Testing the performance and feasibility of Bluetooth communications in pervasive systems

Smart and mobile environments require seamless connections. However, due to the frequent process of ''discovery'' and disconnection of mobile devices while data interchange is happening, wireless connections are often interrupted. To minimize this drawback, a protocol that enables an easy and fast synchronization is crucial. Bearing this in mind, Bluetooth technology appears to be a suitable solution to carry on such connections due to the discovery and pairing capabilities it provides. Nonetheless, the time and energy spent when several devices are being discovered and used at the same time still needs to be managed properly. It is essential that this process of discovery takes as little time and energy as possible. In addition to this, it is believed that the performance of the communications is not constant when the transmission speeds and throughput increase, but this has not been proved formally. Therefore, the purpose of this project is twofold: Firstly, to design and build a framework-system capable of performing controlled Bluetooth device discovery, pairing and communications. Secondly, to analyze and test the scalability and performance of the \emph{classic} Bluetooth standard under different scenarios and with various sensors and devices using the framework developed. To achieve the first goal, a generic Bluetooth platform will be used to control the test conditions and to form a ubiquitous wireless system connected to an Android Smartphone. For the latter goal, various stress-tests will be carried on to measure the consumption rate of battery life as well as the quality of the communications between the devices involved.

Estudio de la cinemática de un móvil de dos ruedas y su control para mantener el equilibrio controlado por Bluetooth

Este proyecto se centra en el control de un robot con estabilidad dinámica más concretamente en un robot que responde al conocido modelo del péndulo invertido. Una de las aplicaciones más famosas del péndulo invertido es el Segway. El péndulo invertido del Segway se define solo en un eje, al tener dos ruedas paralelas como soporte. El proyecto general consta de tres partes, poner el robot en equilibrio, el control remoto del robot vía Bluetooth y el uso de los encoders de los motores para manejar el robot. Poner el robot en equilibrio: Esta parte consiste en la lectura e interpretación de los datos que nos ofrece la Unidad de Medición Inercial (IMU) para conseguir que el robot se mantenga horizontalmente en todo momento utilizando un control PID y se ha desarrollado junto al compañero, Anartz Recalde. Las otras dos partes están pensadas con el objetivo de darle más personalidad al proyecto individual de cada uno. Control remoto vía Bluetooth: Con esta parte lo que se pretende es controlar el robot remotamente mediante el Bluetooth y ha sido desarrollada únicamente por mí. Uso de los encoders de los motores para manejar el robot: Esta parte ha sido totalmente desarrollada por Anartz Recalde, y consiste en hacer uso de los encoders de los motores e interpretar los datos que proporcionan para sacar distintos datos como la distancia recorrida o la velocidad. De esta manera, intentará conseguir que el robot en todo momento se mantenga en la misma posición, es decir si alguna fuerza externa al robot hace que el robot se mueva, éste se tiene que situar en la misma posición en la que estaba antes de que se le hubiera ejercido dicha fuerza externa. Por lo tanto, este proyecto consiste en construir un robot balancín, bastante similar a un Segway pero en una escala más pequeña, conseguir que se mantenga en equilibrio y manejarlo por control remoto mediante uso del Bluetooth.

Diseño y fabricación de una tarjeta PCB (Shield) para el control de un robot autobalanceado basado en Arduino

Un robot autobalanceado es un dispositivo que, aun teniendo su centro de masas por encima del eje de giro, consigue mantener el equilibrio. Se basa o aproxima al problema del péndulo invertido. Este proyecto comprende el desarrollo e implementación de un robot autobalanceado basado en la plataforma Arduino. Se utilizará una placa Arduino y se diseñará y fabricará con un shield o tarjeta (PCB), donde se incluirán los elementos hardware que se consideren necesarios. Abarca el estudio y montaje del chasis y los sistemas de sensado, control digital, alimentación y motores

