交流[25]。
这种蓝牙网络技术提供很好的连接，其中一个连接是从一个蓝牙入口点出发，在运作中保证不断开。
增加消费者的认知度。
作为一种近距离的无线通信技术，蓝牙技术并不是唯一的。
但是与其他相应的无线通信技术比较起来，蓝牙技术的优势就在于它的全球统一的、开放的技术标准，技术先进与成本低廉的折衷统一考虑，以及世界蓝牙组织SIG知识产权共享的巨大诱惑力。
在蓝牙技术联盟中国2008峰会上，蓝牙技术联盟成员展示了最新的蓝牙产品和服务。
蓝牙技术联盟亚太区及日本市场总监苏国良表示，中国成员公司在蓝牙技术的发展过程中扮演着至关重要的角色。
在这次峰会上，支持蓝牙功能的手机、耳机、车载免提设备、蓝牙技术测试装置和认证服务以及蓝牙遥控游戏机等相继亮相。
蓝牙技术联盟亚太区及日本市场总监苏国良在会上指出：
“作为蓝牙产品研发和生产的核心部分之一，中国成员公司在蓝牙技术的发展过程中扮演着至关重要的角色。
未来，具有低功耗和高速传输特点的蓝牙技术将继续引领个人无线通信领域，并打开新的市场。
”另外，他还补充道：
“目前，蓝牙技术联盟已经在中国设立了3家蓝牙认证测试中心，他们将在蓝牙认证程序，尤其是蓝牙技术测试领域为中国蓝牙设备制造商提供专业的品质服务。
”2008年7月，蓝牙技术联盟与北京天地互联合作在北京设立了办事处，为近600名中国成员提供技术支持以及增值服务。
这一系列举措都体现了联盟对中国市场的重视及在中国推动蓝牙技术应用的坚定信心。
北京天地互联总裁刘东在峰会上表示：
“在联盟中，中国成员公司的数量在全亚洲一直排名靠前。
我们将与蓝牙技术联盟一道为中国蓝牙产业的良性发展继续贡献力量。
”
蓝牙对于我们来说已经是非常熟悉的一项功能了，但是有很多朋友对于蓝牙还仅限于是知道，并没有太多的机会或是意识去使用它，可能在很多人的眼里蓝牙依然是一项高深莫测的高级功能。
其实不然，如今的蓝牙相关的配件已经不再是昂贵的天价，随着蓝牙技术的成熟和普及越来越多的厂商开始介入蓝牙相关附件产品的生产制造，也把价格降到了一个大众可以接受的程度。
目前国际市场上比较活跃的蓝牙设备生产商有四家，分别是Jabra、i-Tech、Plantronics以及OMIZ。
在这些厂商中Jabra和i-Tech很
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