DESARROLLOS JAVA PARA DISPOSITIVOS INALÁMBRICOS. MARILUZ SIERRA DUQUE

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1 DESARROLLOS JAVA PARA DISPOSITIVOS INALÁMBRICOS MARILUZ SIERRA DUQUE Grupo de Investigación, Desarrollo y Aplicaciones en Telecomunicaciones, GIDAT Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín Resumen: En el campo de la telefonía celular se requiere la creación de contenidos que realmente satisfagan las necesidades de los usuarios, es por esto, razonable que el lenguaje Java de tanto éxito en aplicaciones Web se empiece a trasladar al mundo Wireless, y más específicamente J2ME como una nueva plataforma de desarrollo orientada hacia la programación de dispositivos móviles, la cual hereda todas las características de JAVA. La incursión de este lenguaje es muy reciente en Colombia y el grupo de investigadores de GIDAT de la Universidad Pontificia Bolivariana en cooperación con NOKIA, se han querido involucrar en el desarrollo de aplicaciones propias y estudio de dicho lenguaje. Palabras claves: API s, aplicación, CDC, CLDC, comandos, configuración, herramientas, J2ME, JAVA, JVM, KVM, librerías, MIDP, perfiles, plataforma, PNG. Abstract: In cellular telephony area creation of contents are required to satisfy the needs of users, so it s understable that Java language that has been successful in Web applications begins to be introduced in wireless world, and specially J2ME like a new development platform that inherits most of the characteristics of Java designed to be used on mobile devices. This language has been introduced recently in Colombia, and until now, there has been almost no developments in this area in our country and the developers of mobile applications team of the GIDAT research group at the University Pontificia Bolivariana with the cooperation of NOKIA have done this pioneer work on the national level to develop our own applications. Keywords: API s, application, CDC, CLDC, commands, configuration, J2ME, JAVA, JVM, KVM, libraries, MIDP, platform, PNG, profiles, tools. I. INTRODUCCIÓN Es inminente que la convergencia de los servicios de telefonía celular convencionales y el servicio de datos será un éxito en la medida en que se generen contenidos realmente útiles, de gran calidad y novedosos; de forma tal que las limitaciones derivadas de la ergonomía propia de los terminales celulares no parecen cobrar mayor importancia en el momento en que se accede a un contenido oportunamente y para su fin especifico; es decir, cuando se ingrese a la Internet Inalámbrica se obtenga un servicio que satisfaga las necesidades de los usuarios, y se pueda tener una experiencia casi tan agradable como lo es el ingreso a la Internet convencional desde un computador desde el punto de vista de la calidad de los contenidos. En el campo de la telefonía celular es por tanto una necesidad la implementación de aplicaciones que permitan al usuario disfrutar de los servicios ofrecidos por la compañía proveedora de servicios, por eso estas compañías y el mercado en general, requieren de la elaboración y el desarrollo de software, que posibilite cubrir las necesidades de los usuarios, por ejemplo la interacción entre usuarios de una forma fácil y rápida tanto en actividades comerciales como de entretenimiento, para obtener de una u otra forma alternativas que conlleven al aumento de la demanda y productividad de los servicios. Por su parte los fabricantes de teléfonos celulares y empresas desarrolladoras de software en su búsqueda de oportunidades que permitan impulsar el desarrollo y masificación de la Internet Inalámbrica parecen seguir una clara tendencia: Implementar sus plataformas compatibles con Java, y más específicamente con el lenguaje J2ME. No es un secreto las potencialidades que ofrece Java en entornos Web, por tanto, parece lógico que se trate de heredarlas a entornos móviles, con el fin de permitir una interacción más rápida y fácil con los protocolos necesarios para establecer una comunicación inalámbrica y aplicaciones especiales dentro de la red. Independiente de la infraestructura de red celular que se utilice, es clara la orientación o integración de los servicios ofrecidos inalámbricos de datos con el protocolo IP. Por eso, los objetivos de trabajo de la línea de tecnologías aplicadas a las comunicaciones móviles, que forma parte del grupo GIDAT de

