Interoperability for IoT Health Systems Using HL7 Standard

Internet of Things or IoT is revolutionizing the world we are living in, similarly the way Internet and the web did few decades ago. It is changing how we interact with the things surrounding us. Electronic health and remote patient monitoring are the ways of utilizing these technological improvements towards the healthcare. There are many applications of IoT in eHealth such as, it will open the gate to provide healthcare to the remote areas of the world, where healthcare through traditional hospital systems cannot be provided. To connect these new eHealth IoT systems with the existing healthcare information systems, we can use the existing interoperability standards commonly used in healthcare information systems. In this thesis we implemented an eHealth IoT system based on Health Level 7 interoperability standard for continuous data transmission. There is not much previous work done in implementing the HL7 for continuous sensor data transmission. Some of the previous work was limited to sensors which are not continuous in nature and some of it is only theatrical architecture. This thesis aims to prove that it is possible to implement an eHealth IoT system by using sensors which require continues data transmission, such as respiratory sensors, and to connect it with the existing eHealth information system semantically by using HL7 interoperability standard. This system will be beneficial in implementing eHealth IoT systems for those patients, who requires continuous healthcare personal monitoring. This includes elderly people and patients, whose health need to be monitored constantly. To implement the architecture, HL7 v2.5 is selected due to its ease of implementation and low size. We selected some open source technologies because of their open licenses and large developer community. We will also review the most efficient technology available in every layer of eHealth IoT system and will propose an efficient system.

Evaluation of Machine Learning Classifiers for Mobile Network Intrusion Detection Systems

Mobile malwares are increasing with the growing number of Mobile users. Mobile malwares can perform several operations which lead to cybersecurity threats such as, stealing financial or personal information, installing malicious applications, sending premium SMS, creating backdoors, keylogging and crypto-ransomware attacks. Knowing the fact that there are many illegitimate Applications available on the App stores, most of the mobile users remain careless about the security of their Mobile devices and become the potential victim of these threats. Previous studies have shown that not every antivirus is capable of detecting all the threats; due to the fact that Mobile malwares use advance techniques to avoid detection. A Network-based IDS at the operator side will bring an extra layer of security to the subscribers and can detect many advanced threats by analyzing their traffic patterns. Machine Learning(ML) will provide the ability to these systems to detect unknown threats for which signatures are not yet known. This research is focused on the evaluation of Machine Learning classifiers in Network-based Intrusion detection systems for Mobile Networks. In this study, different techniques of Network-based intrusion detection with their advantages, disadvantages and state of the art in Hybrid solutions are discussed. Finally, a ML based NIDS is proposed which will work as a subsystem, to Network-based IDS deployed by Mobile Operators, that can help in detecting unknown threats and reducing false positives. In this research, several ML classifiers were implemented and evaluated. This study is focused on Android-based malwares, as Android is the most popular OS among users, hence most targeted by cyber criminals. Supervised ML algorithms based classifiers were built using the dataset which contained the labeled instances of relevant features. These features were extracted from the traffic generated by samples of several malware families and benign applications. These classifiers were able to detect malicious traffic patterns with the TPR upto 99.6% during Cross-validation test. Also, several experiments were conducted to detect unknown malware traffic and to detect false positives. These classifiers were able to detect unknown threats with the Accuracy of 97.5%. These classifiers could be integrated with current NIDS', which use signatures, statistical or knowledge-based techniques to detect malicious traffic. Technique to integrate the output from ML classifier with traditional NIDS is discussed and proposed for future work.

