Energy harvesting methods for wireless sensor nodes in heavy-duty vehicles

The number of autonomous wireless sensor and control nodes has been increasing rapidly during the last decade. Until recently, these wireless nodes have been powered with batteries, which have lead to a short life cycle and high maintenance need. Due to these battery-related problems, new energy sources have been studied to power wireless nodes. One solution is energy harvesting, i.e. extracting energy from the ambient environment. Energy harvesting can provide a long-lasting power source for sensor nodes, with no need for maintenance. In this thesis, various energy harvesting technologies are studied whilst focusing on the theory of each technology and the state-of-the-art solutions of published studies and commercial solutions. In addition to energy harvesting, energy storage and energy management solutions are also studied as a subsystem of a whole energy source solution. Wireless nodes are also used in heavy-duty vehicles. Therefore a reliable, long-lasting and maintenance-free power source is also needed in this kind of environment. A forestry harvester has been used as a case study to study the feasibility of energy harvesting in a forestry harvester’s sliding boom. The energy harvester should be able to produce few milliwatts to power the target system, an independent limit switch.

Sensor Fusion of Proprioception, Force and Vision in Estimation and Robot

Sensor-based robot control allows manipulation in dynamic environments with uncertainties. Vision is a versatile low-cost sensory modality, but low sample rate, high sensor delay and uncertain measurements limit its usability, especially in strongly dynamic environments. Force is a complementary sensory modality allowing accurate measurements of local object shape when a tooltip is in contact with the object. In multimodal sensor fusion, several sensors measuring different modalities are combined to give a more accurate estimate of the environment. As force and vision are fundamentally different sensory modalities not sharing a common representation, combining the information from these sensors is not straightforward. In this thesis, methods for fusing proprioception, force and vision together are proposed. Making assumptions of object shape and modeling the uncertainties of the sensors, the measurements can be fused together in an extended Kalman filter. The fusion of force and visual measurements makes it possible to estimate the pose of a moving target with an end-effector mounted moving camera at high rate and accuracy. The proposed approach takes the latency of the vision system into account explicitly, to provide high sample rate estimates. The estimates also allow a smooth transition from vision-based motion control to force control. The velocity of the end-effector can be controlled by estimating the distance to the target by vision and determining the velocity profile giving rapid approach and minimal force overshoot. Experiments with a 5-degree-of-freedom parallel hydraulic manipulator and a 6-degree-of-freedom serial manipulator show that integration of several sensor modalities can increase the accuracy of the measurements significantly.

Modelling non-industrial private forest landowners' strategic decision making by using logistic regression and neural networks: case of predicting the choice of forest taxation basis

Summary

Project for Active and Robot Vision Course

Tässä työssä raportoidaan harjoitustyön kehittäminen ja toteuttaminen Aktiivisen- ja robottinäön kurssille. Harjoitustyössä suunnitellaan ja toteutetaan järjestelmä joka liikuttaa kappaleita robottikäsivarrella kolmiuloitteisessa avaruudessa. Kappaleidenpaikkojen määrittämiseen järjestelmä käyttää digitaalisia kuvia. Tässä työssä esiteltävässä harjoitustyötoteutuksessa käytettiin raja-arvoistusta HSV-väriavaruudessa kappaleiden segmentointiin kuvasta niiden värien perusteella. Segmentoinnin tuloksena saatavaa binäärikuvaa suodatettiin mediaanisuotimella kuvan häiriöiden poistamiseksi. Kappaleen paikkabinäärikuvassa määritettiin nimeämällä yhtenäisiä pikseliryhmiä yhtenäisen alueen nimeämismenetelmällä. Kappaleen paikaksi määritettiin suurimman nimetyn pikseliryhmän paikka. Kappaleiden paikat kuvassa yhdistettiin kolmiuloitteisiin koordinaatteihin kalibroidun kameran avulla. Järjestelmä liikutti kappaleita niiden arvioitujen kolmiuloitteisten paikkojen perusteella.

Wireless e-Business Applications - Methods for Forecasting the Demand of Wireless Services and Technologies

Tämä tutkimus oli osa sähköistä liiketoimintaa ja langattomia sovelluksia tutkivaa projektia ja tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ennustamisen rooli päätöksenteko- ja suunnitteluprosessissa ja määrittää parhaiten soveltuvat ja useimmin käytetyt teknologian ennustusmenetelmät. Ennustusmenetelmiä tarkasteltiin erityisesti uuden teknologian ja pitkän aikavälin ennustamisen näkökulmasta. Tutkimus perustui teknologista ennustamista, pitkän aikavälin suunnittelua ja innovaatioprosesseja käsittelevän kirjallisuuden analysointiin. Materiaalin perusteella kuvataan teknologian ennustamista informaation hankkimisvälineenä organisaatioiden suunnitteluprosessin apuna. Työssä arvioidaan myös seuraavat teknologisen ennustamisen menetelmät: trendianalyysi-, Delfoi-, cross-impact analyysi-, morfologinen analyysi- ja skenaario analyysimenetelmä. Työ tuo esille jokaisen ennustusmenetelmä ominaispiirteet, rajoitukset ja sovellusmahdollisuudet. Käyttäen esiteltyjä menetelmiä, saadaan kerättyä hyödyllistä informaatiota tulevaisuuden näkymistä, joita sitten voidaan käyttää hyväksi organisaatioiden suunnitteluprosesseissa.

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.

