Abstract The integration of digital technologies into urban life and environments has accelerated rapidly over the past few decades. It has been well established that this digital augmentation is changing the way we use and experience urban places; however, more studies, especially at the micro-level and from an architectural point of view, must be conducted in order to increase our understanding of the phenomenon. In this thesis, I examine the experience and evaluation of digitally augmented public urban places through four case studies, analysing participants’ experiences of adaptive lighting pilots and urban displays deployed in real world settings. Digital augmentations were found to be able to alter the genius loci significantly; furthermore, findings from these case studies demonstrate and explain how co-design, existing use patterns and user groups in urban places, climate and weather, and sense of place affect digital augmentations. The thesis makes a methodological contribution in the form of evaluation probes. This method was developed by modifying the cultural probes method for the purposes of evaluative research of design artefacts. The proposed method allows for the emic evaluation of design artefacts without direct researcher presence. In other case studies, I have used ethnographically inspired methods to gather research materials. In analysing research materials I make a theoretical contribution by introducing the concept of emplacement into architectural research. This concept highlights the importance of place in our experience as embodied individuals. Based on my empirical results, I argue for the design of meaningful emplaced experiences through digital augmentation. I also chart the design challenges that have emerged from my studies, utilising them to develop a holistic model that aims to describe experiences of digital augmentation in public urban places. Overall, the thesis proposes participatory design evaluation as a new approach in the field of architecture. It refers to the examination and utilisation of research participants’ intersubjective accounts in the evaluation of design artefacts from an experiential point of view. I argue for the benefits of this approach for the further inclusion of research knowledge in design and planning processes. / Tiivistelmä Viimeisten vuosikymmenten aikana digitaaliset teknologiat ovat asettuneet osaksi kaupunkielämää ja kaupunkipaikkoja. Tämä ilmiö, joka on helposti havaittavissa jokapäiväisessä elämässä, on tunnistettu myös tutkimuskirjallisuudessa, missä ilmiötä on kutsuttu nimellä kaupunkipaikkojen digitaalinen augmentointi. Tähän mennessä ilmiön on todettu muuttavan kokemuksiamme kaupunkipaikoista. Lisäksi on tunnistettu, että aihetta tulisi tarkastella myös erityisesti mikrotasolla sekä arkkitehtuurin alan näkökulmasta. Tässä väitöskirjassa tarkastelen julkisten kaupunkipaikkojen digitaalista augmentointia tapaustutkimusten avulla. Analysoin tätä varten osallistujien digitaalisen augmentaation kokemuksia, mitkä ovat tapahtuneet tutkimushankkeiden sisällä tuotettujen, aidoissa kaupunkiympäristöissä tehtyjen pilottien ja konstruktien yhteydessä. Lähestymistavaltaan työni on mikrotason evaluatiivista laadullista suunnittelututkimusta. Väitöstutkimukseni käsittää myös menetelmällistä kehitystyötä. Tämän kehitystyön tuloksena esittelen evaluaatioluotainmenetelmän. Menetelmä on kehitetty alkuperäisen kulttuuriluotainmenetelmän pohjalta. Esitän analyysin alkuperäisestä menetelmästä sekä tuloksia omista empiirisistä tutkimuksistani ehdotettua menetelmää tukevina perusteina. Muut tutkimuksessa käyttämäni menetelmät ovat alkuperältään etnografisia; olen kuitenkin soveltanut menetelmiä arkkitehtuuritutkimuksen käyttöön. Analysoidakseni näitä empiirisiä tuloksia olen myös tehnyt teoreettista kehitystyötä esittelemällä arkkitehtuurintutkimukseen emplacement-käsitteen (suom. paikantuneisuus). Olen käyttänyt tätä käsitettä analysoidakseni empiirisiä tutkimusmateriaaleja abduktiivisesti. Käsitteellä pyrin ymmärtämään ja teorisoimaan paikan roolia digitaalisten augmentointien ruumiillisessa kokemuksessa ja suunnittelussa. Kokonaisuudessaan kehitän väitöskirjassa osallistavaa suunnitteluevaluaatiota (engl. participatory design evaluation lähestymistapana. Tällä tarkoitan useiden intersubjektiivisten ja kokemuksellisten näkökulmien tuomista ja käyttämistä suunnittelutuotteiden evaluatiivisessa eli arvioivassa tutkimuksessa. Väitöksessäni puollan tämän lähestymistavan hyödyllisyyttä arkkitehtuurisuunnittelussa ja -tutkimuksessa.

