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Fachhochschule Nordwestschweiz
Olten, Schweiz
Auftraggeber Miguel Rodriguez, digitalSTROM
Betreuender Dozent Prof. Dr. Holger Wache
Autor Michael Niggeler
Olten, 08.08.2014
SMARTWATCHES FÜR
SMARTHOMES Bachelor Thesis
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
Auftraggeber digitalSTROM AG Herr Miguel Rodriguez Brandstrasse 33
8952 Schlieren
+41 44 445 99 09
www.digitalstrom.com
Betreuender Dozent
Prof. Dr. Holger Wache University of Applied Sciences
Northwestern Switzerland (FHNW)
School of Business
Riggenbachstrasse 16
4600 Olten
+41 62 957 24 59
www.fhnw.ch
Autor
Michael Niggeler Klasse WIVZ
+41 76 420 62 28
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
Eidesstattliche Erklärung
Ich versichere, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne Benutzung anderer als
der im Literaturverzeichnis angegebenen Quellen und Hilfsmittel angefertigt habe. Die wörtlich
oder inhaltlich den im Literaturverzeichnis aufgeführten Quellen und Hilfsmitteln entnommenen
Stellen sind in der Arbeit als Zitat bzw. Paraphrase kenntlich gemacht. Diese Bachelor Thesis
ist noch nicht veröffentlicht worden. Sie ist somit weder anderen Interessenten zugänglich
gemacht noch einer anderen Prüfungsbehörde vorgelegt worden.
Ort, Datum
_______________________________
Niggeler Michael
_______________________________
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
Management Summary
Immer mehr Unternehmen bieten Lösungen zur Steuerung beziehungsweise Automatisierung
des eigenen Heimes an. Sei es für einzelne Monitoring Anwendungen oder zur Steuerung des
ganzen Heimes. Diese Systeme sind immer mehr verbreitet und werden schon für diverse
Anwendungen eingesetzt.
Die digitalSTROM AG bietet mit ihrem Smart Home System eine umfassende Lösung an.
Diese erlaubt es von der Heizung bis über die Jalousien alles per Computer, Smartphone oder
Tablet zu steuern. Die digitalSTROM AG ist ein innovatives Unternehmen das versucht auch
die neusten Technologien mit ihrem System zu unterstützen und die Bedienungselemente und
Funktionen des Systems laufend zu erweitern. Mit Hilfe dieser Bachelor Thesis soll
herausgefunden werden wie eine SmartWatch zur Steuerung eingesetzt werden kann.
Um eine SmartWatch für die Bedienung einzusetzen werden diverse Bereiche analysiert. So
soll dem Benutzenden eine einfache Nutzung und übersichtliche Darstellung auf einem kleinen
Display ermöglicht werden. Durch die Analyse von neuer Technologie wie iBeacon wird eine
Möglichkeit zur Raumerkennung erarbeitet. Die Applikation soll neuste Technologien nutzen
die eine stromsparende Nutzung ermöglichen. Dazu werden verschiedene SmartWatch Typen
geprüft. Auf Grundlage der Analyse und der Konzeption wird eine Applikation zur Nutzung der
SmartWatch als Bedienungselement entwickelt.
Die Ergebnisse der Analyse zeigen auf, dass die Usability unter zu vielen Informationen, auf
einem kleinen Bildschirm, abnimmt. Das Design wurde deshalb so einfach und schlicht wie
möglich gehalten. Um dennoch mehrere Funktionen anbieten zu können, wurde eine
Raumerkennung mithilfe der iBeacon Technologie ermöglicht, die es erlaubt die Funktionen
zu erweitern. Für die Kommunikation und Definierung der Funktionen wird ein Smartphone
verwendet, da die SmartWatch dies nicht unterstützt. Die Untersuchung des
Benutzerverhaltens zeigt ein Potential für die Nutzung dieser neuen Applikation auf, da
Benutzende Zuhause meist ihr Smartphone, auch parallel mit anderen Aktivitäten nutzen. Um
eine stromsparende Nutzung zu ermöglichen wurde zur Kommunikation die Bluetooth LE
Technologie verwendet. Es wurde ein Konzept zur Umsetzung der Applikation auf Basis der
Ergebnisse der Analyse erstellt. Dieses Konzept wurde für die Umsetzung der Applikation
verwendet. Das Ergebnis ist eine funktionstüchtige Applikation für die Samsung Galaxy Reihe
und die Galaxy Gear 2. Diese Applikation ermöglicht die Verwendung der SmartWatch als
neues Bedienungselement des digitalSTROM Systems.
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
INHALT
1. Einleitung 1
1.1 Auftraggeber 1
1.2 Ausgangslage 1
1.3 Problemstellung 2
1.4 Ziele 3
1.5 Methodik 4
2. Grundlagen 5
2.1 Vorhandene Applikationen 5
2.2 digitalSTROM System 7
2.3 iBeacon Technologie 9
3. Analyse 11
3.1 Smartphone Benutzerverhalten 11
3.1.1 Örtlicher Gebrauch von Smartphones 11
3.1.2 Funktionale Nutzung Smartphones 13
3.1.3 Nutzung von SmartWatches 15
3.1.4 Potential 16
3.2 Usability Standards 16
3.3 SmartWatches 18
3.4 Requirements 20
3.4.1 Kontextanalyse 21
3.4.2 Funktionale/ Nicht-Funktionale Anforderungen 22
3.4.3 Funktionale Anforderungen 22
3.4.4 Nicht-Funktionale Anforderungen 23
3.5 Raumerkennung 24
3.6 Bluetooth Low Energy (LE) 27
3.7 digitalSTROM-Server 29
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
4. Konzeption 32
4.1 Technologieauswahl 32
4.1.1 Bluetooth LE 32
4.1.2 Tizen 33
4.1.3 Android 33
4.2 Funktionen / Use Cases 34
4.2.1 Funktionen 34
4.2.2 Use Cases und Use Case Szenarien 36
4.3 Applikation auf der Galaxy Gear 2 41
4.3.1 Entwicklungsumgebung 41
4.3.2 Mockups 42
4.3.3 Layoutplanung 42
4.3.4 Funktionen 44
4.3.5 Umsetzung Kommunikation 45
4.4 Applikation auf dem Android Smartphone 46
4.4.1 Entwicklungsumgebung 46
4.4.2 Mockups 47
4.4.3 Layoutplanung 48
4.4.4 Funktionen 50
4.4.5 Datenbank 51
4.4.6 Umsetzung Kommunikation 52
5. Entwickelte Applikation 54
5.1 Installation 54
5.2 Applikation auf der Galaxy Gear 2 55
5.2.1 Funktionen und Bedienung 55
5.3 Applikation auf dem Android Smartphone 57
5.3.1 Funktionen und Bedienung 57
6. Schlusswort 62
7. Danksagung 63
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
8. Literaturverzeichnis 64
9. Abbildungs- und Tabellenverzeichnis 67
10. Anhang 69
10.1 Quellcode der Applikationen auf CD 69
Michael Niggeler Seite 1 / 69
1. Einleitung
1.1 Auftraggeber
Der Auftraggeber dieser Bachelor Thesis, die digitalSTROM AG, ist ein deutsch-
schweizerisches Unternehmen mit Hauptsitz in Schlieren Zürich. Die digitalSTROM AG bietet
ihren Kunden mit digitalSTROM ein SmartHome System an, das eine breite Auswahl an
Lösungen für eine vernetzte Steuerung und der Automatisierung von Licht für verschiedenste
elektrische Geräte bereitstellt. (“digitalSTROM ist 2001 aus der Idee heraus entstanden,
elektrische Geräte auf günstige und ergonomische Art und Weise eine eigene Intelligenz zu
geben und sie miteinander zu vernetzen.“)(vgl. digitalSTROM Website, 2014) Das System
wurde 2011 auf den Markt gebracht und wird heute in Deutschland, Österreich und der
Schweiz vertrieben. Für das digitalSTROM System stehen diverse Anwendungen zur
Verfügung die es, zum Beispiel, ermöglichen die Energieeffizienz zu steigern oder je nach
Uhrzeit verschiedene Lichtszenarien zu programmieren. Diese Anwendungen lassen sich via
Schalter oder virtuell über den Computer und das Smartphone programmieren und steuern.
1.2 Ausgangslage
digitalSTROM bietet verschiedene Bedienungsmöglichkeiten an um das Smart Home nicht nur
über einen Computer zu steuern. Zusätzlich zu der Bedienung über den Computer bietet
digitalSTROM auch eine Bedienung des Smart Homes über Applikationen für Smartphones
oder Tablets an. Die Applikationen die digitalSTROM für Mobilgeräte anbietet unterstützen
zurzeit die Betriebssysteme iOS und Android. Die Mobilgeräte lassen sich mit dem
digitalSTROM-Server verbinden und erlauben die Nutzung von diversen Funktionen. In den
Applikationen lassen sich sowohl eigene definierte Handlungen nutzen sowie die
vorprogrammierten Stimmungen, Bereiche oder globale Aktivitäten aufrufen. Mit den
Applikationen ist es zurzeit möglich eine Verbindung über das lokale Netzwerk mit dem
digitalSTROM System aufzubauen oder sich mit einem digitalSTROM Benutzerkonto über das
Internet mit dem digitalSTROM System zu verbinden.
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
Michael Niggeler Seite 2 / 69
1.3 Problemstellung
Die Applikationen die digitalSTROM für die Bedienung des Smart Homes anbietet
beschränken sich momentan auf Mobilgeräte und Computer. Die digitalSTROM AG würde
gerne die Möglichkeiten zur Bedienung des Smart Home erweitern. Im Rahmen dieser
Bachelor Thesis soll untersucht werden, wie eine SmartWatch zur Steuerung von Smart
Homes eingesetzt werden kann. Die Möglichkeit zur Steuerung soll an einer ausgewählten
SmartWatch überprüft werden. Auf Basis dieser ausgewählten SmartWatch soll eine
Applikation für die SmartWatch und falls nötig für das Smartphone umgesetzt werden. Für die
Umsetzung bezüglich Technologie und Programmiersprache sind keine speziellen Vorgaben
definiert.
Mit einer Applikation auf der SmartWatch soll es möglich sein, Funktionen zur Steuerung des
Smart Homes abzurufen. Die Funktionen die die SmartWatch anbietet hängen von den
Möglichkeiten ab wie die Applikation umgesetzt werden kann.
Durch eine Raumerkennung, zum Beispiel mithilfe von Beacons, sollen nur die wichtigsten
Steuerungsfunktionen auf der SmartWatch angezeigt werden. Mithilfe der Beacons sollen so
die Funktionen die auf der SmartWatch ausgeführt werden können, erweitert werden. Dabei
soll auf Einfachheit der Bedienung geachtet werden. Da die Displays im Vergleich zu einem
Computer oder Smartphone wesentlich kleiner sind soll der Benutzende nicht mit der
Bedienung überfordert werden. Die Programmiersprache in der die Applikation umgesetzt wird
sowie die Technologien die verwendet werden, sollen aufgrund der Umsetzbarkeit und der
Unterstützung der SmartWatch festgelegt werden.
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
Michael Niggeler Seite 3 / 69
1.4 Ziele
Als Ziel soll eine Applikation auf einer SmartWatch konzipiert und realisiert werden die mit dem
digitalSTROM System genutzt werden kann.
Durch Untersuchung einer ausgewählten SmartWatch soll die Umsetzbarkeit der Applikation
und die technischen Möglichkeiten zur Raumerkennung mit Beacons und mit dem
Smartphone, das mit einer SmartWatch verbunden ist, geprüft werden.
Es wird eine Applikation auf der SmartWatch umgesetzt die eine einfache Nutzung einiger
Funktionen des digitalSTROM Systems ermöglicht. Die Kommunikation wird sofern möglich
mit energiesparenden Technologien umgesetzt. Die Applikation sollte in der Lage sein sich
lokal mit dem digitalSTROM Server zu verbinden.
Folgende Punkte sind Teile der Zielsetzung:
x Untersuchung des Nutzungsverhalten von Smartphone Benutzenden
x Untersuchung von Usability Standards
x Analyse der Umsetzbarkeit von vorausgewählten SmartWatches
x Analyse der Raumerkennung mit iBeacon Technologie
x Analyse von Bluetooth LE und der Kommunikation von SmartWatch
x Festlegen der Ausgangsplattform (Betriebssystem) und Konzeption der Applikation
x Umsetzung der Applikation für eine ausgewählte SmartWatch
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
Michael Niggeler Seite 4 / 69
1.5 Methodik
Die Analyse von Literatur zu Technologien, die zur Umsetzung nötig sind und mit der Analyse
des digitalSTROM Systems und Dokumentationen dazu soll eine Grundlage zur Umsetzung
der Applikationen geschaffen werden. Durch die wissenschaftliche Untersuchung des
Nutzungsverhaltens von Smartphone Benutzenden wird das Potential zur Nutzung einer
SmartWatch als Bedienungselemente des digitalSTROM Systems, aufgezeigt.
Die Funktionen welche die Applikation zur Verfügung stellen wird sollen durch Untersuchung
des Nutzungsbereichs bzw. Nutzungsverhalten von Smartphone Benutzenden auf die
Bedürfnisse von Nutzern abgestimmt sein. Anhand von wissenschaftlicher Literatur zur
Usability im mobilen Bereich soll auch untersucht werden wie dem Benutzenden eine einfache
und leicht verständliche Bedienung und Darstellung ermöglicht werden kann.
