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.

IP Telephony in Third Generation Mobile Systems: Transport Layer Dimensioning

Tämä diplomityö käsittelee kolmannen sukupolven matkaviestinjärjestelmien kuljetuskerroksen mitoitusta. Nykyisten matkapuhelinverkkojen korvaajiksi suunnitellut kolmannen sukupolven matkaviestinjärjestelmät tulevat yhdistämään perinteisen puhelinviestinnän ja uudenlaiset datapalvelut. Uudet verkot tulevat perustumaan pakettivälitteiseen tiedonsiirtoon joka mahdollistaa molempien liikennetyyppien, puheen sekä datan, siirtämisen samassa verkossa. Tämän ratkaisun uskotaan tarjoavan paremmat mahdollisuudet uusien palvelujen luomiseen ja parantavan tiedonsiirtokapasiteettia. Siirtyminen pakettivälitteiseen tiedonsiirtoon aiheuttaa kuitenkin suuria muutoksia verkkoarkkitehtuurissa. Tässä diplomityössä tarkastellaan tulevien runkoverkkojen mitoitukseen liittyviä näkökohtia sekä muodostetaan alustavia kuljetuskerroksen mitoitusohjeita. Diplomityö on tehty osaksi diplomi-insinöörin tutkintoa Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa. Työ on tehty Nokia Networksin palveluksessa Helsingissä, vuoden 2000 toisella puoliskolla.

Langattoman tiedonsiirron hyödyntäminen kaukolämpöjärjestelmän hallinnassa

Langattomien tiedonsiirtotekniikoiden kehittyessä mielenkiinto niiden soveltamiseen teollisuudessa on kasvanut. Langattoman tiedonsiirron avulla voidaan korvata perinteiset kaapeliratkaisut ja samalla mahdollistaa uusia, lisäarvoa toiminnalle tuovia sovelluksia. Tavoitteena on kustannussäästöjen lisäksi tuotannon tehostaminen paremman tiedonkeruun ja joustavamman käyttöympäristön avulla. Kaukolämpöjärjestelmän osien väliset etäisyydet ovat useimmiten niin pitkiä, ettei lyhyen kantaman langattomia tekniikoita voida hyödyntää. Tämän työn perusteella realistisina vaihtoehtoina ovat toistaiseksi yleisten matkapuhelinverkkojen hyödyntäminen sekä radiolinkit, mutta tulevaisuudessa uudet langattomat verkkotekniikat voivat mahdollistaa ulkopuolisista operaattoreista riippumattoman mobiilin tiedonsiirtojärjestelmän toteuttamisen koko kaukolämpöjärjestelmän alueelle. Työn aikana havaittiin myös, että uusien sovellusalueiden kanssa on vielä entistäkin tärkeämpää kiinnittää huomiota huolelliseen suunnitteluun, kustannuslaskelmiin sekä tietoturvaan, jotta voidaan toteuttaa luotettava, edullinen ja toimivalangaton tiedonsiirtojärjestelmä.

Paikkatietoalustan hyödyntäminen mobiilipalveluissa

Matkailualan palvelujen kehitystä on pitkään hidastanut standardien ja yhtenäisten toimintatapojen puute. Tässä diplomityössä tarkastellaan standardien merkitystä teknisesti kehittyneille matkailupalveluille ja esitellään TravelGate Finland -hankkeen tuloksena syntynyttä mobiilisovellusta. Kehittyneiden matkaviestinverkkojen ja älypuhelimien ansiosta yhä useammilla ihmisillä on mahdollisuus käyttää matkustaessaan erilaisia mobiilipalveluja. Matkailualan yritysten tarjoamia palveluita ei kuitenkaan ole juurikaan saatavilla, koska niiden kehittäminen on standardien puuttumisen takia hankalaa ja kallista. TravelGate Finland -hankkeen tuloksena matkailualan käyttöön määriteltiin uusi rajapintakirjasto, jonka avulla uusien Internet- ja mobiilipalvelujen kehittäminen helpottuu. Uusien rajapintojen ja toimintatapojen avulla toteutettiin Symbian-älypuhelimissa toimiva mobiilisovellus, jonka avulla matkailijat voivat etsiä heitä lähellä olevien matkailukohteiden sijainnin ja perustiedot veloituksetta.