Abstract This dissertation aims to uncover emerging practices in how people seek information while on the move in augmented urban spaces. The backdrop for a majority of the work presented here is the City of Oulu in Finland, where we have installed a variety of new ubiquitous computing infrastructure and services including, among others, a network of large interactive public displays called UBI-hotspots. The hotspots serve as a versatile platform on top of which new types of services can be developed, deployed and tested in an authentic urban setting with real, non-coached users and a sufficiently long timespan to truly evaluate the impact of such services on the everyday life and practices of the city and its citizens. The case studies presented in this dissertation aim at understanding the effect of such highly visible additions to the urban space from the point of view of human information behaviour. I seek to understand the underlying information seeking strategies people employ while foraging the hotspots for information, and the types of information people see as valuable while attending their daily business in the downtown area of the City. Questions such as how do people utilize the new sources of information in their daily information seeking tasks, and what is the preferred medium for information delivery, are addressed. The theoretical framework for the studies is derived from both ubiquitous and urban computing, and from the field of human information behaviour research. The main findings of the presented studies indicate that people have adapted the new infrastructure and services as parts of their daily information seeking tasks. The detailed usage data logged by all hotspots provide insight into the browsing habits of users, and analysis of inter-session navigation show that various latent strategies of information seeking exist. Further, findings indicate that there is a clear difference between the types of services people perceive as useful prior to using the hotspots, and services that people actually use on the hotspots. Also, findings indicate that people are willing to download information items from the hotspots to their mobile devices for later reference, thus adding information to their personal information repository. / Tiivistelmä Tämä väitöskirja pyrkii löytämään ja selittämään uusia tapoja joilla ihmiset etsivät informaatiota älykkäissä kaupunkitiloissa. Tausta suurelle osalle työstä on Oulun kaupunki, jonne olemme asentaneet erilaisia jokapaikan tietotekniikan laitteistoja sekä palveluja. Erityisesti väitöskirjassa tutkitaan suurten julkisten näyttöjen – ”UBI-näyttöjen” – verkostoa. UBI-näytöt toimivat monipuolisena alustana jonka päällä uusia palveluja voidaan kehittää sekä testata autenttisessa kaupunkitilassa todellisten käyttäjien toimesta riittävän pitkällä aikavälillä, joka puolestaan mahdollistaa palveluiden todellisen merkittävyyden arvioimisen suhteessa ihmisten jokapäiväiseen informaatiokäyttäytymiseen sekä informaatiotarpeisiin. Väitöskirjassa esitetyt tapaustutkimukset pyrkivät ymmärtämään tällaisten erittäin näkyvien tietoteknisten laitteiden vaikutusta ihmisten käyttäytymiseen informaatiotutkimuksen näkökulmasta. Tarkastelun kohteena ovat ihmisten jokapäiväiseen tiedonhakuun liittyvät strategiat heidän käyttäessään UBI-näyttöjä, sekä erilaiset informaatiotyypit joita ihmiset pitävät tärkeinä hoitaessaan jokapäiväisiä asioitaan kaupunkitiloissa. Kysymykset kuten kuinka ihmiset käyttävät uusia informaation lähteitä etsiessään tietoa jokapäiväisiin tarpeisiinsa sekä millä laitteilla ihmiset mieluiten etsivät ko. tietoa ohjaavat suurta osaa tutkimuksesta. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys muodostuu jokapaikan tietotekniikan tutkimuksesta, urbaanin tietotekniikan tutkimuksesta, sekä ihmisten informaatiokäyttäytymisen tutkimuksesta. Tutkimuksen tärkeimmät löydökset osoittavat että ihmiset ovat ottaneet uudet tietotekniset resurssit osaksi päivittäistä informaatiokäyttäytymistään. Yksityiskohtainen lokitieto yhdistettynä haastattelu- ja havainnointidataan tarjoaa syvällisen näkemyksen käyttäjien tiedontarpeisiin. Dataa analysoimalla olemme havainneet joukon strategioita joita ihmiset käyttävät etsiessään tietoa kaupunkitiloissa. Tutkimus osoittaa myös, että ihmisten oletettujen tiedontarpeiden sekä havainnoidun käyttäytymisen välillä on suuria eroavaisuuksia. Käyttäjät ovat myös halukkaita lataamaan tietosisältöä matkapuhelimiinsa myöhempää käyttöä varten, täten lisäten tietoa omaan henkilökohtaiseen tietovarastoonsa.

