Component Architecture for Context-Aware Applications

Mobiililaitteisiin tehdyt sovellukset ovat nykyään laajassa käytössä. Mobiilisovellukset tarjoavat käyttäjälleen usein tietyn ennalta määritellyn toiminnallisuuden eivätkä ne pysty mukautumaan vaihtelevaan käyttöympäristöönsä. Jos sovellus olisi tietoinen käyttöympäristöstään ja sen muutoksista, se voisi tarjota käyttäjälleen tilanteeseen sopivia ominaisuuksia. Käyttöympäristöstään tietoiset hajautetut sovellukset tarvitsevat kuitenkin huomattavasti perinteisiä sovelluksia monimutkaisemman arkkitehtuurin toimiakseen. Tässä työssä esitellään hajautetuille ja kontekstitietoisille sovelluksille tarkoitettu ohjelmistoarkkitehtuuri. Työ perustuu Oulun yliopiston CAPNET-tutkimusprojektissa kehitettyyn, mobiilisovelluksille tarkoitettuun arkkitehtuuriin. Tämän työn tarkoituksena on tarjota ratkaisuja niihin puutteisiin, jotka tulivat esille CAPNET-arkkitehtuurin kehitys- ja testausvaiheessa. Esimerkiksi arkkitehtuurin komponenttien määrittelyä tulisi tarkentaa ja ne tulisi jakaa horisontaalisiin kerroksiin niiden ominaisuuksien ja alustariippuvuuden mukaisesti. Työssä luodaan katsaus olemassa oleviin teknologioihin jotka tukevat hajautettujen ja kontekstitietoisten järjestelmien kehittämistä. Myös niiden soveltumista CAPNET-arkkitehtuuriin analysoidaan. Työssä esitellään CAPNET-arkkitehtuuri ja ehdotetaan uutta arkkitehtuuria ja komponenttien kerrosjaottelua. Ehdotuksessa arkkitehtuurin komponentit ja järjestelmän rakenne määritellään ja mallinnetaan UML-menetelmällä. Työn tuloksena on arkkitehtuurimäärittely, joka jakaa nykyisen arkkitehtuurin komponentit kerroksiin. Komponenttien rajapinnat on määritelty selkeästi ja tarkasti. Työ tarjoaa myös projektiryhmälle hyvän lähtökohdan uuden arkkitehtuurin suunnittelulle ja toteuttamiselle.

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.

Platform Architectures for Policy-Based Network Access Control

Tämä diplomityö käsittelee sääntöpohjaisen verkkoon pääsyn hallinnan (NAC) ratkaisuja arkkitehtonisesta näkökulmasta. Työssä käydään läpi Trusted Computing Groupin, Microsoft Corporationin, Juniper Networksin sekä Cisco Systemsin NAC-ratkaisuja. NAC koostuu joukosta uusia sekä jo olemassa olevia teknologioita, jotka auttavat ennalta määriteltyyn sääntökantaan perustuen hallitsemaan suojattuun verkkoon pyrkivien laitteiden tietoliikenneyhteyksiä. Käyttäjän tunnistamisen lisäksi NAC pystyy rajoittamaan verkkoon pääsyä laitekohtaisten ominaisuuksien perusteella, esimerkiksi virustunnisteisiin ja käyttöjärjestelmäpäivityksiin liittyen ja paikkaamaan tietyin rajoituksin näissä esiintyviä puutteita verkkoon pääsyn sallimiseksi. NAC on verraten uusi käsite, jolta puuttuu tarkka määritelmä. Tästä johtuen nykymarkkinoilla myydään ominaisuuksiltaan puutteellisia tuotteita NAC-nimikkeellä. Standardointi eri valmistajien NAC-komponenttien yhteentoimivuuden takaamiseksi on meneillään, minkä perusteella ratkaisut voidaan jakaa joko avoimia standardeja tai valmistajakohtaisia standardeja noudattaviksi. Esitellyt NAC-ratkaisut noudattavat standardeja joko rajoitetusti tai eivät lainkaan. Mikään läpikäydyistä ratkaisuista ei ole täydellinen NAC, mutta Juniper Networksin ratkaisu nousee niistä potentiaalisimmaksi jatkokehityksen ja -tutkimuksen kohteeksi TietoEnator Processing & Networks Oy:lle. Eräs keskeinen ongelma NAC-konseptissa on työaseman tietoverkolle toimittama mahdollisesti valheellinen tietoturvatarkistuksen tulos, minkä perusteella pääsyä osittain hallitaan. Muun muassa tähän ongelmaan ratkaisuna voisi olla jo nykytietokoneista löytyvä TPM-siru, mikä takaa tiedon oikeellisuuden ja koskemattomuuden.