Die Konzeption und Entwicklung der Applikation baut auf Anforderungen und Funktionen auf,
die mit dem Arbeitgeber zu Anfangs definiert werden. Zudem werden die Ergebnisse der
Analyse in die Konzeption aufgenommen. Das Ziel ist die rasche Fertigstellung eines
Prototyps, um auf dieser Basis weitere Funktionen festlegen zu können. Die Applikation wird
funktionsgetrieben und agil entwickelt da nur wenig Zeit zur Umsetzung der Applikation
vorhanden ist. Dies ermöglicht dem Arbeitgeber auch während der Entwicklung noch
Erweiterungen oder Änderungen vorzuschlagen.
Fertiggestellte Funktionen werden geprüft und getestet. Technologien werden untersucht um
die energiesparende Nutzung von Bluetooth LE zur Kommunikation mit der SmartWatch und
den Beacons einzusetzen. Zur Umsetzung der Applikation auf der SmartWatch und dem
Smartphone wird in aktueller Fachliteratur nach Methoden, zur Umsetzung von einzelnen
Komponenten, der Applikation auf der SmartWatch und dem Smartphone, recherchiert.
Bachelor Thesis SmartWatches für SmartHomes
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2. Grundlagen
Die Grundlagen behandeln die angebotenen Applikationen von digitalSTROM sowie die
Systemkomponenten von digitalSTROM. Zusätzlich wird die iBeacon Technologie eingeführt
und erklärt. Die Grundlagen sollen einen Überblick schaffen um das digitalSTROM System
und die iBeacon Technologie in den weiteren Kapiteln gut zu verstehen.
2.1 Vorhandene Applikationen
Für Smartphones, als Bedienungselement für das Smart Home, sind Applikationen für die
Betriebssysteme Android und iOS vorhanden. Da digitalSTROM ein offener Standard ist, gibt
es zusätzlich auch Applikationen die von Drittanbietern angeboten werden. Als Grundlage
werden diese Applikationen untersucht um einen Überblick über die angebotenen Funktionen
und Applikationen zu bekommen.
Auf der iOS Plattform bietet die digitalSTROM AG zurzeit folgende Applikationen an:
Interface und Haupt-
bedienungselement zur
Steuerung des Smart Home
Interface und Haupt-
bedienungselement zur
Steuerung des Smart Home
(neuere Version)
.
Steuerung des Smart Home
über Erkennung von
Sprachbefehlen
Quelle: Apple, 2014
Diese Applikationen können ab iOS 6.0 auf einem iPhone oder (mit Ausnahme der
digitalSTROM Applikation) auch auf dem iPad genutzt werden. (vgl. Apple, 2014)
Abbildung 1 - digitalSTROM Abbildung 2 - digitalSTROM Dashboard
Abbildung 3 - dS Listener
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Die digitalSTROM AG bietet ebenfalls die gleichen Applikationen für die Android Plattform an.
Die Applikationen umfassen hier:
Interface und Haupt-
bedienungselement zur
Steuerung des Smart Home
Steuerung des Smart Home
über Erkennung von
Sprachbefehlen
Interface und Haupt-
bedienungselement zur
Steuerung des Smart Home
(neuere Version)
Quelle: Google, 2014
Zusätzlich sind Applikationen von Drittanbieter vorhanden die mit dem digitalSTROM System
genutzt werden können.
Darstellung Energie-
verbrauchsdaten.
Unterstützung des
digitalSTROM Systems
Steuerung des Smart Home
mit NFC-Tag Erkennung
Quelle: Google, 2014
Das digitalSTROM System kann schon sehr gut mit den vorhandenen Applikationen über das
Smartphone als Bedienungselement genutzt werden. Es stehen diverse verschiedene
Applikationen für die Plattformen iOS und Android zur Verfügung.
Abbildung 4 - dS Home Control Abbildung 5 - dS Listener
Abbildung 6 - dS Dashboard
Abbildung 8 - bidgely Abbildung 7 - dS NFC
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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2.2 digitalSTROM System
Das digitalSTROM System besteht grundsätzlich aus mehreren Komponenten. Das System
nutzt das bereits vorhandene Stromnetz um eine Kommunikation zwischen diesen
Komponenten zu ermöglichen. In der Tabelle unten aufgeführt sind die wichtigsten Elemente
für diese Arbeit.
Abbildung 9 - digitalSTROM-Glossar
Quelle: digitalSTROM AG, 2014
Um das System betreiben zu können sind mindestens die Komponenten digitalSTROM Filter,
digitalSTROM-Meter, mindestens eine digitalSTROM-Klemme sowie ein Taster mit Klemme
notwendig. Der digitalSTROM-Server ist optional, wird aber auch erklärt da er für die
Umsetzung der Applikation wichtig ist.
Der digitalSTROM Filter konditioniert das Netz für die Kommunikation. Pro Stromkreis wird
nun ein digitalSTROM-Meter eingesetzt der die Kommunikation mit den digitalSTROM
Klemmen ermöglicht. Diese Klemmen werden vor das zu steuernde Gerät eingebaut und
ermöglichen das Schalten und Dimmen mit einem integrierten Chip. Durch drücken des
Tasters können nun, zum Beispiel Lichtquellen, geschaltet werden. Es ist auch möglich durch
mehrmaliges drücken des Tasters eine Lichtstimmung zu schalten welche, zum Beispiel,
gleich mehrere Lichtquellen einschaltet. (vgl. digitalSTROM AG, 2014)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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Farbkonzept
Das digitalSTROM System kennt verschiedene Farben für einzelne Anwendungsbereiche.
Den Anwendungsbereichen sind Farben zugeteilt um die Arbeit damit zu vereinfachen und
den Überblick zu gewinnen. Das Farbkonzept zieht sich durch alle Anwendungen durch. Das
heisst, zum Beispiel, auch, dass die Gehäusefarben der digitalSTROM-Komponenten die
jeweilige Farbe des Anwendungsbereiches aufweisen. Die nachfolgende Tabelle gibt
Aufschluss über die einzelnen Farben.
Abbildung 10 - Farbkonzept digitalSTROM
Quelle: digitalSTROM AG, 2014
Funktionsweise
Wird das System in Betrieb genommen registriert das dSM alle im Stromkreis installierten
digitalSTROM-Geräte. Weitere Geräte können einfach in bestehende Kreise eingesetzt
werden und werden gleich erkannt. Wird nun, zum Beispiel ein Taster betätigt, wird von der
digitalSTROM-Tasterklemme eine Nachricht auf dem Rückkanal an den dSM gesendet der
wiederum die Nachricht an alle digitalSTROM-Geräte im Hinkanal schickt. Alle digitalSTROM-
Geräte die von der Nachricht betroffen sind werden nun die vordefinierten Gerätewerte der
Nachricht schalten. Das dSM misst zusätzlich noch die Leistung alles Geräte die im Stromkreis
geschaltet sind. (vgl. digitalSTROM AG, 2014)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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digitalSTROM Server
Wird ein digitalSTROM Server (dSS) eingesetzt kann die Funktionalität erweitert werden. Mit
einem dSS ist es möglich auf dem Computer komplexere Funktionen zu konfigurieren. Es
können zusätzliche Anwendungen wie Leistungsmessung und Timer auf dem Computer
verwendet werden und der dSS ermöglicht die Verwendung von Smartphones oder Tablets
als Steuerungselement. (vgl. digitalSTROM AG, 2014)
2.3 iBeacon Technologie
Die iBeacon Technologie ist eine sehr neue Technologie welche von Apple herausgegeben
wurde. Die iBeacon Technologie wurde erstmals in iOS 7 eingeführt. Sie dient dazu für ein
bestimmtes Beacon einen Bereich zu definieren, indem ein Gerät das Verlassen und Betreten
dieses Bereiches sowie die Reichweite mithilfe der Beacons erkennen kann.
Die iBeacon Technologie nutzt dabei die stromsparende Bluetooth LE Technologie. Die
Beacons gibt es in verschiedenen Varianten. Es werden, je nach Beacon, abgeänderte
Varianten der Technologie und Frequenzen verwendet. Im unteren Bild ist ein Beispiel eines
Beacon.
Abbildung 11 - Beacon weiss
Quelle: Autor
Die Beacons können mit kleinen Knopfzellen betrieben werden. Die Betriebsdauer ist, je nach
Frequenz der Signale, unterschiedlich reicht aber von einem Monat bis zu einem Jahr bis die
Batterien ausgetauscht werden müssen. Die iBeacon Technologie spezifiziert die
Informationen die über Bluetooth übertragen werden müssen. Weist ein Gerät diese
spezifischen Informationen über Bluetooth auf, kann es als Beacon identifiziert werden.
(vgl. Apple, 2014)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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Die iBeacon Technologie spezifiziert wie schon erwähnt die Informationen die über Bluetooth
übertragen werden. Diese Informationen sind in der Tabelle unten ersichtlich.
Tabelle 1 - iBeacon Informationen
Feld Grösse Beschreibung Universally Unique Identifier
16 Byte Identifikator Global
Major 2 Byte Identifikator Region
Minor 2 Byte Weitere Teilung der Region
Quelle: Apple, 2014
Das Beacon kann über diese Eigenschaften identifiziert werden. Das Major und Minor Feld
sind hierarchisch angeordnet um weitere Unterteilungen zuzulassen. Diese Informationen
werden über Bluetooth LE übertragen deshalb muss mindestens ein Bluetooth LE fähiges
Gerät bereit stehen, um ein Beacon auslesen zu können. Die Information selbst wird nicht
von Apple selbst definiert sondern von der Organisation die das Beacon herstellt.
Um die Reichweite, von einem Gerät zu einem Beacon, eruieren zu können wird die
Signalstärke genutzt. Je stärker das Signal desto genauer wird auch das Erkennen der
Reichweite. Die Bestimmung der Reichweite hängt dabei stark davon ab, wo das Beacon
und das scannende Gerät physikalisch positioniert sind.
Die iOS 7 API‘s erlauben das Monitoring von Beacons sowie das Ranging. Die iBeacon
Technologie konnte zu anfangs nur praktikabel mit den iOS API’s genutzt werden.
Ab Android 4.3 ist es möglich mit Bluetooth LE Unterstützung ebenfalls die Bluetooth
Informationen auszulesen. Dies ist im Vergleich zu den iOS API’s aber enorm aufwendig da
iOS bereits fertige APIs bereitstellt. Auf Android müssen die Informationen mittels Bluetooth
LE Support der Version 4.3 einzeln herausgefiltert werden. Es ist aber möglich die Beacons
sowohl für Android System sowie iOS Systeme zu nutzen. (vgl. Apple, 2014)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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3. Analyse
Dieses Kapitel behandelt die Analysephase und beschreibt die Komponenten die für die
Entwicklung der Applikation auf einer SmartWatch nötig sind. Es werden verschiedene
SmartWatches auf ihre Eignung untersucht und das Nutzungsverhalten von Smartphone
Usern aufgezeigt. Für die spätere Umsetzung der Applikation mit einer ausgewählten
SmartWatch werden die Requirements beschrieben und analysiert. Als Bestandteil vom
digitalSTROM System wird, in diesem Kapitel, nur der digitalSTROM-Server genauer
beschrieben, da dies die wichtigste Einheit des Systems, für die Entwicklung der
Kommunikation der Applikation, darstellt. Für die Umsetzung der Raumerkennung wird die
iBeacon Technologie sowie Bluetooth LE analysiert.
3.1 Smartphone Benutzerverhalten
Das Nutzungsverhalten von Smartphone Benutzenden wird in Bezug auf die spätere
Umsetzung anhand von Studien analysiert. Es wird untersucht inwiefern Benutzende auch
Zuhause ihr Mobiltelefon nutzen und ob ein Potential für die Nutzung mit einer digitalSTROM
Applikation vorhanden ist.
3.1.1 Örtlicher Gebrauch von Smartphones
Smartphones sind heutzutage unser täglicher Begleiter, wir brauchen sie oft und an vielen
verschiedenen Orten. Ganze 64 Prozent erwachsener Schweizer haben ihr Smartphone in
den letzten sieben Tagen täglich benutzt. Doch ob das Smartphone auch Zuhause genutzt
wird und so die Nutzung der SmartWatch als Bedienungselement ermöglicht. Dazu werden
die Orte an denen Benutzende ihr Smartphone verwenden untersucht. In der unteren
Abbildung sind die drei meistgenannten Orte aufgeführt.
Abbildung 12 - Ort der Nutzung
Quelle: Google, 2013
Bei der Frage wo das Smartphone verwendet wird antworten 95 Prozent der Benutzenden,
dass sie es Zuhause benutzen. Das ist der höchste Wert der angegeben wurde. (vgl. Google,
2013)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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Für die umzusetzende digitalSTROM Applikation ist dies wichtig, da dies der
Haupteinsatzbereich der Applikationen ist. Die Benutzenden müssen bereit sein das
Smartphone in Verbindung mit der SmartWatch zu nutzen. Durch die Bereitschaft von 95
Prozent das Smartphone zu Hause zu nutzen ist dies gegeben. Ein anderer Aspekt ist die multimediale Nutzung von Smartphones. In Bezug auf die
digitalSTROM Applikation auf der SmartWatch muss der Benutzende bereit sein auch sein
Smartphone vielfältig zu benutzen und auch während verschiedenen Tätigkeiten bei sich zu
haben um eine Raumlokalisation überhaupt zu ermöglichen.
