Localization in underground tunnels

Positioning technologies are becoming ubiquitous and are being used more and more frequently for supporting a large variety of applica- tions. For outdoor applications, global navigation satellite systems (GNSSs), such as the global positioning system (GPS), are the most common and popular choice because of their wide coverage. GPS is also augmented with network-based systems that exploit existing wireless and mobile networks for providing positioning functions where GPS is not available or to save energy in battery-powered devices. Indoors, GNSSs are not a viable solution, but many applications require very accurate, fast, and exible positioning, tracking, and navigation functions. These and other requirements have stim- ulated research activities, in both industry and academia, where a variety of fundamental principles, techniques, and sensors are being integrated to provide positioning functions to many applications. The large majority of positioning technologies is for indoor environments, and most of the existing commercial products have been developed for use in of ce buildings, airports, shopping malls, factory plants, and similar spaces. There are, however, other spaces where positioning, tracking, and navigation systems play a central role in safety and in rescue operations, as well as in supporting speci c activities or for scienti c research activities in other elds. Among those spaces are underground tunnels, mines, and even underwater wells and caves. This chapter describes the research efforts over the past few years that have been put into the development of positioning systems for underground tun- nels, with particular emphasis in the case of the Large Hadron Collider (LHC) at CERN (the European Organization for Nuclear Research), where localiza- tion aims at enabling more automatic and unmanned radiation surveys. Examples of positioning and localization systems that have been devel- oped in the past few years for underground facilities are presented in the fol- lowing section, together with a brief characterization of those spaces’ special conditions and the requirements of some of the most common applications. Section 5.2 provides a short overview of some of the most representative research efforts that are currently being carried out by many research teams around the world. In addition, some of the fundamental principles and tech- niques are identi ed, such as the use of leaky coaxial cables, as used at the LHC. In Section 5.3, we introduce the speci c environment of the LHC and de ne the positioning requirements for the envisaged application. This is followed by a detailed description of our approach and the results that have been achieved so far. Some last comments and remarks are presented in a nal section.

Theoretical aspects of graph models for MANETs

We survey the main theoretical aspects of models for Mobile Ad Hoc Networks (MANETs). We present theoretical characterizations of mobile network structural properties, different dynamic graph models of MANETs, and finally we give detailed summaries of a few selected articles. In particular, we focus on articles dealing with connectivity of mobile networks, and on articles which show that mobility can be used to propagate information between nodes of the network while at the same time maintaining small transmission distances, and thus saving energy.

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.

Hallintasovellus M2M-tiedonsiirtoon GPRS-verkossa

Pääosa matkapuhelinjärjestelmien liikenteestä on toistaiseksi puhetta. Dataliikenteen osuus on kuitenkin jatkuvasti kasvamassa uusien tekniikoiden myötävaikutuksella. Langattoman dataliikenteen kehittämiselle tuo myös lisäpainetta internetin nopeasti yleistynyt käyttö. Eräs lupaavimmista sovellusalueista on konekommunikaatio, M2M, minkä läpilyöntiä on ennustettu jo vuosia. Viime vuosina markkinoille tulleet M2M-laitteet tarjoavat aiemmista laitteista poiketen myös mahdollisuuden sovellusten suorittamiseen itse laitteessa ja niiden päivittämisen langattomasti. Työssä vertaillaan kolmea markkinoilla olevaa konekommunikaatioon soveltuvaa laitetta ja tarkastellaan niiden ominaisuuksia ja sovellusten päivitettävyyttä GPRS-verkkoa käyttäen. Tarkastelussa havaitaan, että teleoperaattoreiden asettamat rajoitukset ja käytössä olevat päivitysmenetelmät aiheuttavat tiettyjä ongelmia päivitysten käytettävyydelle. Työn tuloksena kehitettiin hallintasovellusohjelmisto, mikä mahdollisti etäällä sijaitsevien M2M-laitteiden sovellusten päivittämisen helppokäyttöisen käyttöliittymän avulla. Hallintasovellusta käyttäen useita, maantieteellisesti hajallaan olevia laitteita oli mahdollista päivittää samanaikaisesti automatisoidusti. Hallintasovellus osoittautui käyttökelpoiseksi työkaluksi M2Mlaitteiden sovellusten hallintaan jo, kun laitemäärä kasvoi muutamista kappaleista muutamaan kymmeneen.

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.

