移动端模块设计
Client module design

Ⅰ.android应用界面设计（Interface design of client）

· Android studio

Android studio是谷歌基于IntelliJ IDEA开发的一套android应用集成开发环境IDE。作为谷歌推出的欲取代Eclipse进行安卓端应用开发环境，其一出生就具备强大的功能，处理支持Java语言进行开发，同时通过NDK导入支持Koltin和Lua语言开发，并集成了丰富的开发工具包括Gradle构建工具和一些测试工具，性能工具与网络监控的工具等。除基本开发环境外，其还自带一套安卓虚拟机系统供开发人员进行调试开发。

经过不断的版本迭代，Android studio已经发展到4.1版本，并提供包括平板电脑和可穿戴设备的开发功能。在不断优化下，经历了初期Bug优化后，现在已成为主流android应用开发环境。

· Android 应用界面

Android移动端应用APP主要有三个界面，分别由3个Activity实现，它们依次是登陆界面(login)，主界面(meun)和数据库可视化界面(database)。

Login界面功能如名字所示，主要提供登录身份验证服务。测试按钮主要是测试与服务端Socket连接是否可行，点击即可绑定连接服务端的IP地址和端口并测试。当测试连通时表示服务端Socket在线，可以进行后续访问服务，同时客户端打开登录操作权限，允许操作者进行登录验证操作。身份登录验证分为账户密码验证和人脸信息验证，分别发送输入框输入的账号密码数据和人脸图像数据Base64编码数据。

主界面主要提供直接的实时数据展示，最上方会显示当前授权的操作者用户名，操作者可以直接通过数据更新按钮向服务端请求当前实时数据。当服务端返回数据后会在主界面直接展示，并显示数据刷新时间。每个终端都可以实现开关灯操作，当点击这些按钮时会向服务端发送相应请求，服务端解析后会向Zigbee终端下达相应指令。除此之外，还可以在此几面打开新的Activity，去实现数据库的数据展示。当在下方选择对应数据展示后，会开启新的界面去展示数据。

当在主界面请求数据库数据访问时，应用会启动新的Activity，并根据应用选择的数据表进行相应的设置，以匹配显示的数据。同时向服务端请求响应的数据内容。当收到服务端返回的数据内容后进行处理并显示更新在界面上。

Ⅱ. android应用通讯框架（communication of client）

· Java Socket通讯

Android移动应用开发采用Java语言编写，其中通讯方式与服务端相同，采用Socket通讯。其本质上还是TCP/IP协议报文传输。Api文件封装于Java.net.socket中。

Socket使用与C#服务端使用类似。在移动端app设计中，其担任客户端角色，并不需要建立一个Socket服务器来持续侦听请求，而是需要访问服务端时，直接连接服务端Socket server，故只需要设计Java Socket Client即可。

因为android系统特性，所有联网访问请求必须运行在子线程中，以防止联网程序的卡顿，逻辑死循环，异常等影响到主进程。故网络请求程序需要运行在子线程中。也因此对接收数据的处理，例如UI更新显示等也不能在子线程中执行，需采取其他手段。在通讯环节需要开辟两个子线程，分别用于建立Socket客户端连接服务端程序并持续接收数据，以及向服务端发送请求数据。

Socket数据收发设计与服务端不相同，因为Android Studio为Java开发提供的Sdk工具十分齐全故对数据的接收采用新逻辑，使用Java.io里面提供的InputStream，PrintWriter，BufferedWriter和OutputStreamWriter实现。其过程为通过InputStream获取Socket的输入流，使用InputStream内部的read函数即可获取接收到的数据，格式为Byte[]字节流。发送时通过BufferedWriter封装预发送的数据，使用OutputStreamWriter实例化发送类函数，实例化构造通过PrintWriter实现，并设置autoFlush，即发送Buff内部数据发送完毕后自动关闭发送流。具体实现代码如下：

public class Socketclient extends Thread {//客户端线程带数据接收
      @Override
      public void run() {
          try {
              so = new Socket(IP,PORT);//定义Socket client
              in = so.getInputStream();//获取socket的输入流
              out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(so.getOutputStream())), true);//定义输出流
              byte[]by=new byte[1024];
              while(true) {
                  int len=in.read(by);//数据长度
                  String recmsg;
                  if(len>0) {
                      recmsg = new String(by, 0, len);//数据
                      handler1();//访问主线程内容
                    }
                  }
              }
          } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();//异常抛出
          }
      }
  }
public class socketsend  extends Thread {//数据发送线程
        private String sendmeg;
        public void setSendmeg(String s , int i)//发送数据函数
        {
            this.sendmeg = s;//获取发送数据字符串
        }
        @Override
        public void run()  {
            try {
                out.write(sendmeg);//发送数据
                out.flush();//发送流关闭
                }
            }catch (InterruptedException e)//异常抛出
            {
            }
        }
    }

