GPS Mesajlarının Nesneye Yönelik Yazılım Tasarım Prensiplerinden Genişlemeye Açık, Değişikliğe Kapalı Prensibine Göre Ele Alınması

Transkript

1 Dkuz Eylül Üniversitesi-Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt 19 Sayı 55.1(Özel Sayı) Ocak 2017 Dkuz Eylul University-Faculty f Engineering Jurnal f Science and Engineering Vlume 19 Issue (Special Issue) January 2017 DOI: /deufmd GPS Mesajlarının Nesneye Yönelik Yazılım Tasarım Prensiplerinden Genişlemeye Açık, Değişikliğe Kapalı Prensibine Göre Ele Alınması Mehmet Mustafa GÜRSUL *1, Muhammed Ali ASAN 2, Tahsin Alp YANAR 3 1 Savunma Teknljileri Mühendislik ve Tic. A.Ş., Ankara 2 Savunma Teknljileri Mühendislik ve Tic. A.Ş., Ankara 3 Savunma Teknljileri Mühendislik ve Tic. A.Ş., Ankara (Alınış / Received: , Kabul / Accepted: , Online Yayınlanma / Published Online: ) Anahtar Kelimeler Strateji Tasarım Kalıbı, Fabrika Mett Tasarım Kalıbı, Açık Kapalı Tasarım Prensibi, NMEA 0183 Standardı, GPS Mesajları Özet: NMEA 0183; deniz sistemlerindeki elektrnik cihazlar arasındaki iletişimde kullanılan bir standarttır. Bu uygulama bildirisinde; ilk önce NMEA 0183 standardı ile ilgili genel bilgiler verilecektir. Snra ise; GPS alıcısından gönderilen NMEA 0183 standardındaki mesajların nesneye yönelik prgramlamanın temel prensiplerinden lan genişlemeye açık fakat değişikliğe kapalı prensibine uygun larak strateji ve fabrika tasarım kalıpları ile yazılım tasarımının nasıl yapıldığı anlatılacaktır. Handling GPS Messages Accrding T The Object Oriented Sftware Design Principles f Open fr Extensin, Clsed fr Mdificatin Principle Keywrds Strategy Design Pattern, Factry Methd Design Pattern, Open Clsed Design Principle, NMEA 0183 Standard, GPS Messages Abstract: NMEA 0183 is a standard fr interfacing marine electrnic devices. In this applicatin article, general infrmatin abut the NMEA 0183 standard will be given first. Then, design f the sftware, which handles NMEA 0183 messages cming frm GPS receiver, by using strategy and factry methd design patterns will be discussed accrding t the ne f the bject riented prgramming principle pen fr extensin, clse fr the mdificatin. *Srumlu yazar: mehmetgursul@gmail.cm 1. Giriş NMEA 0183; deniz sistemlerinde kullanılan derinlikölçer, snar, pusula, tmatik pilt, GPS alıcıları gibi elektrnik cihazlar arasındaki iletişimde kullanılan bir standarttır. Amerika da kurulan Ulusal Deniz Elektrnik Birliği (Natinal Marine Electrnics Assciatin) tarafından tanımlanmıştır ve kntrl edilmektedir. Deniz uygulamalarında NMEA 0183 standardının yerini yavaş yavaş NMEA 2000 standardı almaya başlamıştır [1]. 57