2 la UPB, se centro en el desarrollo de múltiples prototipos de aplicativos, con el fin promover la iniciativa de más desarrollos para terminales móviles en el país. Para ello, se realizó inicialmente aplicaciones WAP basadas en lenguajes de marcas y la interacción con bases de datos, y herramientas educativas con el fin de instruir en el tema y fomentar el desarrollo de este sector. Luego se continuo en esta misma línea de trabajo, pero considerando otros entornos, se desarrollaron unos prototipos de aplicación para la plataforma J2ME, que pretendía extender las facultades de una Palm a un terminal celular, también se publicó una herramienta educativa de este trabajo. Ambos tutoriales, tanto el de WAP como el de J2ME se encuentran en: Ahora se encuentra en desarrollo un proyecto enfocado al sector de entretenimiento. El proyecto en cuestión cuenta con la colaboración de la empresa NOKIA, y consiste en desarrollar juegos de video para los terminales de la serie 9200 del mismo fabricante utilizando el lenguaje de programación Java, y más específicamente la edición para entornos inalámbricos pjava perteneciente a la especificación J2ME. Para ello se trabajará en el emulador del terminal, con el fin de probar el óptimo funcionamiento de los prototipos. Adicionalmente, se ofrecerá la posibilidad de jugar con un oponente vía Web, desde un PC o desde otro terminal móvil NOKIA. Dado que el tipo de aplicaciones implementadas dentro de este proyecto son relativamente nuevas en el campo de la telefonía celular, este podría dar pie a nuevas aplicaciones y a su vez serviría como base a nuevas experimentaciones a realizar, por lo tanto este proyecto podría establecer fuertes beneficios dado la innovación que este mismo representa. Adicionalmente se hará posible el trabajo Empresa-Universidad, creando una combinación valiosa de conocimiento, experiencia y recursos que se espera dé un excelente resultado. Finalmente esta el beneficio educativo en aras de fortalecer nuestra institución, y el de tomar la iniciativa de publicar sobre una tecnología de la cual no se tiene información en Colombia. II. JAVA La tecnología Java es un término que suele asociarse a dos conceptos importantes: Plataforma o lenguaje de programación de alto nivel, en realidad Java es ambas cosas. Java como lenguaje puede ser convertido por medio de un compilador en un código intermedio denominado Bytecode, el cual puede ser luego, por medio de un intérprete, depurado y ejecutado en el dispositivo o terminal que posea el intérprete en cuestión. El bytecode es ejecutado por la Máquina Virtual, conocida como Java Virtual Machine, en la versión estándar de Java o Kilo Virtual Machine en las versiones de la especificación J2ME. Y el intérprete puede ser una herramienta de desarrollo o un navegador Web. file.java Compilador file.class Interprete Figura 1: Operación de Java como lenguaje En la Figura 1 se observa la operación de Java como lenguaje, el código Java se compila una sola vez, y es interpretado tantas veces como se ejecute el programa. [1] El bytecode hace posible la meta Escriba una vez y ejecute en cualquier parte, esto con el fin de que una vez el código halla sido compilado se pueda correr en cualquier plataforma que posea un intérprete. Java como plataforma es un ambiente de hardware software en el cual los programas se ejecutan. La plataforma Java tiene dos componentes, Java VM (la máquina virtual) y la Java API. Java VM es la base para la plataforma Java, reúne las características del hardware para que pueda hacerse deployment de la aplicación en distintas plataformas de hardware. Java API es una colección de componentes de software que proveen grandes potencialidades y son agrupadas en librerías. En la siguiente figura se ilustra como ambos componentes aíslan el programa del hardware. [1] 2