最后，由于Android系统的权限管理限制，使用WIFI,数据流量进行网络服务需要申请相应网络权限。因此在移动端APP网络模块设计开发中还需要在Androidmanifest.xml清单文件中打开相应权限。权限清单为：

<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_WIFI_STATE" />
<uses-permission android:name="android.permission.CHANGE_WIFI_STATE" />
<uses-permission android:name="android.permission.READ_PHONE_STATE" />

· 客户端通讯指令

客户端通讯主要内容是应用发送的请求指令，其指令内容是面向用户的。指令内容代表用户实际下达内容，与监测端Zigbee网络接收的指令不同，对于客户端下达的指令，使由服务端识别指令内容，然后根据下达内容判定用户指令意图，按照约定内容向监测端Zigbee网关下达指令。

Ⅲ. android应用数据处理（data processing of client）

· 实时数据处理

实时数据处理包括两方面，分别为向上与向下两侧。向上为一些实时的通讯指令上传，主要为安全性验证中的登录验证和一些请求指令。向下为对返回的实时传感器感知数据进行处理。向上处理仅需要将对应指令使用Socket通讯服务发送至服务端系统即可，主要实时数据处理为向下处理。

在meun Activity中设计了访问实时数据的操作。在服务端响应了指令请求realtimedata后，会向监测端请求传感器数据，收到数据后临时保存至sensordata类中，使用类定义成员函数data2json()将数据转换为json格式字符串，并回传至android移动端应用。即实时数据为一组包含传感器数据的json格式字符串。

在移动客户端应用中使用Android studio提供的org.json包。内部的JSONException和JSONException提供处理解包json格式的方法。使用JSONObject定义一个json对象实例，此函数可以将json格式字符串实例化为一个Json数据，以便后续操作对json数据进行处理。当原始json数据进行了嵌套封装，就需要对json数据进行脱壳，获取其内部真实数据，使用jsonObject.getJSONObject(“head”)来提取目标head下的json数据。对脱壳解嵌套后的数据进行jsonObject.getString(“value”)操作可以提取对应Value下的数据。具体实现代码抽象为：

JSONObject jsonObject = new JSONObject(s);
JSONObject result = jsonObject.getJSONObject(“bedroom”);
result.getString(“temperature”)//获取温度数据

· 数据库数据处理

除实时数据获取外，移动端应用还具备通过服务端访问数据库数据的功能。SQL Server数据库提供了3个数据表分别存储用户数据信息，系统操作信息和传感器数据。但服务端与移动端进行匹配，设置了5个数据库查询指令，分别为logindata，operatedata，bedroomdata，livingroomdata和kitchendata，他们分别返回用户数据信息，系统操作信息，卧室传感器感知数据，客厅传感器感知数据和厨房传感器感知数据。数据依旧采用Json格式字符串。其嵌套脱壳，value提取依旧采用org.json包提供的方法解决。不过此时嵌套的JSON数据为平行嵌套，需要利用Json数组来逐一提取，使用的方法成员为JSONArray。利用JSONArray对Json数据处理：

JSONArray dataarray = jsonObject.getJSONArray(serchorder);

然后循环对比查找预匹配的数据head，方法如下：

JSONObject objectdata = dataarray.getJSONObject(i);

数据提取后使用Android studio提供的Listview进行显示。使用Listview显示前，需要利用适配器对数据进行预处理。通过定义一个List类来存储解析出的数据库数据。同时新建一个item.xml来设置数据库可视化的列表名。列表约定为4列，名字根据请求的数据动态显示。新建一个list命名为listdata方便适配器进行数据绑定。定义为：

List<Map<String ,Object>> listdata;

利用map函数将数据进行key-value绑定，并添加进listdata中。实现为：

Map<String,Object> map = new HashMap<String, Object>();
map.put(key,value);
listdata.add(map);

数据处理完毕后，即为可视化操作，将数据绑定至适配器，提供给Listview显示。适配器使用SimpleAdapter实现。代码为：

listView.setAdapter(new SimpleAdapter(this,listdata,R.layout.item,from,to));

from与to分别为定义的两个字符串数组和整型数组，实现将item.xml设置的列名与数据的Key值绑定，便于在正确的列显示正确的value值。

· Activity数据处理

在移动端应用程序中还存在APP内部的数据处理传输。其分为两部分，一部分为同一个Activity内部数据处理传输，另一部分为Activity之间的数据处理传输。其中最重要，最主要处理为Activity之间的数据处理。

• Activity内部数据处理

Activity内部数据处理主要是线程间的数据处理传输问题。由于移动端所有的数据请求借助于网络服务实现。android系统规定所用联网服务必须在子线程中实现，不得定义在主UI线程中。这样处理是为了解决android系统之前卡顿的现象，因为网络服务的响应时间远高于操作系统级别的响应，如果在主UI线程中定义网络服务，当出现网络阻塞时，会发生连带现象进而阻塞UI线程，造成使用卡顿。

