Embedded Monitoring Server

This study investigates, designs, and implements an inexpensive application that allows local and remote monitoring of a home. The application consists of an array of sensors for monitoring different conditions in a home environment and also for accessing the devices that might be connected to the system. Only a few sensors are initially involved in this study and information about the temperature level, forced entry detection, smoke and water leakage detection can be obtained at any time from any location with an Internet connection. The application software (coded in C language) runs on an embedded system which is basically a wireless Linksys router running on a GNU/Linux based firmware for embedded systems. Interaction between the sensors and the application software is achieved through an implemented sensor interfacing circuit. The communication with the sensor interfacing unit is done through the serial port, and accessibility of the connected sensors is achieved through a telnet client. The sensors can be accessed from local and remote locations with the sensors giving reliable information. The resulting application shows that it is possible to use the router for other applications other than what it is intended for.

Yhteisön langaton palvelualusta

Yhteisön langaton palvelualusta on konsepti langattomien yhteisöllisten verkkopalveluiden tarjoamiseen.Konsepti perustuu langattomaan WLAN-reititinlaitteeseen sekä Linux-käyttöjärjestelmäpohjaiseen laiteohjelmistoon, joiden avulla voidaan tarjota paikallisia, erilaisten pienten yhteisöjen käyttöön tarkoitettuja langattomia verkkopalveluita.Soveltuvia käyttökohteita voivat olla esimerkiksi asuntoyhteisöjen välinen tiedotuskanava tai perheen sisäinen viihdekeskus, jonka kautta voidaan tarjota yhteisön toimintaa helpottavia ja tavoitteita edistäviä palveluita. Yhteisön langattomat palvelut perustuvat vapaisiin ohjelmistoihin, jotka mahdollistavat monipuolisen palveluvalikoiman luomisen. Langattoman palvelualustan avulla pienten yhteisöjen tarvitsemat langattomat palvelut voidaan luoda helposti, edullisesti ja joustavasti, ilman kaupallisten palveluoperaattoreiden asettamia rajoituksia.

Evaluation of Routing solution for Next Generation Open Platform

Verkkoon kytkettävien laitteiden määrä on lisääntynyt viime vuosina, joka luo tarpeen reitittimille ja niiden ominaisuuksille. On muodostunut uusi tarve laitteille, jotka voivat yhdistää erilaisia verkkoja toisiinsa. Tällaisen reitittimen rakentamiseen tarvitaan vakaa alusta. Tällaisella alustalla luodaan mahdollisuus kuormittaa järjestelmää ilman suuria ongelmia. Tällainen alusta on Open Platform, joka on suunniteltu tällaisille toiminnoille ja yhdessä oikeanlaisen verkkoratkaisun kanssa sitä voidaan käyttää sille suunnitellussa ympäristössä. Tämän diplomityön tarkoituksena on arvioida neljää eri reititysohjelmistoa ja kahta eri IP pinoa. Työssä käytetyt testit on suunniteltu arviointia varten ja niiden tarkoituksena on tuoda esille ohjelmistoissa esiintyvät viat ja ongelmat. Kaikki testit ovat samoja kaikille ohjelmille ja tehdään samassa ympäristössä. Testit analysoidaan niiden ajon jälkeen ja niiden tulosten avulla tehdään päätös mitä näistä ohjelmistoista tullaan käyttämään seuraavan sukupolven avoimella alustalla, joka tulee toimimaan Nokian Intelligent Service Nodessa. Tämä verkon laite toimii yhdyskäytävänäerilaisten verkkojen välillä.

Suunnitelma Ethernet-pohjaisen TCP/IP-verkon toteuttamiseksi prosessitietoliikenteen tarpeisiin Helsingin Energiassa

Prosessitietoliikenneverkko toimii mm. energian tuotannon, siirron ja jakelun käytönvalvontajärjestelmien tiedonsiirron alustana. Tietoliikenneverkkojen rooli osana yrityksen operatiivisia prosesseja kasvaa järjestelmäuusintojen myötä ja järjestelmien tehokas hyödyntäminen vaatii luotettavat sekä nopeat tietoverkot. Uusittavien järjestelmien tietoliikenneratkaisut perustuvat pääsääntöisesti Ethernetpohjaiseen TCP/IP-verkkotekniikkaan. Tällä hetkellä prosessijärjestelmien tiedonsiirtoyhteydet kenttälaitteiden ja valvomojärjestelmien välillä on pääsääntöisesti toteutettu PCM-siirtojärjestelmällä tai kiinteän yhteyden modeemeilla. Käytössä oleva PCM-tekniikka on elinkaarensa loppupuolella ja tiedonsiirtonopeudet sekä liityntärajapinnat eivät täytä nykyaikaisten prosessijärjestelmien tiedonsiirto¬vaatimuksia. Työssä käytiin läpikeskeisimmät Ethernet-tekniikkaan ja TCP/IP-protokollaperheeseen liittyvät standardit ja verkon aktiivilaitteet. Vaatimusmäärittelyissä selvitettiin Helsingin Energian eri liiketoimintayksiköiden tarpeita sekä energia-alan lainsäädännön vaatimuksia prosessitietoliikenneverkolle. Tarpeiden ja vaatimusten pohjalta verrattiin kolmea eri vaihtoehtoista verkkotekniikkaa: kytkintekniikkaa, reititintekniikkaa ja MPLS-tekniikkaa. Vertailun perusteella valitulla verkkotekniikalla tehtiin suunnitelma avoimesta, valmistajasta riippumattomasta standardeihin perustuvasta yritystason Ethernet-pohjaisesta TCP/IP prosessiverkkoratkaisusta. Johtopäätöksissä pohditaan valitun ratkaisun käytettävyyttä, tietoturvaa sekä toimenpiteitä niiden kehittämiseksi.

