Transport Resource Management within UMTS Radio Network Subsystem

Tällä hetkellä haastavin telekommunikaatioteollisuuden tutkimus – ja kehitystoiminta on keskittynyt kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmien ympärille. Järjestelmien standardointityössä on saatu aikaiseksi ensimmäiset vakaat spesifikaatioversiot ja kaupallista toimintaa ollaan parhaillaan aloittelemassa Japanissa ja Euroopassa. Eräs kolmannen sukupolven järjestelmistä on UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Tämä diplomityö antaa yleiskuvan UMTS järjestelmästä ja sen eri verkkoelementtien toiminnallisuuksista. Päähuomio on kiinnitetty radioverkkojärjestelmään (UMTS Terrestrial Radio Access Network) ja erityisesti sen radioaliverkkojärjestelmään (Radio Network Subsystem), joka koostuu radioverkonohjaimesta (Radio Network Controller) ja joukosta siihen kuuluvia tukiasemia (Node B). Radioverkonohjain ja tukiasemat on yhdistetty avoimen rajapinnan kautta jota kutsutaan Iub -rajapinnaksi. Rajapinta tarjoaa radioverkonohjaimelle mahdollisuuden kontrolloida tukiasemia signalointiviestien avulla ja mahdollistaa tehokkaan ja luotettavan käyttäjätiedon siirron radioaliverkkojärjestelmän sisällä. Tämän diplomityön pääasiallinen sisältö on siirtoresurssien hallinta Iub -rajapinnan ylitse. Työssä esitellään ja selitetään siirtoverkon arkkitehtuuri. Myös kaikki Iub:ssä sijaitsevat protokollat ja toiminnalliset yksiköt jotka vaikuttavat siirtoresurssien hallintaan esitellään ja kuvataan yksityiskohtaisesti. Päähuomio on kiinnitetty sovellusprotokolliin sekä rajapinnan siirtoverkko- että radioverkkokerroksella sekä näiden protokollien väliseen vuorovaikutukseen. Kyseiset protokollat ovat Node B Application Part (NBAP) ja Access Link Control Application Part (ALCAP). Työn toteutusosassa käydään lävitse NBAP –protokollan prototyypin ja Node B Manager –toiminnallisen yksikön prototyypin implementaatio.

Subsystem Testing of Message Guided State Machines Using a Simulator Framework

Simulaattorit ovat yksinkertaistettuja malleja tietyistä järjestelmän osioista. Niitä käytetään mallintamaan testattavan osion ympärillä olevien muiden osioiden ulkoista toimintaa, jotta testattavalle osiolle saadaan oikeanlainen toimintaympäristö aikaiseksi. Tilakoneita käytetään mallintamaan ohjelmistojen tai niiden osien toimintaa. Sanomaohjatuissa tilakoneissa tilojen vaihdot perustuvat saapuviin sanomiin. Tässä työssä esitellään erään ohjelmiston alijärjestelmän testaamisessa käytettävä arkkitehtuuri, joka perustuu suurelta osin simulaattoreiden käyttöön muiden alijärjestelmien mallintamisessa. Testattava ohjelmisto koostuu enimmäkseen tilakoneista, jotka vaihtavat keskenään sanomia ja ohjaavat näin toistensa tilasiirtymiä. Työn testausympäristö on suunniteltu juuri tämänkaltaisen ohjelmiston testaamiseen. Työssä esiteltävää testausympäristöä myöskin käytettiin useamman kuukauden ajan ja se todettiin toimivaksi. Joitakin testausympäristön käyttöohjeita, käyttökokemuksia sekä siihen liittyviä parannusehdotuksia käydään läpi työn loppuosassa. Erityisesti havaittiin miten tärkeää on testata implementaatiota jo luokka tasolla ennen alijärjestelmä tason testaukseen siirtymistä sekä päädyttiin siihen, että suunnitteluvaiheen pitäisi olla lähemmin liitoksissa alijärjestelmätestaukseen.

