Sähköurakoitsijan langattoman mobiiliratkaisun sunnittelu ja toteuttaminen

Kandidaatintyön tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa tehokkaampi ajanhallintajärjestelmä sähköalan yritykseen. Ajanhallinnan tehostaminen oli tarkoitus saavuttaa siirtämällä työtuntien seuranta paperilomakkeiden käytöstä sähköiseen tietokantaan johon syötetään tiedot langattomilla päätelaitteilla. Päätelaitteiksi valittiin kämmentietokoneet jotka käyttävät tiedonsiirtoon langatonta lähiverkkoa ja yrityksen ulkopuolella GSMkännykkäverkon datasiirto-ominaisuuksia. Ohjelmisto koottiin useista eri sovelluskomponenteista Groupware-ohjelmistopaketin käyttämisen sijaan. Useiden eri sovellusten käyttö osoittautui virheeksi koska näiden erilaiset käyttöliittymät ja vaihtelevat ominaisuudet hankaloittivat käyttöä. Työn tehokkuutta mitattaessa havaittiin että järjestelmän käyttöönotto oli lisännyt ajanhallintaan liittyvien tehtävien pituutta eikä tehostanut niitä. Tämä johtuu osittain useiden eri sovellusten käytöstä ja niiden ominaisuuksien puutteista.

Langattoman tietoliikenneverkon toteuttaminen satama-alueelle

Tässä työssä toteutetaan IEEE 802.16-2004 standardiin perustuva langaton WiMAX tietoliikenneverkko, sekä tutkitaan etenemismallien soveltuvuutta satama-alueelle. Myös muiden verkkoratkaisujen soveltuvuutta pohditaan. Lisäksi tutkitaan sääolosuhteiden sekä päätelaitteen liikkumisnopeuden vaikutuksia yhteyteen. Satama-alueella on teräksestä valmistettuja merikontteja pinottuina päällekkäin, ja ne vaikeuttavat langattomien signaalien etenemistä. Merikonttien pinot säilyttävät tietyn maksimikorkeuden johtuen työkoneiden rajallisesta kyvystä pinota niitä. Langattomien signaalien etenemiselle erilaisissa ympäristöissä on kehitetty etenemismalleja. Etenemisallien avulla voidaan pyrkiä ennustamaan signaalin vahvuutta eri etäisyyksillä tukiasemasta. Etenemismallit kuvaavat ympäristön aiheuttamaa signaalin vaimenemista erilaisten muuttujien avulla. Langattoman tietoliikenneverkon toteutus ongelmatilanteineen dokumentoitiin ja alueella tehtiin kuuluvuusmittauksia. Löydettiin etenemismalli ja muuttujat, joiden avulla lasketut tulokset vastasivat mitattuja tuloksia hyvin. Myös sääolosuhteiden sekä päätelaitteen liikkumisnopeuden vaikutusta signaalin vahvuuteen tutkittiin. Vesi- ja lumisateen sekä sumun vaikutuksen todettiin olevan merkityksetön verkon käyttämällä 3.5 GHz taajuusalueella. Myöskään päätelaitteen liikkumisnopeuden ei todettu vaikuttavan toiminnallisuuteen 20-30 kilometrin tuntinopeudella, jolla työkoneet alueella liikkuvat.

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.

Utilizing Near Field Communication in Health Care

In this master’s thesis, possibilities to utilize Near Field Communication (NFC) technology in health care applications are examined. NFC is a short-range wireless communication technology that enables the exchange of data between devices. Main components in NFC are tag, which contains data, a NFC reader device, which can be for instance embedded to mobile phone and also act as a tag, and an antennae in both tag and reader. In this work NFC technology is discussed and its utilization in health care information systems that are in use or in trial. Utilization of information technology in health care field is examined superficially. In this thesis, a system utilizing NFC is designed and its requirements and architecture presented. NFC is used in identification of care worker. When care worker arrives at the house of a patient, she brings the NFC-enabled mobile phone near NFC tag. This sends information to the application server. This information contains the time of arrival and patient and location identifier. When care worker leaves the place, she repeats the procedure. Information gathered can be used in reporting and real time tracking.