Käyttöliittymä verkonhallintaan sulautetussa Linux-käyttöjärjestelmässä

During the project we get familiar with Linksys WRT54GL wireless router and its network managing methods. Operating system is OpenWRT which is Linux-based distribution for embedded devices. OpenWRT uses two kind of approach for its network administration. The first one is web-based user interface and the second one is command line based. Both methods are working but do not solve all problems that competent network administrator can need for secured network managing. The goal of the project was design an NCurses-based user interface for network administration that can be run from command line. The user interface can be use for example from terminal via SSH which is yet faster and also light to use. The idea is to combine the user friendly of WWW-interface and the advanced options that command line based network managing can offer. Linux-based open source OpenWRT offers good development tools. There exist also a compact development community if there is need for further development of software in future. So far user interface for command line based network administrator is not available.

Multilayer switch hardware support for Linux

VDSL on teknologia, joka mahdollistaa nopeat Internet-yhteydet tavallista puhelinlinjaa käyttäen. Tätä varten käyttäjä tarvitsee VDSL-modeemin ja Internet-operaattori reitittimen, johon VDSL-linjat kytketään. Reitittimen on oltava suorituskykyinen, jotta kaikki VDSL-liikenne voidaan reittittää eteenpäin. Tehokkuutta haetaan tekemällä suuri osa reitityksestä erityisillä reititinpiireillä. Tässä diplomityössä käsitellään reititinpiirien teoriaa ja niiden hallintaa. Lisäksi vertailtiin kolmen suuren valmistajan tuotteita. Tuotteiden tarjoamat ominaisuudet vaikuttivat hyvin yhteneväisiltä. Ominaisuuksien hallinta ja toteutus olivat erilaisia. Työn tavoitteena oli löytää ohjelmistoarkkitehtuuri piirien ohjaamiseen niin, että Linux-käyttöjärjestelmän ytimen palveluja voitaisiin käyttää mahdollisimman hyödyllisesti. Työssä havaittiin, että ohjelmistoarkkitehtuurin voi määritellä monella eri tavalla riippuen siitä, miten piiri on kytketty prosessoriin, mitä piirin ominaisuuksia halutaan käyttää ja miten arkkitehtuuria halutaan jatkossa laajentaa.

VLANien käyttöönotto ja reititys kytkentäisessä lähiverkossa

Lähiverkkojen merkitys organisaatioiden toiminnassa on tänä päivänä tärkeämpi kuin koskaan aiemmin. Lähiverkot toimivat alustana useille tekniikoille ja palveluille. Lähiverkossa liikkuu dataliikenteen lisäksi myös puhetta ja kuvaa. Verkko mahdollistaa oheislaitteiden, kuten tiedostopalvelimien ja tulostimien, jakamisen ja käyttämisen koko verkon alueelta. Lähiverkkojen yhdistäminen voidaan toteuttaa teleoperaattoreiden toimesta, joten on vaikeaa enää määritellä lähiverkkoa tarkasti. Tämän diplomityön päätavoitteena oli muodostaa tehokas kytkentäinen lähiverkkoarkkitehtuuri. Keskeisenä osana työhön liittyy virtuaaliset lähiverkot, niiden käyttöönotto sekä reititys. Työn teoriaosassa käydään läpi lähiverkon ja tärkeimmän lähiverkkotekniikan, Ethernet-tekniikan peruselementit. Lisäksi käydään läpi TCP/IP- tekniikan periaate, sen keskeisimmät protokollat, VLAN-tekniikka sekä IP-reititys. Työosuudessa toteutettu Pilottiverkko muodostetaan Ciscon kytkin- ja reititinlaitteilla virtuaaliseen oppilaitosympäristöön. Pilottiverkon avulla esitetään vastaukset työn vaatimusmäärittelyihin, joita ovat verkon muunneltavuuden helppous, useiden broadcast-alueiden toteuttamisen mahdollisuus sekä käyttörajoituksiin perustuvan tietoturvan ja vikasietoisuuden mahdollistaminen verkossa.

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.