Abbildung 13 - Gleichzeitige Nutzung Medien
Quelle: Google, 2013
79 Prozent der Benutzenden verwenden ihr Smartphone während sie gleichzeitig mehrere
Aktivitäten ausführen. 45 Prozent der Benutzenden während sie Musik hören und zum Beispiel
46 Prozent während sie Fernsehen. Die Benutzenden lesen auch Zeitung oder lesen ein Buch
während sie gleichzeitig ihr Smartphone verwenden. Da Benutzende ihr Smartphone auch bei
verschiedenen Tätigkeiten nutzen kann davon ausgegangen werden, dass die Benutzenden
auch ihr Smartphone für die Raumlokalisation mit den Beacons an verschiedenen Orten dabei
haben. (vgl. Google, 2013)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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3.1.2 Funktionale Nutzung Smartphones
Die Verbreitung von Smartphones nimmt ständig zu. Im dritten Quartal 2013 betrug die
Verbreitung schon 54 Prozent. Damit können bereits über die Hälfte der Benutzenden mit
Smartphones angesprochen werden. Eine wichtige weitere Eigenschaft die es zu untersuchen
gilt ist die Funktionale Nutzung der Smartphone Benutzenden.
Die digitalSTROM Applikation soll Funktionen bereitstellen die dann auch von den Smartphone
beziehungsweise SmartWatch Benutzenden auch genutzt werden. Diese Funktionen setzen,
zum Beispiel, schon zu Anfangs voraus, dass Benutzende mit dem Internet vertraut sind,
dieses Nutzen und auch Zuhause brauchen. Auch soll der Benutzende das volle Potential mit
einer hohen Nutzungsdauer ausnutzen. Heutzutage sind Smartphones der Zugang zu vielen
Portalen. Die Benutzenden führen verschiedene Aktivitäten aus die sich in verschiedene
Kategorien einteilen lassen. Im Bild unten sind die Kategorien ersichtlich und die genutzten
Aktivitäten.
Abbildung 14 - Smartphone Portale
Quelle: Google, 2013
Auffallend ist, dass die meisten User die Kategorie Unterhaltung bevorzugen und 81 Prozent
davon das Internet zum Surfen nutzen. Aufgrund dieser Tatsache kann davon ausgegangen
werden das Benutzende von Smartphones sich mit dem Internet auskennen und die
Internetanbindung kein Problem darstellt. (vgl. Google, 2013)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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Ein weiterer interessanter Punkt ist die Anzahl genutzter Applikationen und die jeweilige
Nutzungsdauer. Je länger die Nutzungsdauer desto wahrscheinlicher ist auch, dass die
digitalSTROM Applikation länger benutzt wird und so auch eine Raumlokalisation ermöglicht
werden kann. Die unteren Diagramme zeigen die durchschnittliche monatliche Anzahl
genutzter Applikationen sowie deren Nutzungsdauer.
Abbildung 15 - Nutzungsdauer und genutzte Apps
Quelle: Statista, 2014
Im Jahr 2011 lag die durchschnittliche monatliche Nutzungsdauer von Applikationen noch bei
18 Stunden. Im Jahr 2013 waren es bereits 30 Stunden.
Es besteht somit ein Potential, dass die Benutzenden die Applikation auf dem Smartphone
und der SmartWatch über einen längeren Zeitraum auch wirklich nutzen. (vgl. Statista, 2014)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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3.1.3 Nutzung von SmartWatches
Untersucht werden muss auch die Nutzung bzw. das Potential der SmartWatches für die
Nutzung der digitalSTROM Applikation. Eine Umfrage im Jahr 2013 in Deutschland, zu den
beliebtesten Hightech Produkten als Weihnachtsgeschenk zeigt, dass 9,4 Prozent der
Befragten eine SmartWatch verschenken oder anschaffen wollen. Im Vergleich zu Tablets die
mit 23,1 Prozent führend sind und den Smartphones mit 22,6 Prozent, weist die SmartWatch
noch eine relativ geringe Nachfrage auf. Wenn man bedenkt, dass die erste alltagstaugliche
SmartWatch aber erst 2012 auf den Markt kam, ist dieser Prozentsatz schon ziemlich hoch.
Auch wenn die SmartWatch in der Wunschliste erst an 7. Stelle kommt, hat sie dennoch ein
grosses Potential, für ein weiteres Bedienungselement des digitalSTROM Systems. (vgl.
Statista, 2014)
Zudem hat eine repräsentative Umfrage von BITKOM ergeben, dass in Deutschland bereits
mehr als ein Drittel der Personen an einer SmartWatch interessiert sind. Ganze 31 Prozent
sind interessiert an einer SmartWatch die mit dem Smartphone verbunden ist. Insbesondere
die männlichen Teilnehmer gaben an zu 39 Prozent eine SmartWatch sicher oder
wahrscheinlich nutzen zu wollen.
Bei den jüngeren Benutzenden zwischen 14-29 Jahren sind 49 Prozent an einer SmartWatch
interessiert. Obwohl die heutigen SmartWatch Modelle für einige Funktionen noch eine
Verbindung mit dem Smartphone brauchen sind viele Personen an dieser neuen Technologie
interessiert. Die Zielgruppe sind insbesondere Männer und jüngere Smartphone Benutzende.
Die SmartWatch stellt somit eine Ergänzung zum Smartphone dar, mit der Möglichkeit, die
Benutzung zu vereinfachen. Die digitalSTROM Applikation auf der SmartWatch in Verbindung
mit dem Smartphone kann deshalb gut als neues Bedienungselement genutzt werden. (vgl.
BITKOM, 2013)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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3.1.4 Potential
Anhand der Ergebnisse der Studien und den untersuchten Bereichen ist klar, dass die
Benutzenden ihr Smartphone Zuhause am meisten Nutzen. Die Benutzenden wollen
heutzutage eher einfachere Funktionen die sie schnell nutzen können. Die Funktionen sollen
die Nutzer nicht überfordern. Die Benutzung von mehreren Applikationen ist stagniert und die
Nutzungsdauer pro Applikation hat zugenommen. Da es noch wenige Anwendungen für Smart
Watches gibt, ist der Markt noch nicht richtig gewachsen. Es kann jedoch davon ausgegangen
werden das mit weiteren Anwendungen für SmartWatches auch die Benutzerzahl steigt.
Die digitalSTROM Applikation soll von den Benutzenden in ihren Tagesablauf integriert
werden. Das Smartphone ist mit dem Internet verbunden und soll zusammen mit der
SmartWatch täglich benutzt werden um die verschiedenen Funktionen zu nutzen. Die Nutzer
von Smartphones sind bereits mit der Internetnutzung vertraut und verwenden diese auch.
Das Interesse bei den Benutzenden nach einer SmartWatch mit Verbindung zu einem
Smartphone ist vorhanden und zeigt, dass noch viel Potential für weitere Anwendungen
vorhanden ist. Die SmartWatch eignet sich somit gut als neues Bedienungselement für das
digitalSTROM-System.
3.2 Usability Standards
Wird eine Applikation entwickelt stellt sich immer auch die Frage, ob es eine native, eine Web
oder eine Hybride Applikation sein soll. Je nach Smartphone-Typ ist die Usability
unterschiedlich. Das Design und Layout muss an den jeweiligen Typ angepasst werden um
eine gute Usability zu gewährleisten.
Die Strategie die gewählt wird, hängt vor allem von der Anwendung und den Kosten ab. Zum
heutigen Zeitpunkt ist, nach aktuellen Studien, die native Applikation die bessere Wahl als eine
mobile Webseiten da die Usability bei nativen Applikationen noch höher ist als bei mobilen
Webseiten. Die Applikation kann gezielter und spezifischer nach dem Nutzen der Anwendung
ausgerichtet und optimiert werden. Auch durch das oftmals schlichte Design einer Applikation
kommt der Benutzende wesentlich besser zurecht da eine mobile Webseite meistens
komplexere Funktionen ermöglicht. Da Mobilgeräte durch ihre Einschränkungen wie, zum
Beispiel, langsamere Internetanbindung oder kleinere Displays eine schlechtere User
Experience bieten, ist es wichtig diese zu optimieren. (vgl. Nielsen, 2013, Seite 52-58)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
Michael Niggeler Seite 17 / 69
Mit nativen Applikationen für die Optimierung ist sehr viel mehr möglich als mit mobilen
Webseiten. Mit den Plattformen die es heute gibt ist auch das Kosten-Nutzen Verhältnis für
native Applikationen gut. Dies könnte sich aber in Zukunft ändern da es sehr wahrscheinlich
weitere Plattformen geben wird die sich etablieren werden. So kann es in Zukunft besser sein
mobile Webseiten zu entwickeln da sich dann der Aufwand für eine native Applikation nicht
mehr rentiert. Heutzutage sind die nativen Applikationen für spezifische Anwendungen nach
wie vor die beste Wahl.
(vgl. Nielsen, 2013, Seite 52-58)
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Usability für Mobilgeräte ist die Displaygrösse. Denn je
kleiner das Display ist, desto weniger Möglichkeiten gibt es für die Anzeige. Bei einer
statischen Anzeige der Daten kann es für den User besser sein mehr Informationen
anzuzeigen da er einen Überblick, zum Beispiel bei News, wünscht. Je höher die
Informationsdichte ist, desto weniger muss zwischen Anzeigen gewechselt werden. Wichtig
ist hier eine optimale Zwischenlösung von Informationsdichte und Bedienungsfreundlichkeit zu
finden. Das Design darf nicht zu komplex sein, sondern schlicht und funktional, um den
Benutzenden nicht zu überfordern. In der nachfolgenden Abbildung, zum Beispiel, sind zu viele
Icons auf in der Navigationsleiste.
Abbildung 16 - Beispiel Überladene Anzeige
Quelle: Nielsen, 2013
Hier wäre es besser gewesen die Symbole an das Systemdesign anzupassen und sich auf
weniger Symbole zur Navigation zu beschränken. (vgl. Nielsen, 2013, Seite 67-73)
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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3.3 SmartWatches
Nach der Analyse des Benutzerverhaltens und nach Vorgaben des Auftraggebers wurden
verschiedene SmartWatches zur Untersuchung ausgewählt. Diese SmartWatches werden
darauf untersucht und analysiert welche Technologie für die Umsetzung gebraucht werden.
Es wurden verschiedene Kriterien zur Auswahl definiert um die Vorgaben auch für die
Raumerkennung zu erfüllen.
Vordefinierte Kriterien für die SmartWatch Modelle:
x Bluetooth fähig
x Gute Akkulaufzeit
x Etablierte SmartWatch
x Einfache Plattform
Ausgewählt wurden folgende SmartWatch Modelle zur Vorauswahl.
Tabelle 2 - SmartWatch Modelle SmartWatch Modell Pebble Gear 2 Sony SmartWatch 2
Bluetooth 4.0 LE 4.0 LE Bluetooth 3.0 Display 32 mm 41,4 mm 40,64 mm Displayauflösung 144 x 168 px 320 x 320 px 220 x 176 px Akkukapazität 130 mAh 300 mAh 140 mAh Betriebssystem Pebble OS Tizen Android Kompatibilität Android ab
2.3,iPhone ab 3GS Galaxy Reihe ab
Android 4.3 Ab Android 4.0
Quellen: Samsung Website, 2014, Pebble Webiste, 2014, Sony Website, 2014
Die Betriebssysteme die auf SmartWatches eingesetzt werden, sind momentan noch
unterschiedlich. Die Hersteller setzten entweder auf Android oder ein eigenes Betriebssystem.
Eine Lösung für Pebble hätte den Vorteil, dass eine iOS Unterstützung umgesetzt werden
könnte. Tizen ist noch neu aber schon bekannt. Für die Kommunikation könnte die Bluetooth
LE Technologie gewählt werden um eine stromsparende Kommunikation für das Smartphone
und die SmartWatch zu gewährleisten. Die Akkulaufzeit hängt auch davon ab, wieviel Leistung
das Display verbraucht. (vgl. Samsung Website, 2014)(vgl. Pebble Website, 2014)(vgl. Sony
Website, 2014)
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Die Galaxy Gear 2 hat mit Abstand den stärksten Akku. Für eine Umsetzung der
Raumlokalisation mit iBeacon Technologie muss das Smartphone mindestens Bluetooth 4.0
unterstützen. Es ist deshalb nötig eine SmartWatch auszuwählen die Bluetooth 4.0 unterstützt,
da dies energiesparender ist. Die Sony SmartWatch 2 unterstützt nur Bluetooth 3.0 und erfüllt
somit die Kriterien nicht. Die parallele Kommunikation über Bluetooth, die im Falle einer
Raumerkennung mit Beacons und Verbindung zum Smartphone aufrechterhalten wird, muss
später auf der ausgewählten SmartWatch geprüft werden.
Aus diesen drei unterschiedlichen SmartWatch Modellen wurde aufgrund der technischen
Daten und Kriterien die Galaxy Gear 2 ausgewählt. Die Galaxy Gear 2 erlaubt eine Nutzung
mit Galaxy Smartphone Modellen ab Android 4.3. Die Gear 2 besitzt zudem das grösste
Display was eine einfache Bedienung und übersichtliche Darstellung ermöglicht.
Die Galaxy Gear 2 erfüllt alle Vorgaben die zur Entwicklung einer digitalSTROM Applikation
nötig sind und erlaubt es mit aktuellen Technologien zu arbeiten.
Aufgrund dieser Auswahl sind folgende Technologien für die Umsetzung der Applikation
gegeben:
x Tizen (SmartWatch) Die Umsetzung der SmartWatch Applikation erfolgt mit dem Betriebssystem Tizen.
Verwendet werden die Programmiersprachen JavaScript und HTML. Die
digitalSTROM Applikation wird als integrated type entwickelt. Das heisst die Applikation
für die SmartWatch ist in der Smartphone Version integriert und wird simultan installiert.
x Android (Smartphone) Die Applikation auf dem Smartphone wird mit Android 4.4 umgesetzt. Die verwendete
Programmiersprache ist Java.