Abstract This thesis concentrates on understanding people’s daily interactions with urban technologies and the role they play in everyday life by investigating use practices for the on urban, multipurpose, public display network in the city of Oulu in northern Finland. The goal is two-fold, namely, to investigate different aspects of emerging urban computing practices and understand the versatility of the contributing factors behind these practices. The work is grounded in practice theory that understands practices as a result of an historical evolution influenced by several forces. On the one hand, the thesis concentrates on the local accomplishment of practices; on the other hand it, seeks to understand the broader connections between these practices as well as their history and evolution. The material comes from three main sources: Users of the public displays, their developers and additional stakeholders involved in the design process, and citizen comments on the display network project on social media. The research is based on empirical qualitative research material; quantitative use statistics are applied to support the findings. The findings reveal that urban computing practices take on influences from several directions including designers and other stakeholders during the design phase, the users’ lives and existing practices, and ongoing societal and communal discourses. The thesis offers increased understanding of the designing and implementation of successful ubiquitous computing projects in a public setting. / Tiivistelmä Tämä väitöskirja keskittyy ymmärtämään ihmisten päivittäistä vuorovaikutusta kaupunkiteknolgian kanssa tutkimalla käytäntöjä julkisten näyttöjen verkoston ympärillä. Tavoite on toisaalta tutkia kaupunkiteknologiakäytänteitä eri näkökulmista ja toisaalta ymmärtää monipuolisia osatekijöitä käytäntöjen takana. Työ perustuu käytäntöteoriaan, joka ymmärtää käytäntöjä historiallisen kehityksen seurauksena sekä usean osatekijän tuloksena. Toisaalta tutkielma keskittyy paikallisiin käytäntöihin; toisaalta se yrittää ymmärtää laajempia yhteyksiä käytäntöjen välillä sekä niiden historiaa ja evoluutiota. Materiaali tulee kolmesta päälähteestä: 1) Julkisten näyttöjen verkoston kehittäjiltä ja muilta suunnitteluprosessin sidosryhmiltä, 2) näyttöjen käyttäjiltä sekä 3) kaupunkilaisilta, jotka kommentoivat näyttöverkkoprojektia sosiaalisessa mediassa. Tutkimus perustuu laadulliseen tutkimusaineistoon, jonka lisäksi määrällistä käyttötilastoaineistoa sovelletaan tukemaan laadullisia havaintoja. Havainnot paljastavat, että urbaanin teknologian käytänteisiin vaikuttavat monet tekijät mukaan lukien suunnittelijat ja muut suunnitteluvaiheen sidosryhmät, käyttäjien elämä ja heidän olemassa olevat käytänteensä sekä ajankohtainen yhteiskunnallinen ja yhteisöllinen keskustelu. Tutkielma tarjoaa uudenlaista ymmärrystä jokapaikan tietotekniikka -projektien suunnittelusta ja toteutuksesta julkisissa ympäristöissä.