A Communication Middleware Quality Enhancement with Qt Framework

In this thesis, a Peer-to-Peer communication middleware for mobile environment is developed using the Qt framework and the Qt Mobility extension. The Peer-to-Peer middleware – called as PeerHood – is for service sharing in network neighborhood. In addition, the PeerHood enables service connectivity and device monitoring functionalities. The concept of the PeerHood is already available in native C++ implementation on Linux platform using services from the platform. In this work, the PeerHood concept is remade to be based on use of the Qt framework. The objective of the new solution is to increase PeerHood quality with using functionalities from the Qt framework and the Qt Mobility extension. Furthermore, by using the Qt framework, the PeerHood middleware can be implemented to be portable cross-platform middleware. The quality of the new PeerHood implementation is evaluated with defined quality factors and compared with the existing PeerHood. Reliability, CPU usage, memory usage and static code analysis metrics are used in evaluation. The new PeerHood is shown to be more reliable and flexible that the existing one.

ZigBee-verkot

Tässä opinnäytetyössä perehdytään ZigBee-verkkoprotokollaan, joka on lyhyen kantaman langaton tekniikka, jossa on pyritty pieneen virrankulutukseen ja halpoihin valmistuskustannuksiin. Työssä tehdään ZigBee-tekniikasta lyhyt suomenkielinen yhteenveto, jossa esitellään ZigBee-verkon perustoiminnot ja käytetyt termit. Tarkoituksena on, että työssä esitetyt asiat pystyy omaksumaan ilman aikaisempaa perehtymistä tietoliikennetekniikkaan ja langattomiin verkkoihin.

Real-time Musical Pair Improvisation on Mobile Devices

This thesis discusses the design and implementation of a real-time musical pair improvisation scenario for mobile devices. In the scenario transferring musical information over a network connection was required. The suitability of available wireless communication technologies was evaluated and communication was analyzed and designed on multiple layers of TCP/IP protocol stack. Also an application layer protocol was designed and implemented for the scenario. The implementation was integrated into a mobile musical software for children using available software components and libraries although the used platform lead to hardware and software constraints. Software limitations were taken into account in design. The results show that real-time musical improvisation can be implemented with wireless communication and mobile technology. The results also show that link layer had the most significant effect on real-time communication in the scenario.

ZigBee-verkot ja evaluointilaitteen suunnittelu

In this thesis a closer look at ZigBee wireless network protocol was made and a ZigBee evaluation device was designed and built for testing it. ZigBee is a digital wireless network technology published in 2004, which was developed for wireless control and automation systems. It is based on the IEEE 802.15.4-2003 standard, and its aim was to create a reliable wireless networking protocol with secure data transmissions, low power consumption and low manufacturing costs. The low power consumption requirement has also led to a slow data rate and a short range, but in a ZigBee network individual network devices can route messages to each other, so short range is not a problem. In automation and control systems a fast data rate is not usually an important requirement either. ZigBee network can form automatically and one ZigBee network can theoretically include thousands of devices, all of which can communicate with each other. ZigBee network is also self-healing, so an individual device dropping out of the network, like breaking down, does not affect functionality of the network. Evaluation device was designed and implemented in four different versions, which were tested with six different antenna designs. All antennas were tested at a range of 100 meters in an open terrain using two different frequencies and transmission powers. Also a range test was performed for selected antennas using transmission power of 4,5 dBm, which was maximum power of the ZigBee chip used in the evaluation device. Range test resulted in a measured range of several hundred meters, which can be considered as a good result for a short-range technology.