3 FILE.JAVA JAVA API JAVA VM PLATAFORMA DE HARDWARE Figura 2: Plataforma Java Ahora Java incursiona en el mundo móvil definiendo una versión que conserva la misma estructura y algunos comandos que el Java convencional, por tanto, para el programador que conoce de Java, el aprendizaje y comprensión de J2ME será una tarea sencilla. El Java 2 Micro Edition (J2ME) es una versión para equipos móviles del exitoso Java, está orientada al desarrollo de aplicaciones para dispositivos pequeños, con capacidades restringidas tanto en pantalla gráfica, como de procesamiento y memoria (teléfonos celulares, PDA s, pagers, HandHelds, etc). Con este software cargado en el celular, desde la Internet se podrán bajar e instalar programas de aplicación que transformarán al teléfono en una extensión de la PC. Lo más interesante es que los usuarios podrán descargar desde el sitio de la empresa cualquiera de los programas que los desarrolladores independientes creen para estos equipos. [4] La tecnología que se maneja detrás de una aplicación en J2ME es muy simple y consiste en una pequeña máquina virtual llamada KVM (esta el la versión de JVM para la plataforma de J2ME) y unas librerías para la interfase entre las aplicaciones incluidas en ella; con estas librerías y las aplicaciones se determinan varias soluciones que permiten resolver en mejor medida las necesidades específicas de distintos conjuntos de dispositivos con características comunes (por ejemplo, el conjunto de los equipos celulares) y las diferentes exigencias del mercado. III. HERRAMIENTAS J2ME posee un conjunto de herramientas para el desarrollo y ejecución de aplicaciones, las herramientas son las siguientes: Una máquina virtual de Java apropiada para los dispositivos, configuraciones de librerías y API s desarrolladas específicamente para los sistemas y dispositivos, además de configuraciones para los dispositivos llamadas perfiles. A. Máquina Virtual La máquina virtual de J2ME es llamada KVM (Kilobyte Virtual Machine), el kilo es debido a el tamaño del ambiente donde se ejecuta la aplicación que en pequeños dispositivos es medido en Kilobytes. [2][4] La KVM contiene un completo ambiente de desarrollo especialmente creado para los pequeños dispositivos que poseen una memoria entre 40 y 80K, y con microprocesadores o microcontroladores del tipo RISC o CISC bien sea de 16 o 32 bits. Es típicamente usada como base fundamental en el nivel de implementación para los estándares de la tecnología J2ME: CLDC y MIDP, esto se ampliará más adelante. La implementación de la KVM puede ser compilada y probada en varias plataformas, dos de las cuales son: Ambiente Operativo Solaris y Windows; también una implementación puede ser en Palm OS, y en sistemas operativos como Symbian, lo que lo diferencia con la Java VM, la cual puede ser ejecutada en todos los sistema operativos existentes. [2][4] B. Configuraciones de librería: Las terminales celulares son diversos en forma, funcionalidad y características, por estas razones J2ME maneja configuraciones mínimas de KVM y API s para capturar las capacidades esenciales de cada clase de dispositivo. A nivel de implementación, una configuración de J2ME define un conjunto de API s para una familia de productos que tienen requerimientos similares en memoria y potencia de procesamiento, cada familia de productos tiene una configuración especifica, la cual consta de las características de Java que soporta, las características de la Máquina Virtual que soporta y las librerías y API s que puede manejar. Por tanto J2ME distingue entre dos tipos de dispositivos en función de sus limitaciones: - Aquellos que dispongan de más de 512 Kb de memoria utilizarán una Máquina Virtual completa, englobándose dentro de la configuración CDC (Connected Device Configuration). Será el caso de televisores o teléfonos con acceso a Internet, por ejemplo. - Los dispositivos con una capacidad inferior se englobarán dentro de la configuración básica, denominada CLDC (Connected Limited Device Configuration). Este sería el caso de los móviles o PDA s, aunque los 3