O sistema de TV digital interativa está em fase de implantação no Brasil. O middleware Ginga, responsável por permitir a apresentação de programas interativos, prevê que usuários possam interagir com aplicações apresentadas na TV ao pressionar de teclas em um controle remoto. Considerando que controles remotos tradicionais apresentam limitações de usabilidade, este trabalho teve o objetivo investigar a aplicação de conceitos de computação ubíqua, em particular interfaces naturais e multimodais, como alternativas para prover interatividade entre usuários e programas de TV digital. Como resultado, um dispositivo móvel alternativo ao controle remoto tradicional foi utilizado no projeto de novos mecanismos de interação que incluem interfaces baseadas em telas sensíveis ao toque, interfaces sensíveis a gestos capturados por dispositivos que contêm acelerômetros, e interfaces que contêm microfones que permitem entrada de dados por voz. A construção de protótipos correspondentes foi beneficiada pela (assim como beneficiou) implementação prévia de um componente que oferece funcionalidades para envio de dados multimodais para um receptor de TV digital contendo o middleware Ginga, e de um componente que, instalado no receptor, permite a comunicação peer-to-peer entre dispositivos sem fio / The tradicional Brazilian TV system is being replaced by an interactive digital platform. The Ginga middleware, responsible for allowing the presentation of interactive programs, is able to support user interactions with TV applications by means of key presses on a remote control. Since traditional remotes have usability limitations, this work aimed at investigating the application of ubiquitous computing concepts, such as natural and multimodal interfaces, to provide alternatives for the interaction among users and TV applications. Considering the availability of mobile devices such as smartphones, prototype interfaces based on touch screens, as well as gesture-based, accelerometer-based, and voice-based interfaces have been designed and implemented to allow the interaction usually provided by remote controls. The implementation of those interfaces was supported by the previous development of components providing multimodal interaction and peer-to-peer communication in the context of the Brazilian interactive digital TV system middleware

Generating ideas and creating prototypes of physical products is a highly non-linear and iterative process. Current tools divide this process into multiple discrete steps with different tools to support each of these steps such as CAD modelling, simulation and fabrication. We believe, design interfaces that combine different steps of the process and create different layers of abstraction depending on the type of the user and where they are in the process can support users in generating more creative ideas and creating better functioning prototypes more efficiently. In order to validate this, we developed three interfaces- a sketch-based ideation tool, a live programming interface to create IoT devices and a design tool to support design and fabrication of hand wearables. The foundation of these design interfaces is the layer of abstraction that allows users to focus on idea generation and converting it into a tangible prototype with little or no technical knowledge, and a continuous visual feedback that guides the user to make necessary changes to improve their design. The three tools were evaluated through user testing for supporting creation of different ideas and converting them into functional prototypes.

Tangible social network system is a home-based communication solution specifically designed for elders. Former researches indicate that insufficient communication among elders cause several challenges in their daily activities such as social isolation, loneliness, depression and decreased appetite. In addition, lack of social participation increases the risk of Alzheimer´s (Ligt Enid, 1990). The major cause of these challenges are that elders are increasingly removed from communication technology using emails, text messaging, interact with social network systems and mobile phones due to cognitive and physical difficulties. To overcome this problem, new suggested social network system incorporates photo frame and photo album based interaction which allows instantaneous participation to the social network. By designing the new social network system, I tried to create an easier venue for more active cross-generational communication between elders and younger family members.This paper discusses the early results of the marker based social networking system aiming to propose digital technologies to enhance the social life of older people, who live alone their home. A prototype combining a touch screen, photo frame and a camera are described. It allows the older people to manage their participation to the social network system and get in touch with their loved ones. This paper demonstrates a User Sensitive inclusive Design (USID) process from the generation of user needs to the evaluation prototype. A key theme of tangible social network system shows how usable and emotional design derived from a user inclusive design process can encourage elders to adopt new modern technology. A first evaluation has shown the usability as well as the good acceptance of this system. / AGNES