因为网络请求的数据也是通过网络返回的，所以实际接受数据是在子线程中完成的。然而子线程不能干扰主UI线程，故无法在子线程中将接受的数据传输给UI进行显示。需要借助handler实现。

Handler是Java中一个用于异步消息处理的函数方法。本质是一个消息队列，通过异步处理收集所有线程中的数据并放入队列，然后对队列中的消息进行处理。相当于一个线程中的缓冲池，因此常常用于在子线程中更新UI界面。

在移动端APP线程数据处理时采用Handler解决，先定义并实例化一个Handler，使用handleMessage(Message message)子成员函数来实现数据传输。然后使用Handler.Post()方法调用Runnable方法开辟一个子线程处理传输到Handler里的数据，并在此可以实现UI界面的更新。具体实现如下：

Handler handler = new Handler(){
        @Override
        public void handleMessage(Message message){
            super.handleMessage(message);
        }
    };//使用Handler方法
    private void handler1(final String s) {//供其他线程调用
        handler.post(new Runnable() {//使用Runable方法
            @Override
            public void run() {//线程执行主体
               dealjson(s);//数据处理操作，UI更新在此完成
            }
        });
    }

• Activity之间数据处理

Activity之间的数据传递最为重要也最为频繁。当移动端APP切换到新的Activity显示新的界面UI时，需要许多原先已知的数据作为支撑。比如每个Activity基本涉及了网络服务线程，均需要使用Socket进行通讯，Socket通讯所需的IP地址与PORT端口在登录时一次设置完成，后续的访问均访问此IP&PORT绑定的服务端。所以这些必须数据需要在Activity进行切换的同时一并传输至新的Activity。

Activity之间数据传输有两种，分别是Intent直接数据绑定传输，二是使用Intent+Bundle绑定传输。

第一种是在利用Intent打开新的Activity时一并绑定并传输，绑定采用key-value模式，通过Intent.putExtra(key,value)语句进行绑定。读取时采用Intent.getXXXExtra(key)语句实现，其中XXX为绑定关键字Key对应的数据类型。这种方式一般使用传递少量数据，在本设计中，基本为大数据传输，故不采用此方法。

第二种是将数据以Key-value模式统一绑定在一个Bundle中，然后将Bundle添加至Intent中，随Intent一并传输至新Activity。Bundle数据添加语句为Bundle.putXXX(key，value);，获取Bundle中的数据操作为Bundle.getXXX(key)，XXX为关键字Key对应的数据的数据类型。将Bundle放到Intent中的操作为Intent.putExtra(Bundle);

在移动端APP设计开发中有许多数据需要在Activity之间传递，表列出了所有在Activity之间传递的数据及其详细信息。

源Activity	目的Actvity	Key	类型	用途
Login(登录)	Meun(主界面)	ip	String	Socket服务端IP地址
Login(登录)	Meun(主界面)	port	Int	Socket服务端端口
Login(登录)	Meun(主界面)	user	String	登录用户的用户名
Meun(主界面)	Datatable(数据库可视化)	ip	String	Socket服务端IP地址
Meun(主界面)	Datatable(数据库可视化)	port	Int	Socket服务端端口
Meun(主界面)	Datatable(数据库可视化)	type	Int	type取值范围为1-5，分别对应5个数据库访问操作。根据type值的不同，需要对数据库可视化界面UI进行更新，以适配表名和列名

· 图像数据处理

移动端APP应用在设计账户密码登录的同时，还实现了人脸识别登录的服务，因为人脸认证识别功能部署在服务端一侧，故移动端APP仅需要将图像数据按照服务端要求进行Base64编码后发送即可。

移动端APP设计图像信息通过手机自带相机获取。Android Studio提供了媒体访问工具MediaStore，对于手机摄像头数据的捕获采用MediaStore工具下的MediaStore.ACTION_IMAGE_CAPTURE实现。同时创建文件保存对应图形信息。最后利用Intent打开摄像头工具，开启Intent数据回传函数，接受回传的图像信息。具体实现如下：

File dir = new File(Environment.getExternalStorageDirectory(), "pictures");//定义图像信息存储文件
Intent cameraIntent = new Intent(MediaStore.ACTION_IMAGE_CAPTURE);
startActivityForResult(cameraIntent, 8888);//使用Intent启动服务


protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {//图像信息回传函数
 super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);
 if (requestCode == 8888 && resultCode == RESULT_OK) {//收到数据
     Bitmap photo = (Bitmap) data.getExtras().get("data");
//将图像数据转换为bitmap数据
     ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();//将Bitmap数据转换为字节流数据
     photo.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG, 50, outputStream);
//将图像转换为JPEG格式，保存质量为50%
     String image = Base64.encodeToString(outputStream.toByteArray(), Base64.DEFAULT);
//对Jpeg格式数据进行Base64编码
        }
    }