Kolmannen sukupolven matkaviestinverkon puhelunohjaus MSC Server –konseptilla

Tietoliikenneala elää muutosten aikaa. Vanhat piirikytketyt kapeakaistaiset verkot ovat väistymässä seuraavan sukupolven verkkojen tieltä. GPRS-verkot tekevät tuloaan ja 3G-verkkojen kehitystyö on kiivaimmillaan laitetoimittajien ratkoessa verkoille asetettuja haasteita. Jää nähtäväksi, kykenevätkö 3G-verkot vastaamaan näihin haasteisiin. Työssä käsitellään 3G-verkon arkkitehtuuria, toimintaa ja puhelunohjausta MSC Server -konseptissa, sekä käydään läpi muutamia puheluesimerkkejä. 3G-verkon arkkitehtuuri, jossa puhelunohjaus on erotettu mediakerroksesta, esitetään ja uudet verkkoelementit ja niiden toiminta käsitellään. Esitelty teoria perustuu kirjallisuuteen sekä yleisesti hyväksyttyihin 3G- verkon standardeihin. Näitä standardeja julkaisevat muun muassa ITU-T ja 3GPP yhdessä yhteistyöyritystensä kanssa. Standardointityö on monin osin vielä kesken ja se on vaikeuttanut 3G-verkkojen suunnittelutyötä merkittävästi. Työn tarkoituksena on selvittää puhelunohjausta 3G-verkossa ja sen toteuttamista MSC Server –konseptilla. MSC Serverin toteutusvaihtoehtoja arvioidaan ja niistä valitaan yksi 3G-verkon puhelunohjauksen toteutusmalliksi. Työtä jatketaan tämän diplomityön jälkeen tarkemman toteutuksen suunnittelulla, päämääränä rakentaa 3G-verkko.

Web Services In Symbian OS

This thesis presents different aspects of Web Services usage in Symbian OS that is an operating system for handheld devices. The practical part of the work was to develop Symbian OS client application for Web Services. It produced four reusable software components. XML enables platform and programming language independent services. Web Services use XML to create standardized message oriented services that are accessed through HTTP. Web Services are moving towards dynamic B2B interaction. Web Services increases the amount of transferred data, which is not desirable in mobile networks where transfer speed is slower than in the traditional networks. However the modern mobile networks are able to transfer the extra payload with reasonable time. XML processing is not a big problem. Web Services can be accessed from the modern mobile devices and they can cut down the development costs.

MULTIMEDIATIETOPANKKI VERKOSSA

Työ käsittelee multimediatietopankin tietosisällön hallintaa ja kehittämistä. Multimediatietopankki verkossa –projektissa multimediatietopankilla tarkoitetaan vuorovaikutteista ja sisältörikasta liikkuvan ja staattisen kuvan (video, animaatio, valokuvat, 3D, grafiikka), äänten (musiikki ja muut äänet) ja tietokantojen yhdistelmää. Sisällön eri osa-alueet ja vuorovaikutteisuus tukevat kokonaisuutta, jolla on oma viestinnällinen tarkoituksensa. Tätä kokonaistoteutusta levitetään www:n, digitaalitelevision ja mobiililaitteiden välityksellä loppukäyttäjälle. Multimedia- ja matkaviestinteknologioiden nopea kehitys antaa mahdollisuuden kehittää uusia palveluja. Erilaisiin päätelaitteisiin ja vaihteleviin ympäristöihin tarkoitettujen helppokäyttöisten multimedia- ja mobiilipalvelujen kysyntä on jatkuvassa kasvussa. Multimediatietopankkiprojektissa esitetään kuinka multimediapalveluita voidaan toteuttaa integroidussa ympäristössä. Integroidulla ympäristöllä tässä työssä tarkoitetaan Internetin, mobiilien palvelujen, WAP:in, kämmentietokoneen, digitaalisen television sekä uusien multimediakännyköiden käyttöä multimediatietopankin tarjoamien palvelujen välittämisessä. Projekti on jaettu yksittäisiin lukuihin, joissa tarkoituksena on syventää multimediatietopankin yksityiskohtia sisällön tuottamisessa teknologian näkökannalta. Multimediatietokannan toteutuksessa mallinnetaan palvelun sisältö tietokantaan XHTML-muodossa mediaolioiden sisään sekä tallennetaan tietopankin metatietoa multimediarelaatiotietokantaan, josta on mahdollista hakea tietoa minkä tahansa päätelaitteen kyselyjen avulla.Tässä työssä keskitytään multimediatietokannan hallintajärjestelmän tehtäviin ja rakenteeseen, siihen miten multimediadata tallennetaan tietokantaan sekä siihen miten tietokannassa olevaa metatietoa haetaan käyttäen tietokannassa kehitettyjä hakumenetelmiä.