Die Arbeit befasst sich mit der Frage, inwiefern das Bundesdatenschutzgesetz im nichtöffentlichen Bereich beim Einsatz von RFID-Technik ein angemessenes Schutzniveau bietet und in welcher Form Regulierungsmaßnahmen erforderlich sind. RFID bezeichnet ein Verfahren zur automatischen Identifizierung von Objekten mittels Funk. Dabei dienen kleine Transponder als Speicherbausteine für anonyme oder personenbezogene Daten. Diese Daten können mithilfe von Lesegeräten aus unterschiedlichen Distanzen erfasst und sichtbar gemacht werden. Im Anschluss erfolgt die Speicherung der ausgelesenen Informationen in einer zentralen Datenbank sowie die Verknüpfung mit anderen Daten. RFID-Technik bietet die Basis für zahlreiche sinnvolle Anwendungen in Industrie und Handel. So können Arbeitsabläufe optimiert und beschleunigt werden. Soweit ein Umgang mit personenbezogenen Daten erfolgt, sind jedoch datenschutzrechtliche Bestimmungen zu beachten. Für die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten, wo personenbezogene Daten verarbeitet werden, kann zum gegenwärtigen Zeitpunkt überwiegend nur eine szenische Betrachtung zur Darstellung der datenschutzrechtlichen Herausforderungen dienen. Dabei sollen auch Überlegungen zur Technikfolgenabschätzung in einer Welt der allgegenwärtigen Datenverarbeitung in die Untersuchung einfließen. Anhand von Beispielen wird analysiert, inwieweit die Bestimmungen des Bundesdatenschutzgesetzes anwendbar sind und einen ausreichenden Rahmen für Maßnahmen zum Schutz des allgemeinen Persönlichkeitsrechtes von Betroffenen bieten. In diesem Sinne wird der Begriff der „Regulierung“ verwendet. Schutzmaßnahmen können in verschiedenen Formen zum Einsatz kommen, wobei insbesondere die Perspektiven einer Selbstkontrolle an Bedeutung gewinnen. Dabei werden bekannte Lösungsansätze aus dem Bereich der „regulierten Selbstregulierung“ für den Umgang mit RFID-Technik fruchtbar gemacht und umfassend diskutiert. Der Schwerpunkt liegt hier in der Prüfung technischer Schutzmaßnahmen. Weiterhin wird erörtert, ob die Schaffung von flankierenden gesetzlichen Regelungen erforderlich ist. Bei der Beurteilung der datenschutzrechtlichen Fragen werden europarechtliche und verfassungsrechtliche Aspekte in die Untersuchung einbezogen.

The research presented in this thesis investigates the design challenges associated with the development and use of mobile applications and tools for supporting collaboration in educational activities. These technologies provide new opportunities to promote and enhance collaboration by engaging learners in a variety of activities across different places and contexts. A basic challenge is to identify how to design and deploy mobile tools and services that could be used to support collaboration in different kinds of settings. There is a need to investigate how to design collaborative learning processes and to support flexible educational activities that take advantage of mobility. The main research question that I focus on is the identification of factors that influence the design of mobile collaborative learning. The theoretical foundations that guide my work rely on the concepts behind computer supported collaborative learning and design-based research. These ideas are presented at the beginning of this thesis and provide the basis for developing an initial framework for understanding mobile collaboration. The empirical results from three different projects conducted as part of my efforts at the Center for Learning and Knowledge Technologies at Växjö University are presented and analyzed. These results are based on a collection of papers that have been published in two refereed international conference proceedings, a journal paper, and a book chapter. The educational activities and technological support have been developed in accordance with a grounded theoretical framework. The thesis ends by discussing those factors, which have been identified as having a significant influence when it comes to the design and support of mobile collaborative learning. The findings presented in this thesis indicate that mobility changes the contexts of learning and modes of collaboration, requiring different design approaches than those used in traditional system development to support teaching and learning. The major conclusion of these efforts is that the learners’ creations, actions, sharing of experiences and reflections are key factors to consider when designing mobile collaborative activities in learning. The results additionally point to the benefit of directly involving the learners in the design process by connecting them to the iterative cycles of interaction design and research.