Menetelmiä joukon elektronisen aktiivisuuden arvioimiseksi : informaatioteoreettinen näkökulma

Sähkömagneettista spektriä hyödynnetään laajasti erilaisten tietoliikenne- ja sensorijärjestelmien lähettämän datan siirtotienä. Tätä siirrettävää dataa hyödynnetään sotilasjoukon johtamisessa ja tilannekuvan muodostamisessa. Siinä, missä sotilasjoukko saa merkittävää hyötyä sähkömagneettisen spektrin käytöstä, se myös samalla tuottaa informaatiota joukon toiminnasta kiinnostuneen tiedustelijan ulottuville. Tiedustelija pyrkii elektronisen tiedustelun menetelmin havaitsemaan ja hyödyntämään mahdollisimman tehokkaasti ulottuvilleen päätyvän informaation. Sotilasjoukon on kyettävä kontrolloimaan omaa elektronista aktiivisuuttaan siten, että tiedustelujärjestelmän kyky tuottaa tilannekuvaa voidaan kiistää tai ainakin tiedustelijan ulottuville päätyvän informaation määrä on ennakoitavissa. Ennakointia ja erilaisten olosuhteiden vertailua varten tarvitaan menetelmiä, joilla kyetään yksiselitteisesti ja mitallisesti arvioimaan joukon sisältämän ja tuottaman sekä tiedustelijan saataville päätyvän informaation määrää. Näiden menetelmien kehittäminen on tämän tutkimuksen päämäärä. Informaatioteoria tarjoaa työkaluja informaation määrän arvioimiseksi ja on näin ollen varsin luonnollinen valinta tutkimuksen näkökulmaksi. Tuloksina esitellään neljä erillistä menetelmää, joita voidaan hyödyntää joukon elektronisen aktiivisuuden ja elektronisen suojautumisen tason arvioinnissa. Menetelmistä kaksi mittaa joukon sisältämää informaatiota eli organisaatioon sijoitettujen lähettimien jakautumista ja erottuvuutta ympäristöstään. Kaksi muuta menetelmää keskittyvät analysoimaan joukon tuottaman (lähettimien käyttötapoihin liittyvää) informaation määrää ja sen päätymistä tiedustelijan ulottuville erilaisissa olosuhteissa. Kehitetyt menetelmät perustuvat entropian, ehdollisen entropian, yhtenäisinformaation, suhteellisen entropian ja informaation yhteenlaskettavuuden määritelmiin ja ominaisuuksiin. Oleellinen osa työtä on joukon lähettimien käytön mallintaminen stokastisten prosessien avulla sekä erilaisten häiriöiden huomioiminen. Menetelmien hyödynnettävyyden osalta voidaan osoittaa, että menetelmät tarjoavat selkeitä mitallisia ja entistä monipuolisempia mahdollisuuksia arvioida erilaisia olosuhteita elektronisen suojautumisen kannalta. Vaikka menetelmät jäävä varsin teoreettiselle asteelle, on varsin selkeästi havaittavissa niiden tarjoamat mahdollisuudet tuottaa lisäarvoa joukon toimintavaihtoehtojen vertailuun ja operaatioanalyyttisiin tarkasteluihin. Käytännöllisten työkalujen kehittäminen vaatii kuitenkin jatkotutkimusta ja kehitystyötä.

