Virtuaalimaailmoja valtaamassa : verkko-opetusinnovaation leviäminen koulun maantieteeseen vuosituhannen vaihteessa

Tutkimus käsittelee verkko-opetusinnovaation leviämistä perusasteen ja lukion maantieteeseen vuosina 1998–2004. Työssä sovellettiin opetusinnovaation leviämismallia ja innovaatioiden diffuusioteoriaa. Aineisto hankittiin seitsemänä vuotena kyselylomakkeilla maantieteen verkko-opetuksen edelläkävijäopettajilta, jotka palauttivat 326 lomaketta. Tutkimuksen pääongelmat olivat 1) Millaisia edellytyksiä edelläkävijäopettajilla on käyttää verkko-opetusta koulun maantieteessä? 2) Mitä sovelluksia ja millä tavoin edelläkävijäopettajat käyttävät maantieteen verkko-opetuksessa? 3) Millaisia käyttökokemuksia edelläkävijäopettajat ovat saaneet maantieteen verkko-opetuksesta? Tutkimuksessa havaittiin, että tietokoneiden riittämätön määrä ja puuttuminen aineluokasta vaikeuttivat maantieteen verkko-opetusta. Työssä kehitettiin opettajien digitaalisten mediataitojen kuutiomalli, johon kuuluvat tekniset taidot, informaation prosessointitaidot ja viestintätaidot. Opettajissa erotettiin kolme verkko-opetuksen käyttäjätyyppiä: informaatiohakuiset kevytkäyttäjät, viestintähakuiset peruskäyttäjät ja yhteistyöhakuiset tehokäyttäjät. Verkko-opetukseen liittyi intensiivisiä myönteisiä ja kielteisiä kokemuksia. Se toi iloa ja motivaatiota opiskeluun. Sitä pidettiin rikastuttavana lisänä, joka haluttiin integroida opetukseen hallitusti. Edelläkävijäopettajat ottivat käyttöön tietoverkoissa olevaa informaatiota ja sovelsivat työvälineohjelmia. He pääsivät alkuun todellisuutta jäljittelevien virtuaalimaailmojen: satelliittikuvien toistaman maapallon, digitaalikarttojen ja simulaatioiden käytössä. Opettajat kokeilivat verkon sosiaalisia tiloja reaaliaikaisen viestinnän, keskusteluryhmien ja ryhmätyöohjelmien avulla. Mielikuvitukseen perustuvat virtuaalimaailmat jäivät vähälle sillä opettajat eivät juuri pelanneet viihdepelejä. He omaksuivat virtuaalimaailmoista satunnaisia palasia käytettävissä olevan laite- ja ohjelmavarustuksen mukaan. Virtuaalimaailmojen valtaus eteni tutkimuksen aikana digitaalisen informaation hyödyntämisestä viestintäsovelluksiin ja aloittelevaan yhteistyöhön. Näin opettajat laajensivat virtuaalireviiriään tietoverkkojen dynaamisiksi toimijoiksi ja pääsivät uusin keinoin tyydyttämään ihmisen universaalia tarvetta yhteyteen muiden kanssa. Samalla opettajat valtautuivat informaation kuluttajista sen tuottajiksi, objekteista subjekteiksi. Verkko-opetus avaa koulun maantieteelle huomattavia mahdollisuuksia. Mobiililaitteiden avulla informaatiota voidaan kerätä ja tallentaa maasto-olosuhteissa, ohjelmilla sitä voidaan muuntaa muodosta toiseen. Internetin autenttiset ja ajantasaiset materiaalit tuovat opiskeluun konkretiaa ja kiinnostavuutta, mallit, simulaatiot ja paikkatieto havainnollistavat ilmiöitä. Viestintä- ja yhteistyövälineet sekä sosiaaliset informaatiotilat vahvistavat yhteistyötä. Avainsanat: verkko-opetus, internet, virtuaalimaailmat, maantiede, innovaatiot