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3.4 Requirements
Um die Applikation umsetzen zu können werden diverse Komponenten benötigt. Nachfolgend
werden die verschiedenen benötigten Requirements für die Umsetzung der Applikation in
Bezug auf die Raumlokalisation und das digitalSTROM System beschrieben und analysiert.
Für die Applikationsumsetzung würde lediglich die passende Entwicklungsumgebung reichen.
Um aber die Gegebenheiten mit Bluetooth LE sowie der Kommunikation mit dem
digitalSTROM System und der SmartWatch zu testen ist es wichtig diese auch physisch testen
zu können. Deshalb wurden mit dem Auftraggeber vereinbar die benötigten Geräte zu
bestellen. Es wird ein Galaxy S4 Black Edition sowie die Galaxy Gear 2 als Testsystem
verwendet.
Um das Komplette Testsystem aufbauen zu können werden noch diverse digitalSTROM-
Geräte benötigt. Die DigitalSTROM AG hat für Entwicklungszwecke ein Developer Kit das die
wichtigsten Komponenten für die Entwicklung enthält. So kann ein kleines digitalSTROM
Testsystem aufgebaut werden um später die Funktionen auch testen zu können. Das
Developer Kit besteht aus diversen Komponenten. Verwendet wird lediglich die Grundeinheit
in Verbindung mit zwei Testlampen. Dazu wird abwechselnd noch eine Joker Einheit, falls
nötig, eingesetzt.
Das Testsystem besteht somit aus folgenden Elementen:
x digitalSTROM Dev Kit Grundeinheit (dS Server,dS Filter, dS Meter)
x digitalSTROM Schnur Dimmer S
x digitalSTROM Joker Einheit
x digitalSTROM Klemme
x Samsung Galaxy S4
x Samsung Gear 2
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3.4.1 Kontextanalyse
Die Kontextanalyse dient im Vorfeld dazu die Grenzen des Systems zu definieren.
Dies hilft sich auf das Wesentliche in der Analyse zu konzentrieren und eine Übersicht zu
schaffen. Anhand der Analyse und den Anforderungen des Auftraggebers sind die
Systemgrenzen definiert worden. Da das System eine Neuentwicklung darstellt, steht es mit
keinem anderen System in Verbindung. Im unteren Bild sind die genauen Grenzen ersichtlich.
Abbildung 17 - Kontextgrenzen
Quelle: Autor
Zum System selbst gehören das Smartphone, die SmartWatch sowie der digitalSTROM
Server. Ausserhalb der Systemgrenze befinden sich lediglich die Beacons. Das Smartphone
erkennt Beacons wenn sie in der Nähe sind. Die Beacons wurden ausserhalb der
Systemgrenze definiert da das System auch ohne Beacons funktioniert und diese optional
zugeschaltet werden können. Der Benutzende selbst bedient das Smartphone, dass er bei
sich trägt und ruft Funktionen über die SmartWatch auf. Das Smartphone kommuniziert mit
dem digitalSTROM Server und sendet oder empfängt die benötigten Informationen. (vgl.
Sommerville, 2013, Seite 171-172)
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3.4.2 Funktionale/ Nicht-Funktionale Anforderungen
Es werden einige funktionale Anforderungen seitens des Aufraggebers definiert, um die
gewünschten Funktionen einzubinden. Weiter Funktionen werden je nach Systemumsetzung
später definiert und eingeführt. (vgl. Sommerville, 2013, Seite 118-122)
3.4.3 Funktionale Anforderungen
Für die Umsetzung der Applikation auf der SmartWatch und des Smartphones gibt es einige
funktionale Anforderungen zu beachten.
Die funktionalen Anforderungen seitens des Auftraggebers für die SmartWatch sind:
x Vordefinierte Funktionen Aufrufen
x Icon für Funktion definieren
Für das Smartphone sind es folgende Anforderungen:
x Benutzerdefinierte Handlungen als Funktionen definieren
x Aktivitäten (Szenen) als Funktionen definieren
x Raumerkennung Ein-/Ausschalten
x Login digitalSTROM Server lokal
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3.4.4 Nicht-Funktionale Anforderungen
Die Nicht-Funktionalen Anforderungen für die Applikation sind wie folgt eingeteilt:
Bedeutung
Verfügbarkeit 1
Einfachheit 3
Effizienz/
Performance
2
Datenkonsistenz 1
Erweiterbarkeit 1
Skala: 0 = keine Bedeutung; 1 = geringe Bedeutung; 2 = mässige Bedeutung; 3 = hohe
Bedeutung
Seitens Auftraggeber sind keine speziellen Vorgaben für die Nicht-Funktionalen
Anforderungen zu beachten. Durch die Ergebnisse der Analyse werden die Anforderungen
nach den Funktionen und den Anforderungen an den Benutzenden gerichtet.
Es ist deshalb wichtig eine einfache, übersichtliche Applikation zu entwickeln die dem Nutzer
eine Effiziente Nutzung ermöglicht. Im Vordergrund steht dabei der Zugang zum Aufruf der
Funktion. Der Nutzer soll aus einer kleinen Auswahl an Funktionen wählen können.
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3.5 Raumerkennung
Da das Display einer SmartWatch im Vergleich zu einem Smartphone wesentlich kleiner ist
und somit weniger Funktionen bereitgestellt werden können wird eine Lösung mit einer
Raumerkennung entwickelt. Die Idee ist es, mithilfe von den Beacons, eine Art
Raumerkennung zu ermöglichen. Die Beacons werden in der Wohnung verteilt und senden
ständig ein Bluetooth Signal aus wie im Bild unten ersichtlich:
Abbildung 18 – Raumerkennung Beacons
Quelle: Autor
Es soll nun möglich sein diese Beacons mit Hilfe des Smartphone zu erkennen. Somit könnten
die Funktionen auf der SmartWatch erweitert werden. Anstelle eines Standard Layout könnte
das Layout gewechselt werden. Betritt man einen Raum mit einem Beacon werden die
definierten Funktionen für das Beacon, sobald man sich nahe genug am Beacon befindet, vom
Smartphone registriert und das Layout auf der SmartWatch automatisch umgeschaltet um die
Beacon spezifischen Funktionen anzuzeigen. So ist es möglich pro Raum verschiedene
Funktionen, angepasst an die jeweiligen Bedürfnisse, zu definieren.
Um die Raumerkennung umzusetzen wird ein Smartphone benötigt, welches die
Kommunikation mit den Beacons und der SmartWatch übernimmt. Die Funktionszuordnung
soll auf dem Smartphone vorgenommen werden. Wird kein Beacon erkannt soll das
vordefinierte Standard Layout auf der SmartWatch angezeigt werden.
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Um das System wie beschrieben umzusetzen, muss vorgängig noch die Umsetzbarkeit auf
Android sowie die parallele Kommunikation über Bluetooth überprüft werden, da die
SmartWatch und die Beacons beide Bluetooth LE kommunizieren sollen.
Die Beacons benutzen Bluetooth LE und senden meistens mehrere Male pro Sekunde ein
Signal aus. Auch wenn die iBeacon Technologie von Apple konzipiert wurde, ist es dank
Bluetooth LE ab Android 4.3 ebenso möglich die Daten von Beacons zu empfangen. Um die
Beacons über Bluetooth LE mit Android auszulesen braucht es viel Aufwand, da alle Bluetooth
Informationen einzeln ausgelesen und verwaltet werden müssen. Für die Umsetzung der
Android Version gibt es verschiedene Libraries welche zum Teil auch kostenlos verwendet
werden können. Diese erleichtern den Umgang mit den Beacons auf Android und erlauben
den Zugriff auf einfache Funktionen um die Beacons auszulesen. Die aktuell bekannteste, für
Android, ist die Library von Radius Networks. (vgl. Radius Networks, 2014)
Die Hersteller von Beacons benutzen oft sehr unterschiedliche Intervallfrequenzen. Das
Bedeutet, dass es, je nach Beacon, signifikante Unterschiede in der Betriebsdauer gibt. Das
Estimote Beacon, zum Beispiel, sendet mit einer Frequenz von 950ms während ein Kontakt
Beacon mit 350ms Intervallabstand sendet. Der iBeacon Standard von Apple empfiehlt hier
100ms um eine gute Genauigkeit der Reichweitenerkennung zu erreichen.
Viele Hersteller ignorieren jedoch diese Empfehlung und verwenden eine niedrigere Frequenz
um die Betriebsdauer der Beacons zu erhöhen. Durch den höheren Intervallabstand wird zwar
die Bestimmung der Reichweite ungenauer, dafür wird beim Beacon und beim Smartphone
Akku gespart. Je nach Intervallfrequenz variiert nämlich auch der Batterieverbrauch des
Smartphones. Je kleiner der Sendeintervall des Beacons, desto grösser ist der Akkuverbrauch
des Smartphones. Je kleiner der Sendeintervall ist, desto besser ist die Bestimmung der
Genauigkeit der Reichweite. Je nach Hersteller des Beacons muss hier ein Kompromiss
angestrebt werden. (vgl. Apple, 2014) (vgl. Aislelabs ,2014)
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Der Batterieverbrauch von Smartphones, bei Erkennung der Beacons, liegt wesentlich höher
wenn sich viele Beacons in der Nähe befinden.
Abbildung 19 - Auswirkung Anzahl Beacons
Quelle: Aislelabs, 2014
Die Abbildung oben zeigt die Auswirkungen auf den Akkuverbrauch bei achtstündigem
Gebrauch. Die Daten zeigen klar, dass je mehr Beacons vom Smartphone erkannt werden der
Akkuverbrauch steigt. Ein interessanter Aspekt ist, dass je aktueller die Android Version,
beziehungsweise das Smartphone hier im Test ist, desto effizienter ist die Bluetooth Nutzung.
Eine neuere Version verbraucht weniger Akku als eine etwas ältere Version.
Abbildung 20 - Auswirkung Scan Intervall
Quelle: Aislelabs, 2014
Die Auswirkungen des Scan Intervalls sind klar. Je öfters man einen Scan auf dem
Smartphone durchführt, desto mehr Akku wird verbraucht. Interessant ist das hier je älter das
Smartphone Modell ist, dass dann auch bei grösseren Scanintervallen nicht wirklich Akku
gespart wird. Bei neueren Modellen hat dies einen signifikanten Einfluss und es kann viel Akku
gespart werden, wenn das Intervall erhöht wird. (vgl. Aislelabs, 2014)
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3.6 Bluetooth Low Energy (LE)
Bluetooth LE ist ein Standard der zwar auf der Bluetooth Technologie aufbaut, jedoch ganz
andere Ziele verfolgt. Die Datenrate die bei Bluetooth ständig erweitert wurde erfordert auch
ein hoher Akkuverbrauch. Der LE Standard wurde entwickelt um eine möglichst
energiesparende Nutzung zu ermöglichen. Dies ermöglicht es auch die Kosten für den Betrieb
von Geräten zu reduzieren. Geräte wie, zum Beispiel die Beacons, können so mit kleinen
Batterien monatelang betrieben werden.
Es gibt unterschiedliche Gerätetypen die mit Bluetooth LE hergestellt werden können. Es ist
auch möglich dual-mode Geräte herzustellen die den klassische Bluetooth Standard sowie die
LE Technologie anbieten. Dies ermöglicht es, zum Beispiel Herstellern von Smartphones, mit
Einsatz von Dual-mode, klassische Bluetooth sowie Low Energy Geräte zu erkennen. Im
Gegensatz dazu gibt es auch single-mode Geräte die nur Bluetooth LE unterstützen. Die
Beacons, zum Beispiel, sind zumeist single-mode Geräte.
Die Ziele die Bluetooth LE konkret verfolgt sind:
x Geringe Kosten
x Kurze Reichweite
x Geringer Verbrauch
x Weltweiter Einsatz
Die Optimierung von Bluetooth LE auf den geringen Verbrauch zieht sich vom physischen
Layer bis hin zu der Applikation selbst. Sie wurde von einem einzigen Team erstellt die jedes
Layer auf möglichst geringen Verbraucht optimiert haben. Die Host Protokolle, zum Beispiel,
sind so optimiert, dass die Zeit bis zur Datenübertragung nach der Verbindung reduziert
werden kann. Bluetooth LE ist auf geringen Akkuverbrauch ausgerichtet. Dies bringt aber wie
schon erwähnt auch den Nachteil, dass die Datenrate im Vergleich zum klassischen Bluetooth
kleiner ist. (vgl. Heydon, 2013, Seite 3-8)
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Das Konzept von Bluetooth LE
Bluetooth LE versucht nicht das klassische Bluetooth zu verbessern sondern, speziell für den
Einsatz von Geräten, die über längeren Zeitraum eingesetzt werden, ein neues Marktsegment
zu schaffen. Wie schon erwähnt ist das Ziel auch, möglichst kleine Batterien zu verwenden.
Das Basiskonzept lautet überall Zeit ist Energie. Die Optimierung ist voll darauf ausgerichtet
möglich wenig Energie zu verbrauchen. Dies umfasst die Erkennung der Geräte, die
verbundenen Geräte sowie das Senden der Daten. Wird die Zeit für diese Aufgaben reduziert
verringert sich auch der Energieverbrauch. Normalerweise werden zur Verbindung zwei
Geräte gebraucht. In Bluetooth LE ist dies nicht nötig. Um ein Gerät sichtbar zu machen sendet
dies eine kurze Nachricht aus. Um mit einem anderen Gerät zu verbinden hört das Gerät kurz
nach der gesendeten Nachricht. Das Gerät das sucht, öffnet einen Empfänger und hört auf
diese Nachrichten. Die Pakete die verwendet werden sind besonders kurz um wenig Zeit zu
verbrauchen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal ist das asymmetrische Design. Bluetooth LE erlaubt es Geräte
auch nur als Empfänger oder Sender zu betreiben. Dies ermöglicht es dem Gerät mit
geringerer Akkuleistung, weniger Energie zu verbrauchen, da es wie im Falle der Beacons nur
senden muss. (vgl. Heydon, 2013, Seite 11-16)
Architektur
Die Architektur von Bluetooth LE umfasst drei grundlegende Bausteine. Den Controller, den
Host sowie die Applikationen. Der Controller ist für den Empfang und für die Übertragung
zuständig. Der Host verwaltet die Kommunikation und die Bereitstellung der Services über den
Controller.