4 últimos modelos superan con creces estos requisitos de hardware. [2][4] CLDC es una nueva especificación de Java 2 Micro Edition que consiste en la KVM y las librerías fundamentales de Java, es decir, aquellas librerías que son base del lenguaje Java del cual proviene. El desarrollo de la configuración CLDC apunta a ciertas áreas específicas del diseño y la aplicación, esas áreas son las siguientes : - Características del lenguaje Java y la máquina virtual. - Librerías base de Java (java.lang. *, java.util. * ). - Características de Entrada / Salida. - Networking. - Seguridad. Pero también tiene limitantes, la configuración CLDC no apunta a las áreas descritas a continuación, las características de estas son puestas en los perfiles implementados en la capa superior al CLDC : - Manejo del ciclo de vida de la aplicación (instalar, borrar y ejecutar la aplicación) - Interfaz de usuario. - Manejo de eventos. - Modelo de aplicación de alto nivel (la interacción entre el usuario y la aplicación). [2][4] C. Perfiles Un perfil provee una completa herramienta para implementar aplicaciones para un tipo particular de dispositivo, y también es creado para dar soporte a un grupo significativo de aplicaciones que puedan ser ejecutadas en diferentes dispositivos. Por ejemplo, mientras las diferencias entre pagers, celulares y electrodomésticos son lo suficientemente significativas para justificar la creación de un perfil individual para cada una, también puede ser de mucha utilidad para cierto tipo de manejo de información o aplicaciones en las cuales el perfil sea común para cada uno de estos dispositivos y así la aplicación creada pueda ser ejecutada en cualquiera de ellos sin ningún tipo de inconveniente. Esto puede ser logrado creando un perfil separado para estas clases de aplicaciones y asegurando que este nuevo perfil sea fácil y efectivo en el momento de ser implementado en cada dispositivo. Es posible para un mismo dispositivo soportar varios perfiles, por lo tanto algunos de estos pueden ser muy específicos a los dispositivos, mientras que otros pueden ser específicos a una aplicación y así en un mismo dispositivo pueden estar implementándose varias aplicaciones con varios perfiles. Las aplicaciones son escritas para un perfil en particular y requiere usar solo las características definidas para ese perfil. Los fabricantes eligen qué perfil o perfiles puede soportar su dispositivo, pero es necesario que implementen todas las características de ese perfil como tal. Lo más importante hacia el consumidor es que cualquier aplicación escrita para un perfil particular se ejecute en cualquier dispositivo que soporte dicho perfil. En el nivel de implementación, un perfil es definido simplemente como una colección de API s de Java y librerías Class que residen en una configuración específica y que proveen unas capacidades adicionales para los dispositivos. Por ahora, el único perfil desarrollado para J2ME es el MIDP. El perfil MIDP ha sido desarrollado para soportar la característica vertical de los teléfonos celulares o dispositivos similares limitados por la pantalla y el teclado, adicionalmente a la batería, el procesador y el ancho de banda. MIDP define un conjunto de API s que serán utilizados por los desarrolladores, junto con las funciones proporcionadas por CLDC, para construir sus aplicaciones, controlando tareas como la presentación en pantalla o el acceso a la red, entre otras; además con el uso de estas API s, se permite crear cualquier cosa desde juegos de video usando gráficas personalizadas hasta aplicaciones de negocios de gran escala, usando fuentes de datos internas y externas. [2] Estos perfiles son definidos por un grupo de trabajo denominado JCP (Java Community Process) al que pertenecen una gran mayoría de las empresas del sector, tales como: NOKIA, Ericcson, Fujitsu, Matsushita, Motorola, NTT DoCoMo, Palm Computing, RIM, Sony y Sun Microsystems, entre otros, lo que permite desarrollar un estándar ampliamente aceptado. [2][4] D. Imágenes Las imágenes que se manejan para la especificación J2ME son con el formato PNG, Gráficos Portátiles de Red (Portable Network Graphics) este es un formato de imágenes gráficas comprimidas que, con el tiempo, se espera que reemplace al formato GIF que se usa ampliamente en Internet hoy. [3][4] 4