Middleware for Mobile Sensing Applications in Urban Environments

Sensor networks represent an attractive tool to observe the physical world. Networks of tiny sensors can be used to detect a fire in a forest, to monitor the level of pollution in a river, or to check on the structural integrity of a bridge. Application-specific deployments of static-sensor networks have been widely investigated. Commonly, these networks involve a centralized data-collection point and no sharing of data outside the organization that owns it. Although this approach can accommodate many application scenarios, it significantly deviates from the pervasive computing vision of ubiquitous sensing where user applications seamlessly access anytime, anywhere data produced by sensors embedded in the surroundings. With the ubiquity and ever-increasing capabilities of mobile devices, urban environments can help give substance to the ubiquitous sensing vision through Urbanets, spontaneously created urban networks. Urbanets consist of mobile multi-sensor devices, such as smart phones and vehicular systems, public sensor networks deployed by municipalities, and individual sensors incorporated in buildings, roads, or daily artifacts. My thesis is that "multi-sensor mobile devices can be successfully programmed to become the underpinning elements of an open, infrastructure-less, distributed sensing platform that can bring sensor data out of their traditional close-loop networks into everyday urban applications". Urbanets can support a variety of services ranging from emergency and surveillance to tourist guidance and entertainment. For instance, cars can be used to provide traffic information services to alert drivers to upcoming traffic jams, and phones to provide shopping recommender services to inform users of special offers at the mall. Urbanets cannot be programmed using traditional distributed computing models, which assume underlying networks with functionally homogeneous nodes, stable configurations, and known delays. Conversely, Urbanets have functionally heterogeneous nodes, volatile configurations, and unknown delays. Instead, solutions developed for sensor networks and mobile ad hoc networks can be leveraged to provide novel architectures that address Urbanet-specific requirements, while providing useful abstractions that hide the network complexity from the programmer. This dissertation presents two middleware architectures that can support mobile sensing applications in Urbanets. Contory offers a declarative programming model that views Urbanets as a distributed sensor database and exposes an SQL-like interface to developers. Context-aware Migratory Services provides a client-server paradigm, where services are capable of migrating to different nodes in the network in order to maintain a continuous and semantically correct interaction with clients. Compared to previous approaches to supporting mobile sensing urban applications, our architectures are entirely distributed and do not assume constant availability of Internet connectivity. In addition, they allow on-demand collection of sensor data with the accuracy and at the frequency required by every application. These architectures have been implemented in Java and tested on smart phones. They have proved successful in supporting several prototype applications and experimental results obtained in ad hoc networks of phones have demonstrated their feasibility with reasonable performance in terms of latency, memory, and energy consumption.

Modeling Efficient Classification as a Process of Confidence Assessment and Delegation

In visual object detection and recognition, classifiers have two interesting characteristics: accuracy and speed. Accuracy depends on the complexity of the image features and classifier decision surfaces. Speed depends on the hardware and the computational effort required to use the features and decision surfaces. When attempts to increase accuracy lead to increases in complexity and effort, it is necessary to ask how much are we willing to pay for increased accuracy. For example, if increased computational effort implies quickly diminishing returns in accuracy, then those designing inexpensive surveillance applications cannot aim for maximum accuracy at any cost. It becomes necessary to find trade-offs between accuracy and effort. We study efficient classification of images depicting real-world objects and scenes. Classification is efficient when a classifier can be controlled so that the desired trade-off between accuracy and effort (speed) is achieved and unnecessary computations are avoided on a per input basis. A framework is proposed for understanding and modeling efficient classification of images. Classification is modeled as a tree-like process. In designing the framework, it is important to recognize what is essential and to avoid structures that are narrow in applicability. Earlier frameworks are lacking in this regard. The overall contribution is two-fold. First, the framework is presented, subjected to experiments, and shown to be satisfactory. Second, certain unconventional approaches are experimented with. This allows the separation of the essential from the conventional. To determine if the framework is satisfactory, three categories of questions are identified: trade-off optimization, classifier tree organization, and rules for delegation and confidence modeling. Questions and problems related to each category are addressed and empirical results are presented. For example, related to trade-off optimization, we address the problem of computational bottlenecks that limit the range of trade-offs. We also ask if accuracy versus effort trade-offs can be controlled after training. For another example, regarding classifier tree organization, we first consider the task of organizing a tree in a problem-specific manner. We then ask if problem-specific organization is necessary.