Interface Implementation for GPRS/PCU Software Testing with Emulators

Jatkuvasti lisääntyvä matkapuhelinten käyttäjien määrä, internetin kehittyminen yleiseksi tiedon ja viihteen lähteeksi on luonut tarpeen palvelulle liikkuvan työaseman liittämiseksi tietokoneverkkoihin. GPRS on uusi teknologia, joka tarjoaa olemassa olevia matka- puhelinverkkoja (esim. NMT ja GSM) nopeamman, tehokkaamman ja taloudellisemman liitynnän pakettidataverkkoihin, kuten internettiin ja intranetteihin. Tämän työn tavoitteena oli toteuttaa GPRS:n paketinohjausyksikön (Packet Control Unit, PCU) testauksessa tarvittavat viestintäajurit työasemaympristöön. Aidot matkapuhelinverkot ovat liian kalliita, eikä niistä saa tarvittavasti lokitulostuksia, jotta niitä voisi käyttää GPRS:n testauksessa ohjelmiston kehityksen alkuvaihessa. Tämän takia PCU-ohjelmiston testaus suoritetaan joustavammassa ja helpommin hallittavassa ympäristössä, joka ei aseta kovia reaaliaikavaatimuksia. Uusi toimintaympäristö ja yhteysmedia vaativat PCU:n ja muiden GPRS-verkon yksiköiden välisistä yhteyksistä huolehtivien ohjelman osien, viestintäajurien uuden toteutuksen. Tämän työn tuloksena syntyivät tarvittavien viestintäajurien työasemaversiot. Työssä tarkastellaan eri tiedonsiirtotapoja ja -protokollia testattavan ohjelmiston vaateiden, toteutetun ajurin ja testauksen kannalta. Työssä esitellään kunkin ajurin toteuttama rajapinta ja toteutuksen aste, eli mitkä toiminnot on toteutettu ja mitä on jätetty pois. Ajureiden rakenne ja toiminta selvitetään siltä osin, kuin se on oleellista ohjelman toiminnan kannalta.

Digitaalisen television soveltuvuus tietoyhteiskunnan tarpeisiin, case Kuopion Kaapelitelevisio Oy

Tutkielmassa selvitetään Kuopion Kaapelitelevisio Oy:n toteuttaman digitaalisen television ominaisuuksia ja niiden sopivuutta tietoyhteiskunnan vaatimuksiin. Tietoyhteiskunnassa tiedosta on tullut tärkein yritysten pääoma. Yritysten välinen toiminta on tiedon siirtämistä palvelun tuottajalta palvelun kuluttajalle. Jotta edellä mainitut asiat ovat mahdollista, tarvitaan tiedon valtatie, joka koostuu tieto-, perus-, varus-, liityntä ja siirtopalvelusta sekä palvelun tuottajista palvelimineen että käyttäjistä päätelaitteineen. Itse tieto liikkuu siirtotietä pitkin. Kuopion Kaapelitelevisio Oy:n ensimmäisen sukupolven digitaalinen televisio täyttää tiedon valtatien ominaisuudet vain varuspalveluiden osalta. Kaikki muut internetistä tutut peruspalvelut eivät ole mahdollisia. Tuleva toisen sukupolven digitaalinen televisio, jossa on mukana MHP-palvelualusta, MHP-digisovittimet ja interaktiivisuuden tuova paluukanava mahdollisuuden tehdä digitaalisesta televisiosta internetin ja mobiiliverkkojen kaltainen monipalveluverkko. Uuden toisen sukupolven digitaalisen television palveluiden tuottamisen suurin este on digisovittimien tulevat myyntiin vasta syksyllä 2003. Tällä hetkellä ainut MHP-digisovitin, Sony Wega NX100, on hinnaltaan noin 4000 €. Tutkimuksen tuloksia tullaan hyödyntämään digitaalisen television kehitystyössä Kuopion Kaapelitelevisio Oy.ssä

Tietoliikenneanalysaattorin testausohjelmiston suunnittelu ja toteutus ICONIX-prosessin avulla