Implementing Role Based Access Control into the Enterprise Environment to Support Business and IT Functions

The thesis studies role based access control and its suitability in the enterprise environment. The aim is to research how extensively role based access control can be implemented in the case organization and how it support organization’s business and IT functions. This study points out the enterprise’s needs for access control, factors of access control in the enterprise environment and requirements for implementation and the benefits and challenges it brings along. To find the scope how extensively role based access control can be implemented into the case organization, firstly is examined the actual state of access control. Secondly is defined a rudimentary desired state (how things should be) and thirdly completed it by using the results of the implementation of role based access control application. The study results the role model for case organization unit, and the building blocks and the framework for the organization wide implementation. Ultimate value for organization is delivered by facilitating the normal operations of the organization whilst protecting its information assets.

From reactive to proactive banking : connecting with customers with context-aware mobile technology

Mobile technology has been employed in banking for already two decades. However, its significance this far has been modest. It is expected that the industry will change a lot in the future. Elements of this change include tightening of competition, considering customer’s individual and changing needs, becoming involved in customer’s life and being where customers are. The goal of this study is to explore these fields with regard to Finnish banking as well as investigate selected consumers’ views towards this kind of new service approach. It can be divided into three questions: • What kinds of mobile services does the Finnish banking industry currently offer for consumers and what expectations do experts and consumers have towards them? o What is consumers’ attitude towards a context-aware service approach in the banking industry and what are the suggested tools for it? o What factors define clients’ adoption intentions towards the new context-aware service approach? Which factors do they consider most important? In order to create the framework for the study, both Finnish and foreign scientific and professional literature considering evolution of the industry and innovation adoption has been used. The empirical part of the study consists of 11 interviews, including 6 expert interviews and 5 consumer interviews. The results show that the selected consumers reacted very positively to the suggested new service approach that considers them as a person and aims at simplifying their banking. The consumers appreciated especially solutions that simplified their everyday banking. Also proactive actions from a bank was considered important especially in everyday banking, as long as the customer was able to define the amount and way of contacts he received. According to the findings banks should aim at supporting their customers more than they do now. However, they also need to pay attention to not irritate their customers by excessive contacts. Banks should also open-mindedly introduce new technologies to their customers. Key words

Design and Implementation of MUPE Server Context Tool for Eclipse IDE

The development of software tools begun as the first computers were built. The current generation of development environments offers a common interface to access multiple software tools and often also provide a possibility to build custom tools as extensions to the existing development environment. Eclipse is an open source development environment that offers good starting point for developing custom extensions. This thesis presents a software tool to aid the development of context-aware applications on Multi-User Publishing Environment (MUPE) platform. The tool is implemented as an Eclipse plug-in. The tool allows developer to include external server side contexts to their MUPE applications. The tool allows additional context sources to be added through the Eclipse's extension point mechanism. The thesis describes how the tool was designed and implemented. The implementation consists of tool core component part and an additional context source extension part. Tool core component is responsible for the actual context addition and also provides the needed user interface elements to the Eclipse workbench. Context source component provides the needed context source related information to the core component. As part of the work an update site feature was also implemented for distributing the tool through Eclipse update mechanism.