Local Services in a Fourth Generation Mobile Network

Neljännen sukupolven mobiiliverkot kokoaa kaikki tietoliikenneverkot ja palvelut Internetin ympärille. Tämä mullistus muuttaa vanhat vertikaaliset tietoliikenneverkot joissa yhden tietoliikenneverkon palvelut ovat saatavissa vain kyseisen verkon päätelaitteille horisontaaliseksi malliksi jossa päätelaitteet käyttävät omaa verkkoansa pääsynä Internetin palveluihin. Tämä diplomityö esittelee idean paikallisista palveluista neljännen sukupolven mobiiliverkossa. Neljännen sukupolven mobiiliverkko yhdistää perinteiset televerkkojen palvelut ja Internet palvelut sekä mahdollistaa uuden tyyppisten palveluiden luonnin. TCP/IP protokollien ja Internetin evoluutio on esitelty. Laajakaistaiset, lyhyen kantaman radiotekniikat joita käytetään langattomana yhteytenä Internetiin on käsitelty. Evoluutio kohti neljännen sukupolven mobiiliverkkoja on kuvattu esittelemällä vanhat, nykyiset ja tulevat mobiiliverkot sekä niiden palvelut. Ennustukset palveluiden ja markkinoiden tulevaisuuden kehityksestä on käsitelty. Neljännen sukupolven mobiiliverkon arkkitehtuuri mahdollistaa paikalliset palvelut jotka ovat saatavilla vain yhdessä paikallisessa 4G verkossa. Paikalliset palvelut voidaan muunnella jokaiselle käyttäjälle erikseen käyttäen profiili-informaatiota ja paikkatietoa. Työssä on pohdittu paikallisten palveluiden käyttökelpoisuutta ja mahdollisuuksia käyttäen Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun 4G projektin palvelupilotin tuloksia.

Server Virtualization

Virtualisoinnin ideana on kuvata tietotekniikkaan liittyvät laiteresurssit ryhminä. Kun jonkin tehtävän suoritukseen tarvitaan resursseja, ne kerätään erikseen jokaisesta ryhmästä. Virtualisoinnin yksi osa-alue on palvelimen tai palvelinten virtualisointi, jossa pyritään hyödyntämään palvelinlaitteisto mahdollisimman tehokkaasti. Tehokkuus saavutetaan käyttämällä erillisiä instansseja, joita kutsutaan virtuaalikoneiksi. Tässä diplomityössä esitellään ja verrataan erilaisia palvelinten virtualisointimalleja ja tekniikoita, joita voidaan käyttää IA-32 arkkitehtuurin kanssa. Eroa virtualisoinnin ja eri partitiointitekniikoiden välillä tarkastellaan erikseen. Lisäksi muutoksia, joita palvelinten virtualisointi aiheuttaa infrastruktuuriin, ympäristöön ja laitteistoon käsitellään yleisellä tasolla. Teorian oikeellisuutta todistettiin suorittamalla useita testejä käyttäen kahta eri virtualisointiohjelmistoa. Testien perusteella palvelinten virtualisointi vähentää suorituskykyä ja luo ympäristön, jonka hallitseminen on vaikeampaa verrattuna perinteiseen ympäristöön. Myös tietoturvaa on katsottava uudesta näkökulmasta, sillä fyysistä eristystä ei virtuaalikoneille voida toteuttaa. Jotta virtualisoinnista saataisiin mahdollisimman suuri hyöty tuotantoympäristössä, vaaditaan tarkkaa harkintaa ja suunnitelmallisuutta. Parhaat käyttökohteet ovat erilaiset testiympäristöt, joissa vaatimukset suorituskyvyn ja turvallisuuden suhteen eivät ole niin tarkat.