Lämpötila-anturit betonielementeissä

Yleinen tapa betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen on käyttää pieniä testivaluja kuivumisen arvioimiseen. Tälle epätarkalle tekniikalle olisi hyvä löytää korvaaja. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan soveltuvatko lämpötila-anturilliset RFID-tunnisteet betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen ja onko tällä tekniikalla potentiaalia syrjäyttää vanhat toimintatavat. Tämän lisäksi työssä tutkitaan laajemmin RFID-tekniikan ja erityisesti anturillisten RFID-tunnisteiden hyödyntämistä rakennusteollisuudessa. RFID-tekniikka soveltuu moniin rakennusteollisuuden käyttökohteisiin, kuten tiedon hallinnointiin ja rakenteiden kunnon seurantaan. Erilaisten elementtien, materiaalien, työkalujen yms. identifioinnilla pystytään saavuttamaan selkeitä hyötyjä ja RFID on oiva työkalu tähän. Rakenteiden kunnon seurannassa on yleistä käyttää anturiverkkoja. Näiden osalta yleisempää on käyttää langallisia verkkoja, mutta langattomuus on yleistymässä näissäkin. RFID tarjoaa myös näiden osalta uusia hyötyjä. Lämpötila-anturilliset RFID-tunnisteet soveltuvat hyvin betonin kuivumisnopeuden mittaamiseen. Tunnisteiden avulla lämpötila pystytään mittaamaan betonin sisältä. Sisäinen lämpötilan avulla betonin kuivumisnopeus pystytään määrittämään tarkemmin. Tämä tekniikka on myös nopeampi ja edullisempi kuin vanhat toimintatavat.

Improving the performance of a dismounted Future Force Warrior by means of C4I2SR

This thesis comprises seven peer-reviewed articles and examines systems and applications suitable for increasing Future Force Warrior performance, minimizing collateral damage, improving situational awareness and Common Operational Picture. Based on a literature study, missing functionalities of Future Force Warrior were identified and new ideas, concepts and solutions were created as part of early stages of Systems of Systems creation. These introduced ideas have not yet been implemented or tested in combat and for this reason benefit analyses are excluded. The main results of this thesis include the following: A new networking concept, Wireless Polling Sensor Network, which is a swarm of a few Unmanned Aerial Vehicles forming an ad-hoc network and polling a large number of fixed sensor nodes. The system is more robust in a military environment than traditional Wireless Sensor Networks. A Business Process approach to Service Oriented Architecture in a tactical setting is a concept for scheduling and sharing limited resources. New components to military Service Oriented Architecture have been introduced in the thesis. Other results of the thesis include an investigation of the use of Free Space Optics in tactical communications, a proposal for tracking neutral forces, a system for upgrading simple collaboration tools for command, control and collaboration purposes, a three-level hierarchy of Future Force Warrior, and methods for reducing incidents of fratricide.

