Wireless Application Test Bed and Simulations for Broadband Mobile Communications Systems

Langattoman laajakaistaisen tietoliikennetekniikan kehittyminen on herättänyt kiinnostuksen sen ammattimaiseen hyödyntämiseen yleisen turvallisuuden ja kriisinhallinnan tarpeisiin. Hätätilanteissa usein olemassa olevat kiinteät tietoliikennejärjestelmät eivät ole ollenkaan käytettävissä tai niiden tarjoama kapasiteetti ei ole riittävä. Tästä syystä on noussut esiin tarve nopeasti toimintakuntoon saatettaville ja itsenäisille langattomille laajakaistaisille järjestelmille. Tässä diplomityössä on tarkoitus tutkia langattomia ad hoc monihyppy -verkkoja yleisen turvallisuuden tarpeiden pohjalta ja toteuttaa testialusta, jolla voidaan demonstroida sekä tutkia tällaisen järjestelmän toimintaa käytännössä. Työssä tutkitaan pisteestä pisteeseen sekä erityisesti pisteestä moneen pisteeseen suoritettavaa tietoliikennettä. Mittausten kohteena on testialustan tiedonsiirtonopeus, lähetysteho ja vastaanottimen herkkyys. Näitä tuloksia käytetään simulaattorin parametreina, jotta simulaattorin tulokset olisivat mahdollisimman aidot ja yhdenmukaiset testialustan kanssa. Sen jälkeen valitaan valikoima yleisen turvallisuuden vaatimusten mukaisia ohjelmia ja sovellusmalleja, joiden suorituskyky mitataan erilaisten reititysmenetelmien alaisena sekä testialustalla että simulaattorilla. Tuloksia arvioidaan ja vertaillaan. Multicast monihyppy -video päätettiin sovelluksista valita tutkimusten pääkohteeksi ja sitä sekä sen ominaisuuksia on tarkoitus myös oikeissa kenttäkokeissa.

Secure many-to-one communications in wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSN) are formed by nodes with limited computational and power resources. WSNs are finding an increasing number of applications, both civilian and military, most of which require security for the sensed data being collected by the base station from remote sensor nodes. In addition, when many sensor nodes transmit to the base station, the implosion problem arises. Providing security measures and implosion-resistance in a resource-limited environment is a real challenge. This article reviews the aggregation strategies proposed in the literature to handle the bandwidth and security problems related to many-to-one transmission in WSNs. Recent contributions to secure lossless many-to-one communication developed by the authors in the context of several Spanish-funded projects are surveyed. Ongoing work on the secure lossy many-to-one communication is also sketched.

Electrical pump & probe and injected carrier losses quantification in Er doped Si slot waveguides

Electrically driven Er3+ doped Si slot waveguides emitting at 1530 nm are demonstrated. Two different Er3+ doped active layers were fabricated in the slot region: a pure SiO2 and a Si-rich oxide. Pulsed polarization driving of the waveguides was used to characterize the time response of the electroluminescence (EL) and of the signal probe transmission in 1 mm long waveguides. Injected carrier absorption losses modulate the EL signal and, since the carrier lifetime is much smaller than that of Er3+ ions, a sharp EL peak was observed when the polarization was switched off. A time-resolved electrical pump & probe measurement in combination with lock-in amplifier techniques allowed to quantify the injected carrier absorption losses. We found an extinction ratio of 6 dB, passive propagation losses of about 4 dB/mm, and a spectral bandwidth > 25 nm at an effective d.c. power consumption of 120 μW. All these performances suggest the usage of these devices as electro-optical modulators.

UMTS-verkon radiorajapinnan aiheuttamat rajoitukset palvelutuotannossa

Diplomityössä perehdytään UMTS-verkon historiaan, monikäyttötekniikkaan ja suun-nitteluun. Erityisesti tarkastellaan UMTS-verkon palveluiden laatuvaatimuksia (QoS), joiden avulla sekä palveluiden käyttäjät että palveluiden tarjoajat voivat käyttää radiora-japintaa haluamallaan tavalla. Käytännön osassa tarkastellaan QoS:ien mukaisia palveluita, palveluiden sijoittamista UMTS-verkkoon ja palvelutuotantoon liittyviä teknisiä rajoituksia. Lisäksi tarkastel-laan, miten UMTS-verkossa olevan päätelaitteen dataliikenteen taajuuskaista muuttuu päätelaitteen liikkuessa.