Der Applikationen Layer definiert Charakteristiken, Services und Profile. Eine Charakteristik
ist, zum Beispiel eine UUID(Universally Unique Identifier). Services sind Spezifikationen von
Charakteristiken und ihrem Verhalten. Profile verkörpern einen Use Case oder Applikation.
Profile sind Spezifikationen die mehrere Geräte beschreiben mit mehreren Services pro Gerät.
Ein Beispiel für ein Profil können, zum Beispiel, Spezifikationen für eine Annäherung sein.
(vgl. Heydon, 2013, Seite 27-40)
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3.7 digitalSTROM-Server
Der digitalSTROM-Server ist ein wichtiger Baustein für die Entwicklung der digitalSTROM
Applikation, da über den Server die gesamte Kommunikation gesteuert wird. Die
Kommunikation kann über verschiedene Wege erfolgen.
Eine Variante ist die Nutzung des Intent Konstruktes, von Android, mit dem über die
digitalSTROM Home Control Applikation die Funktionen aufgerufen werden können. Die
Kommunikation verläuft dabei von Applikation zu Applikation auf dem Android Smartphone.
Über ein Intent an die digitalSTROM Home Control Applikation kann eine Aktion definiert
werden. Der Code dafür ist in der unteren Abbildung ersichtlich.
Abbildung 21 - Setup Intent
Quelle: digitalSTROM, kein Datum
Um die Aktion einzurichten wird ein SETUP Intent definiert dem eine spezifische ID übergeben
wird. Diese ID ist der Identifikator für die Aktion. Nun wird die digitalSTROM Home Control
Applikation gestartet, falls die Applikation installiert ist, um die Aktion zu definieren. Ansonsten
wird der Play Store geöffnet um die digitalSTROM Home Control Applikation zuerst zu
installieren.
Ist die digitalSTROM Home Control Applikation vorhanden wird sie gestartet und es kann eine
Aktion definiert werden, die mit dieser ID identifiziert werden soll. (vgl. digitalSTROM, kein
Datum)
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Um die zuvor definierte Aktion über den SETUP Intent aufzurufen wird ein CALL Intent benutzt.
Abbildung 22 - Call Intent
Quelle: digitalSTROM, kein Datum
Der CALL Intent wird wie zuvor beim SETUP Intent definiert und die ID der aufzurufenden
Aktion wird dem Intent übergeben. Der Unterschied ist, dass nur ein Aufruf der digitalSTROM
Home Control Applikation erfolgt wenn sie auch existiert. Ansonsten wird der Aufruf nicht
ausgeführt. (vgl. digitalSTROM, kein Datum)
Eine andere Variante als die Nutzung des Intent Konstruktes, ist die direkte Ansteuerung des
Servers mittels eines JSON Services mit Nutzung von HTTP GET Requests. Eine Applikation
kann über die JSON API mittels eines Token Systems auf den digitalSTROM Server zugreifen.
Die JSON Anfragen an die API sind wie folgt aufgebaut:
https://<serverip>:<port>/json/<class>/<function>?<paramter>&<parameter>
Je nach Anfrage können die Parameter auch weggelassen werden.
Die Antwort auf eine Anfrage liefert ein positives Ergebnis, falls der digitalSTROM Server die
Anfrage ohne Probleme bearbeiten konnte. Um diese Anfragen nutzen zu können ist ein
Applikation Token nötig. Dieser muss aktiviert werden. Um dies zu ermöglichen ist ein Login
mit Benutzername und Passwort nötig. Dies liefert einen temporären Token der benutzt
werden kann um den Applikation Token zu aktivieren. (vgl. digitalSTROM, 2014)
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Durch die Nutzung des JSON Service können diverse Funktionen aufgerufen werden. Es ist
möglich Geräte auch direkt anzusteuern. Für die Umsetzung der digitalSTROM Applikation ist
es wichtig, dass Benutzerdefinierte Handlungen sowie auch Aktivitäten hinzugefügt und
aufgerufen werden können. Somit ist es nötig definierte Handlungen, Räume und Stimmungen
für die Speicherung der Funktionen, die dann auf der SmartWatch ausgeführt werden können,
auszulesen und anzuzeigen. Dies ist mit dem JSON Service möglich. Mit HTTP GET Requests
können diverse Funktionen aufgerufen oder Informationen angefordert werden. Nachfolgend
ist die Struktur eines Aufrufs aufgeführt der alle Geräte in der Wohnung zurückgibt:
Abbildung 23 - Get Devices
Quelle: digitalSTROM, 2014
Der Funktionsumfang ist sehr gross und es können viele Funktionen ausgeführt werden. (vgl.
digitalSTROM, 2014)
Für die digitalSTROM Applikation ist der JSON Service wesentlich besser geeignet als der
Intent Service, da er einen direkteren Zugriff erlaubt und eine Vielzahl von Informationen
angefordert oder Aktionen ausgeführt werden können. Auch sollen die Abhängigkeiten damit
reduziert werden. Würde nämlich das Intent Konstrukt genutzt, müsste der Benutzende
zusätzlich zur entwickelten Applikation ebenfalls die digitalSTROM Home Control Applikation
installieren. Mit Nutzung des JSON Services entfällt diese Installation und es ist für den
Benutzenden einfacher und übersichtlicher.
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4. Konzeption
Die Konzeption befasst sich mit den einzelnen Technologien die aufgrund der Ergebnisse der
Analysephase ausgewählt wurden. Es wird beschrieben welche Versionen benutzt werden
und wie diese eingesetzt werden. Die Applikationen werden als Entwurf mit den Funktionen
beschrieben.
Das Konzept beinhaltet die geplante Umsetzung der Applikation auf dem Smartphone und der
SmartWatch. Die Kommunikation wird nach den Ergebnissen der Analysephase möglichst
stromsparend umgesetzt. Es werden Funktionen und Use Cases beschrieben um die
Anforderungen an die Applikationen festzulegen. Die Applikationen werden dann aufgrund der
Ergebnisse geplant.
4.1 Technologieauswahl
Aufgrund der Analyse wurde die SmartWatch Galaxy Gear 2 sowie das Smartphone Galaxy
S4 ausgewählt. Für die Umsetzung sind deshalb die Plattformen Tizen und Android gegeben.
Für eine energiesparende Kommunikation wurde die Bluetooth LE Technologie gewählt.
Da mit dieser Applikation an der Galaxy Gear App Challenge mitgemacht wird, müssen
zusätzlich noch die Richtlinien von Samsung zur Umsetzung von SmartWatch Applikationen
beachtet werden. (vgl. Samsung, 2014)
4.1.1 Bluetooth LE
Aufgrund der Idee mit der Raumerkennung und der Analyse des Akkuverbrauchs, mit Beacons
und Smartphones, wird der Bluetooth LE Standard, für eine energiesparende Kommunikation,
mit den Beacons gewählt. Dieser Standard wird ebenso für die Kommunikation mit der
SmartWatch verwendet.
Der Bluetooth LE Standard ist speziell für solche Anwendungen wie eine Raumerkennung über
längere Zeit ausgelegt und spart im Gegensatz zu herkömmlichen Bluetooth Standard viel
Energie.
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4.1.2 Tizen
Um eine Applikation auf der SmartWatch realisieren zu können sollte nach Samsung Vorgaben
Samsungs Tizen SDK benutzt werden. Es wird die Tizen SDK for Wearable von Samsung
verwendet. Dies hat auch den Grund, dass durch die Teilnahme an der Gear App Challenge
die Samsung Vorgaben eingehalten werden müssen. (vgl. Samsung, 2014)
4.1.3 Android
Die Smartphone Applikation wird für Android ab API Level 18 (Android 4.3) entwickelt. Da erst
ab diesem Standard, Bluetooth LE unterstützt wird.
Da von Samsung bezüglich Entwicklungsumgebung für die Smartphone Applikation keine
Vorgaben für die App Challenge bestehen wird mit dem Android SDK und Eclipse Kepler SR2
gearbeitet.
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4.2 Funktionen / Use Cases
4.2.1 Funktionen
Auf der SmartWatch werden im Vergleich zum Smartphone ganz wenige Funktionen
untergebracht. So hat der Benutzende auf einem kleinen Bildschirm eine gute Übersicht und
die Applikation ist einfach zu bedienen. Auf dem Smartphone kann der Benutzende auf
mehrere Funktionen zugreifen. So soll, zum Beispiel, das Beacon ranging eingeschaltet und
ausgeschaltet werden können.
Abbildung 24 - Beacon ranging und Funktionen
Quelle: Autor
Die vier Standard Funktionen, wenn kein Beacon in Reichweite ist, werden über das
Smartphone definiert. Sie erscheinen auf der SmartWatch wenn das Beacon Ranging
ausgeschaltet ist oder kein Beacon in Reichweite ist. Sind Beacons in der Nähe und das
Ranging eingeschaltet, können auf dem Smartphone, pro Beacon, zusätzlich vier Funktionen
definiert werden. Es soll ermöglicht werden den Beacons Namen zuzuordnen.
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Wenn das Smartphone in der Nähe eines definierten Beacons ist werden die zugehörigen
Funktionen automatisch für den Benutzenden auf dem SmartWatch Display angezeigt. Da das Smartphone mit HTTP GET Requests mit dem digitalSTROM-Server kommuniziert soll
der Benutzende sowohl Benutzerdefinierte Handlungen als auch Aktivitäten, als Funktionen
für das Standard Layout sowie das Beacon Layout, speichern können.
Abbildung 25 - Definierung Funktionen
Quelle: Autor
Das Smartphone soll ein lokales Login auf den digitalSTROM-Server für den Benutzenden
ermöglichen. Ist das Smartphone verbunden, können die Funktionen definiert werden.
Um die Funktionen nutzen zu können muss der Benutzende das Smartphone mit der
SmartWatch verbinden.
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4.2.2 Use Cases und Use Case Szenarien
Die Use Cases bzw. Use Case Szenarien definieren die System Spezifikationen für die spätere
Umsetzung. Sie zeigen auf welche Anforderungen an die späteren Applikationen und die
Kommunikation gestellt werden. Auf Basis dieser Use Cases werden später auch die
Funktionen geplant und implementiert. Die Szenarien zeigen auf, wie die Funktionen genutzt
werden können und welche Elemente dabei vom System genutzt werden. (vgl. Sommerville,
2007, Seite 153-156)
Da die Applikation als integrated type entwickelt wird lassen sich die Applikationen für den
Benutzenden einfacher Installieren. Es muss nur eine Applikation heruntergeladen werden die
das Widget (Applikation) für die SmartWatch enthält sowie die Applikation für das Smartphone.
Abbildung 26 - Szenario Installation
Quelle: Autor
Der Benutzende lädt die Applikation vom Samsung Store herunter und installiert diese
anschliessend. Falls die Installation erfolgreich war und die Samsung App Gear Manager
ebenfalls installiert ist wird die SmartWatch Applikation automatisch im Hintergrund installiert.
Der Benutzende muss also nur eine Applikation installieren, vorausgesetzt der Gear Manager
von Samsung ist vorhanden.
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Um Funktionen auf der SmartWatch nutzen zu können muss sich der Benutzende mit einer
IP und einen Port sowie Benutzername und Passwort mit dem digitalSTROM-Server
verbinden.
Abbildung 27 - Szenario Login
Quelle: Autor
Der Benutzende nutzt die Eingabemaske auf dem Smartphone und gibt die nötigen
Informationen für das Login ein.
Nun kann der Benutzende sich mit der SmartWatch verbinden. Dazu muss die SmartWatch
bereits mit dem Smartphone gekoppelt sein.
Abbildung 28 - Szenario Verbinden
Quelle: Autor
Der Benutzende drückt auf Connect und die SmartWatch wird mit dem Smartphone
verbunden.
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Dieses Szenario zeigt wie Standard Funktionen, die auf der SmartWatch angezeigt werden,
definiert werden können. Voraussetzung dafür ist, dass das Smartphone bereits mit dem
digitalSTROM-Server verbunden ist.
Abbildung 29 - Szenario Standard Funktionen
Quelle: Autor
Der Benutzende wählt das Standard Layout auf dem Smartphone. Im Standard Layout
können nun bis zu vier Funktionen (Benutzerdefinierte Handlungen oder Aktivitäten) zum
Standard Layout hinzugefügt werden.
Will der Benutzende mehr als nur die vier Standard Funktionen nutzen kann er die
Raumerkennung mit den Beacons nutzen.
Abbildung 30 - Szenario Ranging und Beacon Funktionen
Quelle: Autor
Für die Nutzung und Definierung der Beacons muss der Benutzende das Beacon ranging
einschalten. Ist das Ranging eingeschaltet und sind Beacons in der Nähe werden diese auf
dem Display angezeigt. Durch Klick auf ein Beacon auf der SmartWatch kommt der
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Benutzende zum ausgewählten Beacon und sieht dort die Informationen zu diesem Beacon.
Er kann dort den Namen des Beacons ändern sowie die vier Funktionen für dieses Beacon
definieren.