Rakennustarkastuksen mobiilityökalun suunnittelu ja toteuttaminen

Rakennusteollisuuden prosessit ovat vielä usein paperipohjaisia, mikä aiheuttaa työmaiden luonteesta johtuen tiedon hajaantumista, hidastaa tiedon siirtymistä ja vaikeuttaa tiedon käsittelyä. Työmaiden väliaikaisilla konttoreilla tiedon määrä voi nousta hallitsemattoman suureksi, mikä haittaa ja hidastaa työnjohdon päätöksentekoa. Käyttämällä sähköisiä työkaluja tiedon keräämistä, keskittämistä ja siirtoa voidaan tehostaa. Projektin tavoitteeksi otettiin teollisuuden laadunvalvonnan tarkastusprosessin tehostaminen ajallisesti käyttämällä tarkastustyöhön sähköistä tarkastuspöytäkirjaa. Tätä varten suunniteltiin sähköinen tarkastusjärjestelmä, joka koostuu kolmesta erillisestä osasta: Tarkastajan mukana kulkeva mobiililaite, jolle tallennetaan suoraan tarkastuksen laatutietoa, palvelinkone avustamaan tiedonsiirrossa ja –varastoinnissa sekä työpöytäsovellus työnjohdon tarpeisiin. Järjestelmää testattiin sähköalan asennuksia tekevässä yrityksessä osana yrityksen normaalia tarkastustyötä. Verrattuna paperiseen pöytäkirjaan sähköinen tarkastusjärjestelmä nopeutti prosessia moninkertaisesti. Nopeustesteissä havaittiin kuitenkin, että valittu tiedon synkronointikirjasto oli järjestelmän tarpeisiin liian hidas. Järjestelmä saavutti sille asetetut tavoitteet tehostamalla prosessia ajallisesti, mutta järjestelmässä on vielä osa-alueita, jotka tarvitsevat jatkokehittämistä.

Tietoliikennekustannusten optimointi reaaliaikaisessa paikkatietojärjestelmässä

Tässä diplomityössä kehitettiin paikkatietojärjestelmä, joka mahdollistaa ajoneuvojen seurannan ja aikatauluennusteiden tuottamisen reaaliaikaisesti joukkoliikenteen informaatiojärjestelmien tarpeisiin. Tavoitteena oli toteuttaa vastaavan jo käytössä olleen järjestelmän toiminnallisuudet sillä tavoin tehokkaammin, että saataisiin merkittävästi pienennettyä tiedonsiirrossa käytettyä datamäärää ja järjestelmän käytöstä aiheutuvia kustannuksia. Työssä tutkittiin tiedonsiirtoprotokollakerrosten ja protokollasuunnitteluun liittyvien ratkaisujen, kuten viestien yhdistelyn, tietotyyppien valinnan sekä yhteyksien uudelleenkäytön, vaikutusta tarvittavaan tiedonsiirtomäärään. Lopputuloksena vanhoja vastaavien toimintojen vaatima datamäärä saatiin huonoimmassakin tilanteessa puoleen entisestä. Lisäksi niiden logiikan uudistamisen todettiin saavan aikaan tätäkin suuremmat säästöt. Esiin nousikin erityisesti juuri sovelluslogiikan merkitys. Suurimmalta osin sen perusteella määräytyy, kuinka paljon viestintää järjestelmässä tarvitaan. Näin ollen sillä on myös hyvin suuri vaikutus siihen, mikä tietoliikenteen kokonaismäärä lopulta on.