Mining Cell Transition Data

Cell transition data is obtained from a cellular phone that switches its current serving cell tower. The data consists of a sequence of transition events, which are pairs of cell identifiers and transition times. The focus of this thesis is applying data mining methods to such data, developing new algorithms, and extracting knowledge that will be a solid foundation on which to build location-aware applications. In addition to a thorough exploration of the features of the data, the tools and methods developed in this thesis provide solutions to three distinct research problems. First, we develop clustering algorithms that produce a reliable mapping between cell transitions and physical locations observed by users of mobile devices. The main clustering algorithm operates in online fashion, and we consider also a number of offline clustering methods for comparison. Second, we define the concept of significant locations, known as bases, and give an online algorithm for determining them. Finally, we consider the task of predicting the movement of the user, based on historical data. We develop a prediction algorithm that considers paths of movement in their entirety, instead of just the most recent movement history. All of the presented methods are evaluated with a significant body of real cell transition data, collected from about one hundred different individuals. The algorithms developed in this thesis are designed to be implemented on a mobile device, and require no extra hardware sensors or network infrastructure. By not relying on external services and keeping the user information as much as possible on the user s own personal device, we avoid privacy issues and let the users control the disclosure of their location information.

Tietokannan hallintajärjestelmän optimointi flash-muistia varten

Viime aikoina yleistyneet flash-muistiin perustuvat tallennusvälineet ovat monessa suhteessa kiintolevyä parempia. Flash-muistissa on kuitenkin useita erityispiirteitä, jotka vaikeuttavat sen käyttöönottoa tietokantajärjestelmässä. Flash-muistissa kirjoittaminen on hitaampaa kuin lukeminen. Erityisesti hajanaisten sivujen päivittäminen on hidasta. Hajaluku flash-muistista on huomattavasti nopeampaa kuin kiintolevyltä. Näiden erityispiirteiden vuoksi tietokannan hallintajärjestelmä on optimoitava erikseen flash-muistia varten. Tässä optimoinnissa lähes kaikki tietokannan hallintajärjestelmän osa-alueet on toteutettava uudelleen flash-muistin näkökulmasta. Flash-muistin nopean hajaluvun ansiosta relaatioiden tiedot voidaan sijoitella flash-muistiin vapaammin kuin kiintolevylle. Yleisin tietokannoissa käytetty hakemistorakenne B+-puu ei toimi tehokkaasti flash-muistissa hajapäivitysten suuren määrän vuoksi. Flashmuistia varten on kehitetty useita B+-puun muunnelmia, joissa hajapäivitysten määrää on onnistuttu vähentämään. Puskurin hallintaa voidaan optimoida flash-muistia varten vähentämällä hitaiden kirjoitusten määrää nopeiden lukujen määrän kustannuksella sekä muuttamalla hitaita hajakirjoituksia nopeammiksi peräkkäisten sivujen kirjoituksiksi. B.3 (hardware, memory structures) H.2.2 (database management, physical design)

Essays on Platforms: Business Strategies, Regulation and Policy in Telecommunications, Media and Technology Industries

The growth of the information economy has been stellar in the last decade. General-purpose technologies such as the computer and the Internet have promoted productivity growth in a large number of industries. The effect on telecommunications, media and technology industries has been particularly strong. These industries include mobile telecommunications, printing and publishing, broadcasting, software, hardware and Internet services. There have been large structural changes, which have led to new questions on business strategies, regulation and policy. This thesis focuses on four such questions and answers them by extending the theoretical literature on platforms. The questions (with short answers) are: (i) Do we need to regulate how Internet service providers discriminate between content providers? (Yes.) (ii) What are the welfare effects of allowing consumers to pay to remove advertisements from advertisement-supported products?(Ambiguous, but those watching ads are worse off.) (iii) Why are some markets characterized by open platforms, extendable by third parties, and some by closed platforms, which are not extendable? (It is a trade-off between intensified competition for consumers and benefits from third parties) (iv) Do private platform providers allow third parties to access their platform when it is socially desirable? (No.)