TORP: The Open Robot Project A Framework for Module-Based Robots

The development of robots has shown itself as a very complex interdisciplinary research field. The predominant procedure for these developments in the last decades is based on the assumption that each robot is a fully personalized project, with the direct embedding of hardware and software technologies in robot parts with no level of abstraction. Although this methodology has brought countless benefits to the robotics research, on the other hand, it has imposed major drawbacks: (i) the difficulty to reuse hardware and software parts in new robots or new versions; (ii) the difficulty to compare performance of different robots parts; and (iii) the difficulty to adapt development needs-in hardware and software levels-to local groups expertise. Large advances might be reached, for example, if physical parts of a robot could be reused in a different robot constructed with other technologies by other researcher or group. This paper proposes a framework for robots, TORP (The Open Robot Project), that aims to put forward a standardization in all dimensions (electrical, mechanical and computational) of a robot shared development model. This architecture is based on the dissociation between the robot and its parts, and between the robot parts and their technologies. In this paper, the first specification for a TORP family and the first humanoid robot constructed following the TORP specification set are presented, as well as the advances proposed for their improvement.

Desenvolvimento de um aplicativo Android e de uma interface bluetooth para um dinamômetro biomédico

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Applicazione Android per l'utilizzo di uno smartphone come scatola nera

La tecnologia rende ormai disponibili, per ogni tipologia di azienda, dispositivi elettronici a costo contenuto in grado di rilevare il comportamento dei propri clienti e quindi permettere di profilare bacini di utenza in base a comportamenti comuni. Le compagnie assicurative automobilistiche sono molto sensibili a questo tema poiché, per essere concorrenziali, il premio assicurativo che ogni cliente paga deve essere abbastanza basso da attirarlo verso la compagnia ma anche abbastanza alto da non diventare una voce negativa nel bilancio di quest'ultima. Negli ultimi anni vediamo dunque il diffondersi delle scatole nere, che altro non sono che dispositivi satellitari che aiutano le compagnie assicurative a definire più nel dettaglio il profilo del proprio cliente. Una migliore profilatura porta vantaggi sia all'assicurato che alla compagnia assicurativa, perché da un lato il cliente vede il premio dell'assicurazione abbassarsi, dall'altro la compagnia assicuratrice si sente rassicurata sull'affidabilità del cliente. Questi dispositivi sono costruiti per svolgere principalmente due compiti: raccogliere dati sulla guida dell'automobilista per una profilatura e rilevare un incidente. Come servizio aggiuntivo può essere richiesto supporto al primo soccorso. L'idea di questa tesi è quella di sviluppare un'applicazione per smartphone che funzioni da scatola nera e analizzare i vantaggi e i limiti dell'hardware. Prima di tutto l'applicazione potrà essere installata su diversi dispositivi e potrà essere aggiornata di anno in anno senza dover eliminare l'hardware esistente, d'altro canto lo smartphone permette di poter associare anche funzionalità di tipo client-care più avanzate. Queste funzionalità sarebbero di notevole interesse per l'automobilista, pensiamo ad esempio al momento dell'incidente, sarebbe impagabile un'applicazione che, rilevato l'incidente in cui si è rimasti coinvolti, avverta subito i soccorsi indicando esplicitamente l'indirizzo in cui è avvenuto.

Discovery di dispositivi embedded e raccolta di dati con bluetooth e bluetooth smart

L'obbiettivo di questa tesi è la produzione del prototipo di un sistema che sia in grado di ottenere dati da un insieme di sensori per poterli poi trasmettere all’utente, in modo che esso sia maggiormente cosciente del mondo che lo circonda. Affronteremo la sfida in uno scenario medico / di soccorso, dove un operatore si avvicinerà ad un gruppo di pazienti con l’intenzione di ottenere i parametri vitali di uno di essi. All'interno del documento saranno descritte le tecnologie sfruttate per la realizzazione del prototipo: Bluetooth e Bluetooth Smart, il sistema operativo Linux in esecuzione su un Raspberry Pi dotato di sensori, il sistema operativo Android in esecuzione su smartphone o tablet e iBeacon. Verranno poi analizzati i requisiti del sistema da realizzare. Infine verrà descritta l'implementazione utilizzata nel prototipo e analizzato il suo comportamento.