5 Las principales propiedades que lo diferencian de los formatos tradicionales son: - Compresión sin pérdida, similar al GIF. - Libre de derechos, mientras que GIF es un formato propiedad de Compuserve. - Alta calidad: Millones de colores (24 bits) - Carga gradual bidireccional, horizontal y vertical, que permite bajar las imágenes más rápido. - Canal alfa que permite la transparencia de un solo color y la fusión perfecta con el fondo. - Fidelidad de color en todas las plataformas E. Emulador de terminales móviles El manejo de los terminales móviles como el NOKIA COMMUNICATOR 9210, es un tema totalmente nuevo en nuestro País. Este terminal móvil posee grandes ventajas empezando por su ergonomía amigable, de fácil manipulación, transferencia de datos, voz y video; además permite ser programado en Java o C++ ofreciéndole así al usuario la posibilidad de crear aplicaciones personalizadas. El terminal NOKIA COMMUNICATOR 9210 es un dispositivo GSM que permite al usuario enviar y recibir imágenes, sonido y video. También soporta aplicaciones de procesador de textos y hojas de cálculo, incluyendo la visión y edición de documentos Word y Excel y visualizador de Power Point. También permite acceso a la Internet, y la visualización de los contenidos es posible gracias a un navegador Web. Es más que un teléfono, es una potente herramienta para el ejecutivo de hoy en día, ya que incorpora PDA, portátil y teléfono en uno mismo. Figura 3: NOKIA Communicator 9210 Su sistema operativo es Symbian (OS). Symbian es un sistema operativo desarrollado para manejar aplicaciones de Multimedia para terminales de tercera generación. Debido a que ha sido muy reciente su introducción en el país, los desarrolladores y programadores apenas comienzan su estudio para la implementación de aplicativos. En Colombia no se conoce trabajo alguno relacionado con este sistema operativo. El terminal funciona sobre estándares tales como WWW, WAP y SyncML, puede ser optimizado a la medida del usuario, tanto para obtener acceso a la información de un servidor corporativo como para jugar con juegos multimedia de gran calidad. NOKIA colabora con diferentes desarrolladores de aplicaciones, creando software add-on para mejorar la experiencia del usuario de su comunicador. El software add-on permitirá a los usuarios personalizar su comunicador de acuerdo con sus intereses y necesidades. Por ser un terminal que opera en redes GSM, se decidió trabajar con el emulador del terminal NOKIA de la serie 9200 (NOKIA 9200 Communicator serie SDK) para sistemas operativos Symbian. Se encuentra más información en: IV. APLICACIONES Con este proyecto se pretende en primer lugar elaborar una serie juegos de video monousuarios que permitan la introducción por parte de los desarrolladores en el mundo Java, es decir, que nos posibiliten un conocimiento de las potencialidades de este entorno; para continuar en segundo lugar, con la elaboración de juegos multiusuarios que permitan la interacción entre dos usuarios remotos de una manera amable y divertida. Con lo que se ofrece la posibilidad de jugar con un oponente vía Web, desde un PC o desde otro terminal móvil NOKIA. La parte teórica del proyecto se enfoca hacia el aprendizaje y manejo del lenguaje J2ME, además el estudio del funcionamiento del emulador de terminales móviles NOKIA serie 9200, y posteriormente el estudio y selección de la tecnología Web mas apropiada para la comunicación entre usuarios remotos. Se involucra también el estudio de tecnologías inalámbricas que posibiliten la transmisión de datos y el manejo de los diferentes protocolos existentes para la comunicación en red. La parte práctica consiste en la elaboración de juegos de video por medio del lenguaje J2ME que serán probados en el emulador de terminales NOKIA serie 9200, permitiendo a su vez la interacción entre dos abonados. Teniendo en cuenta los aspectos ingenieriles y académicos del proyecto estos están presentes dentro del desarrollo y programación de plataformas móviles en los modelos de clienteservidor y punto a punto. 5

