Un Sistema Location-based per la mappatura degli Access Point
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- Nicolina Magni
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1 1 Un Sistema Location-based per la mappatura degli Access Point Pasquale Cautela Marco Peca Rosario Salpietro Informatica Magistrale Progetto di Sistemi Mobili 1. INTRODUZIONE Al giorno d oggi le reti Wi-Fi sono molto diffuse sia nell ambito industriale che domestico; infatti non è una novità trovare punti di accesso Wi-Fi in aeroporti, stazioni ferroviarie, edifici pubblici, abitazioni private e addirittura, ormai, su treni in movimento. Questo permette a terminali di utenza di collegarsi tra loro in maniera wireless (senza fili) utilizzando il protocollo standard IEEE Tuttavia la possibilità di tenere traccia di determinati punti di accesso alla rete implica l utilizzo di un qualche meccanismo che sia in grado di determinare la posizione geografica del dispositivo mediante il quale l utente si connette alla rete. Per far ciò la soluzione migliore che la tecnologia odierna ci mette a disposizione è quella di usare un sistema GPS (Global Positioning System). Un sistema GPS è in grado, attraverso una rete satellitare, di fornire informazioni sulle coordinate geografiche di un qualsiasi terminale o ricevitore GPS ovunque si trovi sulla superficie terrestre. In alternativa al GPS, è possibile ottenere tali informazioni utilizzando un meccanismo Network-based che sfrutta l infrastruttura dei service provider per identificare la posizione del terminale anche se non garantisce la stessa precisione e accuratezza fornita dal GPS. La nostra applicazione, WifiMapping, mediante l utilizzo del GPS, si pone l obiettivo di mappare i punti (sfruttando le API Google) in cui una connessione Wi-Fi è disponibile e a cui l utente si è collegato. L applicazione è stata sviluppata per Smartphone che eseguono sistemi operativi Android ed in particolare dalla versione Android 4.0 in poi. 2. ARCHITETTURA DELL'APPLICAZIONE L architettura dell applicazione è composta essenzialmente da un Database e da una serie di metodi che si occupano di: Salvare le coordinate del punto in cui ci si trova associandone la potenza del segnale Wi-Fi; Disegnare sulla mappa Google tutti i punti salvati nel Database; Aggiornare i valori di un punto già memorizzato; Poter scegliere tra due modalità di visualizzazione dei punti: Wi-Fi Registrati (tutte le reti registrate) e Potenza Wi-Fi connesso (potenza del segnale della rete a cui si è connessi); Suggerire il punto di connessione migliore tenendo conto della distanza e della potenza, se non si è connessi a nessuna rete.
2 2 3. ANDROID SDK Android offre un set completo di software per dispositivi mobile: un sistema operativo, MiddleWare e le principali applicazioni mobile. Android è stato costruito per consentire agli sviluppatori di creare interessanti applicazioni mobile sfruttando appieno tutte le sue potenzialità. Si basa su kernel Linux, è open source e può essere liberamente esteso e incorporato in nuove tecnologie d avanguardia. Le applicazioni Android non pongono alcuna differenza tra le applicazioni di base del dispositivo e le applicazioni di terze parti: possono essere costruite per avere pari accesso alle funzionalità del dispositivo. Android consente di accedere ad una vasta gamma di librerie e strumenti utili per lo sviluppo delle applicazioni. Quest ultime si compongono di quattro mattoni fondamentali: le attività (activity), i servizi (service), i broadcast receiver ed i content provider. Ogni applicazione è formata da uno o più di questi mattoni. 