Controlling Access to Personal Information

Tässä diplomityössä käsitellään henkilökohtaisen tiedon saannin kontrollointia ja tiedon kuvaamista. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin XML –malli henkilökohtaisen tiedon kuvaamiseen. Henkilökohtaisten tietojen käyttäminen mahdollistaa henkilökohtaisen palvelun tarjoamisen ja myös palvelun automatisoinnin käyttäjälle. Henkilökohtaisen tiedon kuvaaminen on hyvin oleellista, jotta palvelut voivat kysellä ja ymmärtää tietoja. Henkilökohtaiseen tietoon vaikuttaa erilaisia tekijöitä, jotka on myös otettava huomioon tietoa kuvattaessa. Henkilökohtaisen tiedon leviäminen eri palveluiden tarjoajille tuo mukanaan myös riskejä. Henkilökohtaisen tiedon joutuminen väärän henkilön käsiin saattaa aiheuttaa vakaviakin ongelmia tiedon omistajalle. Henkilökohtaisen tiedon turvallisen ja luotettavan käytettävyyden kannalta onkin hyvin oleellista, että käyttäjällä on mahdollisuus kontrolloida kenelle hän haluaa luovuttaa mitäkin tietoa.

Itä-Savon sairaanhoitopiiri Ky:n Savonlinnan keskussairaalan paikannustoiminnan kehittäminen

Terveydenhuollon ja siihen liittyvien palvelujen kustannusten jatkuva kohoaminen ja kuntien paheneva taloustilanne sekä terveydenhuollon pienenevät henkilöstöresurssit ovat lisänneet painetta toimintojen kustannustehokkaaseen toteuttamiseen. Edellä mainitusta johtuen, terveydenhuollon toimijoita kehotetaan etsimään uusia ratkaisuja, joilla voidaan taata jatkossa riittävä asiakaspalvelutaso, kustannustehokkuus ja – palvelujen turvallisuus. Tämän työn tavoitteena oli vastata kysymyksiin tunnistus- ja paikannustoiminnan hyödyntämisen mahdollisuuksista Itä-Savon sairaanhoitopiirin Savonlinnan keskussairaalassa. Tarkoituksena oli selvittää, millaisia paikannus ja tunnistusteknologiaan liittyviä tavoitteita ja vaatimuksia terveydenhuollon toimialalla ja erityisesti Itä-Savon sairaanhoitopiirissä on ja millä tavalla RFID ja WLAN – teknologioilla saadaan kehitettyä asetettuihin tavoitteisiin ja hyötyodotuksiin vastaavat ratkaisut. Työssä pyrittiin selvittämään myös millaisia rahallisia säästöjä tunnistus- ja paikannusteknologioilla voidaan saada aikaan. Työn yhteydessä kartoitettiin tarpeita ja vaatimuksia tunnistus- ja paikannusteknologian hyödyntämiseen. Tarpeet ja vaatimukset testattiin tunnistus- ja paikannuspilotissa. Lisäksi perehdyttiin kirjallisuuteen ja aiempiin tutkimuksiin tunnistus- ja paikannusteknologioista. Suunnitelman perusteella näyttää siltä, että hyödyntämällä tunnistus- ja paikannusteknologioita voitaisiin tehostaa Savonlinnan keskussairaalan toimintaa. Suunnitelman pilottivaiheen tuloksien perusteella toiminnan tehostaminen tarkoittaisi kustannussäästöjä, parantaisi potilasturvallisuutta sekä hoitotyön laatua. Tunnistus- ja paikannusteknologian käyttökohteita sairaalassa voisivat olla esimerkiksi reaaliaikaiseen prosessien ohjaaminen, kulunvalvonnan ja -ohjauksen automatisointi, potilaan automaattinen tunnistaminen, sekä sairaalan tutkimuslaitteiden seuranta.