RF Field Immunity of a Network Terminating Unit at Over One Gigaherz Frequencies

Työssä tutkitaan telepäätelaitteen yli gigahertsin taajuisen säteilevän RF kentän sietoisuutta. Mittauksissa testattava laite on Tellabs Oy:n valmistaman CTU modeemin tuotekehitysversio. Teoriaosassa käydään läpi sähkömagneettisten aaltojen teoriaa, sekä säteilevän RF kentän aiheuttamien sähkömagneettiset häiriöiden syntymekanismeja. Myös säteilevien häiriöiden EMC mittauksiin tarvittavien mittalaitteiden tärkeimmät ominaisuudet esitellään, sekä pohditaan yli gigahertsin taajuuksille sopivien EMC mittalaitteiden vaatimuksia. EMC standardit eivät tällä hetkellä aseta vaatimuksia telelaitteiden RF kentän sietoisuudelle yli gigahertsin taajuudella. Tämän vuoksi työssä käsitellään myös todennäköisimpiä häiriölähteitä tällä taajuusalueella. Mittauksissa tutkittiin CTU:n RF kentän sietoisuutta taajuusalueella l - 4.2 GHz. Mittaukset suoritettiin sekä radiokaiuttomassa kammiossa että GTEM solussa. Myös metallisten lisäsuojien vaikutusta CTU:n kentänsietoisuuteen tutkittiin GTEM solussa.

Adaptive Protocol Stacks for Mobile Devices

Tulevaisuudessa siirrettävät laitteet, kuten matkapuhelimet ja kämmenmikrot, pystyvät muodostamaan verkkoyhteyden käyttäen erilaisia yhteysmenetelmiä eri tilanteissa. Yhteysmenetelmillä on toisistaan poikkeavat viestintäominaisuudet mm. latenssin, kaistanleveyden, virhemäärän yms. suhteen. Langattomille yhteysmenetelmille on myös ominaista tietoliikenneyhteyden ominaisuuksien voimakas muuttuminen ympäristön suhteen. Parhaan suorituskyvyn ja käytettävyyden saavuttamiseksi, on siirrettävän laitteen pystyttävä mukautumaan käytettyyn viestintämenetelmään ja viestintäympäristössä tapahtuviin muutoksiin. Olennainen osa tietoliikenteessä ovat protokollapinot, jotka mahdollistavat tietoliikenneyhteyden järjestelmien välillä tarjoten verkkopalveluita päätelaitteen käyttäjäsovelluksille. Jotta protokollapinot pystyisivät mukautumaan tietyn viestintäympäristön ominaisuuksiin, on protokollapinon käyttäytymistä pystyttävä muuttamaan ajonaikaisesti. Perinteisesti protokollapinot ovat kuitenkin rakennettu muuttumattomiksi niin, että mukautuminen tässä laajuudessa on erittäin vaikeaa toteuttaa, ellei jopa mahdotonta. Tämä diplomityö käsittelee mukautuvien protokollapinojen rakentamista käyttäen komponenttipohjaista ohjelmistokehystä joka mahdollistaa protokollapinojen ajonaikaisen muuttamisen. Toteuttamalla esimerkkijärjestelmän, ja mittaamalla sen suorituskykyä vaihtelevassa tietoliikenneympäristössä, osoitamme, että mukautuvat protokollapinot ovat mahdollisia rakentaa ja ne tarjoavat merkittäviä etuja erityisesti tulevaisuuden siirrettävissä laitteissa.

Design and Implementation of Peer-to-Peer Network over Bluetooth

During the last half decade the popularity of different peer-to-peer applications has grown tremendously. Traditionally only desktop-class computers with fixed line network connections have been powerful enough to utilize peer-to-peer. However, the situation is about to change. The rapid development of wireless terminals will soon enable peer-to-peer applications on these devices as well as on desktops. Possibilities are further enhanced by the upcoming high-bandwidth cellular networks. In this thesis the applicability and implementation alternatives of an existing peer-to-peer system are researched for two target platforms: Linux powered iPaq and Symbian OS based smartphone. The result is a peer-to-peer middleware component suitable for mobile terminals. It works on both platforms and utilizes Bluetooth networking technology. The implemented software platforms are compatible with each other and support for additional network technologies can be added with a minimal effort.

Laajakaistainen Vivaldi-antennielementti

Diplomityössä suunniteltiin, rakennettiin ja mitattiin laajakaistainen antennielementti lineaariseen antenniryhmään. Elementti toimii mikroaaltoalueella, ja sen kaistanleveys on noin 4,8:1. Elementti koostuu kaksipuolisesta eksponentiaalisesti taperoidusta rakoantennista eli Vivaldi-antennista ja laajakaistaisesta siirtymästä liuskajohdosta kaksipuoliseen rakojohtoon. Elementin koko pienimmällä käyttötaajuudella on noin 0,31 lambda kertaa 0,34 lambda, josta antennitorven koko on vain noin 0,21 lambda kertaa 0,21 lambda. Elementti suunniteltiin HFSS-simulointiohjelman avulla ja rakennettiin kahdesta erillisestä piirilevystä puristamalla nämä yhteen alumiinisella kehyksellä. Mittauksilla varmistettiin elementin toiminta ja simulointien luotettavuus. Osoitettiin, että elementti voidaan suunnitella simulointiohjelman avulla ja rakentaa työssä käytetyllä tavalla. Osoitettiin myös, että tarvittavaa mitoitussimulointien määrää voidaan vähentää yhdistämällä erikseen mitoitetut rakoantenni ja siirtymä. Lisäksi simuloinnein osoitettiin, että elementti toimii myös ryhmässä ja että sen toimintaa voidaan parantaa kehyksen avulla.