3.1 Activity Le attività sono la componente di base fondamentale delle applicazioni Android. Un attività è una classe che estende android.app.activity. L autore del codice, realizzando l attività, si serve dei metodi ereditati da Activity per controllare cosa appare nel display, per assorbire gli input dell utente, per intercettare i cambi di stato e per interagire con il sistema sottostante. Nella nostra applicazione l Activity principale è MapsActivity.class che permette all utente di visualizzare la mappa Google e di interagire con essa; permette inoltre di accedere ad un menu di opzioni che servono ad attivare funzionalità aggiuntive (tra cui la modalità di visualizzazione). 3.2 Broadcast Receiver Un Broadcast Receiver viene utilizzato quando si intende intercettare un particolare evento (Intent Filter), attraverso tutto il sistema. La classe da estendere è android.content.broadcastreceiver. Questa classe opera in background e mantiene le sue funzionalità anche quando l applicazione è apparentemente chiusa. Nel nostro caso si occupa di monitorare i cambi di stato del Wi-Fi (connesso, in connessione, disconnesso, in disconnessione, stato sconosciuto) e di notificarli all utente mediante un messaggio temporaneo (Toast.class). 3.3 LocationListener Si tratta di un oggetto, di tipo android.location.locationlistener, su cui vengono notificate tutte le misurazioni effettuate e filtrate secondo alcuni parametri. Nella nostra applicazione il Listener viene attivato ogni qual volta l interfaccia GPS è attiva. Nel momento in cui ci si collega ad una rete Wi- Fi, il LocationListener si occupa di salvare i punti e le informazioni relative alla rete nel Database. 3.4 Overlay Per disegnare elementi su una mappa Google bisogna sovrapporre ad essa degli overlay, ognuno dei quali mostra qualcosa in particolare. Per realizzare un overlay si deve estendere la classe com.google.android.maps.overlay. Nel nostro caso le classi MyOverlay.class e ItemizedOverlay.class si occupano di disegnare sulla mappa I punti registrati nel Database e per ciascuno di essi, un marker che se cliccato fornisce all utente le informazioni sulla rete. 4. DATABASE I dispositivi Android integrano un DBMS (Database Management System) che proviene dal mondo dell Open Source. Si tratta di SQLite, che si distingue per leggerezza e facilità di integrazione. SQLite è scritto in C e la sua distribuzione ufficiale funziona su Linux, Mac OS X e Windows. Per utilizzarlo su Android, comunque, non bisogna ne compilare e ne
3 3 installare nulla poiché è tutto compreso nel sistema operativo stesso. Il nostro Database è costituito da due tabelle: Reti e Punti. La tabella Reti si occupa di salvare tutte le reti Wi-Fi a cui l utente si connette tenendo traccia del SSID, del MAC Address e assegnando a ciascuna un ID univoco. Esempio: ID SSID MAC 1 Alice A-4B-F3 2 Vodafone F-1D-F9 3 AlmaWi-Fi C-2A-D3 4 NetGear A-2A-A9 La tabella Punti, invece, si occupa di salvare tutti i punti localizzati dal sistema GPS, memorizzando le coordinate, la potenza del segnale Wi-Fi in quel punto ed assegnando a ciascuno di essi un ID univoco. Ogni punto sarà associato all ID della rete corrispondente. Esempio: ID LAT LNG RSSI ID_RETE METODI DI VISUALIZZAZIONE L applicazione mette a disposizione un menu attraverso il quale è possibile selezionare diverse opzioni (Fig. 1). Una di queste permette di fare uno switch tra due modalità di visualizzazione della mappa: Wi-Fi Registrati e Potenza Wi-Fi Connesso. 5.1 WI-FI REGISTRATI Con questa funzione, verranno visualizzati sulla mappa tutti i punti salvati nella tabella Punti del Database; per ciascun punto verrà disegnata un area di copertura circolare con raggio di un metro e un marker che una volta cliccato fornirà mediante un messaggio temporaneo l SSID della rete e la potenza espressa in RSSI. Se il GPS è attivo e si è connessi ad una rete Wi- Fi, verranno disegnati sulla mappa anche i punti che l applicazione sta registrando al momento, con una frequenza di aggiornamento pari allo spostamento di due metri. Colorazione Fig.1 Menù funzionalità agiguntive Per poter dare all utente la possibilità di distinguere facilmente i punti di diverse reti Wi-Fi, abbiamo deciso di disegnarli con colori diversi (Fig. 2).
