On Transmission System Design for Wireless Broadcasting

This thesis considers aspects related to the design and standardisation of transmission systems for wireless broadcasting, comprising terrestrial and mobile reception. The purpose is to identify which factors influence the technical decisions and what issues could be better considered in the design process in order to assess different use cases, service scenarios and end-user quality. Further, the necessity of cross-layer optimisation for efficient data transmission is emphasised and means to take this into consideration are suggested. The work is mainly related terrestrial and mobile digital video broadcasting systems but many of the findings can be generalised also to other transmission systems and design processes. The work has led to three main conclusions. First, it is discovered that there are no sufficiently accurate error criteria for measuring the subjective perceived audiovisual quality that could be utilised in transmission system design. Means for designing new error criteria for mobile TV (television) services are suggested and similar work related to other services is recommended. Second, it is suggested that in addition to commercial requirements there should be technical requirements setting the frame work for the design process of a new transmission system. The technical requirements should include the assessed reception conditions, technical quality of service and service functionalities. Reception conditions comprise radio channel models, receiver types and antenna types. Technical quality of service consists of bandwidth, timeliness and reliability. Of these, the thesis focuses on radio channel models and errorcriteria (reliability) as two of the most important design challenges and provides means to optimise transmission parameters based on these. Third, the thesis argues that the most favourable development for wireless broadcasting would be a single system suitable for all scenarios of wireless broadcasting. It is claimed that there are no major technical obstacles to achieve this and that the recently published second generation digital terrestrial television broadcasting system provides a good basis. The challenges and opportunities of a universal wireless broadcasting system are discussed mainly from technical but briefly also from commercial and regulatory aspect

Deep-hole drilling process, monitoring system and sensors modifications

 In the drilling processes and especially deep-hole drilling process, the monitoring system and having control on mechanical parameters (e.g. Force, Torque,Vibration and Acoustic emission) are essential. The main focus of this thesis work is to study the characteristics of deep-hole drilling process, and optimize the monitoring system for controlling the process. The vibration is considered as a major defect area of the deep-hole drilling process which often leads to breakage of the drill, therefore by vibration analysis and optimizing the workpiecefixture, this area is studied by finite element method and the suggestions are explained. By study on a present monitoring system, and searching on the new sensor products, the modifications and recommendations are suggested for optimize the present monitoring system for excellent performance in deep-hole drilling process research and measurements.

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.

LANGATTOMAN MITTAUS- JA VALVONTAJÄRJESTELMÄN PROTOKOLLAKEHITYS

Tässä diplomityössä esitellään langattoman mittaus- ja valvontajärjestelmän protokollakehitys. Työssä selvitetään protokollakehityksessä huomioon otettavat asiat ja esitetään langattoman tilavalvontaan perustuvan pilottijärjestelmän toteutus. Pilottijärjestelmänä käytetään Ensto Busch-Jaeger Oy:n Jussi-kosteusvahtijärjestelmää, joka muutetaan langattomaksi. Järjestelmän tiedonsiirto on yksisuuntaista ja tapahtuu radioyhteydellä. Käytetty taajuus on 433,92 MHz. Tavoitteena työssä oli kehittää yksinkertainen, mutta luotettava signalointijärjestelmä. Siihen toteutettu protokolla koodaa lähetettävän datan NRZ-L -koodauksen tapaisesti. Virheenkorjaus tehdään pariteettibittiä ja Hamming-etäisyyttä hyväksi käyttäen. Lisäksi tiedonsiirron yhteyskäytäntöön on lisätty rinnakkaisuutta yksisuuntaisen tiedonsiirron varmistamiseksi. Kehitetylle protokollalle tehdyt testit osoittavat sen olevan luotettava valitussa tiedonsiirtoympäristössä.