EGPRS-muutokset matkapuhelimen fyysiselle signalointiprotokollatasolle

Tässä työssä käsitellään muutoksia, joita EGPRS-standardi aiheuttaa matkapuhelimen fyysiselle signalointiprotokollatasolle. EGPRS on laajennus normaaliin GPRS-verkkoon ja se mahdollistaa yhteistoiminnan Yhdysvalloissa käytetyn TDMA-matkapuhelinstandardin kanssa. EGPRS-puhelimessa puhelut hoidetaan TDMA-verkon kautta ja datan siirto GPRS-verkon kautta. EGPRS operoi GSM850 ja GSM1900 taajuusalueilla. EGPRS:n merkittävimpiä uusia ominaisuuksia ovat modulointimenetelmä EDGE ja kompaktit kontrollikanavat. Uudella modulointimenetelmällä saavutetaan kolminkertainen tiedonsiirtonopeus vanhaan modulointimenetelmään verrattuna. Kompaktien kontrollikanavien avulla voidaan tukiaseman taajuuskaistan tarvetta pienentää huomattavasti. Tukiasema voi käyttää vanhaa ja uutta modulointimenetelmää yhtä aikaa. EGPRS-verkko voi sisältää sekä kompakteja että normaaleja tukiasemia.

Security in multicast communication

Multicast is one method to transfer information in IPv4 based communication. Other methods are unicast and broadcast. Multicast is based on the group concept where data is sent from one point to a group of receivers and this remarkably saves bandwidth. Group members express an interest to receive data by using Internet Group Management Protocol and traffic is received by only those receivers who want it. The most common multicast applications are media streaming applications, surveillance applications and data collection applications. There are many data security methods to protect unicast communication that is the most common transfer method in Internet. Popular data security methods are encryption, authentication, access control and firewalls. The characteristics of multicast such as dynamic membership cause that all these data security mechanisms can not be used to protect multicast traffic. Nowadays the protection of multicast traffic is possible via traffic restrictions where traffic is allowed to propagate only to certain areas. One way to implement this is packet filters. Methods tested in this thesis are MVR, IGMP Filtering and access control lists which worked as supposed. These methods restrict the propagation of multicast but are laborious to configure in a large scale. There are also a few manufacturerspecific products that make possible to encrypt multicast traffic. These separate products are expensive and mainly intended to protect video transmissions via satellite. Investigation of multicast security has taken place for several years and the security methods that will be the results of the investigation are getting ready. An IETF working group called MSEC is standardizing these security methods. The target of this working group is to standardize data security protocols for multicast during 2004.

Microwave spectrometry for the Evaluation of the structural integrity of metallic stents

Purpose: To assess the feasibility of a method based on microwave spectrometry to detect structural distortions of metallic stents in open air conditions and envisage the prospects of this approach toward possible medical applicability for the evaluation of implanted stents. Methods: Microwave absorbance spectra between 2.0 and 18.0 GHz were acquired in open air for the characterization of a set of commercial stents using a specifically design setup. Rotating each sample over 360º, 2D absorbance diagrams were generated as a function of frequency and rotation angle. To check our approach for detecting changes in stent length (fracture) and diameter (recoil), two specific tests were performed in open air. Finally, with a few adjustments, this same system provides 2D absorbance diagrams of stents immersed in a water-based phantom, this time over a bandwidth ranging from 0.2 to 1.8 GHz. Results: The authors show that metallic stents exhibit characteristic resonant frequencies in their microwave absorbance spectra in open air which depend on their length and, as a result, may reflect the occurrence of structural distortions. These resonances can be understood considering that such devices behave like dipole antennas in terms of microwave scattering. From fracture tests, the authors infer that microwave spectrometry provides signs of presence of Type I to Type IV stent fractures and allows in particular a quantitative evaluation of Type III and Type IV fractures. Recoil tests show that microwave spectrometry seems able to provide some quantitative assessment of diametrical shrinkage, but only if it involves longitudinal shortening. Finally, the authors observe that the resonant frequencies of stents placed inside the phantom shift down with respect to the corresponding open air frequencies, as it should be expected considering the increase of dielectric permittivity from air to water. Conclusions: The evaluation of stent resonant frequencies provided by microwave spectrometry allows detection and some quantitative assessment of stent fracture and recoil in open air conditions. Resonances of stents immersed in water can be also detected and their characteristic frequencies are in good agreement with theoretical estimates. Although these are promising results, further verifica tion in a more relevant phantom is required in order to foresee the real potential of this approach.