Trustworthy context dependency in ubiquitous systems

The modern society is getting increasingly dependent on software applications. These run on processors, use memory and account for controlling functionalities that are often taken for granted. Typically, applications adjust the functionality in response to a certain context that is provided or derived from the informal environment with various qualities. To rigorously model the dependence of an application on a context, the details of the context are abstracted and the environment is assumed stable and fixed. However, in a context-aware ubiquitous computing environment populated by autonomous agents, a context and its quality parameters may change at any time. This raises the need to derive the current context and its qualities at runtime. It also implies that a context is never certain and may be subjective, issues captured by the context’s quality parameter of experience-based trustworthiness. Given this, the research question of this thesis is: In what logical topology and by what means may context provided by autonomous agents be derived and formally modelled to serve the context-awareness requirements of an application? This research question also stipulates that the context derivation needs to incorporate the quality of the context. In this thesis, we focus on the quality of context parameter of trustworthiness based on experiences having a level of certainty and referral experiences, thus making trustworthiness reputation based. Hence, in this thesis we seek a basis on which to reason and analyse the inherently inaccurate context derived by autonomous agents populating a ubiquitous computing environment in order to formally model context-awareness. More specifically, the contribution of this thesis is threefold: (i) we propose a logical topology of context derivation and a method of calculating its trustworthiness, (ii) we provide a general model for storing experiences and (iii) we formalise the dependence between the logical topology of context derivation and its experience-based trustworthiness. These contributions enable abstraction of a context and its quality parameters to a Boolean decision at runtime that may be formally reasoned with. We employ the Action Systems framework for modelling this. The thesis is a compendium of the author’s scientific papers, which are republished in Part II. Part I introduces the field of research by providing the mending elements for the thesis to be a coherent introduction for addressing the research question. In Part I we also review a significant body of related literature in order to better illustrate our contributions to the research field.

Towards combining interactive mobile TV and smart spaces : architectures, tools and application development

Technological developments in microprocessors and ICT landscape have made a shift to a new era where computing power is embedded in numerous small distributed objects and devices in our everyday lives. These small computing devices are ne-tuned to perform a particular task and are increasingly reaching our society at every level. For example, home appliances such as programmable washing machines, microwave ovens etc., employ several sensors to improve performance and convenience. Similarly, cars have on-board computers that use information from many di erent sensors to control things such as fuel injectors, spark plug etc., to perform their tasks e ciently. These individual devices make life easy by helping in taking decisions and removing the burden from their users. All these objects and devices obtain some piece of information about the physical environment. Each of these devices is an island with no proper connectivity and information sharing between each other. Sharing of information between these heterogeneous devices could enable a whole new universe of innovative and intelligent applications. The information sharing between the devices is a diffcult task due to the heterogeneity and interoperability of devices. Smart Space vision is to overcome these issues of heterogeneity and interoperability so that the devices can understand each other and utilize services of each other by information sharing. This enables innovative local mashup applications based on shared data between heterogeneous devices. Smart homes are one such example of Smart Spaces which facilitate to bring the health care system to the patient, by intelligent interconnection of resources and their collective behavior, as opposed to bringing the patient into the health system. In addition, the use of mobile handheld devices has risen at a tremendous rate during the last few years and they have become an essential part of everyday life. Mobile phones o er a wide range of different services to their users including text and multimedia messages, Internet, audio, video, email applications and most recently TV services. The interactive TV provides a variety of applications for the viewers. The combination of interactive TV and the Smart Spaces could give innovative applications that are personalized, context-aware, ubiquitous and intelligent by enabling heterogeneous systems to collaborate each other by sharing information between them. There are many challenges in designing the frameworks and application development tools for rapid and easy development of these applications. The research work presented in this thesis addresses these issues. The original publications presented in the second part of this thesis propose architectures and methodologies for interactive and context-aware applications, and tools for the development of these applications. We demonstrated the suitability of our ontology-driven application development tools and rule basedapproach for the development of dynamic, context-aware ubiquitous iTV applications.