2 Tipik bir NMEA 0183 standardındaki GPS cümlesi aşağıdaki gibi bir frmata sahiptir: <başlangıç karakteri> <başlık>,<veri >*<kntrl numarası><cr><lf> Tüm NMEA 0183 standardındaki mesajlar başlangıç karakteri (starting delimeter) larak "$" ya da "!" karakteri ile başlar ve her bir veri alanı "," karakteri ile ayrılır. Kntrl numarası (checksum) değeri: $ ve * karakterleri arasındaki karakterlerin 8 bitlik exclusive OR değeridir ('$' ve '*' karakterleri hesaplamaya dâhil edilmez)[2]. seçenekler GLONASS uydu sistemi için GL, GNSS sistemi kullanan aygıtlar için ise GN dir ; DDMM.MMMMM frmatındaki değeridir. enlem N; kuzey enlemi lduğunu belirtir ; DDDMM.MMMMM frmatındaki değeridir. bylam GPS alıcısından gönderilen ve GP ile başlayan temel mesajlardan bazıları aşağıda verilmektedir: GPRMC: Zaman, knum, yön ve hız bilgilerini içeren mesajdır. GPGLL: Zaman, knum ve durum bilgisi içeren mesajdır. GPGGA: Zaman, knum, kullanılan uydu sayısı, anten irtifası vb bilgileri içeren mesajdır [3]. E; dğu bylamı lduğunu belirtir. *6F, kntrl tplamı (checksum) değerini gösterir. İlk A, durum (status) değeridir. A ise geçerli (valid), diğer durumlarda geçersiz (invalid) dir. Bu mesajlardan $GPGLL mesajının frmatı detaylı bir şekilde aşağıda verilmiştir. İkinci A, mde indicatr değeridir. Aşağıdaki değerleri almaktadır: $GPGLL, ,N, ,E, ,A,A*6F GP, bu mesajın kaynağının GPS uydu sistemi lduğunu göstermektedir. Diğer A: Aut D: Differential E: Estimated M: Manual Input S: Simulatr N: Data Invalid 58

3 Şekil 1: GPS Mesajlarının Akış Diyagram Bu uygulama bildirisinde; yukarıda adları verilen NMEA 0183 standardındaki GPS mesajlarının nesneye yönelik prgramlamanın temel prensiplerinden lan pen fr extensin, clse fr mdificatin prensibine uygun larak nasıl bir mimari ile ele alınacağına değinilecektir. 2. Prblem Uydu sistemlerinden GPS alıcısına gelen mikr dalgalar, GPS alıcısı tarafından NMEA 0183 standardına uygun larak çeşitli mesajlar halinde UDP/IP prtklü ile Ethernet kartı üzerinden gönderilmektedir (bknz. Şekil 1). Sürekli gönderilen bu mesajların Ethernet kartı üzerinden kunup, genel geçerlilik kntrlleri yapıldıktan snra ilgili mesajın nesnesindeki verileri dldurulmak istenmektedir. GPS alıcısı tarafından GP ile başlayan birçk türde mesaj gönderilmektedir. GPS mesajlarını ele alan bir yazılım prjesinde ihtiyaç duyulan mesajlar ele alındıktan snra yeni ihtiyaçlara uygun larak başka GP ile başlayan mesajların da işlenmesi ihtiyacı dğabilmektedir. Bu yeni mesajları ele alırken de var lan mesajları çözümleyen kd parçalarında en az değişiklik ile yazılımın genişleyebilir lması gereklidir. Bu ihtiyaçlara uygun şekilde Çözüm ve Tasarım bölümünde anlatılan şekilde uygulama geliştirilebilir. 3. Çözüm ve Tasarım Nesneye yönelik tasarım prensipleri; kdu tasarlarken ya da yazarken uygulanan ve böylece kdun daha klay bakımı yapılabilir, esnek ve genişleyebilir lmasını sağlayan basit temel araç ya da tekniklerdir [4]. Nesneye yönelik tasarımın beş temel prensibinin baş harflerinden luşan SOLID [5] kelimesinin içerisindeki O harfi, pen/clsed prensibini belirtmektedir. Open/clsed prensibi yazılım varlıklarının (sınıflar, mdüller, fnksiynlar, vb.) genişlemeye açık fakat değişikliğe kapalı lması larak tanımlanmaktadır [4]. GPS ten gelen NMEA 0183 standardındaki mesajların ele alınması ile ilgili tasarımda pen/clsed prensibine uygun larak strateji ve fabrika mett tasarım kalıpları birlikte kullanılmıştır. Strateji ve fabrika mett tasarım kalıpları ile ilgili kısa bilgi aşağıda verilmektedir. Strateji tasarım kalıbı, algritmanın davranışının çalışma zamanında (runtime) belirlenmesini sağlayan bir yazılım tasarım kalıbıdır. Strateji tasarım kalıbı; Bir algritma ailesi tanımlar, Her bir algritmayı sarmalar (encapsulates), Algritmanın bu algritma ailesi içinde değiştirilebilir lmasını sağlar [6]. 59