IoT Based Pain Management using Physiological Parameters

The continuous technology evaluation is benefiting our lives to a great extent. The evolution of Internet of things and deployment of wireless sensor networks is making it possible to have more connectivity between people and devices used extensively in our daily lives. Almost every discipline of daily life including health sector, transportation, agriculture etc. is benefiting from these technologies. There is a great potential of research and refinement of health sector as the current system is very often dependent on manual evaluations conducted by the clinicians. There is no automatic system for patient health monitoring and assessment which results to incomplete and less reliable heath information. Internet of things has a great potential to benefit health care applications by automated and remote assessment, monitoring and identification of diseases. Acute pain is the main cause of people visiting to hospitals. An automatic pain detection system based on internet of things with wireless devices can make the assessment and redemption significantly more efficient. The contribution of this research work is proposing pain assessment method based on physiological parameters. The physiological parameters chosen for this study are heart rate, electrocardiography, breathing rate and galvanic skin response. As a first step, the relation between these physiological parameters and acute pain experienced by the test persons is evaluated. The electrocardiography data collected from the test persons is analyzed to extract interbeat intervals. This evaluation clearly demonstrates specific patterns and trends in these parameters as a consequence of pain. This parametric behavior is then used to assess and identify the pain intensity by implementing machine learning algorithms. Support vector machines are used for classifying these parameters influenced by different pain intensities and classification results are achieved. The classification results with good accuracy rates between two and three levels of pain intensities shows clear indication of pain and the feasibility of this pain assessment method. An improved approach on the basis of this research work can be implemented by using both physiological parameters and electromyography data of facial muscles for classification.

Performance Analysis of IP based WSNs in real time systems

Wireless sensor networks (WSNs) are the key enablers of the internet of things (IoT) paradigm. Traditionally, sensor network research has been to be unlike the internet, motivated by power and device constraints. The IETF 6LoWPAN draft standard changes this, defining how IPv6 packets can be efficiently transmitted over IEEE 802.15.4 radio links. Due to this 6LoWPAN technology, low power, low cost micro- controllers can be connected to the internet forming what is known as the wireless embedded internet. Another IETF recommendation, CoAP allows these devices to communicate interactively over the internet. The integration of such tiny, ubiquitous electronic devices to the internet enables interesting real-time applications. This thesis work attempts to evaluate the performance of a stack consisting of CoAP and 6LoWPAN over the IEEE 802.15.4 radio link using the Contiki OS and Cooja simulator, along with the CoAP framework Californium (Cf). Ultimately, the implementation of this stack on real hardware is carried out using a raspberry pi as a border router with T-mote sky sensors as slip radios and CoAP servers relaying temperature and humidity data. The reliability of the stack was also demonstrated during scalability analysis conducted on the physical deployment. The interoperability is ensured by connecting the WSN to the global internet using different hardware platforms supported by Contiki and without the use of specialized gateways commonly found in non IP based networks. This work therefore developed and demonstrated a heterogeneous wireless sensor network stack, which is IP based and conducted performance analysis of the stack, both in terms of simulations and real hardware.

Mobility Management in Packet Switched Mobile Networks

Nykyisin matkaviestinverkot ovat osa jokapäiväistä elämää. Merkittävimpiä eroja kiinteiden ja matkaviestinverkkojen välillä on käyttäjän liikkuvuus, joka voidaan määritellä mahdollisuudeksi soittaa ja vastaanottaa puheluita missä ja milloin tahansa. Työ selittää termin liikkuvuus ja määrittää ongelmat, jotka täytyy ratkaista liikkuvuuden aikaansaamiseksi sekä tavat, joilla nämä ongelmat on ratkaistu matkaviestinverkoissa. Työ luo yleiskatsauksen liikkuvuuden aikaansaamisessa käytettäviin menetelmiin, joita ovat haku, sijainnin päivitys, sijainnin seuranta ja kanavan vaihto. Työ keskittyy liikkuvuuteen kolmannen sukupolven matkaviestinverkkojen paketti-kytkentäisessä osassa, esimerkkinä liikkuvuuden hallinta UMTS:ssa (Universal Mobile Telecommunications System). Erot paketti- ja piirikytkentäisen osan välillä tuodaan esille ja selitetään. Jotta käyttäjät ja heidän päätteensä voisivat liikkua, tiedon täytyy kulkea verkon eri osien välillä. Merkinanto verkkoelementtien välillä ja liikkuvuuden mahdollistavien toimenpiteiden suoritus tehdään yhteyskäytännön avulla. Työ kuvaa yhteyskäytännöt, jotka ovat osallisena liikkuvuuden tarjontaan. Painopiste on GPRS:n liikkuvuuden-hallintayhteyskäytännössä, GMM:ssä. GMM protokollan prototyypin toteutus on esitetty työn käytännön osassa.