Abbildung 31 - Szenario Nutzung Standard Funktionen
Quelle: Autor
Voraussetzung für die Nutzung der definierten Standard Funktionen sind immer das der
Benutzende die SmartWatch bereits mit dem Smartphone sowie das Smartphone bereits mit
dem digitalSTROM-Server verbunden hat.
Will der Benutzende nur die Standard Funktionen nutzen muss das Beacon ranging
ausgeschaltet sein.
Der Nutzer kann nun seine vordefinierten Funktionen die auf dem Display angezeigt werden
per Klick aufrufen. Der Aufruf wird an das Smartphone und von dort an den digitalSTROM-
Server gesendet.
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Abbildung 32 - Szenario Nutzung Beacon Funktionen
Quelle: Autor
Will der Benutzende die Beacon Funktionen und die Standard Funktionen nutzen muss das
Beacon ranging eingeschaltet sein. Der Nutzer trägt das Smartphone bei sich.
Registriert das Smartphone nun ein definiertes Beacon in der näheren Umgebung, werden die
Funktionen die zurzeit auf der SmartWatch angezeigt werden auf die definierten Beacon
Funktionen gewechselt. Der Benutzende kann nun die Beacon Funktionen nutzen.
Verlässt er den näheren Bereich des Beacons wieder, werden die Funktionen wieder auf das
Standard Layout zurückgewechselt sofern kein anderes Beacon in Reichweite sein sollte. Um
die Funktionen zu Nutzen klickt der Benutzende, wie schon bei den Standard Funktionen, auf
eine Funktion, die dann über das Smartphone und den digitalSTROM-Server aufgerufen wird.
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4.3 Applikation auf der Galaxy Gear 2
Das Konzept zur Umsetzung der Applikation (Widget) auf der Galaxy Gear 2 beinhaltet die
eingesetzte Entwicklungsumgebung mit speziell benötigten Komponenten sowie die geplante
Umsetzung anhand von Mockups und Layout Planung. Die Funktionen die es zu
Programmieren gilt werden definiert sowie die Kommunikation mit dem Smartphone festgelegt.
4.3.1 Entwicklungsumgebung
Die Entwicklungsumgebung ist von Samsung für ein Galaxy Gear 2 Widget vorgegeben.
Verwendet wird der Tizen SDK for Wearable zusammen mit der Tizen IDE for Wearable.
Zusätzlich wird der Samsung Accessory SDK benötigt um mit dem Smartphone
kommunizieren zu können. Für die Umsetzung der Kommunikation werden die vordefinierten
Schnittstellen von Samsung verwendet die in Kapitel 4.3.5 genauer beschrieben sind. In der
unteren Abbildung sind die verschiedenen Applikations Typen die entwickelt werden können
dargestellt.
Abbildung 33 - App Typen
Quelle: Samsung, 2014
Die Applikation wird als integrated type entwickelt. Das heisst die Applikation für die Galaxy
Gear 2 wird später in die Android Applikation integriert werden um dem Benutzenden die
Installation so einfach wie möglich zu machen. (vgl. Samsung, 2014)
Für die Umsetzung von Gesten wie Swipe und Taphold wird das Framework jQuery Mobile
verwendet. (vgl. Firtmann, 2012, Seite 166)
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4.3.2 Mockups
Die Mockups illustrieren die verschiedenen Anzeigen der Applikation. Sie werden verwendet
um eine weitere Grundlage zur Umsetzung zu bilden.
Abbildung 34 - Mockup 1 SmartWatch Abbildung 35 – Mockup 2 SmartWatch
Quelle: Autor
Das Mockup 1 bildet auf der SmartWatch den Startbildschirm ab. Der Benutzende hat die
Möglichkeit über einen Button die Applikation mit dem Smartphone zu verbinden. Das Mockup
2 zeigt den Funktionsbildschirm der nach dem Verbinden angezeigt wird. Der Benutzende
kann aus vier definierten Funktionen auswählen.
4.3.3 Layoutplanung
Das Layout wird aufgrund der Ergebnisse der Analysephase sehr einfach und schlicht
gehalten. Um den Benutzenden nicht zu überfordern wurde auf ein Layout gesetzt das
möglichst wenige Funktionen beinhaltet. Der Benutzende soll auf einen Blick auf dem Display
erkennen können welche Funktionen momentan auf der SmartWatch angezeigt werden. Um
dennoch einen grösseren Funktionsumfang für den Benutzenden anbieten zu können und
trotzdem eine gute Usability zu gewährleisten, werden unterschiedliche Layouts definiert. Das
Standard Layout sowie das Beacon Layout.
Mit diesen Layouts kann der Benutzende bei gleich bleibender Usability mehr Funktionen
nutzen und das Display wird nicht mit Informationen überfüllt. Wie von den Use Cases bekannt
kann so der Nutzende, bei eingeschaltetem Beacon ranging und vordefinierten Beacons, mit
der Raumerkennung diese Funktion nutzen. Ist das Beacon ranging nicht eingeschaltet kann
der Benutzende lediglich das Standard Layout nutzen.
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Das Standard sowie das Beacon Layout bestehen aus vier Feldern in der das Display unterteilt
ist. Jedes Feld stellt dabei eine Funktion dar wie in Abbildung 36 ersichtlich ist. Der Benutzende
hat die Möglichkeit die vier Funktionen aufzurufen. Das Layout das beim Start der Applikation
angezeigt wird ist in Abbildung 37 ersichtlich. Das Layout beinhaltet lediglich einen Button mit
dem sich der Benutzende mit einem Klick mit dem Smartphone verbinden kann.
Abbildung 36 – Layout Funktionen SmartWatch Abbildung 37 - Layout Start
Quelle: Autor
Das Layout wird mit HTML und CSS umgesetzt. Da HTML Elemente zum Teil vom Code aus
manipuliert und mit CSS Styles direkt geladen werden, sind im CSS File nur die groben Style
Spezifikationen definiert.
Das Layout selbst wird in einem einzigen HTML Dokument definiert. Dabei werden die
einzelnen Display Layouts als DIV Elemente mit der Klasse ui-page definiert. Die definierten
Page DIV Elemente können mit einer ID über das Tizen Wearable Web UI Framework geladen
und angezeigt werden.
Der Layout Wechsel, zum Beispiel, von Standard zum Beacon Layout, wird vom Smartphone
ausgelöst sobald ein Beacon in Reichweite ist. Die Bedienung und die Anzeige sind so einfach
wie möglich gehalten um auf dem kleinen Display der SmartWatch eine maximale
Übersichtlichkeit und Einfachheit zu erreichen.
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4.3.4 Funktionen
Die funktionale Umsetzung in Tizen erfolgt in JavaScript. Die Funktionen die umgesetzt
werden müssen sind folgende:
x Verbindung mit Smartphone
Die SmartWatch muss eine Verbindung mit dem Smartphone aufbauen um Funktions-
und Beacon-Informationen sowie Layout-Informationen auszutauschen.
x Layout Wechsel
o Durch Beacons
Das Layout sollte gewechselt werden, je nach Layout-Information, die vom
Smartphone gesendet wird.
o Durch Swipe
Der Benutzende hat zusätzlich die Möglichkeit mit einem Swipe den Layout
Wechsel auszulösen. Konkret kann zwischen dem Standard Layout und dem
Beacon Layout gewechselt werden.
x Laden und Anzeigen der Layouts
Die SmartWatch muss das aktuelle Layout das vom Smartphone übermittelt wird laden
und Anzeigen können.
x Aufrufen der Funktionen
Der Benutzende kann mittels Klick auf die Felder Funktionen aufrufen. Die SmartWatch
muss diesen Aufruf an das Smartphone weiterleiten.
x Icon Definierung
Mit einem langen Klick auf ein Feld kann der Benutzende ein Icon definieren. Die Icon
Auswahl wird vom Smartphone aus an die SmartWatch übermittelt die dann die
Auswahl anzeigt.
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4.3.5 Umsetzung Kommunikation
Für die Umsetzung der Kommunikation auf der Galaxy Gear 2 muss die Architektur zuerst
genauer untersucht werden. Der Gear Manager auf dem Smartphone ist zuständig für das
übermitteln und konfigurieren der Widget Applikation auf dem Wearable. Auf dem Wearable
nimmt der Wearable Manager Service die Daten des Widgets entgegen und installiert dieses
auf dem Wearable. Kernpunkt für die Kommunikation dabei ist das Accesory Framework(SAP)
von Samsung. Es erlaubt eine Verbindung zwischen dem Host und dem Wearable über
Bluetooth oder Bluetooth LE, wie untern in der Abbildung ersichtlich ist.
Abbildung 38 - Architektur Host und Wearable
Quelle: Samsung, 2014
Für die Umsetzung der Kommunikation auf der Galaxy Gear 2 wird deshalb das Accesory
Framework von Samsung eingesetzt.
Um das Framework nutzen zu können muss ein
Service Profil eingerichtet werden. Dieses
Service Profil definiert auf beiden Seiten(Host
und Wearable) die ID, den Namen sowie eine
Rolle und eine Version. Zusätzlich werden die
Transportart sowie der Service Channel
definiert. Das Service Profil für die SmartWatch
Applikation kann, zum Beispiel, die in Abbildung
39 ersichtlichen Informationen enthalten. (vgl.
Samsung, 2014) Quelle: Samsung, 2014
Abbildung 39 - Service Profile SmartWatch
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4.4 Applikation auf dem Android Smartphone
Das Konzept zur Umsetzung der Applikation auf dem Smartphone beinhaltet, ebenso wie bei
der Galaxy Gear 2 Applikation, die eingesetzte Entwicklungsumgebung mit speziell benötigten
Komponenten sowie die geplante Umsetzung anhand von Mockups und die Layout Planung.
Die Funktionen die es zu programmieren gilt werden definiert sowie die Kommunikation mit
der SmartWatch festgelegt.
4.4.1 Entwicklungsumgebung
Als Entwicklungsumgebung für die Android Applikation wurde Eclipse Kepler SR2 gewählt.
Umgesetzt wird die Applikation mit dem Android SDK. Zusätzlich wird ebenfalls der Samsung
Accessory SDK benötigt um mit der Galaxy Gear 2 kommunizieren zu können.
Für die Umsetzung der Kommunikation werden, wie bei der Applikation auf der Gear 2, die
vordefinierten Schnittstellen von Samsung verwendet, die hier in Kapitel 4.4.6 genauer
beschrieben werden. Um die Kommunikation mit dem digitalSTROM-Server zu ermöglichen
wird der JSON Service von digitalSTROM genutzt. (vgl. Samsung, 2014) (vgl. digitalSTROM,
2014)
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4.4.2 Mockups
Die Mockups für das Smartphone zeigen die verschiedenen Anzeigen und Funktionen. Sie
bilden die Grundlage für die spätere Umsetzung der Applikation.
Abbildung 40 - Mockup 1 Smartphone Abbildung 41 - Mockup 2 Smartphone
Quelle: Autor
Das Mockup 1 zeigt den Startbildschirm der Applikation. Der Benutzende kann sich mit
Eingabe seiner Daten und einem Klick auf Login in den digitalSTROM-Server einloggen. Es
sind zwei Verbindungsanzeigen vorhanden die den aktuellen Status der Verbindung zur
SmartWatch sowie zum digitalSTROM-Server anzeigen.
Das Mockup 2 zeigt den Entwurf des Konfigurationsbildschirmes. Er enthält das Beacon
ranging sowie den Button zum Standard Layout.
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Abbildung 42 - Mockup 3 Smartphone Abbildung 43 - Mockup 4 Smartphone
Quelle: Autor
In Mockup 3 ist die Definierung der Standard Layout Funktionen ersichtlich. Die Funktionen
werden angezeigt und es gibt die Möglichkeit per Button klick Funktionen hinzuzufügen.
Mockup 4 zeigt die Definierung der Beacon Layout Funktionen. Zusätzlich zu den Funktionen
sind hier noch die Beacon Informationen ersichtlich. Es gibt ebenfalls wieder die Möglichkeit
per Button klick Funktionen hinzuzufügen.
4.4.3 Layoutplanung
Da das Smartphone, im Vergleich zu der SmartWatch, ein wesentlich grösseres Display bietet
können hier mehr Informationen auf einmal angezeigt werden, ohne das Display gleich zu
überladen. Um die Bedienung dennoch möglichst einfach zu gestalten und die Übersicht zu
gewährleisten, wurde das Layout möglichst schlicht gehalten. Der Nutzer sieht immer nur die
nötigsten Informationen auf dem Layout. Die Layouts sind so definiert das sie eine klare
Erkennung der Funktionen ermöglichen. Das heisst dem Benutzenden soll klar sein was das
Angezeigte Layout für eine Funktion hat und für was es benutzt werden kann.