4 4 Fig.3 Esempio di Middle Point per i punti di una rete Wi-Fi 5.2 POTENZA WI-FI CONNESSO Fig.2 Visualizzazione Wi-Fi registrati Innanzitutto abbiamo scelto sette colori diversi che abbiamo inserito in un array; nel momento in cui è necessario disegnare i punti con le relative aree di copertura, l applicazione calcola il punto centrale (Middle Point, vedi Fig. 3) per ogni rete Wi-Fi. Partendo dalla prima rete memorizzata nel Database, si calcolano le distanze verso ciascun Middle Point creando un ArrayList ordinato dal più vicino al più lontano; a questo punto, mediante un particolare algoritmo, ad ogni rete dell ArrayList viene associato un colore diverso seguendo l ordine dell array di colori (rossa la prima rete, blu la seconda e così via). Una volta terminati i colori, si riparte dal rosso. Per quanto riguarda i punti registrati al momento dal Listener, il colore sarà sempre il verde, in maniera tale da permettere all utente di distinguere i punti che erano già presenti nel Database da quelli appena registrati. La modalità di visualizzazione Potenza Wi-Fi Connesso permette di visualizzare sulla mappa tutti i punti salvati nel Database associati alla rete alla quale si è connessi al momento. Se non si è connessi a nessuna rete, la mappa sarà vuota. Per ciascun punto sarà disegnata un area di copertura circolare con raggio di un metro e un marker che una volta cliccato fornirà mediante un messaggio temporaneo l SSID della rete e la potenza espressa in RSSI. Anche qui, se il GPS è attivo, verranno disegnati sulla mappa anche i punti che l applicazione sta registrando al momento con una frequenza di aggiornamento pari allo spostamento di due metri. Colorazione Il discorso della colorazione in questa modalità di visualizzazione, è più semplice rispetto a quello visto in precedenza. Le aree di copertura dei punti, infatti, potranno essere disegnate con uno di soli tre colori a seconda del livello di potenza del segnale rilevato in quel punto (Fig. 4). La scala di riferimento assegna a ciascuna potenza un numero negativo ed in particolare un numero maggiore ad un segnale più potente. Avremo quindi i seguenti colori:
5 5 Verde per i punti che hanno un RSSI superiore a -45; Giallo per i punti che hanno un RSSI compreso tra -60 e -45; Rosso per i punti che hanno un RSSI inferiore a -60; Fig. 4 Visualizzazione Potenza Wi-Fi connesso Verifica della posizione attuale del dispositivo; Calcolo della distanza di tale punto con tutti i punti centrali (Middle Point) di tutte le reti conosciute eleggendo la rete più vicina; Calcolo della distanza tra il punto in cui ci si trova e ciascun punto della rete più vicina eleggendo quelli con potenza maggiore; Nell eventualità di avere più punti ottimi, viene eletto quello più vicino. Il punto trovato, quindi, sarà il punto meno distante tra i punti appartenenti alla rete più vicina e con la potenza maggiore. Tale punto verrà suggerito all utente fornendogli le coordinate (se l utente dispone di un collegamento UMTS, verrà reindirizzato direttamente all applicazione Maps presente nel sistema operativo Android in modo da poter essere guidato fino al punto suggerito). Quest opzione ovviamente può essere visualizzata solo se l utente non è connesso ad alcuna rete Wi-Fi. 7. POSSIBILI MIGLIORAMENTI Di sicuro l applicazione presentata in questo documento, essendo un prototipo, può essere arricchita e migliorata sotto diversi aspetti. Di seguito riportiamo alcune possibili migliorie: 6. SUGGERISCI WI-FI Nel menù messo a disposizione dall applicazione, vi è un altra opzione molto importante: Suggerisci Wi-Fi. Tale opzione richiama un metodo che si pone l obiettivo di dare ad un utente che ha bisogno di una rete wireless un suggerimento su quale è quella migliore tra le reti presenti nella tabella reti del Database. La scelta della rete migliore viene effettuata attraverso il seguente algoritmo: Porting per versioni di Android precedenti alla 4.0; Possibilità di utilizzo delle mappe in modalità offline: questo renderebbe l applicazione più utile dal momento che attualmente è possibile visualizzare le mappe Google solo se si è connessi ad una rete. Sviluppo di un Database online da affiancare a quello locale: in tal modo gli utenti potrebbero condividere le proprie
6 6 registrazioni (solo quelle che non richiedono una password e quindi utilizzabili da tutti). Ottimizzazione del filtraggio dei punti da disegnare: al momento i punti registrati vengono tutti disegnati e si rischia di appesantire la visualizzazione della mappa. Miglioramento dell algoritmo per il suggerimento della rete; Implementazione Monitor Mode per mappare tutte le reti e non solo quelle a cui ci si connette; in tal modo sarebbe possibile implementare un sistema di suggerimento della migliore Wi-Fi tra quelle disponibili in quel momento. Migliore gestione del problema dell accuratezza del GPS all interno di edifici o aree poco scoperte: al momento si consiglia di non utilizzare l applicazione se non in condizioni ottimali. RIFERIMENTI Android. Guida per lo sviluppatore Massimo Carli Apogeo 2010 Bologna, 12/07/2012
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