Implementation of CORBA interface in a wireless device

CORBA (Common Object Request Broker Architecture) on laajalle levinnyt ja teollisuudessa yleisesti käytetty hajautetun tietojenkäsittelyn arkkitehtuuri. CORBA skaalautuu eri kokoisiin tarpeisiin ja sitä voidaan hyödynntää myös sulautetuissa langattomissa laitteissa. Oleellista sulautetussa ympäristössä on rakentaa rajapinnat kevytrakenteisiksi, pysyviksi ja helposti laajennettaviksi ilman että yhteensopivuus aikaisempiin rajapintoihin olisi vaarassa. Langattomissa laitteissa resurssit, kuten muistin määrä ja prosessointiteho, ovat hyvin rajalliset, joten rajapinta tulee suunnitella ja toteuttaa optimaalisesti. Palveluiden tulee ottaa huomioon myös langattomuuden rajoitukset, kuten hitaat tiedonsiirtonopeudet ja tiedonsiirron yhteydettömän luonteen. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin CORBA-rajapinta GSM-päätelaitteeseen, jonka on todettu täyttävän sille asetetut tavoitteet. Rajapinta tarjoaa kaikki yleisimmät GSM-terminaalin ominaisuudet ja on laajennettavissa tulevia tuotteita ja verkkotekniikoita varten. Laajennettavuutta saavutetaan esimerkiksi kuvaamalla terminaalin ominaisuudet yleisellä kuvauskielellä, kuten XML:lla (Extensible Markup Language).

Dynaamisen rajapinnan lisääminen sovelluspalvelimeen

Työssä tarkastellaan yleisellä tasolla sovelluspalvelimia ja väliohjelmistoja sekä niille asetettuja vaatimuksia. Erityisesti käytännön työn ratkaisupohjana käytettyyn CORBA-väliohjelmistoteknologiaan perehdytään huolella. Pääpainon saavat kuitenkin käytännön työssä toteutettavat dynaamiset DII- ja DSI-rajapinnat. Teoriaosan lopussa esitellään käytetty CVOPS-työkalu ja sovelluspalvelin, johon dynaaminen rajapinta lisätään. Dynaamisuustuki lisätään sovelluspalvelimen CVOPS-ORB-järjestelmäkomponenttiin, jonka toiminta ja arkkitehtuuri kuvataan. Käytännön osuus jakautuu dynaamisen rajapinnan eri toteutusvaiheiden esittelyyn ja jatkokehityssuunnitelmiin. Työssä toteutettu dynaaminen kutsu- ja palvelurajapinta mahdollistaa pyyntöjen lähettämisen ja vastaanottamisen dynaamisesti. Se lisää joustavuutta asiakas- ja palvelintoteutuksiin, mutta se on toteutukseltaan monimutkaisempi ja suorituskyvyltään heikompi kuin staattinen rajapinta.

Puhelunohjaus Internetissä

Puhelunohjaus Internetissä ei sido käyttäjää tiettyyn paikkaan tai päätelaitteeseen. Käyttäjä voidaan paikantaa ja kommunikointi hänen kanssaan on mahdollista yhdistelemällä perinteisen puhelinverkon ja Internetin palveluita. Käyttäjä voi itse valita haluamansa palvelut aina tarpeensa mukaan. Tämä diplomityö esittelee Internet-puhelunohjauksen arkkitehtuurin ja tämän toteutuksen. Arkkitehtuurin perusosat kuvataan ja toteutuksen toimivuutta arvioidaan. Internet-puhelunohjaukseen liittyvät Internet-standardit esitellään ja niiden sopivuutta puhelunohjaukseen pohditaan. Aiheeseen liittyviä vaihtoehtoisia standardeja ja menetelmiä puhelunohjaukseen vertaillaan. Lisäksi työssä tutkitaan Necsom Oy:n Media Switch-reitittimen sopivuutta puhelunohjauksen laitealustaksi. Puhelunohjauksen arkkitehtuuri Internetissä mahdollistaa istuntojen muodostamisen ja ohjaamisen käyttäjäkohtaisen osoitteen perusteella. Muuta tietoa käyttäjästä ei tarvita istunnon aloitusvaiheessa. Työssä toteutettu puhelunohjausjärjestelmä on tehty Necsom Oy:n ja Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun yhteishankkeena. Toteutuksesta saatujen tulosten perusteella Internet-puhelunohjaus on käyttökelpoinen tuotantokäytössä nyt ja tulevaisuudessa.