Managing Packet Data (Sessions) in 3G Mobile Networks

Tällä hetkellä kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmät ovat siirtyneet kaupalliseen vaiheeseen. Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) on eräs kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmä, jota tullaan käyttämään Euroopassa. Diplomityön päämääränä on tutkia, kuinka pakettivälitteistä tiedonsiirtoa hallitaan UMTS - verkoissa. Diplomityö antaa yleiskuvan toisen sukupolven matkapuhelinjärjestelmien datapalveluiden kehityksestä kolmannen sukupolven nopeisiin matkapuhelinjärjestelmiin. Pakettivälitteisen verkon verkkoarkkitehtuuri on esitetty sekä sen, diplomityön kannalta, tärkeimpien osien toiminnallisuus on selvitetty. Myös pakettipohjaisten datayhteyksien eli istuntojen muodostaminen ja vapauttaminen sekä aktiivisen yhteyden ominaisuuksien muokkaaminen on esitetty tässä diplomityössä. Yhteydenhallintaprotokolla, Session Management (SM), on yksi protokolla, joka osallistuu pakettidatayhteyden hallintaan. SM -protokolla on käsitelty työssä yksityiskohtaisesti. SM -protokollan SDL toteutus on esitetty diplomityön käytännönosassa

IP Multicast in Future Mobile Networks

Erilaisten IP-pohjaisten palvelujen käyttö lisääntyy jatkuvasti samalla, kun käyttäjistä tulee yhä liikkuvaisempia. Tästä syystä IP- protokolla tulee väistämättä myös mobiiliverkkoihin. Tässä diplomityössä tutkitaan mobiliteetin IP multcastingiin tuomia ongelmia ja simuloidaan niitä Network Simulatoria käyttäen. Pääpaino on ongelmalla, joka aiheutuu multicast- ryhmänmuodostusviiveestä. Tätä ongelmaa simuloidaan, jotta viiveen, mobiilikäyttäjien palveluunsaapumistaajuuden ja Scalable Reliable Multicast (SRM) protokollan ajastinarvojen asetusten vaikutus repair request- pakettien määrään ja sitä kautta suoritettavien uudelleenlähetysten määrään selviäisi. Eri parametrien vaikutuksen tutkimiseksi esitetään simulaatiotuloksia varioiduilla parametreillä käyttäen CDF- käyriä. Tulosten perusteella merkittävin tekijä uudelleenlähetyspyyntöjen kannalta on protokollan ajastimien arvot ja haluttu palvelun taso, viiveen merkityksen jäädessä vähäiseksi. Työn lopuksi tutkitaan SRM- protokollan soveltuvuutta mobiiliverkkoihin ja pohditaan vaihtoehtoja toiminnan parantamiseksi.