Operational Reliability Analysis of a Three-Tiered Thin-Client ERP-system in an International Corporate Environment

Internationalization and the following rapid growth have created the need to concentrate the IT systems of many small-to-medium-sized production companies. Enterprise Resource Planning systems are a common solution for such companies. Deployment of these ERP systems consists of many steps, one of which is the implementation of the same shared system at all international subsidiaries. This is also one of the most important steps in the internationalization strategy of the company from the IT point of view. The mechanical process of creating the required connections for the off-shore sites is the easiest and most well-documented step along the way, but the actual value of the system, once operational, is perceived in its operational reliability. The operational reliability of an ERP system is a combination of many factors. These factors vary from hardware- and connectivity-related issues to administrative tasks and communication between decentralized administrative units and sites. To accurately analyze the operational reliability of such system, one must take into consideration the full functionality of the system. This includes not only the mechanical and systematic processes but also the users and their administration. All operational reliability in an international environment relies heavily on hardware and telecommunication adequacy so it is imperative to have resources dimensioned with regard to planned usage. Still with poorly maintained communication/administration schemes no amount of bandwidth or memory will be enough to maintain a productive level of reliability. This thesis work analyzes the implementation of a shared ERP system to an international subsidiary of a Finnish production company. The system is Microsoft Dynamics Ax, currently being introduced to a Slovakian facility, a subsidiary of Peikko Finland Oy. The primary task is to create a feasible base of analysis against which the operational reliability of the system can be evaluated precisely. With a solid analysis the aim is to give recommendations on how future implementations are to be managed.

Improving the performance of the single-dish Cherenkov telescope MAGIC through the use of signal timing

The Cherenkov light flashes produced by Extensive Air Showers are very short in time. A high bandwidth and fast digitizing readout, therefore, can minimize the influence of the background from the light of the night sky, and improve the performance in Cherenkov telescopes. The time structure of the Cherenkov image can further be used in single-dish Cherenkov telescopes as an additional parameter to reduce the background from unwanted hadronic showers. A description of an analysis method which makes use of the time information and the subsequent improvement on the performance of the MAGIC telescope (especially after the upgrade with an ultra fast 2 GSamples/s digitization system in February 2007) will be presented. The use of timing information in the analysis of the new MAGIC data reduces the background by a factor two, which in turn results in an enhancement of about a factor 1.4 of the flux sensitivity to point-like sources, as tested on observations of the Crab Nebula.

Tietoliikenteen tulevaisuuden näkymiä - Etelä-Karjala 2018

Tekniikan kehitys menee vauhdilla eteenpäin ja uusi verkkotekniikoita syntyy koko ajan. Haasteita tuottavat sopivien verkkotekniikoiden löytäminen käyttöön tietylle alueelle ja joissakin tapauksissa joudutaan tyytymään kompromissiratkaisuihin. Lyhyen kantaman langattomat kommunikaatioteknologiat soveltuvat esimerkiksi haja-asutusalueille ja saaristoon, mikäli perinteisen kuidun vetäminen niille alueille ei ole mahdollista. Tässä työssä tuodaan esille niitä langallisia ja langattomia tekniikoita, jotka ovat tällä hetkellä tai tulevaisuudessa merkityksellisiä Etelä-Karjalan kannalta. Osa tekniikoista voi jäädä kokonaan pois käytöstä kymmenen vuoden sisällä tai ne voivat yhdistyä ja muuttaa muotoaan. Työn tuloksena syntyneen kartoituksen perusteella saadaan visio siitä, miltä Etelä-Karjalan tilanne näyttää vuonna 2018. Nyt on jo tiedossa Soneran puhelinlankaverkon alasajo lähivuosina ja kuidun vetäminen viemäriin viemäröintitöiden yhteydessä. Tulevaisuuden kaistankäyttötarpeet ja erilaisten palvelujen lisääntyminen edesauttavat viihdepalveluiden tarjonnan monipuolistumista. Open Access ja triple-play ovat tulevaisuuden termejä. Viihteen lisäksi myös muilla eri osa-alueilla kuten työelämässä, sairaaloissa ja kouluissa on tarvetta laajakaistaisille monipalveluille.

Estimating extreme value cumulative distribution functions using bias-corrected kernel approaches

We propose a new kernel estimation of the cumulative distribution function based on transformation and on bias reducing techniques. We derive the optimal bandwidth that minimises the asymptotic integrated mean squared error. The simulation results show that our proposed kernel estimation improves alternative approaches when the variable has an extreme value distribution with heavy tail and the sample size is small.