Usability and Security in Medication Administration Applications

The traditional process of filling the medicine trays and dispensing the medicines to the patients in the hospitals is manually done by reading the printed paper medicine chart. This process can be very strenuous and error-prone, given the number of sub-tasks involved in the entire workflow and the dynamic nature of the work environment. Therefore, efforts are being made to digitalise the medication dispensation process by introducing a mobile application called Smart Dosing application. The introduction of the Smart Dosing application into hospital workflow raises security concerns and calls for security requirement analysis. This thesis is written as a part of the smart medication management project at Embedded Systems Laboratory, A° bo Akademi University. The project aims at digitising the medicine dispensation process by integrating information from various health systems, and making them available through the Smart Dosing application. This application is intended to be used on a tablet computer which will be incorporated on the medicine tray. The smart medication management system include the medicine tray, the tablet device, and the medicine cups with the cup holders. Introducing the Smart Dosing application should not interfere with the existing process carried out by the nurses, and it should result in minimum modifications to the tray design and the workflow. The re-designing of the tray would include integrating the device running the application into the tray in a manner that the users find it convenient and make less errors while using it. The main objective of this thesis is to enhance the security of the hospital medicine dispensation process by ensuring the security of the Smart Dosing application at various levels. The methods used for writing this thesis was to analyse how the tray design, and the application user interface design can help prevent errors and what secure technology choices have to be made before starting the development of the next prototype of the Smart Dosing application. The thesis first understands the context of the use of the application, the end-users and their needs, and the errors made in everyday medication dispensation workflow by continuous discussions with the nursing researchers. The thesis then gains insight to the vulnerabilities, threats and risks of using mobile application in hospital medication dispensation process. The resulting list of security requirements was made by analysing the previously built prototype of the Smart Dosing application, continuous interactive discussions with the nursing researchers, and an exhaustive stateof- the-art study on security risks of using mobile applications in hospital context. The thesis also uses Octave Allegro method to make the readers understand the likelihood and impact of threats, and what steps should be taken to prevent or fix them. The security requirements obtained, as a result, are a starting point for the developers of the next iteration of the prototype for the Smart Dosing application.

Usability and Security in Medication. Administration Applications

The traditional process of filling the medicine trays and dispensing the medicines to the patients in the hospitals is manually done by reading the printed paper medicinechart. This process can be very strenuous and error-prone, given the number of sub-tasksinvolved in the entire workflow and the dynamic nature of the work environment.Therefore, efforts are being made to digitalise the medication dispensation process byintroducing a mobile application called Smart Dosing application. The introduction ofthe Smart Dosing application into hospital workflow raises security concerns and callsfor security requirement analysis. This thesis is written as a part of the smart medication management project at EmbeddedSystems Laboratory, A˚bo Akademi University. The project aims at digitising the medicine dispensation process by integrating information from various health systems, and making them available through the Smart Dosing application. This application is intended to be used on a tablet computer which will be incorporated on the medicine tray. The smart medication management system include the medicine tray, the tablet device, and the medicine cups with the cup holders. Introducing the Smart Dosing application should not interfere with the existing process carried out by the nurses, and it should result in minimum modifications to the tray design and the workflow. The re-designing of the tray would include integrating the device running the application into the tray in a manner that the users find it convenient and make less errors while using it. The main objective of this thesis is to enhance the security of the hospital medicine dispensation process by ensuring the security of the Smart Dosing application at various levels. The methods used for writing this thesis was to analyse how the tray design, and the application user interface design can help prevent errors and what secure technology choices have to be made before starting the development of the next prototype of the Smart Dosing application. The thesis first understands the context of the use of the application, the end-users and their needs, and the errors made in everyday medication dispensation workflow by continuous discussions with the nursing researchers. The thesis then gains insight to the vulnerabilities, threats and risks of using mobile application in hospital medication dispensation process. The resulting list of security requirements was made by analysing the previously built prototype of the Smart Dosing application, continuous interactive discussions with the nursing researchers, and an exhaustive state-of-the-art study on security risks of using mobile applications in hospital context. The thesis also uses Octave Allegro method to make the readers understand the likelihood and impact of threats, and what steps should be taken to prevent or fix them. The security requirements obtained, as a result, are a starting point for the developers of the next iteration of the prototype for the Smart Dosing application.