Matkapuhelinverkot kehittyvät jatkuvasti tarjoten asiakkailleen uusia palveluja ja nopeampia datayhteyksiä. Verkkojen eri protokollien testaamisessa käytetään apuna tietoliikenneanalysaattoreita, joiden avulla matkapuhelinverkkojen eri rajapinnoissa liikkuvaa informaatiota voidaan tutkia yksityiskohtaisesti. Tämän työn tarkoituksena oli suunnitella ja toteuttaa etämonitorointianalysaattorin testauksessa käytettävä testausohjelmisto ICONIX-prosessin avulla. Suunnitteluun katsottiin kuuluvan prosessiin mukaiset vaatimusmäärittelyn, analyysin ja alustavan suunnittelun sekä yksityiskohtaisen suunnittelun vaiheet. Toteutus muodostui vastaavasti ohjelmointityöstä ja yksikkötestauksesta. Työn tuloksena saatiin suunnittelun ja toteutuksen aikana syntyneet erilaiset kaaviot ja ohjelmakoodi. Lisäksi testausohjelmistoa käytettiin etämonitorointianalysaattorin toiminnallisuus- ja suorituskykytesteissä, joiden perusteella arvioitiin toteutetun testausohjelmiston toimivuutta. Testausohjelmiston todettiin sopivan etämonitorointianalysaattorin testaukseen, sillä niin toiminnallisuustestit kuin kuormitustestitkin saatiin suoritettua onnistuneesti toteutetun testausohjelmiston avulla. ICONIX-prosessin todettiin sopivan testausohjelmiston suunnitteluun, vaikka testausohjelmisto onkin toimintaperiaatteeltaan erilainen, kuin prosessia esittelevissä lähteissä esimerkkeinä käytetyt ohjelmistot. Eri suunnitteluvaiheisiin kului prosessiin tottumattomalta aikaa, mutta toisaalta laadittuja suunnitelmia ei tarvinnut enää toteutusvaiheen aikana muuttaa ja ohjelmointityö oli hyvin suoraviivaista.

Packet backbone design differences between commercial network and Container Trial System of LTE/SAE

The mobile networks of earlier and current generations, or 2G and 3G networks, provide users voice and packet services with higher transmission rates and good quality over the same core network. When developing the next generation of mobile networks the current quality of services needs to be maintained. This thesis concentrates on the next generation mobile network, especially on the evolution of the packet network part. The new mobile network has requirements for the common packet backbone network, Mobile Packet Backbone Network, which is additionally discussed in this study. The next generation mobile network, called LTE/SAE, is currently under testing. The test system is called Container Trial System. It is a mini sized LTE/SAE site. The LTE/SAE is studied in this thesis concentrating on the evolved packet core, the SAE part of the composition. The empirical part of the study compares the LTE/SAE Container Trial System and commercial network designs and additionally produces documentation for internal personnel and customers. The research is performed by comparing the documentations and specifications of both the Container Trial System and commercial network. Since the LTE commercial network is not yet constructed, the comparison is done theoretically. The purpose is furthermore to find out if there are any design issues that could be done differently in the next version of the Container Trial System.

Mobiilin seuranta- ja ohjausjärjestelmän toteutus

Työn tavoitteena on tutkia ja suunnitella kuinka paikkatietoa, mobiililaitteita sekä matkapuhelinverkkoja käyttäen voidaan toteuttaa käyttäjien seuranta- ja ohjausjärjestelmä. Järjestelmän avulla käyttäjät voivat seurata reaaliaikaisesti muiden käyttäjien sijainteja sekä ohjata muita käyttäjiä haluttuihin sijainteihin mobiililaitteen avulla. Järjestelmä pyritään suunnittelemaan laajennettavaksi. Lähtökohtana on toteuttaa seurannan sekä ohjauksen toteuttavat runkokomponentit, joiden päälle voidaan toteuttaa erityyppisiä sovelluksia. Tutkittavia asioita ovat matkapuhelinverkkojen tiedonsiirtomahdollisuudet, paikannustekniikat, mobiililaitteiden suorituskyky sekä resurssit, käyttäjien yksityisyyden ja tiedonsiirron turvaaminen sekä mobiililaitteista sekä langattomuudesta aiheutuvat haasteet yleisesti. Tutkimusten sekä suunnittelun pohjalta järjestelmästä toteutetaan esimerkkisovellus, jolla suoritetaan käytännön testaus. Testauksessa mitataan järjestelmän resurssien käyttöä ja suorituskykyä sekä testataan suunnittelun pohjalta tehtyjen ratkaisujen toimivuutta. Lopuksi työssä analysoidaan järjestelmän toimivuutta testaus- sekä mittaustulosten pohjalta.