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Die grundlegenden zwei Layouts, das heisst der Startbildschirm sowie der
Konfigurationsbildschirm, werden als so genannte Fragmente in Android umgesetzt. Im
Gegensatz zu einer Activity besitzt ein Fragment in Android kein Kontext sondern ist an den
Lebenszyklus der Activity gebunden zu der das Fragment gehört. Auch wenn die Applikation
und somit auch das Layout für Smartphones ausgelegt werden, ist es Sinnvoll bereits die
Fragmente zu gebrauchen. Für das Hauptlayout kann so die UI vom Activity Container
getrennt werden. Die Fragmente haben den Vorteil, dass das Layout für die spätere
weiterentwicklung besser an grössere Displaygrössen angepasst werden kann. Die weiteren
Layouts werden als normale Activities umgesetzt. So ist es für den Benutzenden einfacher die
Funktionen logisch zu benutzen, da die Aktivitäten gestapelt werden. So kann der Benutzende
per Back-Klick zum vorherigen Bildschirm zurückkehren. Für die mögliche Umsetzung auf
einem Tablet müssten später diese Activities sowie der Ablauf des Aufrufes angepasst
werden, um eine optimale Usability zu gewährleisten. (vgl. Mednieks, 2013, Seite 231-237)
Für den Benutzenden wird eine Navigationsleiste geschaffen die den aktuellen Namen des
Fragmentes zeigt. Der Titel, der in der Navigationsleiste angezeigt wird, ist nicht interaktiv
sondern zeigt lediglich das aktuelle und das nächste Fragment an. Dieser Titel wird im
ViewPager Layout, das das übergeordnete Layout der Fragmente darstellt, eingefügt. Somit
ist dem Benutzenden klar, dass mehr als nur eine Seite existiert. Der Benutzende kann mit
einem Swipe zwischen den beiden Fragmenten wechseln. (vgl. Google, kein Datum)
Die Darstellung der Beacons und der Funktionen werden mit ListViews umgesetzt. Die
ListView ermöglicht es Informationen effizient darzustellen auch falls viele Informationen
geladen werden müssen. (vgl. Garagenta, Seite 83)
Abbildung 44 - Ansicht ListView
Die ListView ist eine Android ViewGroup die eine
Liste von Elementen enthält. Mit der ListView ist es
möglich zu Scrollen. Die Elemente werden über einen
Adapter, der die Informationen, zum Beispiel, aus
einem Array ausliest, geladen. Die Elemente werden
als Views in die ListView geladen. (vgl. Google, kein
Datum)
Quelle: Google, kein Datum
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4.4.4 Funktionen
Die funktionale Umsetzung in Android erfolgt in Java. Die Funktionen die umgesetzt werden
müssen sind folgende:
x Verbindung mit dem digitalSTROM Server
Das Smartphone muss eine Verbindung zum digitalSTROM Server aufbauen um die
benötigten Informationen zur Definierung der Funktionen abzurufen. Die Verbindung
wird ebenfalls für den Aufruf der Funktionen gebraucht.
x Verbindung mit der SmartWatch
Das Smartphone muss eine Kommunikation mit der SmartWatch gewährleisten um die
benötigten Layout Informationen, je nach erkanntem Beacon, oder Standard Layout zu
übertragen.
x Layout Wechsel
o Durch Swipe
Der Benutzende kann das Layout der Applikation wechseln indem er per Swipe
das nächste Fragment aufruft.
x Anzeige der Verbindungen
Das Smartphone soll den aktuellen Status der Verbindungen anzeigen um dem
Benutzenden aufzuzeigen ob er die Applikation benutzen kann oder noch eine
Verbindung aufbauen muss.
x Standard Layout Definierung
Der Benutzende soll vier Standard Funktionen für das Standard Layout definiert
werden können das dann auf der SmartWatch benutzt werden kann.
x Ein-/Ausschalten des Beacon ranging
Das Ein-/Ausschalten des Beacon ranging soll dem Benutzenden ermöglichen mehr
Funktionen zu definieren. Dabei sollen die Beacons angezeigt werden, die momentan
in Reichweite sind, wenn das Beacon ranging eingeschaltet ist.
x Beacon Layout Definierung
Der Benutzende soll vier Beacon Funktionen je Beacon definieren können. Dieses
Layout wird dann auf die SmartWatch gesendet sobald das Beacon nah genug am
Smartphone ist.
x Beacon Name editieren
Der Benutzende soll die Möglichkeit haben den Beacons Namen zuzuordnen. So kann
der Raum für den das Beacon steht anhand des Namens schnell erkannt werden.
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4.4.5 Datenbank
Für die Speicherung der Daten wurde die relationale Datenbank SQLite, die Android zur
Verfügung stellt, benutzt. Die SQLite Datenbank ist eine eigenständige Datenbank-Engine mit
Transaktionsunterstützung. Die Transaktionen bieten die ACID-Transaktionseigenschaften
an. SQLite verzichtet auf verschiedene Zusatzfeatures um möglichst schlank zu bleiben. Die
Datenbank unterstützt aber dennoch die meisten Elemente der SQL Sprache. Für das
debuggen der Anwendung kann ein SQL Kommandozeilenwerkzeug wie sqlite3 eingesetzt
werden um die Datenbank auslesen zu können. Die Datenbank wird iterativ entwickelt das
heisst über den Code werden Tabellen manipuliert und die Daten dann angesehen.
Die Android Datenbankklassen bestehen dabei aus mehreren Komponenten. Nachfolgend
sind die drei die benutzt werden aufgeführt und kurz beschrieben:
x SQLite Database
Definiert die Schnittstelle zur relationalen Datenbank.
x Cursor
Container für die Ergebnisse einer Datenbankabfrage.
x SQLiteOpenHelper
Dient zur Erstellung und Aktualisierung der Datenbank und bietet ein Lebenszyklus-
Framework. Abbildung 45 - Datenbank Android App
Quelle: Autor
Die modellierte Datenbank speichert Informationen für die Beacons sowie die Items. Die Items
stellen die Funktionen dar. Um die gespeicherten Items später den Beacons zuordnen zu
können wird ein Fremdschlüssel für die Beacon ID in der Items Tabelle genutzt. (vgl. Mednieks,
2013, Seiten 295-311)
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4.4.6 Umsetzung Kommunikation
Da das Smartphone das Hauptkommunikationselement des Systems darstellt und mit der
SmartWatch, dem digitalSTROM-Server sowie mit den Beacons kommunizieren muss, wird
ein Hintergrundservice eingerichtet. Dieser Service erlaubt es dem Benutzenden die
Funktionen auf der SmartWatch auch zu nutzen wenn die Applikation nicht geöffnet ist. Um
trotzdem mit der Applikation zu kommunizieren falls sie geöffnet wird, wird ein
BroadcastReceiver eingesetzt, der auf bestimmte Intents vom Service reagiert. Der
Hintergrundservice enthält ein BroadcastReceiver um mit dem JSON Service von
digitalSTROM sowie der Applikation zu kommunizieren. (vgl. Mednieks, 2013, Seiten 91-96)
Der Hintergrundservice enthält die Kommunikation für die folgenden Komponenten:
x digitalSTROM Server
Für die Kommunikation mit dem digitalSTROM Server wird der JSON Service von
digitalSTROM genutzt. Der Hintergrundservice ruft die Funktionen auf und bekommt
eine Bestätigung oder Rückmeldung über den BroadcastReceiver.
x Beacons
Für die Kommunikation mit den Beacons wird die Android Beacon Library von Radius
Networks eingesetzt. Diese Library erlaubt es die Beacons fast gleich zu nutzen wie
dies auf dem iOS der Fall ist. Für die Umsetzung der Applikation wird die Ranging
Funktion genutzt. Diese erlaubt das Scannen der Beacons im Intervall von ungefähr
1Hz. (vgl. Radius Networks, 2014)
x SmartWatch
Wie schon bei der Umsetzung der Kommunikation bei der Galaxy Gear 2 beschrieben
wird für die Kommunikation zwischen Smartphone und SmartWatch das Accesory
Framework von Samsung verwendet.
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Ein Beispiel für ein Service Profil auf dem Smartphone ist unten Abgebildet.
Abbildung 46 - Service Profil Smartphone
Quelle: Samsung, 2014
Das Service Profil wird wie bei der Galaxy Gear 2 Applikation als Metadaten über
eine XML-Datei implementiert.
<meta-data
android:name="AccessoryServicesLocation"
android:value="/res/xml/accessoryservices.xml" />
Wie schon bei der Galaxy Gear 2 werden die verschiedenen Eigenschaften definiert.
Der einzige Unterschied im Vergleich zum XML der Gear 2 besteht noch in der
Service Implementation. Für die Kommunikation muss zusätzlich noch der
Hintergrundservice angegeben werden über den kommuniziert wird.
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5. Entwickelte Applikation
Für die Entwicklung der Applikation wurde auf Risikominimierung geachtet. Es wurden zuerst
Systemkritische Komponenten wie die Bluetooth Kommunikation mit der Galaxy Gear 2 und
den Beacons programmiert und getestet, um die Grundlage für das System zu schaffen. (vgl.
Sommerville, 2007, Seite 194-199) Die Applikationen auf der SmartWatch und dem
Smartphone wurden funktionsgetrieben entwickelt. Die Funktionen wurden einzeln entwickelt
und getestet.
5.1 Installation
Die Applikation wurde wie schon erwähnt als integrated type entwickelt. Der Benutzende
muss also zur Installation lediglich eine APK Datei verwenden. Diese Datei wird auf dem
Smartphone installiert. Der Benutzende muss auf dem Smartphone den Gear Manager
installiert haben so, dass bei der Installation automatisch die Applikation auf der SmartWatch
mitinstalliert wird. Für die Installation der Applikation sind diverse Berechtigungen auf dem
Smartphone nötig. Die Berechtigungen sind in der unteren Abbildung ersichtlich.
Abbildung 47 - Smartphone Berechtigungen
Quelle: Autor
Die Applikation braucht Internetzugriff für die Kommunikation mit dem digitalSTROM
Server. Bluetooth wird benötigt um die SmartWatch und die Beacons zu nutzen.
Zusätzlich sind noch die Berechtigungen für das Samsung Framework nötig.
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5.2 Applikation auf der Galaxy Gear 2
Für die Galaxy Gear 2 gibt es eine grundlegende Bedienungsgeste die vom System gegeben
ist. Um die Applikation zu schliessen kann ein Swipe von oben nach unten durchgeführt
werden. Dies ist eine Standard System Geste und wird eigentlich wie eine Back-Taste
verwendet. Für diese Applikation wird diese Geste aber nur für das Schliessen der Applikation
verwendet. Um die Applikation lediglich in den Hintergrund zu setzen muss der Hardware
Button auf der Galaxy Gear 2 verwendet werden.
5.2.1 Funktionen und Bedienung
Wird die Applikation auf der SmartWatch das erste Mal gestartet erscheint der Startbildschirm
der in der unteren Abbildung ersichtlich ist.
Abbildung 48 - dSWatchControl Connect
Der Startbildschirm ist sehr einfach gehalten und enthält lediglich ein
Button. Der Benutzende kann sich über den Connect Button mit dem
Smartphone verbinden.
Kann die Verbindung aufgebaut werden erscheint auf dem
Smartphone eine Meldung mit der Bestätigung der Verbindung. Ist
die Verbindung erfolgreich aufgebaut wechselt der Bildschirm dann
zum Standard Layout.
Quelle: Autor
Abbildung 49 - dSWatchControl Standard
Der Standard Bildschirm zeigt die auf dem Smartphone definierten
Standard Layout Funktionen. Der Benutzende kann die Funktionen
per Klick aufrufen. Sind bereits Icons definiert worden werden diese
beim Wechsel auf das Standard Layout ebenfalls mit den
Funktionen geladen.
Sind nicht alle vier Funktionen auf dem Smartphone definiert
worden erscheint auf dem Display, anstelle des Namens oder Icon,
ein Platzhalter.
Quelle: Autor
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Abbildung 50 - dSWatchControl Bildauswahl
Um ein Icon für eine Funktion zu definieren muss der Benutzende
lange auf die entsprechende Funktion klicken. Es öffnet sich nun
eine Liste die die vorhandenen Bilder auf dem Smartphone anzeigt.
Der Benutzende kann ein Bild per Klick auf der Liste auswählen.
Die Liste kann durch Klick auf More auch vergrössert werden um
weitere Bilder anzuzeigen.
Quelle: Autor
Abbildung 51 – dSWatchControl Bild Abbildung 52 - dSWatchControl Bilder
Quelle: Autor
Die oberen Abbildungen zeigen die definierten Bilder von Funktionen. Bilder können wie
gewünscht definiert werden. Es kann auch nur ein Bild für eine Funktion definiert werden wie
in Abbildung 51 ersichtlich. Abbildung 52 zeigt den Standard Bildschirm mit vier definierten
Bildern.
Um den Benutzenden nicht zu verwirren wird zusätzlich noch der Name der Funktion auf
einem transparenten Balken eingeblendet.
Definiert der Benutzende auf dem Smartphone Beacon Funktionen und ist das Beacon
ranging eingeschaltet werden die Funktionen geladen, sobald ein Beacon in der Nähe ist.
Das Beacon Layout ist gleich aufgebaut wie das Standard Layout. Es zeigt die vier
vordefinierten Funktionen und Icons können ebenfalls wie oben beschrieben definiert
werden. Der Benutzende hat zudem die Möglichkeit bei Anzeige des Beacon Layout per
Swipe von links nach rechts zum Standard Layout zurückzukehren. Dies funktioniert ebenso
in die andere Richtung um vom Standard Layout zum Beacon Layout zu gelangen.
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5.3 Applikation auf dem Android Smartphone
Für die Android Applikation gibt es keine systembezogenen Gesten die ausgeführt werden
können. Für die grundlegende Bedienung gelten die Smartphone bezogenen Android Gesten.
5.3.1 Funktionen und Bedienung
Wird die Applikation gestartet erscheint standardmässig als Startbildschirm das Control Panel
wie in Abbildung 53 ersichtlich.
Abbildung 53 - dSWatchComm Control Panel
Das Fragment Control Panel dient dazu, eine Verbindung mit
dem digitalSTROM-Server herzustellen sowie den aktuellen
Status der Verbindungen anzuzeigen.
Die Verbindungsanzeige soll dem Benutzenden auf einen
Blick zeigen ob er das System nutzen kann oder nicht. Ist ein
Feld noch Rot, weiss der Benutzende, dass er noch eine
Verbindung aufbauen muss.