Langattomien tietoverkkojen hyödyntäminen kuntoilujärjestelmissä

Tekniikan ja elektroniikan kehityksen myötä on voitu kehittää erilaisia kuntoilujärjestelmiä. Niiden tarkoituksena on motivoida liikkumaan, parantaa suorituksia sekä helpottaa harjoitustietojen keräystä ja analysointia. Langattomuus tuo etuja järjestelmän liikkuvuuteen ja komponenttien päivitettävyyteen. Langattomien henkilökohtaisten päätelaitteiden käyttö kuntoilujärjestelmän osana tarjoaa mahdollisuuden hyödyntää harjoitustietoja laajemmin. Langattoman kuntoilujärjestelmän luominen ei kuitenkaan ole ongelmatonta. Tässä diplomityössä keskitytään tutkimaan voidaanko tämän hetken langattomilla tietoverkoilla ja niitä käyttävillä päätelaitteilla toteuttaa sujuvasti toimiva langaton kuntoilujärjestelmä. Työssä perehdytään ensin olemassa oleviin kuntoilujärjestelmiin. Niiden ongelmia ratkomaan käytettiin langattomia tietoverkkoja. Tutkittaviksi tietoverkoiksi valitiin käytetyimmät radioverkot, joita myöhemmin hyödynnetään kuntoiluyhteisötutkimuksessa. Teoriaosaa tukemaan toteutetaan langaton kuntoilujärjestelmä. Työn tuloksena on selvitys langattoman kuntoilujärjestelmän toteuttamisen mahdollisuudesta tämän päivän tekniikoilla. Lisäksi tuloksena on langaton Bluetooth-verkkoa hyödyntävä kuntoiluohjelmisto.

”Stress Monitoring via Wearable Electrodermal Sensors”

Stress is a phenomenon that on some level affects everyone’s lives on a daily basis. The autonomic nervous system controls the varying levels of stress at any given time. The responses of the autonomic nervous system adjust the body to cope with changing external and internal conditions. During high-stress situations the body is forced into a state of heightened alertness, which passes when the stressor is removed. The stressor can be any external or internal event that causes the body to respond. Stress is a very versatile phenomenon that can be both a cause and an indicator of other medical conditions, for example cardiovascular disease. Stress detection can therefore be helpful in identifying these conditions and monitoring the overall emotional state of a person. Electrodermal activity (EDA) is one of the most easily implemented ways to monitor the activity of the autonomic nervous system. EDA describes changes occurring in the various electrical properties of the skin, including skin conductivity and resistance. Increased emotional sweating has been proven to be one possible indication of stress. On the surface of the skin, increased sweating translates to increased skin conductivity, which can be observed through EDA measurements. This makes electrodermal activity a very useful tool in a wide range of applications where it is desirable to observe changes in a person’s stress level. EDA can be recorded by using specialized body sensors placed on specific locations on the body. Most commonly used recording sites are the palms of the hands due to the high sweat gland density on those areas. Measurement is done using at least two electrodes attached to the skin, and recording the electrical conductance between them. This thesis implements a prototype of a wireless EDA measurement system. The feasibility of the prototype is also verified with a small group of test subjects. EDA was recorded from the subjects while they were playing a game of Tetris. The goal was to observe variations in the measured EDA that would indicate changes in the subjects’ stress levels during the game. The analysis of the obtained measurement results confirmed the connection between stress and recorded EDA. During the game, random occurrences of lowered skin resistance were clearly observable, which indicates points in the game where the player felt more anxious. A wireless measurement system has the potential of offering more flexible and comfortable long-term measuring of EDA, and could be utilized in a wide range of applications.