Satelliittipaikannukseen perustuvan reaaliaikaisen jäljitysohjelmiston toteutus

Satelliittipaikannuksen hyödyntäminen eri sovellusaloilla ja siviilikäytössä on kasvanut merkittävästi 2000-luvulla Yhdysvaltojen puolustusministeriön lopetettua GPS-järjestelmän tarkoituksenmukaisen häirinnän. Langattomien datayhteyksien yleistyminen ja nopeuksien kasvaminen on avannut paikkatiedon käyttämiseksi ja hyödyntämiseksi reaaliaikaisesti uusia mahdollisuuksia. Kustannusten kasvaessa on tehokkaasta liikennöinnistä tullut tänä päivänä erittäin tärkeä osa yritysten päivittäisiä toimintoja. Ajoneuvojen hallinta on yksi tapa, jolla pyritään tehostamaan logistisia toimintoja ja vähentämään siitä aiheutuvia kustannuksia. Seuraamalla reaaliaikaisesti ajoneuvojen liikennöintiä voidaan pyrkiä saavuttamaan säästöjä optimoimalla aikatauluja ja reittejä sekä uudelleenohjaamalla ajoneuvoja sijaintien mukaan vähentäen näin kuljettua matkaa ja aikaa. Tässä diplomityössä tavoitteena on tutkia kuinka satelliittipaikannusta, paikkatietoa ja langattomia datayhteyksiä hyödyntämällä voidaan toteuttaa reaaliaikainen jäljitysohjelmisto. Työssä esitellään aluksi paikannustekniikat ja niiden toiminta. Lisäksi tutkitaan kuinka tiedonsiirto voidaan järjestelmässä toteuttaa sekä tarkastellaan järjestelmän kehityksessä huomioitavia tietoturvanäkökohtia. Tutkimuksen pohjalta suunniteltiin ja toteutettiin reaaliaikainen jäljitysohjelmisto kotipalveluyrityksen ajoneuvojen paikannustarpeisiin. Järjestelmän avulla voidaan valvoa ja jäljittää ajoneuvojen sijainteja kartalla reaaliaikaisesti sekä paikantaa tiettyä kohdetta lähimpänä olevat ajoneuvot. Tämä mahdollistaa hälytyksen sattuessa lähimpänä olevan työntekijän lähettämisen asiakaskohteeseen mahdollisimman nopeasti. Järjestelmän avulla käyttäjät voivat lisäksi seurata ajamiaan matkoja ja pitää automaattista ajopäiväkirjaa. Lopuksi työssä arvioidaan toteutetun järjestelmän toimintaa testauksessa saatujen mittaustulosten perusteella.

Memristive Computing

Memristive computing refers to the utilization of the memristor, the fourth fundamental passive circuit element, in computational tasks. The existence of the memristor was theoretically predicted in 1971 by Leon O. Chua, but experimentally validated only in 2008 by HP Labs. A memristor is essentially a nonvolatile nanoscale programmable resistor — indeed, memory resistor — whose resistance, or memristance to be precise, is changed by applying a voltage across, or current through, the device. Memristive computing is a new area of research, and many of its fundamental questions still remain open. For example, it is yet unclear which applications would benefit the most from the inherent nonlinear dynamics of memristors. In any case, these dynamics should be exploited to allow memristors to perform computation in a natural way instead of attempting to emulate existing technologies such as CMOS logic. Examples of such methods of computation presented in this thesis are memristive stateful logic operations, memristive multiplication based on the translinear principle, and the exploitation of nonlinear dynamics to construct chaotic memristive circuits. This thesis considers memristive computing at various levels of abstraction. The first part of the thesis analyses the physical properties and the current-voltage behaviour of a single device. The middle part presents memristor programming methods, and describes microcircuits for logic and analog operations. The final chapters discuss memristive computing in largescale applications. In particular, cellular neural networks, and associative memory architectures are proposed as applications that significantly benefit from memristive implementation. The work presents several new results on memristor modeling and programming, memristive logic, analog arithmetic operations on memristors, and applications of memristors. The main conclusion of this thesis is that memristive computing will be advantageous in large-scale, highly parallel mixed-mode processing architectures. This can be justified by the following two arguments. First, since processing can be performed directly within memristive memory architectures, the required circuitry, processing time, and possibly also power consumption can be reduced compared to a conventional CMOS implementation. Second, intrachip communication can be naturally implemented by a memristive crossbar structure.