Quelle: Autor
Um sich mit dem digitalSTROM Server zu verbinden muss
der Benutzende zuerst die erforderlichen Daten des Server
das heisst die IP sowie den Port des Server mit dem er
verbunden werden möchte angeben.
Um sich zu verbinden klickt der Benutzende auf den Log in
Button.
Quelle: Autor
Abbildung 54 - dSWatchComm IP/Port
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Abbildung 55 - dSWatchComm Usr/Pw
Nach dem Klick auf den Log in Button öffnet sich ein Dialog.
Um sich auf den digitalSTROM-Server einzuloggen sind
zusätzlich noch der entsprechende Benutzername sowie das
Passwort nötig. Der Benutzende muss für das Login den OK
Button klicken.
Quelle: Autor Abbildung 56 - dSWatchComm Login
Während dem Login wird ein Ladebildschirm eingeblendet.
Sobald der Login erfolgt ist verschwindet dieser
Ladebildschirm wieder. Der Benutzende kann den
Ladebildschirm durch einen Klick auf den Bildschirm auch
selbst entfernen und das Login wird im Hintergrund
weitergeführt.
Quelle: Autor Abbildung 57 - dSWatchComm Succesfull Login
Ist das Login erfolgreich schaltet die Verbindungsanzeige
beim Server auf Grün.
Das Smartphone ist nun mit dem digitalSTROM-Server
verbunden und Funktionen können definiert werden.
Quelle: Autor
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Abbildung 58 - dSWatchComm Connect Watch
Um das Smartphone mit der SmartWatch zu verbinden wird
auf der SmartWatch, wie in Kapitel 5.2.1 erwähnt, der
Connect Button auf der SmartWatch angeklickt.
Nun wird eine Verbindung mit dem Smartphone aufgebaut. Ist
diese erfolgreich schaltet die Verbindungsanzeige der Watch
auf Grün und eine Android Toast Message wird ausgegeben
um die Verbindung zu bestätigen.
Diese Message ist nützlich falls der Benutzende einmal die
SmartWatch mit dem Smartphone verbinden will und die
Applikation nicht geöffnet hat.
Quelle:Autor
Abbildung 59 – dSWatchComm Add functions Abbildung 60 – dSWatchComm Set standard
Quelle: Autor
Abbildung 59 zeigt das Fragment Ranging beacons / Add functions. Hier kann der Benutzende
das Beacon ranging ein- und ausschalten, die Liste der Beacons aktualisieren oder mit einem
Klick auf Set standard layout wird ein neue Activity geöffnet um die Standard Layout
Funktionen die auf der SmartWatch angezeigt werden zu definieren. Dies ist in Abbildung 60
dargestellt. Es können Aktivitäte sowie Benutzerdefinierte Handlungen hinzugefügt werden.
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Klick der Benutzende auf den Button Add Activity öffnet sich eine neue Activity in der die
Räume aufgelistet werden wie in Abbildung 61 ersichtlich. Die Aktivitäten sowie die
Benutzerdefinierten Handlungen werden vom digitalSTROM System geladen. Der
Benutzende wählt nun mit einem Klick den gewünschten Raum aus. Abbildung 61 - dSWatchComm Rooms Abbildung 62 - dSWatchComm Groups
Quelle: Autor
Dies führt dazu, dass eine weitere Activity geöffnet wird in der die verschiedenen
Gruppentypen des digitalSTROM Systems angezeigt werden wie in Abbildung 62 ersichtlich.
Der Benutzende wählt die gewünschte Gruppe ebenfalls mit einem Klick.
Abbildung 63 - dSWatchComm Scenes
Quelle: Autor
Nun werden die Szenen zum ausgewählten Raum und der gewünschten Gruppe vom
digitalSTROM-Server geladen. Der Benutzende kann zwischen den auf dem digitalSTROM
Server definierten Bereichen und Stimmungen die gewünschte Funktion auswählen. Hat der
Benutzende eine Funktion angeklickt wird diese zum Standard Layout hinzugefügt. Hat der
Benutzende das Maximum, von vier Funktionen, bereits definiert erscheint eine Meldung die
darauf hinweist, dass maximal vier Funktionen definiert werden können und zuerst eine
gelöscht werden muss um eine neue Hinzuzufügen.
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Der Benutzende kann, ausser den Aktivitäten, auch Benutzerdefinierte Handlungen
hinzufügen. Anstelle Add Activity wird einfach Add User defined action angeklickt.
Abbildung 64 - dSWatchComm UDAs
Es öffnet sich eine Activity in der die Benutzerdefinierten
Handlungen vom digitalSTROM-Server geladen werden. Die
Funktionen können wie schon zuvor bei den Szenenauswahl
angeklick werden.
Diese werden dann dem Standard Layout hinzugefügt sofern
nicht bereits vier Funktionen vorhanden sind.
Quelle: Autor
Der Benutzende kann ausser dem Standard Layout auch ein Beacon Layout je Beacon
definieren. Dazu wird das Beacon ranging eingeschaltet wie in Abbildung 65 ersichtlich. Abbildung 65 - dSWatchComm Beacon ranging Abbildung 66 - dSWatchComm Beacon Definierung
Quelle: Autor
Sind Beacons in Reichweite werden sie in einer Liste angezeigt. Mit einem Klick auf ein
Beacon öffnet sich eine neue Activity (Abbildung 66) um die Beacon Layout Funktionen für
die SmartWatch zu definieren. Die Definierung der Funktionen läuft nach dem gleichen
Schema wie beim Standard Layout. Der Benutzende hat mit einem Klick auf den Beacon
Namen zudem die Möglichkeit diesen zu ändern und anzupassen.
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6. Schlusswort
Mit dieser Bachelorthesis konnten die Bedienungselemente für das digitalSTROM Smart
Home System erweiterte werden. Es wurde eine Applikation entwickelt die es erlaubt, über
das Smartphone und eine SmartWatch, das Smart Home zu steuern.
Dabei wurde untersucht wie eine Applikation auch auf kleinen Displays eine hohe Usability
bieten kann. Durch eine einfache Bedienung und schlichtes Design kann auch auf kleineren
Displays dem Benutzenden mit dieser Applikation eine gute Usability geboten werden.
Auch wurde das Nutzungsverhalten bezüglich örtlicher und funktionaler Nutzung untersucht.
Es zeigt, dass Benutzende ihr Smartphone am meisten Zuhause brauchen, was für die
Nutzung der Applikation ideal ist, da diese auf den Heimgebrauch ausgelegt ist.
Bezüglich funktionaler Nutzung kann gesagt werden das Benutzende, von Smartphones, am
meisten den Bereich Unterhaltung nutzen und im Internet surfen. Die entwickelte Applikation
zielt vor allem auf diese Nutzer ab, da Sie im Bereich Unterhaltung und Internet anzusiedeln
ist.
Interessant ist auch das Ergebnis, dass Nutzer ihr Smartphone parallel zu verschiedenen
Aktivitäten zuhause nutzen. Die entwickelte Applikation ist genau dafür gedacht, dass Nutzer
beiläufig ihre wichtigsten Funktionen zuhause für ihr Smart Home System nutzen können.
Durch die Analyse mehrere SmartWatches wurde ein Produkt ausgewählt das neuste
Technologien unterstützt und einen starken Akku mitbringt. Auch wurde darauf geachtet, dass
das Display, ohne den Tragekomfort zu vernachlässigen, gross genug für eine Nutzung ist.
Es wurde eine Idee für eine Raumerkennung mit Beacons entworfen und umgesetzt die es
dem Benutzenden erlaubt die Funktionen spezifisch nach Raum bzw. Beacon zuzuordnen. So
kann einerseits der Funktionsumfang auf der SmartWatch mithilfe der Beacons erweitert
werden und andererseits können so den Benutzenden Funktionen geboten werden, die auf
sein Nutzungsverhalten abzielen.
Für die Umsetzung der Raumerkennung und der Kommunikation der SmartWatch wurde die
stromsparende Technologie Bluetooth LE untersucht und eingesetzt um einen geringen
Akkuverbrauch der einzelnen Elemente zu ermöglichen.
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Für die Umsetzung der Applikation wurden die Ausgangsplattformen anhand der Analyse
festgesetzt und die Konzepte für die Entwicklung auf der SmartWatch sowie dem Smartphone
erstellt. Die Applikation wurde anhand des Konzepts umgesetzt und fertiggestellt.
Mit der Integration der neuen Applikation in das bestehende digitalSTROM System wurde ein
neues attraktives Bedienungselement geschaffen das dem Benutzenden erlaubt Funktionen
auf eine neue Art und Weise mit neuster Technologie zu nutzen.
7. Danksagung
Ich möchte mich ganz herzlich beim Auftraggeber bedanken, dass ich die Möglichkeit hatte
ein innovatives und interessantes Thema für meine Bachelor Thesis zu bearbeiten und dabei
super unterstützt wurde.
Vom Auftraggeber wurde alles für die Umsetzung der Applikation bereitgestellt. Dies
beinhaltete ein digitalSTROM Testsystem sowie benötigte Hardware für Testzwecke. An die
Applikation wurden nur wenige Anforderungen gestellt so, dass relativ frei entschieden
werden konnte welche Technologien und Funktionen schlussendlich eingesetzt werden. Mit
dieser Entscheidungsfreiheit konnte die Applikation gut an die Anforderungen aus der
Analyse angepasst werden.
Ich möchte mich ganz herzlich auch dafür bedanken, dass ich die Möglichkeit hatte bei der
Samsung Gear App Challenge mitzumachen und dabei vom Auftraggeber kräftig unterstützt
wurde. Mit dieser Unterstützung machte das analysieren, planen und umsetzen der
Applikation besonders viel Spass.
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8. Literaturverzeichnis
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9. Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Abbildung 1 - digitalSTROM 5
Abbildung 2 - digitalSTROM Dashboard 5
Abbildung 3 - dS Listener 5
Abbildung 4 - dS Home Control 6
Abbildung 5 - dS Listener 6
Abbildung 6 - dS Dashboard 6
Abbildung 7 - dS NFC 6
Abbildung 8 - bidgely 6
Abbildung 9 - digitalSTROM-Glossar 7
Abbildung 10 - Farbkonzept digitalSTROM 8
Abbildung 11 - Beacon weiss 9
Abbildung 12 - Ort der Nutzung 11
Abbildung 13 - Gleichzeitige Nutzung Medien 12
Abbildung 14 - Smartphone Portale 13
Abbildung 15 - Nutzungsdauer und genutzte Apps 14
Abbildung 16 - Beispiel Überladene Anzeige 17
Abbildung 17 - Kontextgrenzen 21
Abbildung 18 – Raumerkennung Beacons 24
Abbildung 19 - Auswirkung Anzahl Beacons 26
Abbildung 20 - Auswirkung Scan Intervall 26
Abbildung 21 - Setup Intent 29
Abbildung 22 - Call Intent 30
Abbildung 23 - Get Devices 31
Abbildung 24 - Beacon ranging und Funktionen 34
Abbildung 25 - Definierung Funktionen 35
Abbildung 26 - Szenario Installation 36
Abbildung 27 - Szenario Login 37
Abbildung 28 - Szenario Verbinden 37
Abbildung 29 - Szenario Standard Funktionen 38
Abbildung 30 - Szenario Ranging und Beacon Funktionen 38
Abbildung 31 - Szenario Nutzung Standard Funktionen 39
Abbildung 32 - Szenario Nutzung Beacon Funktionen 40
Abbildung 33 - App Typen 41
Abbildung 34 - Mockup 1 SmartWatch 42
Abbildung 35 – Mockup 2 SmartWatch 42
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
Michael Niggeler Seite 68 / 69
Abbildung 36 – Layout Funktionen SmartWatch 43
Abbildung 37 - Layout Start 43
Abbildung 38 - Architektur Host und Wearable 45
Abbildung 39 - Service Profile SmartWatch 45
Abbildung 40 - Mockup 1 Smartphone 47
Abbildung 41 - Mockup 2 Smartphone 47
Abbildung 42 - Mockup 3 Smartphone 48
Abbildung 43 - Mockup 4 Smartphone 48
Abbildung 44 - Ansicht ListView 49
Abbildung 45 - Datenbank Android App 51
Abbildung 46 - Service Profil Smartphone 53
Abbildung 47 - Smartphone Berechtigungen 54
Abbildung 48 - dSWatchControl Connect 55
Abbildung 49 - dSWatchControl Standard 55
Abbildung 50 - dSWatchControl Bildauswahl 56
Abbildung 51 – dSWatchControl Bild 56
Abbildung 52 - dSWatchControl Bilder 56
Abbildung 53 - dSWatchComm Control Panel 57
Abbildung 54 - dSWatchComm IP/Port 57
Abbildung 55 - dSWatchComm Usr/Pw 58
Abbildung 56 - dSWatchComm Login 58
Abbildung 57 - dSWatchComm Succesfull Login 58
Abbildung 58 - dSWatchComm Connect Watch 59
Abbildung 59 – dSWatchComm Add functions 59
Abbildung 60 – dSWatchComm Set standard 59
Abbildung 61 - dSWatchComm Rooms 60
Abbildung 62 - dSWatchComm Groups 60
Abbildung 63 - dSWatchComm Scenes 60
Abbildung 64 - dSWatchComm UDAs 61
Abbildung 65 - dSWatchComm Beacon ranging 61
Abbildung 66 - dSWatchComm Beacon Definierung 61
Tabelle 1 - iBeacon Informationen 10
Tabelle 2 - SmartWatch Modelle 18
Bachelor Thesis Smart Watches für SmartHomes
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10. Anhang
10.1 Quellcode der Applikationen auf CD
Der Quellcode sowie die Installationsdatei werden auf CD mitgeliefert.