Wireless Authentication and Authorization, case Wireless Access Control System

Lyhyen kantaman radiotekniikoiden hyödyntäminen mahdollistaa uudenlaisten paikallisten palveluiden käytön ja vanhojen palveluiden kehittämisen. Kulunvalvonta on päivittäisenä palveluna valittu työn esimerkkisovellukseksi. Useita tunnistus- ja valtuutustapoja tutkitaan, ja julkisen avaimen infrastruktuuri on esitellään tarkemmin. Langattomat tekniikat Bluetooth, Zigbee, RFID ja IrDA esitellän yleisellä tasolla langattomat tekniikat –luvussa. Bluetooth-tekniikan rakennetta, mukaan lukien sen tietoturva-arkkitehtuuria, tutkitaan tarkemmin. Bluetooth-tekniikkaa käytetään työssä suunnitellun langattoman kulunvalvontajärjestelmän tietojen siirtoon. Kannettava päätelaite toimii käyttäjän henkilökohtaisena luotettuna laitteena, jota voi käyttää avaimena. Käyttäjän tunnistaminen ja valtuuttaminen perustuu julkisen avaimen infrastruktuuriin. Ylläpidon allekirjoittamat varmenteet sisältävät käyttäjän julkisen avaimen lisäksi tietoa hänestä ja hänen oikeuksistaan. Käyttäjän tunnistaminen kulunvalvontapisteissä tehdään julkisen ja salaisen avaimen käyttöön perustuvalla haaste-vastaus-menetelmällä. Lyhyesti, järjestelmässä käytetään Bluetooth-päätelaitteita langattomina avaimina.

Design of User Authentication System for Multi-operator wireless LANs

Langattomat lähiverkot ovat viime vuosikymmeninä saavuttaneet suuren suosion. Tässä työssä käsitellään käyttäjien todentamisjärjestelmän suunnittelua ja kehitystä langattomaan monioperaattoriverkkoon. Langattomassa monioperaattoriverkossa käyttäjillä on mahdollisuus käyttää eri operaattoreiden palveluita. Aluksi käsitellään olemassa olevia todentamismenetelmiä ja -järjestelmiä. minkä jälkeen kuvaillaan todentamisjärjestelmä langattomille monioperaattoriverkoille. Todentamisjärjestelmän ratkaisuvaihtoehtoja esitellään kaksi, niin sanotut moni- istunto - ja yksittäisistuntomalli. Moni-istuntomalli on normaali lähestymistapa käyttäjien todentamiseen tietokonejärjestelmissä. Siinä käyttäjän pitää tunnistautua ja todentaa itsensä jokaiselle verkon palvelulle erikseen. Yksittäisistuntomallissa pyritään parempaan luotettavuuteen ja käytettävyyteen. Siinä käyttäjä todentaa itsensä vain kerran ja voi sen jälkeen päästä useisiin palveluihin. Työn loppuosassa kuvaillaan suunnitellun järjestelmän toteutusta. Lisäksi ehdotetaan vaihtoehtoisia toteutustapoja, analysoidaan järjestelmän heikkouksia ja kerrotaan jatkokehitysmahdoillisuuksista.

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.

Delivery system for location based information in wireless IP networks

Tämä työ esittelee uuden tarjota paikasta riippuvaa tietoa langattomien tietoverkkojen käyttäjille. Tieto välitetään jokaiselle käyttäjälle tietämättä mitään käyttäjän henkilöllisyydestä. Sovellustason protokollaksi valittiin HTTP, joka mahdollistaa tämän järjestelmän saattaa tietoa perille useimmille käyttäjille, jotka käyttävät hyvinkin erilaisia päätelaitteita. Tämä järjestelmä toimii sieppaavan www-liikenteen välityspalvelimen jatkeena. Erilaisten tietokantojen sisällä on perusteella järjestelmä päättää välitetäänkö tietoa vai ei. Järjestelmä sisältää myös yksinkertaisen ohjelmiston käyttäjien paikantamiseksi yksittäisen tukiaseman tarkkuudella. Vaikka esitetty ratkaisu tähtääkin paikkaan perustuvien mainosten tarjoamiseen, se on helposti muunnettavissa minkä tahansa tyyppisen tiedon välittämiseen käyttäjille.

FLASH-OFDM System Performance Studies for Wireless Broadband Network Operator Services

@450 wireless broadband service is Digita’s mobile wireless broadband network service. In @450 network Digita acts as the network operator offering network capacity to service operators. For Digita it is important to know what kind of services its network is capable of and what are the network’s service parameters. The knowledge of the network parameters and the behaviour can be used in advance in the development of new service products. Before a new service product can be offered to service operators a lot of work has to be done. The basic testing is necessary to get an understanding of the basic functionality. The requirement specification has to be done and a new product has to be created. The new product has to be tested. The test results have to be analysed in order to find out if the new product is suitable for real use and with which limitations. The content of this Thesis is the development of wireless technologies, @450 service and network, FLASH-OFDM technology, FLASH-OFDM performance testing and the development of a new service product.