Wearable computing e body area network: Android e wristox2 come caso di studio

In questa tesi verranno affrontati due argomenti principali. Il primo sono le tecnologie wearable, comprendendo anche la notazione più generica di tecnologie bearable, che si stanno sempre più diffondendo negli ultimi anni; il secondo sono le BAN (Body Area Network), reti di sensori e dispositivi posti sul corpo umano, utilizzate per rendere possibile la comunicazione e l'interazione fra i device wearable. Si partirà da una trattazione di tipo generico degli argomenti, descrivendo l'architettura fisica delle tecnologie, con focalizzazione sull'aspetto informatico prevalentemente che su quello elettronico e telecomunicazionistico. Si parlerà degli attuali impieghi dei dispositivi e delle reti, e delle loro probabili evoluzioni future. Si introdurranno poi i protocolli di comunicazione principali e se ne analizzeranno le differenze, decretando se sia o meno conveniente puntare su uno o sull'altro rispetto alle esigenze di progetto. Verrà introdotto il sistema operativo Android, descrivendo la sua architettura e fornendo le informazioni basilari per comprendere al meglio il rapporto esistente con la tecnologia Bluetooth.

Libreria per comunicazioni ad-hoc per android basate su bluetooth

La tesi sviluppa, attraverso un processo definito e gestito, una libreria Android che permette di far comunicare diversi dispositivi mobili tramite Bluetooth. Inoltre gestisce: • le richieste di connessione sia che esse provengano dall’esterno, sia che partano dal dispositivo stesso; • la dinamicità del sistema utilizzando dispositivi mobili, cioè capaci di muoversi in diverse direzioni costantemente. In tal senso, la lista dei dispositivi vicini è costantemente aggiornata. • la comunicazione in stile Peer-to-Peer(P2P). In questo caso si viene a formare un gap in quanto la libreria Android di Bluetooth usa lo stile Master-Slave per i suoi dispositivi. Per colmare questo gap, la libreria sviluppata crea un layer soprastante la libreria Bluetooth di Android e maschera lo stile di comunicazione di quest’ultima a favo- re di una comunicazione paritaria, nella quale un dispositivo può sia accettare le richieste di connessione, sia connettersi ad altri dispositivi.

Sviluppo di applicazioni mobile platform-independent: Un caso di studio basato sul framework sencha