Service Management in IP Networks

IP-verkoissa tarjottavat palvelut ovat lisääntyneet, on tullut uusia kanavia, jotka tarjoavat IP-pohjaisia palveluja. Internet-palvelujen tarjonta on tullut mukaan kaapelitelevisio- ja matkapuhelinverkkoihin. Lisääntynyt palvelujen tarjonta ja kysyntä ovat lisänneet palvelujen hallinnan merkitystä. IP-verkoissa on ilmennyt turvallisuuteen, skaalattavuuteen ja palvelun laatuun liittyviä ongelmia. Palvelun laadun tärkeys painottuu reaaliaikaisuutta ja suurta kapasiteettia vaativissa sovelluksissa. Tulevaisuudessa IP-liikenteen on ennustettu kasvavan yli satakertaiseksi nykyisestä tasosta kolmen vuoden kuluessa. Tämän vuoksi on kehitetty uusi verkon ja palvelun hallintamenetelmiä, joista tässä työssä on tutkittu sääntöpohjaista verkon hallintaa.

Sulautetun järjestelmän Web-käyttö

Diplomityössä on tutkittu sulautetun järjestelmän liittämistä Ethernet-verkkoon sekä TCP/IP-protokollapinoon kuuluvien tavallisimpien protokollien toimintaa. Työn tuloksien perusteella on suunniteltu harjoitustyö, jota voidaan käyttää sähkötekniikan osaston opetuksessa. Työssä hankittiin Atmelin sulautettu Web-serverikortti (EWS) ja STK500-kortti serverin ohjelmointiin. Serverin mukana tuli Internet-yhteyden mahdollistava TCP/IP-pinon lähdekoodi. Työssä selvitettiin TCP/IP:hen kuuluvien protokollien toimintaa teoriassa ja käytännön toteutusta EWS:n avulla. Lähdekoodiin lisättiin ominaisuudet, joiden avulla laite hakee kellonaikatiedot aikapalvelimelta time-protokollaa käyttäen ja lähettää sähköpostia määriteltyyn osoitteeseen sähköpostipalvelimen kautta. Laitetta käytettiin sekä palvelimena että asiakkaana. Työssä perehdyttiin sulautettujen järjestelmien yleisiin ominaisuuksiin ja erilaisiin verkonhallinnan apuohjelmiin. Työssä tutkittiin palvelin- ja asiakaskoneen välillä Ethernetissä kulkevaa verkkoliikennettä. Työssä minimoitiin protokollatiedostojen viemä tila prosessorin muistista ja tutkittiin Internet-yhteyden kuluttamien kellojaksojen määrää. Työssä selvitettiin tietoturva-kysymysten merkitystä ja toteutusta sulautetuissa järjestelmissä.

Tietoturva käyttäjän kannalta langattomaan lähiverkkotekniikkaan perustuvassa kaupunkiverkossa

Langattomien lähiverkkotekniikoiden käyttö on yleistynyt nopeasti viime vuosina. Varsinkin IEEE:n 802.11b-standardi on ollut suosittu. Tätä tekniikkaa on käytetty myös alueellisten access-verkkojen rakentamiseen. Tämä työ on tehty hankkeeseen, jossa tutkitaan langattoman lähiverkkotekniikan käyttöä operaattoririippumattoman kaupunkiverkon toteuttamiseen. Työssä tutkittiin langattoman lähiverkkotekniikan vaikutusta verkon käyttäjän tietoturvaan ja pyrittiin löytämään avoimeen kaupunkiverkkoon sopiva ratkaisu, joka parantaa käyttäjän tietoturvaa. Työssä käsitellään aluksi tietoturvan teoriaa ja langattomuuden vaikutusta tietoturvaan. Hankkeessa käytetty langaton lähiverkkotekniikka IEEE 802.11b ja sen tietoturvaominaisuudet esitellään. Tutustutaan myös lyhyesti muutamiin julkisiin, 802.11b-tekniikkaa käyttäviin verkkoihin, sekä niiden tietoturvaratkaisuihin. Työssä esitellään tuote, jolla pyrittiin parantamaan käyttäjien tietoturvaa hankkeen verkossa. Lisäksi kuvaillaan tuotteen asennus testiverkkoon. Testiverkon käyttöperiaatteiden perusteella päädyttiin tulokseen olla ottamatta testattua tuotetta käyttöön, vaikka tuote sinällään oli teknisesti toimiva.