Situational awareness for critical infrastructure protection

Postgraduate seminar series with a title Situational Awareness for Critical Infrastructure Protection held at the Department of Military Technology of the National Defence University in 2015. This book is a collection of some of talks that were presented in the seminar. The papers address designing inter-organizational situation awareness system, principles of designing for situation awareness, situation awareness in distributed teams, vulnerability analysis in a critical system context, tactical Command, Control, Communications, Computers, & Intelligence (C4I) systems, and improving situational awareness in the circle of trust. This set of papers tries to give some insight to current issues of the situation awareness for critical infrastructure protection. The seminar has always made a publication of the papers but this has been an internal publication of the Finnish Defence Forces and has not hindered publication of the papers in international conferences. Publication of these papers in peer reviewed conferences has indeed been always the goal of the seminar, since it teaches writing conference level papers. We still hope that an internal publication in the department series is useful to the Finnish Defence Forces by offering an easy access to these papers.

Ennakoivan Bluetooth -verkon hyödyntäminen paikkatietoon pohjautuvan opastusjärjestelmän toteutuksessa

Tekniikan kehitys ja elämänrytmin kiihtyminen ajaa eteenpäin sekä tarvetta että mahdollisuuksia toteuttaahenkilökohtaisia opastusjärjestelmiä. Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat mahdollistavat erilaisten paikkasidonnaisten palveluiden, kuten opastusjärjestelmien toteuttamisen kohtuullisilla kustannuksilla. Markkinoilla olevista järjestelmistä sisätiloihin sijoittuvaan reaaliaikaiseen opastukseen soveltuvaa järjestelmää on vaikea löytää ja useimmat niistä hyödyntävät WLAN -tekniikkaa, joka ei ole kovin laajasti tuettuna matkapuhelimen kaltaisissa kannettavissa päätelaitteissa. Tässä työssä tuodaan esille Bluetooth -tekniikalla toteutettavien reaaliaikaisten järjestelmien ongelmia ja esitellään yksi ratkaisumalli. Toimintaa vaikeuttaa lähinnä pitkä yhteyden muodostumisaika, joka koostuu verkon laitteiden hakemiseen kuluvasta pitkästä vaikeasti kestoltaan arvioitavasta ajasta ja valittuun kohteeseen yhteyden muodostamiseen kuluneesta ajasta. Toteutetussa Bluetooth -opastusjärjestelmässä opastettavien laitteiden hakeminen liityntäpistettä vaihdettaessa on voitu jättää pois, koska yhteyden muodostamiseen vaaditut tiedot välitetään liityntäpisteille kiinteän Ethernet -verkon välityksellä. Työntuloksena syntyneen opastusjärjestelmän käyttökokemukset osoittavat opastusverkon suunnittelun olevan haastava tehtävä, mutta verkon toimintakuntoon saattamisen jälkeen järjestelmän suorituskykyyn saadaan huomattava parannus. Demonstraatiototeutus rajoittaa käytettävän laitteiston Linux-pohjaisiin järjestelmiin, vaikka laajemman käyttöönoton varmistamiseksi järjestelmä tulisi tehdä siirrettäväksiesimerkiksi Symbian -alustalle.

Kontekstitietoisen mobiilipelin suunnittelu ja toteutus

Kontekstitietoisuuden katsotaan voivan parantaa sovellusten ja palvelujen käytettävyyttä matkapuhelimissa. Kontekstitietoisuuden tekniikoita voidaan käyttää myös peleissä, joko siksi, että ne mahdollistavat uudenlaisia pelejä, tai siksi, että peleillä voidaan havainnollistaa ja testata eri tekniikoiden toimintaa. Diplomityössä esitellään prototyyppi monen pelaajan kontekstitietoisesta mobiilipelistä, jossa pelivälineinä käytetään kamerapuhelimella luettavia tavallisia viivakoodeja. Viivakoodit on yhdistetty palvelimella sijaitsevan pelimaailman kohteisiin, joiden omistuksesta pelaajat kilpailevat. Peliä on tarkoitus arvioida myöhemmin pelattavuuden ja idean kiinnostavuuden kannalta. Prototyypin toinen tehtävä on havainnollistaa Multi-User Publishing Environment (MUPE) -sovellusalustan tukea kontekstitietoisuudelle. Työ kuvaa pelin suunnittelun, toteutuksen ja arvioinnin alkaen varhaisimmista ideoista ja päättyen osittaiseen prototyyppiin. Prototyypissä on toteutettu osa pelilogiikasta ja käyttöliittymästä, mutta sitä ei ole integroitu kontekstitietoa kerääviin sensoreihin. Pelin suunnittelussa käytettiin apuna heuristista arviointia ja kahta fokusryhmähaastattelua.