Negli ultimi anni si è imposto il concetto di Ubiquitous Computing, ovvero la possibilità di accedere al web e di usare applicazioni per divertimento o lavoro in qualsiasi momento e in qualsiasi luogo. Questo fenomeno sta cambiando notevolmente le abitudini delle persone e ciò è testimoniato anche dal fatto che il mercato mobile è in forte ascesa: da fine 2014 sono 45 milioni gli smartphone e 12 milioni i tablet in circolazione in Italia. Sembra quasi impossibile, dunque, rinunciare al mobile, soprattutto per le aziende: il nuovo modo di comunicare ha reso necessaria l’introduzione del Mobile Marketing e per raggiungere i propri clienti ora uno degli strumenti più efficaci e diretti sono le applicazioni. Esse si definiscono native se si pongono come traguardo un determinato smartphone e possono funzionare solo per quel sistema operativo. Infatti un’app costruita, per esempio, per Android non può funzionare su dispositivi Apple o Windows Phone a meno che non si ricorra al processo di porting. Ultimamente però è richiesto un numero sempre maggiore di app per piattaforma e i dispositivi presenti attualmente sul mercato presentano differenze tra le CPU, le interfacce (Application Programming Interface), i sistemi operativi, l’hardware, etc. Nasce quindi la necessità di creare applicazioni che possano funzionare su più sistemi operativi, ovvero le applicazioni platform-independent. Per facilitare e supportare questo genere di lavoro sono stati definiti nuovi ambienti di sviluppo tra i quali Sencha Touch e Apache Cordova. Il risultato finale dello sviluppo di un’app attraverso questi framework è proprio quello di ottenere un oggetto che possa essere eseguito su qualsiasi dispositivo. Naturalmente la resa non sarà la stessa di un’app nativa, la quale ha libero accesso a tutte le funzionalità del dispositivo (rubrica, messaggi, notifiche, geolocalizzazione, fotocamera, accelerometro, etc.), però con questa nuova app vi è la garanzia di un costo di sviluppo minore e di una richiesta considerevole sul mercato. L’obiettivo della tesi è quello di analizzare questo scenario attraverso un caso di studio proveniente da una realtà aziendale che presenta proprio la necessità di sviluppare un’applicazione per più piattaforme. Nella prima parte della tesi viene affrontata la tematica del mobile computing e quella del dualismo tra la programmazione nativa e le web app: verranno analizzate le caratteristiche delle due diverse tipologie cercando di capire quale delle due risulti essere la migliore. Nella seconda parte sarà data luce a uno dei più importanti framework per la costruzione di app multi-piattaforma: Sencha Touch. Ne verranno analizzate le caratteristiche, soffermandosi in particolare sul pattern MVC e si potrà vedere un confronto con altri framework. Nella terza parte si tratterà il caso di studio, un app mobile per Retail basata su Sencha Touch e Apache Cordova. Nella parte finale si troveranno alcune riflessioni e conclusioni sul mobile platform-independent e sui vantaggi e gli svantaggi dell’utilizzo di JavaScript per sviluppare app.

Prototipo di schermo adattativo basato su Android e Bluetooth Low Energy

La tesi nasce da un'attività di ricerca approfondita su alcune tecnologie innovative e all'avanguardia nell'ambito del mobile computing e dell'Internet of Things. Tra queste il focus principale è orientato allo studio del Bluetooth Low Energy, nuova specifica di Bluetooth caratterizzata principalmente da un consumo di energia assai ridotto. In particolare, si è approfondito il suo funzionamento nel caso dei beacon, piccoli dispositivi che permettono una localizzazione mediante l'invio di un segnale BLE. Inoltre è stata analizzata la possibilità di interazione con Android, poiché oggigiorno non si può evitare di pensare a come queste tecnologie possano interfacciarsi con il mondo degli smartphone e dei tablet. Come conseguenza di tale attività di ricerca è stato analizzato un caso di studio che permettesse di applicare le tecnologie studiate e la loro interazione. Si è pensato quindi a un piccolo sistema distribuito per schermi adattativi (capaci di modificare i contenuti visualizzati in relazione ad eventi esterni) affinché ogni schermo mostrasse dinamicamente l'orario delle lezioni di ciascuno studente all'avvicinarsi di quest'ultimo, e solo per il tempo di permanenza nei pressi dello schermo. Si è quindi progettato e sviluppato un prototipo, e infine durante il testing si sono potute verificare le attuali potenzialità di queste tecnologie e trarre conclusioni sulla possibilità della loro futura diffusione e di impiego in contesti differenti.

Realizzazione di un'interfaccia universale in tecnologia Bluetooth Low Energy per sensori integrati

Lo scopo dell’elaborato di tesi è la progettazione e lo sviluppo di un’applicazione per il modulo Bluetooth Low Energy (BLE) Texas Instrument CC2650 in grado di leggere le informazioni da un sensore analogico, tramite un Analog-Digital- Converter (ADC), e di scambiare i dati con uno smartphone Android in tempo reale. L’interfaccia realizzata deve essere universale, ovvero dovrà essere compatibile con sensori di diverso tipo, facilmente estensibile per l’aggiunta di un numero maggiore di periferiche di lettura e utilizzabile con un ampio numero di dispositivi.