Tietoturvan huomioiminen tietojärjestelmien ulkoistamisessa; Case: Lappeenrannan sosiaali- ja terveystoimi

Tässä diplomityössä tarkastellaan tietoturvan huomioimista tietojärjestelmien ja niiden palveluiden ulkoistamisen yhteydessä. Ulkoistuksen myötä tietohallinnon rooli on muuttunut. Ennen organisaatio on itse määrittänyt halutun tietoturvatason ja varmistanut sitä kautta oman tiedon turvaamisen. Ulkoistamalla omia tietojärjestelmiä tai palveluita, joutuu organisaatio määrittelemään myös näille ulkoistetuille palveluille tietoturvatason ja valvomaan tason saavuttamista ja kehittämistä. Tämä on tuonut muutosta ja sitä kautta paineita ymmärtää ulkoistamista ja sen vaativia toimenpiteitä myös tietoturvan kannalta. Työssä paneudutaan ulkoistamisen teoreettiseen taustaan käymällä läpi ulkoistamisen syitä ja motiiveja. Tässä osassa kuvataan myös erityisesti niitä elementtejä, jotka ovat keskeisiä tietojärjestelmien ja tietohallinnon ulkoistamiselle. Suomen lainsäädäntö ei tunne yhtä ainoaa lakia, joka ottaa kantaa tietoturvaan tai – suojaan, vaan tietoturvan määrittäviä lakeja ja säädöksiä on useita. Tässä työssä tarkastellaan yleisimpiä tietoturvaan vaikuttavia lainsäädäntöjä ja standardeja. Tietoturvan tasoon ulkoistetuissa järjestelmissä voidaan vaikuttaa vain sopimus- käytännön kautta. Ulkoistamisen ja sitä kautta tietoturvan yksi tärkeimpiä elementtejä on sopimuskäytäntö, joten sen läpikäynti tutkimuksessa on yksi oleellisimmista asioista. Tutkimuksen empiirisessä osassa käydään läpi Lappeenrannan kaupungin sosiaali- ja terveystoimen tietojärjestelmien ulkoistamisprosessi ja peilataan sitä teoreettiseen taustaan. Tietoturvan ulkoistamisprosessi esitellään sen eri osa-alueiden kautta niin, että siinä huomioidaan erikseen tekninen tietoturva, dokumentaatio ja tietoturvaorganisaatio sekä henkilöturvallisuus.

Secure IP-based Connection Solutions for Mobile Users

Tämä diplomityö tutkii turvallisia etäyhteystapoja yritysverkkoihin. Samanaikasesti kuin Internettiin liitetyt langattomat verkot, kuten langattomat lähiverkot ja pakettikytkentäiset matkapuhelinverkot, tulevat yhä yleisemmiksi, mahdollisuus etäyhteksien luomiseen näiden verkkojen kautta tulee yhä suositummaksi. Vaikka tietoverkot kehittyvät, pysyvät niitä uhkaavat yleisluontoiset uhat samoina. IP pohjaiset VPN-verkot ovat sopiva tapa suojata Internetin ylitse tapahtuvia etäyhteksiä. Eri VPN-ratkaisuja on kuitenkin tarjolla laaja valikoima. Oikean tyyppisen VPN-ratkaisun valinta on kriittistä, jotta yrityksen etäyhteystarpeet saadaan täytettyä. Diplomityö esittelee eräänä vaihtoehtona miten Pocket PC 2002 PDA laitetta ja Windows XP Professional käyttöjärjestelmää voidaan käyttää edullisen VPN ratkaisun toteuttamiseen.