Paikka- ja tilannetiedon hyödyntäminen sovelluksissa

Erilaisten mobiiliverkkojen käytön yleistyessä nousee esiin uudenlaisia sovellusalueita, kuten esimerkiksi paikkatietoiset sovellukset. Mobiiliudesta johtuen sovellusten käyttötilanteet vaihtelevat. Käyttötilanteista voidaan kerätä tietoa ja käyttää tätä hyödyksi. Tilannetiedolla tarkoitetaan sovelluksen käyttötilanteeseen tai käyttäjään liittyvää lisätietoa. Paikka- ja tilannetietoisten sovellusten kehittäminen vaati monia ohjelmistokehitystä tukevia järjestelmiä. Tilannetiedon väljän määritelmän takia tilannetietoisten sovellusten kehitykselle ei ole vielä selkeitä toimintamalleja. Tilannetietoisten sovellusten kehitystä avustavia järjestelmiä on luotu etenkin tutkimuksessa, mutta nämä eivät ole vielä yleistyneet laajempaan käyttöön. Paikkatiedon käyttö sen sijaan on hyvinkin standardoitua, mutta paikkatieto nähdään vain osana tilannetietoa. Tässä diplomityössä toteutettiin paikka- ja tilannetiedon sovelluskehitystä tukevia järjestelmiä, joilla paikka- ja tilannetiedon hyödyntäminen sovelluksissa mahdollistettiin. WLAN - verkosta saadun paikkatiedon hyödyntämiseen toteutettiin SOAP -palvelurajapinta. Tilannetiedon hyödyntämiseksi toteutettiin MUPE -sovellusympäristöön välittäjäkomponentteja paikka-, sää- ja kuntopyörän harjoitustiedolle sekä RFID -havaintotiedoille. Näitä komponetteja käytettiin tilannetietoisten sovellusten luomiseen sekä tietoliikennetekniikan laitoksen codecamp -kursseilla, että tilannetietoisessa pelisovelluksessa. Työn tuloksena saatiin toimivia sovelluksia, ja välittäjäkomponentit sovellusten luomiseen. Työn tuloksena voidaan todeta, että ilman tilannetietoista sovelluskehitystä tukevia komponentteja, olisi tämäntyyppinen sovelluskehitys huomattavasti vaativampaa. Tukevat komponentit helpottavat sovelluskehitystä, mutta helposti myös rajaavat kehitysmahdollisuuksia.

Mobile Protocol Stack Simulator

Nykypäivän maailma tukeutuu verkkoihin. Tietokoneverkot ja langattomat puhelimet ovat jo varsin tavallisia suurelle joukolle ihmisiä. Uusi verkkotyyppi on ilmestynyt edelleen helpottamaan ihmisten verkottunutta elämää. Ad hoc –verkot mahdollistavat joustavan verkonmuodostuksen langattomien päätelaitteiden välille ilman olemassa olevaa infrastruktuuria. Diplomityö esittelee uuden simulaatiotyökalun langattomien ad hoc –verkkojen simulointiin protokollatasolla. Se esittelee myös kyseisten verkkojen taustalla olevat periaatteet ja teoriat. Lähemmin tutkitaan OSI-mallin linkkikerroksen kaistanjakoprotokollia ad hoc –verkoissa sekä vastaavan toteutusta simulaattorissa. Lisäksi esitellään joukko simulaatioajoja esimerkiksi simulaattorin toiminnasta ja mahdollisista käyttökohteista.