Helsinki hub – new traffic flows and business networks

This thesis is the Logistics Development Forum's assignment and the work dealing with the development of the Port of Helsinki as part of Helsinki hub. The Forum aims to develop logistics efficiency through public-private co-operation and development of the port is clearly dependent on both factors. Freight volumes in the Port of Helsinki are the biggest single factor in hub and, therefore, the role of the port of the entire hub development is strong. The aim is to look at how the port will develop as a result of changes in the foreign trade of Finland and the Northern European logistics trends in 25 years time period. Work includes the current state analysis and scenario work. The analyses are intended to find out, which trends are the most important in the port volume development. The change and effect of trends is examined through scenarios based on current state. Based on the work, the structure of Finnish export industry and international demand are in the key role in the port volume development. There is significant difference between demands of Finnish exporting products in different export markets and the development between the markets has different impacts on the port volumes by mass and cargo type. On the other hand, the Finnish economy is stuck in a prolonged recession and competition between ports has become a significant factor in the individual port's volume development. Ecological valuesand regulations have changed the competitive landscape and maritime transport emissions reductions has become an important competitive factor for short routes in the Baltic Sea, such as in the link between Helsinki and Tallinn.

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.

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.

MANAGING STRATEGIC CHANGE:New Business Models Applying Wireless Technology as a Source of Competitive Edge

The diffusion of mobile telephony began in 1971 in Finland, when the first car phones, called ARP1 were taken to use. Technologies changed from ARP to NMT and later to GSM. The main application of the technology, however, was voice transfer. The birth of the Internet created an open public data network and easy access to other types of computer-based services over networks. Telephones had been used as modems, but the development of the cellular technologies enabled automatic access from mobile phones to Internet. Also other wireless technologies, for instance Wireless LANs, were also introduced. Telephony had developed from analog to digital in fixed networks and allowed easy integration of fixed and mobile networks. This development opened a completely new functionality to computers and mobile phones. It also initiated the merger of the information technology (IT) and telecommunication (TC) industries. Despite the arising opportunity for firms' new competition the applications based on the new functionality were rare. Furthermore, technology development combined with innovation can be disruptive to industries. This research focuses on the new technology's impact on competition in the ICT industry through understanding the strategic needs and alternative futures of the industry's customers. The change speed inthe ICT industry is high and therefore it was valuable to integrate the DynamicCapability view of the firm in this research. Dynamic capabilities are an application of the Resource-Based View (RBV) of the firm. As is stated in the literature, strategic positioning complements RBV. This theoretical framework leads theresearch to focus on three areas: customer strategic innovation and business model development, external future analysis, and process development combining these two. The theoretical contribution of the research is in the development of methodology integrating theories of the RBV, dynamic capabilities and strategic positioning. The research approach has been constructive due to the actual managerial problems initiating the study. The requirement for iterative and innovative progress in the research supported the chosen research approach. The study applies known methods in product development, for instance, innovation process in theGroup Decision Support Systems (GDSS) laboratory and Quality Function Deployment (QFD), and combines them with known strategy analysis tools like industry analysis and scenario method. As the main result, the thesis presents the strategic innovation process, where new business concepts are used to describe the alternative resource configurations and scenarios as alternative competitive environments, which can be a new way for firms to achieve competitive advantage in high-velocity markets. In addition to the strategic innovation process as a result, thestudy has also resulted in approximately 250 new innovations for the participating firms, reduced technology uncertainty and helped strategic infrastructural decisions in the firms, and produced a knowledge-bank including data from 43 ICT and 19 paper industry firms between the years 1999 - 2004. The methods presentedin this research are also applicable to other industries.

Wireless Technologies in e-Business; Services, Security and Management

Uusien mobiilien laitteiden ja palveluiden kehitys ovat herättäneet yritysten mielenkiinnon soveltaa langattomia sovelluksia omassa liiketoiminnassaan. Erilaisten tekniikoiden myötä myös mahdollisuuksien kirjo on laajentumassa, mikä johtaa erilaisten verkkojen ja laitteiden yhtenäiselle hallinnalle asetettavien vaatimusten kasvuun. Yritysten siirtyessä soveltamaan uusia langattomia palveluita ja sovelluksia on myös huomioon otettavaa sovellusten sekä palveluiden vaatima tietoturva ja sen hallittavuus. Tutkimuksessa esitetään langattoman sähköisen liiketoiminnan määritelmä sekä kyseisien teknologioiden käyttöä edistävät tekijät. Tutkimus luo viitekehyksen yrityksen langattomien teknologioiden käytölle ja siihen olennaisesti vaikuttavista tekijöistä. Viitekehystä on käytetty todelliseen esimerkkiin, liikkuva myyntihenkilö, kyseisten teknologioiden, palveluiden, tietoturvan ja hallittavuuden näkökulmasta. Johtopäätöksinä on arvioitu mobiilien ja langattomien teknologioiden sekä palveluiden, tietoturvan ja hallittavuuden tilaa ja analysoimalla niitä tulevaa ajatellen.

Software methods for HTML files protection in local / corporate networks: review and implementation

Tässä luomistyössä on esitetty tutkimus informaation suojaamisen menetelmien osalta paikallisissa ja ryhmäkuntaisissa verkoissa. Tutkimukseen kuuluu nykyaikaisten kryptagraafisten järjestelmien, Internetin/Intranetin ohjelmointikeinojen ja pääsyoikeuksien jakelumenetelmien analyysi. Tutkimusten perusteella on laadittu ohjelmiston prototyyppi HTML-tiedostojen suojaamista varten. Ohjelmiston laatimisprosessi on sisältänyt vaatimusten, järjestelmän ja suojelukomponenttien suunnittelun ja protytyypin testauksen. Ohjelmiston realisoinnin jälkeen kirjoitettiin käyttöohjeet. Ohjelmiston prototyyppi suojaa informaatiota HTML-tiedoston koko käytön aikana ja eri yrityksissä voidaan käyttää sitä pienien laajennuksien jälkeen.