Tuotantosuunnitelman julkaiseminen partnereille internetissä

Stora Enso käyttää tehtaillaan TietoEnatorin luomaa Fenix-toiminnanohjaus-järjestelmää. Fenix on monimutkainen järjestelmä, joka sisältää mm. tuotannon-ohjausosion, jolla luodaan paperikoneille tuotantosuunnitelmia. Fenix-projektiin on syntynyt sivutuotteena PartnerWeb-projekti, jonka tarkoituksena on julkaista joitakin Fenixin palveluita internetissä. Kohderyhmänä ovat pääasiassa Stora Enson suurimmat asiakkaat, heidän partnerinsa. Tämän työn tavoitteena on rakentaa teoriatasolla toimivat sovellukset internet- ja WAP-ympäristöihin koskien PartnerWebin tuotantosuunnitelmaosiota. Tavoitteena on myös tutkia, mitä vaatimuksia kyseisessä ympäristössä julkaistava sovellus asettaa sekä missä muodossa ja mitä tietoa partnereille esitetään. Lähestymistapa on varsin tietoturvapainotteinen, johtuen Fenixin tärkeydestä Stora Ensolle. Työn tuloksena saatiin luotua teoriatason käyttöliittymät internet- ja WAP-ympäristöihin. Tuloksena saatiin myös tietoturvallinen arkkitehtuuri. Sovellusten osalta työ jatkuu edelleen, tavoitteena on rakentaa luotuihin käyttöliittymiin toimivat sovellukset, jotka käyttävät Fenix-palveluita.

Bluetooth wireless technology based guidance system

Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat tarjoavat mahdollisuuden toteuttaa erilaisia paikkasidonnaisia palveluita käyttäjille kohtuullisilla kustannuksilla. Opastejärjestelmä, joka ohjaa käyttäjän paikasta toiseen, on yksi tälläinen palvelu. Tässä työssä esitetään langattomaan Bluetooth teknologiaan perustuva opastejärjestelmä. Muita langattomia teknologioita verrataan Bluetoothiin opastejärjestelmän toteuttamisen kannalta. Erilaisia järjestelmän arkkitehtuuri vaihtoehtoja käyttäjän paikantamiseen esitellään. Paikkatietoja hyödynnetään opasteviestin muodostamisessa. Tapoja muodostaa käyttäjän reitti kahden paikan välillä toimistorakennuksessa esitetään. Työn tulos on halpa langatonta Bluetooth teknologiaa hyödyntävä opastejärjestelmä, jota voidaan käyttää myös muiden langattomien paikkasidonnaisten palveluiden tuottamiseen.

Web-palvelut ja niiden käyttö tietojärjestelmän rajapintojen toteutuksessa.

Työssä luodaan yleiskuva Web-palvelut -tekniikasta ja toteutetaan sen avulla kahden tietojärjestelmän integrointi. Web-palvelut on uusi toteutustekniikasta riippumaton lähestymistapa tietojärjestelmien integrointiin, organisaatioiden väliseen sähköiseen liiketoimintaan ja sovelluslogiikan hajautukseen. Työssä keskitytään Web-palveluiden alemman tason perusteknologioiden (SOAP, WSDL ja UDDI) tarkasteluun. Työn teoriaosassa määritellään Web-palvelut ja kuvataan Web-palveluiden arkkitehtuuri sekä arkkitehtuurin toteuttavat standardit. Soveltavassa osassa toteutetaan kahden tietojärjestelmän integrointi Web-palveluiden avulla. Web-palveluiden käyttöä ja luontia helpottamaan toteutettiin yleiskäyttöinen komponentti, jota voidaan käyttää myöhemmin muissa vastaavissa projekteissa. Työssä tarkastellaan Web-palveluiden käytettävyyttä organisaation tietojärjestelmien sisäisessä integroinnissa ja sovelluslogiikan hajautuksessa. Tarkastelun tuloksena todetaan, että Web-palvelut on tällä hetkellä keskeneräinen tekniikka ja soveltuu toistaiseksi vain yksinkertaisten ongelmien ratkaisemiseen. Tulevaisuudessa Web-palveluilla on kuitenkin edellytykset yleistyä sekä integroinnin että sovelluslogiikan hajautuksen perustekniikkana.