6 Para el establecimiento de una comunicación punto a punto se utiliza a su vez el protocolo TCP el cual provee un canal confiable para las comunicaciones vía red. La librería java.net proporciona los componentes necesarios para el establecimiento de una comunicación eficiente. En el caso del juego multiusuario se usará la plataforma Java dada la facilidad que otorga para la elaboración de programas que necesiten recursos en la red. Para establecer una comunicación sobre TCP es necesario establecer una conexión cliente servidor, y para esto se requiere que tanto el cliente como el servidor lean y escriban de un socket o lazo de conexión. Socket, es el punto final de una comunicación de dos vías entre dos programas corridos en la red. El paquete de java.net en la plataforma Java provee un socket class que implementa la comunicación de un lado en una comunicación de dos vías entre el juego o cualquier otro programa y su receptor u otro programa en la red. Este socket puede esconder detalles del programa que sean enviados por la red y mediante el uso de la librería en cuestión los programas se pueden comunicar sobre la red en una plataforma independiente. Adicionalmente se usa java.net con ServerSocket class para asegurar la aceptación del servidor para conexión entre clientes. Con lo anterior se puede denotar que la plataforma Java provee dentro de la misma todas las herramientas necesarias para establecer comunicaciones entre usuarios y por lo tanto es la mas recomendable y sencilla para el desarrollo del proyecto. V. TRABAJOS FUTUROS El equipo GIDAT continuará desarrollando en cooperación con NOKIA aplicaciones para terminales móviles serie El próximo prototipo en curso consiste en el desarrollo de una aplicación a nivel de emulador, que tendrá como objetivo impulsar una fuerza de ventas, para lo que se requiere la implementación de una base de datos y el desarrollo del software cliente en Java que permita la interacción y comunicación con la base de datos. La aplicación requiere de un permanente manejo de la información contenida en una base de datos remota y para las respectivas operaciones de actualización modificación de la base de datos por lo que se usará el lenguaje SQL, y la base de datos MySQL. También se pretende dejar información acerca del manejo del sistema operativo SYMBIAN, que sirva para facilitar el desarrollo de futuras aplicaciones y a su vez como soporte pedagógico para las instituciones que requieran conocimientos de dicha tecnología. VI. RECONOCIMIENTOS El autor agradece por su valiosa colaboración y asesoría en el desarrollo del presente artículo a las siguientes personas: Magíster Jorge Mario Londoño Peláez, jlondon@logos.upb.edu.co, Universidad Pontificia Bolivariana, Docente-Investigador GIDAT, Colombia. Ingeniero Jaime Alberto Ocampo, jaoca@epm.net.co, Universidad Pontificia Bolivariana, Investigador GIDAT, Colombia. Ingeniero César Castro, Bussines Development Manager, Northern Region, LatinAmerica. NOKIA. Y al equipo de tecnologías aplicadas a las comunicaciones móviles del grupo GIDAT. VII. REFERENCIAS [1] efinition.html [2] [3] [4] CADAVID, Mauricio y OCAMPO, Jaime A. Elaboración de software y aplicación para dispositivos inalámbricos mediante el uso del lenguaje J2ME. Medellín, p. Tesis (Ingeniero Electrónico). Universidad Pontificia Bolivariana. Escuela de Ingenierías. Mariluz Sierra Duque: Ingeniera Electrónica de la Universidad Pontificia Bolivariana. Candidata a especialista en telecomunicaciones de la misma universidad, ha sido conferencista en varios eventos en temáticas relacionadas con el Internet Móvil. Se desempeña como investigadora en el grupo GIDAT, y trabaja con especial interés en la línea de tecnologías aplicadas a las comunicaciones inalámbricas. 6