Paikallisen WLAN-operaattorin liiketoimintasuunnitelma: Case Wireless

Työn tavoitteena oli selvittää uudenlaisen WLAN-verkkoyhteyden tarjoajan liiketoiminnallisia mahdollisuuksia ja -edellytyksiä. Uudenlaisessa mallissa loppukäyttäjällä on langatonta lähiverkkoa käyttäessään mahdollisuus valita mieleisensä Internet-operaattori sekä käyttää paikallisia palveluja ilman Internet-yhteyttä, alueverkon kautta. Lisaksi tutkittiin langattoman tiedonsiirron markkinointia. Työn case-osuudessa tutkittiin Lappeen¬rannan teknillisen korkeakoulun WLAN-hanketta, ja siinä rakennettua access-verkkoa. Koko langattoman tiedonsiirron liiketoimintakenttä on vasta hakemassa lopullisia muotojaan. Nopeasta yleistymisestä huolimatta WLAN:in massamarkkinoille tuloa hidastavat tietyt ongelmat, mm. verkkovierailut (sekä WLAN-verkkojen että eri langattomien tiedonsiirtoteknologioiden välillä), epäselvät laskutusmallit sekä yhteensopivuusongelmat. Tietoturva on WLAN:in ongelmista kuuluisin, mutta ei suurin este todellisten massamarkkinoiden saavuttamisessa. Hyödyntämällä teknologian omaksujaryhmien erilaisia piirteitä saadaan etua tavoiteltaessa massamarkkinoita. Case-verkon liiketoimintasuunnitelmasta käy ilmi, että mikäli WLAN yleistyy, kuten on odotettu, esitetty uudenlainen alueellinen liiketoimintamalli voi olla taloudellisesti mahdollinen. Esitetyt riskit ja oletukset on huomioitava alan epävarman kehityksen takia.

Detection of denial of service attacks

This thesis studies techniques used for detection of distributed denial of service attacks which during last decade became one of the most serious network security threats. To evaluate different detection algorithms and further improve them we need to test their performance under conditions as close to real-life situations as possible. Currently the only feasible solution for large-scale tests is the simulated environment. The thesis describes implementation of recursive non-parametric CUSUM algorithm for detection of distributed denial of service attacks in ns-2 network simulator – a standard de-facto for network simulation.

PCI DSS -standardi ja sen vaatimukset kortinhaltijoiden tietojen suojaamiselle

Payment Card Industry Data Security Standard (PCI DSS) on korttiyhtiöiden kehittämä kansainvälinen tietoturvastandardi, jonka tarkoituksena on parantaa kortinhaltijoiden tietoja käsittelevien järjestelmien tietoturvaa. Standardissa määritellään vaatimukset tietojen turvalliselle tallennukselle ja käsittelylle, testaus- ja tarkastusmenetelmät sekä tarkastusvaatimukset ja tarkastuksia suorittavien tahojen sertifiointi. Standardi koskee kaikkia standardin hyväksyneiden maksukorttiyhtiöiden korttitietoja käsitteleviä tahoja. Standardin ylläpitämisestä ja kehittämisestä vastaa maksukorttiyhtiöiden perustama PCI Security Standards Council -toimielin. Syyskuussa 2006 toimielin julkaisi standardista version 1.1, joka on edelleen viimeisin versio. Tässä diplomityössä selvitettiin PCI DSS -standardin asettamat vaatimukset kortinhaltijoiden tietoja käsitteleville tahoille. Lisäksi tutkittiin mahdollisuuksia toteuttaa yksi standardin vaatimuksista, kortinhaltijoiden tietojen suojaaminen, esimerkkijärjestelmässä. Kyseinen järjestelmä on kehitetty IBM System i -palvelinympäristöön käyttäen RPG-ohjelmointikieltä.

Utilization of a Time Domain Simulator in the Technical and Economic Analysis of a Wind Turbine Electric Drive Train