Monitoring System Resources During Automated Testing in Symbian Operating System

Tässä diplomityössä esitellään ohjelmistotestauksen ja verifioinnin yleisiä periaatteita sekä käsitellään tarkemmin älypuhelinohjelmistojen verifiointia. Työssä esitellään myös älypuhelimissa käytettävä Symbian-käyttöjärjestelmä. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin Symbian-käyttöjärjestelmässä toimiva palvelin, joka tarkkailee ja tallentaa järjestelmäresurssien käyttöä. Verifiointi on tärkeä ja kuluja aiheuttava tehtävä älypuhelinohjelmistojen kehityssyklissä. Kuluja voidaan vähentää automatisoimalla osa verifiointiprosessista. Toteutettu palvelin automatisoijärjestelmäresurssien tarkkailun tallentamalla tietoja niistä tiedostoon testien ajon aikana. Kun testit ajetaan uudestaan, uusia tuloksia vertaillaan lähdetallenteeseen. Jos tulokset eivät ole käyttäjän asettamien virherajojen sisällä, siitä ilmoitetaan käyttäjälle. Virherajojen ja lähdetallenteen määrittäminen saattaa osoittautua vaikeaksi. Kuitenkin, jos ne määritetään sopivasti, palvelin tuottaa hyödyllistä tietoa poikkeamista järjestelmäresurssien kulutuksessa testaajille.

Authentication and authorization in PeerHood System

The goal of this work is to design and implement authentication and authorization section to PeerHood system. PeerHood system is developedin Lappeenranta University of Technology. It provides functions of discovering devices compatible with PeerHood and listing services offered by those devices; based on wireless technologies: Wi-Fi, Bluetooth and GPRS. The thesis describes implementation of the security approach intomobile Ad-Hoc environment and includes both authentication and authorization processes.

Network Device Driver Design and Implementation for Symbian Operating System

Tämä diplomityö esittää Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuuriin perustuvan paikallisverkkokortin (LAN) käyttöönottoa. Pääajatus oli keskitetty langattoman LAN— kortin (WLAN) ajureiden käyttöönottoon. Jokainen Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurin komponentti oli huolellisesti tutkittu, painottaen mahdollista langattoman yhteyden uudelleenkäyttöä. Myös olemassaolevan Ethernetkortin ajureiden uudelleenkäyttö oli huolellisesti otettu huomioon. Diplomityöprojektin aikana esimerkki WLAN-kortin ajurin lähdekoodista oli esitetty. Tämä ajuri on kirjoitettu NOKIA DTN-20 WLAN-korttia varten. Havaittiin myös, että suurin osa Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurista voidaan käyttää myös WLAN-pohjaisessa yhteydessä ilman muutoksia.. Esitetty ajuri käyttää myös tiettyjä olemassaolevan Ethernetkortin ajureita, esim. Logical Device Driver (LDD):tä.

Business potential evaluation of wireless local area networks: Teleoperator’s view

The objective of the thesis was to evaluate business potential of wireless local area networks (WLAN, Wireless LAN). At first, the scope of business potential evaluation of technology was introduced. Next, a general framework of business potential evaluation of technology based on literature was presented. In addition, convergence of cellular networks and data networks was studied in order to get an insight of current situation of mobile telecommunications industry. Finally, wireless local area networks business potential was evaluated. A wireless local area network is a data communication system, which combines data connectivity with mobility and is implemented in unlicensed frequency bands, allowing new business opportunities to emerge. The main markets of WLAN are corporate networks, public area networks and access networks. At the moment the penetration of WLAN terminals is low which derives to low demand of wireless LAN services. In addition, unlicensed spectrum forces the teleoperators to set the service price relatively low. The business potential is in integrating wireless LANs to cellular networks and in offering value added services to end users. The future of wireless LAN is to be complementary network to cellular networks. In this vision cellular networks provide voice and low data services and broadband wireless networks enable multimedia services.