Liikkuvan tilaajan järjestelmän käyttö yhtymässä

Tutkimuksen päämääränä on selvittää liikkuvan tilaajan järjestelmän käyttömahdollisuuksia prikaati 2005:n taistelussa. Tärkeimpänä kysymyksenä on: Miten liikkuvan tilaajan järjestelmää käytetään prikaati 2005:n taistelussa? Lisäksi tutkimuksessa on pyritty selvittämään tekniikan tuomia mahdollisuuksia ja haasteita sekä radiopakettiverkon integroimista järjestelmään. Tärkeimpänä tutkimusmenetelmänä on käytetty asiakirja- ja kirjallisuustutkimusta, jota on täydennetty asiantuntijahaastatteluilla. Muita menetelmiä ovat simulointi ja kenttätestit. Liikkuvan tilaajan järjestelmä on valmiusyhtymien johtamiseen käytettävä kokonaisuus, jolla aikaansaadaan johtamisen ja tulenkäytön tiedonsiirron mahdollistava taistelun vaikutuksia kestävä radiojärjestelmä. Järjestelmä tarjoaa puhe- ja dataliikenne mahdollisuudet liikkuvien tilaajien ja YVI-verkon välillä. Jatkokehityksessä järjestelmään integroidaan radiopakettiverkko. Laajennus mahdollistaa radioiden pakettikytkentäisen tiedonsiirron keskusverkon välityksellä toisiin radio- tai tietoverkkoihin. Käytännössä suurin datansiirtonopeus on 2400 bit/s. Digitaaliset kenttäradiot ja MSS-järjestelmä olisivat taktisen tietoverkon (TATIVE) tärkein langaton tiedonsiirtotapa. Sanomalaiteverkossa lähetettäviä sanomia tulisivat vastaamaan MSS-järjestelmässä lähetettävät IP-sanomat. C3 asemia käytetään pataljoonien liittämiseen, verkon silmukoimiseen ja tukiasemina keskeisillä paikoilla. Käytön painopiste on pataljoonien alueella. Yhtymän hyökkäyksessä järjestelmää käytetään tulen ja pataljoonien vaikutuksen keskittämisessä. Kuudella prikaatissa olevalla C3-tukiasemalla ei saada muodostettua kattavaa ja taistelun kestävää verkkoa. Tulevaisuudessa on lisättävä asemien määrää päivittämällä C1- ja C2-asemat C3-asemiksi. 18 C3-asemalla kyettäisiin muodostamaan koko prikaatin kattava MSSverkko. Tällöin asemien peittoalueet kattavat toisiaan

Readout Electronics for Gas Electron Multiplier Detectors

The European Organization for Nuclear Research (CERN) operates the largest particle collider in the world. This particle collider is called the Large Hadron Collider (LHC) and it will undergo a maintenance break sometime in 2017 or 2018. During the break, the particle detectors, which operate around the particle collider, will be serviced and upgraded. Following the improvement in performance of the particle collider, the requirements for the detector electronics will be more demanding. In particular, the high amount of radiation during the operation of the particle collider sets requirements for the electronics that are uncommon in commercial electronics. Electronics that are built to function in the challenging environment of the collider have been designed at CERN. In order to meet the future challenges of data transmission, a GigaBit Transceiver data transmission module and an E-Link data bus have been developed. The next generation of readout electronics is designed to benefit from these technologies. However, the current readout electronics chips are not compatible with these technologies. As a result, in addition to new Gas Electron Multiplier (GEM) detectors and other technology, a new compatible chip is developed to function within the GEMs for the Compact Muon Solenoid (CMS) project. In this thesis, the objective was to study a data transmission interface that will be located on the readout chip between the E-Link bus and the control logic of the chip. The function of the module is to handle data transmission between the chip and the E-Link. In the study, a model of the interface was implemented with the Verilog hardware description language. This process was simulated by using chip design software by Cadence. State machines and operating principles with alternative possibilities for implementation are introduced in the E-Link interface design procedure. The functionality of the designed logic is demonstrated in simulation results, in which the implemented model is proven to be suitable for its task. Finally, suggestions that should be considered for improving the design have been presented.

RFID-teknologia ja kulunvalvontajärjestelmät

RFID on radioaaltoja hyväksikäyttävä langaton kommunikointitekniikka, jota käytetään tunnistamaan tunnisteella merkittyjä esineitä tai ihmisiä yksilöinä. RFID on jo pitkään ollut tunnettu tekniikka, mutta vasta viime vuosikymmeninä sitä on alettu hyödyntämään kaupallisesti eri sovellusaloilla. Kandidaatintyön tarkoituksena on tehdä yleiskatsaus RFID:n historiaan, järjestelmien osiin ja niiden toimintaan sekä kartoittaa RFID-markkinoiden nykytilaa ja lähitulevaisuutta sekä globaalilta kannalta että Suomessa. Lopuksi työssä tarkastellaan RFID-perusteisten kulunvalvontajärjestelmien perusominaisuuksia ja niiden toimintaa.