Remote File Access with Wireless Symbian Devices

Erilaisten langattomien päätelaitteiden kuten älypuhelimien ja kommunikaattoreiden määrän lisääntyessä myös kiinnostus liikkuville käyttäjille lisäarvoa tuottavia verkkopalveluita ja -sovelluksia kohtaan kasvaa. Työn tarkoituksena oli tutkia kuinka langattomat Symbianin käyttöjärjestelmää käyttävät laitteet voivat hyödyntää verkkotiedostoja. Työssä arvioitiin eri tiedostojenjakoprotokollien käytettävyyttä langattomissa verkoissa, määriteltiin etätiedostoyhteyden Symbian-alustalle tarjoavan ohjelmiston vaatimukset ja tehtiin alustava suunnitelma ohjelmiston toteuttamiseksi. Läpinäkyvä tiedostojen etäkäyttö vaatii tiedostojenjakoprotokollan toteuttamista sovelluksille yhteisen tiedostosaantimekanismin alle. Tiedostojen etäkäyttö voi perustua eri tiedostojenjakoprotokolliin kuten IP:n päällä toimiviin NFS:ään tai CIFS:ään. Langattomuuden aiheuttamat rajoitukset laitteissa ja tiedonsiirrossa saattavat vähentää sovellutuksen käytettävyyttä ja on huomioitava ohjelmistoa toteutettaessa. Symbian-alusta perustuu asiakas-palvelin arkkitehtuuriin, jossa asiakassovellukset käyttävät tiedostopalveluita yhteisen tiedostopalvelimen kautta. Etätiedostoyhteys on mahdollista toteuttaa liittämällä uusi kirjastomoduuli tiedostopalvelimeen. Protokollan toteuttavan moduulin on muunnettava protokollan viestit tiedostopalvelimelle sopiviksi huolehtien samalla muista samanaikaisista tiedostotapahtumista. Suunniteltu moduulin arkkitehtuuri mahdollistaa eri protokollavaihtoehtojen käyttämisen etätiedostoyhteyden toteuttamiseen.

Design Patterns in EPOC Software Development

Työssä tutkittiin oliosuunnittelumalleja EPOC-käyttöjärjestelmässä. Työssä tutkittiin sekä yleisiä suunnittelumalleja että EPOC-ympäristössä esiintyviä oliorakenteita, niiden aiheuttamia vaatimuksia sovelluksille sekä niiden käyttämisestä saatavia hyötyjä. Työssä toteutettiin EPOC-ohjelmiston suunnittelu hyödyntäen suunnittelumalleja ja periaatteita. Oliosuunnittelumallit ovat yleistyneet huomattavasti viime vuosina. Suunnittelumallien lähtökohtana ovat sekä yleiset että ympäristökohtaiset suunnitteluperiaatteet ja säännöt. Suunnittelumallit ovat osa isompaa rakennekokonaisuutta, joka käsittää sekä prosessi-, analyysi-, arkkitehtuuri- ym. malleja. Oliosuunnittelumallit nopeuttavat ja helpottavat suunnittelua sekä parantavat uudelleenkäytettävyyttä korkeammalla abstraktiotasolla. EPOC on tulevaisuuden mobiililaitteiden yleisimpiä käyttöjärjestelmiä. EPOC on kokonaisuudessaan oliopohjainen ja sisältää lukuisia oliorakenteita, joiden ymmärtäminen on sovelluskehityksen kannalta elintärkeää. Koska ympäristöt, joissa EPOC-käyttöjärjestelmää käytetään, ovat yleensä resurssien puolesta rajoittuneita, on yleisten suunnittelumallien käytössä oltava tarkkana. EPOC vaatii yleisiin suunnittelumalleihin muutoksia ja estää joidenkin käytön kokonaan.