Exploring Adaptive Implementation of On-Chip Networks

As technology geometries have shrunk to the deep submicron regime, the communication delay and power consumption of global interconnections in high performance Multi- Processor Systems-on-Chip (MPSoCs) are becoming a major bottleneck. The Network-on- Chip (NoC) architecture paradigm, based on a modular packet-switched mechanism, can address many of the on-chip communication issues such as performance limitations of long interconnects and integration of large number of Processing Elements (PEs) on a chip. The choice of routing protocol and NoC structure can have a significant impact on performance and power consumption in on-chip networks. In addition, building a high performance, area and energy efficient on-chip network for multicore architectures requires a novel on-chip router allowing a larger network to be integrated on a single die with reduced power consumption. On top of that, network interfaces are employed to decouple computation resources from communication resources, to provide the synchronization between them, and to achieve backward compatibility with existing IP cores. Three adaptive routing algorithms are presented as a part of this thesis. The first presented routing protocol is a congestion-aware adaptive routing algorithm for 2D mesh NoCs which does not support multicast (one-to-many) traffic while the other two protocols are adaptive routing models supporting both unicast (one-to-one) and multicast traffic. A streamlined on-chip router architecture is also presented for avoiding congested areas in 2D mesh NoCs via employing efficient input and output selection. The output selection utilizes an adaptive routing algorithm based on the congestion condition of neighboring routers while the input selection allows packets to be serviced from each input port according to its congestion level. Moreover, in order to increase memory parallelism and bring compatibility with existing IP cores in network-based multiprocessor architectures, adaptive network interface architectures are presented to use multiple SDRAMs which can be accessed simultaneously. In addition, a smart memory controller is integrated in the adaptive network interface to improve the memory utilization and reduce both memory and network latencies. Three Dimensional Integrated Circuits (3D ICs) have been emerging as a viable candidate to achieve better performance and package density as compared to traditional 2D ICs. In addition, combining the benefits of 3D IC and NoC schemes provides a significant performance gain for 3D architectures. In recent years, inter-layer communication across multiple stacked layers (vertical channel) has attracted a lot of interest. In this thesis, a novel adaptive pipeline bus structure is proposed for inter-layer communication to improve the performance by reducing the delay and complexity of traditional bus arbitration. In addition, two mesh-based topologies for 3D architectures are also introduced to mitigate the inter-layer footprint and power dissipation on each layer with a small performance penalty.

Exploration and Design of Power-Efficient Networked Many-Core Systems

Multiprocessing is a promising solution to meet the requirements of near future applications. To get full benefit from parallel processing, a manycore system needs efficient, on-chip communication architecture. Networkon- Chip (NoC) is a general purpose communication concept that offers highthroughput, reduced power consumption, and keeps complexity in check by a regular composition of basic building blocks. This thesis presents power efficient communication approaches for networked many-core systems. We address a range of issues being important for designing power-efficient manycore systems at two different levels: the network-level and the router-level. From the network-level point of view, exploiting state-of-the-art concepts such as Globally Asynchronous Locally Synchronous (GALS), Voltage/ Frequency Island (VFI), and 3D Networks-on-Chip approaches may be a solution to the excessive power consumption demanded by today’s and future many-core systems. To this end, a low-cost 3D NoC architecture, based on high-speed GALS-based vertical channels, is proposed to mitigate high peak temperatures, power densities, and area footprints of vertical interconnects in 3D ICs. To further exploit the beneficial feature of a negligible inter-layer distance of 3D ICs, we propose a novel hybridization scheme for inter-layer communication. In addition, an efficient adaptive routing algorithm is presented which enables congestion-aware and reliable communication for the hybridized NoC architecture. An integrated monitoring and management platform on top of this architecture is also developed in order to implement more scalable power optimization techniques. From the router-level perspective, four design styles for implementing power-efficient reconfigurable interfaces in VFI-based NoC systems are proposed. To enhance the utilization of virtual channel buffers and to manage their power consumption, a partial virtual channel sharing method for NoC routers is devised and implemented. Extensive experiments with synthetic and real benchmarks show significant power savings and mitigated hotspots with similar performance compared to latest NoC architectures. The thesis concludes that careful codesigned elements from different network levels enable considerable power savings for many-core systems.

Benchmark of routing protocols regarding green considerations

In Mobile Ad-hoc Networks (MANET) the participating nodes have several roles such as sender, receiver and router. Hence there is a lot of energy consumed by the nodes for the normal working of the network since each node has many different roles. Also in MANET the nodes keep moving constantly and this in turn consumes a lot of energy. Since battery capacity of these nodes is limited it fails to fulfil the high demand of energy. The scarcity of energy makes the energy conservation in mobile ad-hoc networks an important concern. There is several research carried out on the energy consumption of mobile ad-hoc networks these days. Some of this research suggests sleep mode, transmission power control, load balancing etc. In this thesis, we are comparing various proposed energy efficient models for some of the ad-hoc protocols. We compare different energy efficient models for Optimised Linked State Algorithm (OLSR) and Ad-hoc On Demand Distance Vector (AODV). The routing protocols are compared for different parameters such as average remaining energy, number of nodes alive, payload data received and performance with different mobility speed. The simulation results helps in benchmarking the various energy efficient routing models for OLSR and AODV protocols. The benchmarking of the routing protocols can be based on many factors but this thesis concentrates on benchmarking the MANET routing protocols mainly based on the energy efficiency and increased network lifetime.

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.