The amount of installed wind power has been growing exponentially during the past ten years. As wind turbines have become a significant source of electrical energy, the interactions between the turbines and the electric power network need to be studied more thoroughly than before. Especially, the behavior of the turbines in fault situations is of prime importance; simply disconnecting all wind turbines from the network during a voltage drop is no longer acceptable, since this would contribute to a total network collapse. These requirements have been a contributor to the increased role of simulations in the study and design of the electric drive train of a wind turbine. When planning a wind power investment, the selection of the site and the turbine are crucial for the economic feasibility of the installation. Economic feasibility, on the other hand, is the factor that determines whether or not investment in wind power will continue, contributing to green electricity production and reduction of emissions. In the selection of the installation site and the turbine (siting and site matching), the properties of the electric drive train of the planned turbine have so far been generally not been taken into account. Additionally, although the loss minimization of some of the individual components of the drive train has been studied, the drive train as a whole has received less attention. Furthermore, as a wind turbine will typically operate at a power level lower than the nominal most of the time, efficiency analysis in the nominal operating point is not sufficient. This doctoral dissertation attempts to combine the two aforementioned areas of interest by studying the applicability of time domain simulations in the analysis of the economicfeasibility of a wind turbine. The utilization of a general-purpose time domain simulator, otherwise applied to the study of network interactions and control systems, in the economic analysis of the wind energy conversion system is studied. The main benefits of the simulation-based method over traditional methods based on analytic calculation of losses include the ability to reuse and recombine existing models, the ability to analyze interactions between the components and subsystems in the electric drive train (something which is impossible when considering different subsystems as independent blocks, as is commonly done in theanalytical calculation of efficiencies), the ability to analyze in a rather straightforward manner the effect of selections other than physical components, for example control algorithms, and the ability to verify assumptions of the effects of a particular design change on the efficiency of the whole system. Based on the work, it can be concluded that differences between two configurations can be seen in the economic performance with only minor modifications to the simulation models used in the network interaction and control method study. This eliminates the need ofdeveloping analytic expressions for losses and enables the study of the system as a whole instead of modeling it as series connection of independent blocks with no lossinterdependencies. Three example cases (site matching, component selection, control principle selection) are provided to illustrate the usage of the approach and analyze its performance.

Hajautettujen asiakasverkkoyhteyksien valvonta

Tässä diplomityössä tutkitaan kuinka verkonvalvonta voidaan toteuttaa hajautetussa järjestelmässä. Työssä perehdytään tavallisten tietojärjestelmien ja hajautettujen järjestelmien eroihin, kyseisten järjestelmien ominaispiirteisiin sekä käsitellään mitä verkonvalvonta on yleisellä tasolla ja miten se on yleensä toteutettu tavallisissa tietojärjestelmissä. Tutkitaan tarkemmin kuinka verkonvalvonta voidaan toteuttaa tehokkaasti hajautetussa järjestelmässä sekä mitä vaatimuksia ja haasteita verkonvalvonnassa esiintyy. Tutkimukseen valittiin myös kaksi hajautetun järjestelmän verkonvalvontaan kehitettyä valvontaohjelmistoa sekä yksi laitteistopohjainen ratkaisu joita tutkitaan ja vertaillaan tarkemmin.Selvitetään onko yrityksen kannattavaa ja valvonnan kannalta tehokasta ottaa tämänkaltaista järjestelmää käyttöön. Lopputuloksena työssä on esiteltyinä kuinka verkonvalvonta voidaan toteuttaa hajautetussa järjestelmässä ja miten olemassa olevat haasteet voidaan ratkaista. Toteutusvaihtoehdot tutkittiin ja niistä valittiin paras vaihtoehto (perfSONAR) toteutustavaksi kohdeorganisaation asiakasverkkoyhteyksien valvontaan. Lopuksi esitellään toteutussuunnitelma yrityksen asiakasyhteyksien valvomiseen tarkoitetulle verkonvalvonnalle.

Implementing gateway monitoring service for infrastructure sensor networks

Wireless sensor networks and its applications have been widely researched and implemented in both commercial and non commercial areas. The usage of wireless sensor network has developed its market from military usage to daily use of human livings. Wireless sensor network applications from monitoring prospect are used in home monitoring, farm fields and habitant monitoring to buildings structural monitoring. As the usage boundaries of wireless sensor networks and its applications are emerging there are definite ongoing research, such as lifetime for wireless sensor network, security of sensor nodes and expanding the applications with modern day scenarios of applications as web services. The main focus in this thesis work is to study and implement monitoring application for infrastructure based sensor network and expand its usability as web service to facilitate mobile clients. The developed application is implemented for wireless sensor nodes information collection and monitoring purpose enabling home or office environment remote monitoring for a user.