4 Şekil 2: Strateji Tasarım Kalıbı Sınıf Diyagramı Strateji tasarım kalıbı sınıf diyagramı aşağıda Şekil 2 de gösterilmektedir. Fabrika mett tasarım kalıbı; nesnelerin yaratılmasını başka bir sınıfa delege eden bir yazılım tasarım kalıbıdır. Fabrika mett tasarım kalıbı ile; Nesne yaratılması fabrika sınıfı içinde yer alır, Böylece nesnenin yaratılması ve nesnenin kullanılması ayrıştırılmış lur, Fabrika sınıfı içindeki nesne yaratılması mantığında yapılacak değişiklik, nesne kullanımı tarafında herhangi bir değişikliğe gerek duymadan yapılabilir [6]. Fabrika mett tasarım kalıbı sınıf diyagramı aşağıda Şekil 3 te gösterilmektedir. Strateji ve fabrika mett tasarım kalıpları Şekil 4 te gösterildiği şekilde sisteme uyarlanmıştır. Bu tasarım ile yeni bir mesajı yazılımda ele almak ihtiyacı dğduğunda; strateji tasarım kalıbı sayesinde, var lan mesajlarda herhangi bir değişiklik yapma gereği duymadan, yeni mesajı yazılıma klayca entegre edebilme lanağı sağlanmış lmaktadır. Örneğin X adında yeni bir NMEA 0183 standardındaki mesaj yazılıma eklenmek istendiğinde, strateji tasarım kalıbı sayesinde; Şekil 4 te gösterilen mesajlarda ve MessageManager sınıfında herhangi bir değişiklik yapmaya gerek kalmadan sadece aşağıda belirtilen iki eklemenin yapılması yeterli lacaktır: MsgXHandler şeklinde IMessageHandler arayüzünü gerçekleyen bir sınıf eklenip, MessageFactry sınıfında bu yeni mesaj için <messagetype, MsgXHandler> anahtar-değer (key-value) verisini eklemek yeterli lacaktır. Bu kısımda istenirse Dependency Injectin ile kd yeniden derlemeye gerek kalmadan yapılabilir. 60

5 Şekil 3: Fabrika Mett Tasarım Kalıbı Sınıf Diyagramı Şekil 4: GPS Mesaj Ayrıştırma Sınıf Diyagramı Strateji tasarım kalıbının avantajlarının yanında nesne sayısını artması larak dezavantajı da bulunmaktadır. kşul deyiminin eklenmesini gerektirecektir. Diğer bir alternatif de kşullu deyimler kullanarak hangi alt sınıfın mesajı ele alacağına karar vermektir. Fakat bu şekilde yapıldığında yeni bir mesaj ele alınmak istendiğinde yeni bir 61

6 4. Tartışma ve Snuç Yazılım prjelerindeki temel srunlardan birisi; yeni ihtiyaçlara uygun larak var lan yazılımın genişleyememesi ve herhangi bir değişiklikte var lan kd parçalarında da değişiklik yapılma gerekliliğinin dğmasıdır. Bu makale ile GPS mesajlarının ele alınacağı bir yazılım prjesinin genişlemeye açık fakat var lan kdlar üzerinde de en az değişikliğe yl açacak şekildeki yazılım tasarımı ile yazılımın yeni ihtiyaçlara cevap verebilmesi sağlanmıştır. Ayrıca kd kunabilirliği ve yazılım bakımı da daha klay duruma getirilmiştir. Kaynakça [1]. Standard NMEA-0183 sentences descriptin, freenmea.net/dcs, Erişim Tarihi: [2]. IEC Maritime navigatin and radicmmunicatin equipment and systems Digital interfaces Part 1: Single talker and multiple listeners Editin 4.0, Nvember [3]. NMEA Data, m, Erişim Tarihi: [4]. Head First Object-Oriented Analysis&Design, Brett D. McLaughlin, Garry Pllice, David West, 2006, O Reilly Media, First Editin [5]. SOLID (bject-riented design), SOLID_(bject-riented_design), Erişim Tarihi: [6]. Design Patterns, Elements f Reusable Object-Oriented Sftware, Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Jhnsn, Jhn Vlissides 62