Unlicensed Mobile Access Concept from Testing Point of View

Viime vuosikymmenien aikana kommunikaatioteknologiat ovat kehittyneet erittäin paljon. Uusia verkkoja, liityntätekniikoita, protokollia ja päätelaitteita on luotu alati kehittyvällä vauhdilla, eikä hidastumisen merkkejä ole näkyvissä. Varsinkin mobiilisovellukset ovat kasvattaneet markkinaosuuksiaan viime aikoina. Unlicensed MobileAccess (UMA) on uusi liityntätekniikka mobiilipäätelaitteille, joka mahdollistaa liitynnän GSM- runkoverkkoon WLAN- tai Bluetooth - tekniikoiden avulla. Tämä diplomityö keskittyy UMAan liittyviin teknologioihin, joita tarkastellaan lähemmin ensimmäisissä kappaleissa. Tavoitteena on esitellä, mitä UMA merkitsee, ja kuinka eri tekniikoita voidaan soveltaa sen toteutuksissa. Ennenkuin uusia teknologioita voidaan soveltaa kaupallisesti, täytyy niiden olla kokonaisvaltaisesti testattuja. Erilaisia testausmenetelmiä sovelletaan laitteistonja ohjelmiston testaukseen, mutta tavoite on kuitenkin sama, eli vähentää testattavan tuotteen epäluotettavuutta ja lisätä sen laatua. Vaikka UMA käsittääkin pääasiassa jo olemassa olevia tekniikoita, tuo se silti mukanaan uuden verkkoelementin ja kaksi uutta kommunikaatioprotokollaa. Ennen kuin mitään UMAa tukevia ratkaisuja voidaan tuoda markkinoille, monia erilaisia testausmenetelmiä on suoritettava, jotta varmistutaan uuden tuotteen oikeasta toiminnallisuudesta. Koska tämä diplomityö käsittelee uutta tekniikkaa, on myös testausmenetelmien yleisen testausteorian käsittelemiselle varattu oma kappale. Kappale esittelee erilaisia testauksen näkökulmia ja niihin perustuen rakennetaan myös testausohjelmisto. Tavoitteena on luoda ohjelmisto, jota voidaan käyttää UMA-RR protokollan toiminnan varmentamiseen kohdeympäristössä.

BUSINESS CONCEPTS OF MOBILE VALUE-ADDED SERVICES FROM OPERATOR’S POINT OF VIEW

Tämä diplomityö on tehty Lappeenrannassa Telecom Business Research Centerin 5T-projektiin liittyen. Työssä tutkitaan matkaviestinnän lisäarvopalveluiden liiketoimintakonsepteja operaattoreiden näkökulmasta. Lisäarvopalvelut laajentavat operaattoreiden palveluvalikoimaa. Niiden osuuden telekommunikaatioalan yritysten ja erityisesti operaattoreiden tuotoista on ennustettu kasvavan huomattavasti. Työn tärkeimpänä tavoitteena on tuoda uusia näkökulmia ja lisätä ymmärrystä lisäarvopalveluiden liiketoimintakonseptin rakentamisprosessista. Tätä tietämystä käytetään edesauttamaan työn empiirisessä osuudessa tutkitun Content Gateway -tuotteen liiketoimintaa. Tarjoamalla nopean liitynnän ja laskutuskanavan ulkopuolisten palveluntarjoajien ja operaattorin välille tämä tuote mahdollistaa operaattorille ja palveluntarjoajille lisäarvopalveluiden liiketoiminnan käynnistämisen. Lisäarvopalveluiden arvonluontiprosessi vaatii lukuisia yhteistyötä tekeviä osapuolia, joiden yhteistoiminta on dynaamista ja tiedonvälitys avointa, interaktiivista ja nopeaa. Arvonluontiin liittyy myös monia konvergoituvia kehityssuuntia. Perinteinen arvoketjuajattelu on riittämätön uuteen, verkottuneeseen toimintaympäristöön ja sen tilalle on tullut modernimpi arvoverkostomalli. Arvoverkosto luo kilpailuetunsa muita verkostoja vastaan jakamalla resurssit ja kompetenssit optimaalisesti ja liittämällä strategisen ja operationaalisen johtamisen kulttuurit toisiinsa. Tässä työssä verrataan arvoverkoston teoreettisia tavoitteita kahteen lisäarvopalveluiden liiketoimintakonseptiin. Näistä ensimmäinen, i-mode –niminen konsepti on valittu vertailuun edistyksellisyytensä ja tulevaa kehitystä ennakoivien ominaispiirteidensä vuoksi. Toinen esimerkkikonsepti on rakennettu edellä mainitun Content Gateway -tuotteen ympärille. Tutkimus sisältää mm. liikekumppaneiden hankinnan, ansaintalogiikoiden ja verkostojen johtamisen analysoinnin. Työn tuloksena on saatu ohjeita siihen, miten operaattori voi rakentaa tällaista konseptia ja mitä seikkoja tulee ottaa huomioon erityisesti sanomapalveluihin liittyvässä liiketoiminnassa.

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.