Heterogeenisen palveluverkon kuvaus ja käyttö XML-kielen avulla

Tämän diplomityön tarkoituksena on käydä läpi XML:n tarjoamia mahdollisuuksia heterogeenisen palveluverkon integroinnissa. Työssä kuvataan XML-kielen yleistä teoriaa ja perehdytään etenkin sovellusten välisen kommunikoinnin kannalta tärkeisiin ominaisuuksiin. Samalla käydään läpi sovelluskehitysympäristöjen muuttumista heterogeenisemmiksi ja siitä seurannutta palveluarkkitehtuurien kehittymistä ja kuinka nämä muutokset vaikuttavat XML:n hyväksikäyttöön. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin luonnollisen kielen palvelukehitykseen Fuse-palvelualusta. Työssä kuvataan palvelualustan arkkitehtuuri ja siinä tarkastellaan XML:n hyödyntämistä luonnollisen kielen tulkin ja palvelun integroinnissa. Samalla arvioidaan muita XML:n käyttömahdollisuuksia Fuse-palvelualustan parantamiseksi.

Optimizing Mobile Java Location-Based Services in Symbian OS

This thesis evaluates methods for obtaining high performance in applications running on the mobile Java platform. Based on the evaluated methods, an optimization was done to a Java extension API running on top the Symbian operating system. The API provides location-based services for mobile Java applications. As a part of this thesis, the JNI implementation in Symbian OS was also benchmarked. A benchmarking tool was implemented in the analysis phase in order to implement extensive performance test set. Based on the benchmark results, it was noted that the landmarks implementation of the API was performing very slowly with large amounts of data. The existing implementation proved to be very inconvenient for optimization because the early implementers did not take performance and design issues into consideration. A completely new architecture was implemented for the API in order to provide scalable landmark initialization and data extraction by using lazy initialization methods. Additionally, runtime memory consumption was also an important part of the optimization. The improvement proved to be very efficient based on the measurements after the optimization. Most of the common API use cases performed extremely well compared to the old implementation. Performance optimization is an important quality attribute of any piece of software especially in embedded mobile devices. Typically, projects get into trouble with performance because there are no clear performance targets and knowledge how to achieve them. Well-known guidelines and performance models help to achieve good overall performance in Java applications and programming interfaces.

Developing a Service-Oriented Software Platform

Tehokkaasti toimiva sähköinen tiedonvälitys yrityksen omien sovellusten välillä sekä sen liikekumppaneiden kanssa on kasvanut merkittäväksi yrityksen kilpailukykyä lisääväksi tekijäksi. Yritysten erilaiset tietojärjestelmät asettavat haasteita tehokkaalle tiedonvälitykselle näiden järjestelmien välillä. Perinteiset EDI teknologioihin perustuvat sähköisen tiedonvälityksen ratkaisut eivät pysty mukautumaan nykyisin nopeasti muuttuviin markkinatilanteisiin. Palvelukeskeiseen arkkitehtuuriin ja Web-palveluihin perustuvat teknologiat mahdollistavat mukautumisen erilaisiin muutoksiin liiketoiminnassa nopeammin ja helpommin. Lisäksi ne nopeuttavat tiedon integrointia erilaisten tietojärjestelmien välillä, koska tiedonvälityksessä käytetään yleisesti hyväksyttyihin standardeihin perustuvia tiedonsiirtoprotokollia sekä tietoformaatteja. Diplomityössä esitellään keskeiset teknologiat ja menetelmät sähköisen tiedonvälityksen toteuttamiseen. Lisäksi työssä vertaillaan erilaisia vaihtoehtoja, joilla sähköinen tiedonvälitys voidaan toteuttaa. Vaihtoehtoina työssä ovat tiedonvälityspalveluiden ostaminen toiselta yritykseltä, olemassa olevan valmiin ohjelmiston hyödyntäminen, tai kokonaan uuden sovellusalustan kehittäminen. Työssä kuvaillaan palvelukeskeisen sovellusalustan toteutus, joka mahdollistaa tehokkaan sekä joustavan tiedonvälityksen sovellusten välillä. Alustan tarjoamien palveluiden päälle voidaan rakentaa erilaisia liiketoimintaa tukevia palveluita, jotka voivat hyödyntää sovellusalustan tarjoamia toiminnallisuuksia. Alustan toteutusta arvioidaan kolmen liiketoimintaskenaarion toteutuksesta saatujen kokemusten perusteella.