This thesis proposes a DIY environmental sensing approach that empowers citizens to reinvigorate people's awareness of, and concern for, pollution. Current air pollution measuring techniques are described, and a new concept of participatory sensing is presented. I argue that technological advances in sensing, computation, storage, and communication now have the power to turn the near-ubiquitous mobile phone into a global mobile sensing device, and commence the participatory paradigm employing amateurs in environmental data collection. To test the thesis, PAIR, a prototype with interchangeable sensor, was developed. It aims to enable people to sense environment on-the-go and provide users with immediate feedback. Such data can make people learn about their environment, make them aware of air pollution causes, and eventually even bring behavioral changes. Consequently, a user survey and interviews identify strengths and weaknesses of the mobile sensing device, and based on the usability requirements, we conclude design recommendations for further development. Finally, we identify the main benefits amateur data collection and participatory sensing represent for urban dwellers, and we evaluate issues and challenges they have yet to overcome.

Les avancées technologiques permettent d'intégrer des capteurs et des modules de communication dans les objets du quotidien pour les rendre intelligents et faciliter leur intégration sur l'Internet. L'Internet du futur sera sans nul doute celui des objets connectés. Les objets connectés génèrent, collectent, stockent et partagent des informations entre eux et aussi avec les serveurs d'authentification centralisés. La plupart des informations collectées doivent être protégées pendant le stockage et le transfert. Par le passé, divers protocoles assurant une sécurité robuste basés sur la cryptographie asymétrique et d’autres sur la cryptographie symétrique ont été proposés dans la littérature. Du fait que les objets connectés possèdent de faibles capacités de calcul, de mémoire et d'énergie, et que l'accès au medium radio est très consommateur en ressources, les protocoles cryptographiques traditionnels ne sont pas adaptés aux objets connectés. Il y a lieu donc d'adapter ou de concevoir des protocoles propres et conformes à leurs exigences. Dans cette thèse, nous abordons les défis de sécurité et de vie privée pertinents aux systèmes pervasifs avec des contraintes de ressources strictes. Nous regardons les protocoles d'authentification serverless, qui sont des mécanismes d'authentification qui ne nécessitent pas la présence du serveur central au cours de la phase d'authentification entre deux objets connectés. Tout d'abord, nous fournissons les caractéristiques et les besoins pour les protocoles serverless. Grâce à ces besoins et caractéristiques, nous avons fait des recherches, des analyses complètes et des comparaisons des protocoles serverless existants en termes de sécurité, de vie privée et de performances. Nous examinons leurs capacités à résister à diverses attaques et leurs aptitudes à minimiser l’usage des ressources. Après quoi, notre objectif est de proposer des protocoles de sécurité serverless permettant aux objets de s’authentifier tout en garantissant efficacité, passage à l’échelle et efficacité énergétique, l'énergie étant une ressource très critique qui a une influence directe sur la durée de vie d’un objet connecté. Trois nouvelles contributions sont proposées dans cette thèse. Notre première contribution est un protocole léger serverless d'authentification mutuelle pour les objets connectés hétérogènes. La première contribution fournit trois avantages par rapport aux protocoles existants. Cette contribution répond aux exigences des systèmes pervasifs. La validation de notre proposition a été faite en utilisant l'outil AVISPA et la validation informelle en utilisant sécurité et de vie privée des jeux. Notre deuxième contribution comprend deux protocoles complémentaires dans le domaine des technologies RFID. Le premier protocole vise à l'authentification de masse entre un lecteur RFID et un groupe d'étiquettes tandis que le deuxième protocole effectue une recherche sécurisée pour une étiquette cible parmi un groupe d'étiquettes dans le voisinage du lecteur. Les deux protocoles proposés tiennent compte des contraintes de ressources des étiquettes RFID. Après une étude approfondie des protocoles serverless, nous avons proposé une troisième contribution, un guide pour la conception des protocoles serverless sécurisé et efficaces pour les systèmes pervasifs. Le guide contient six principes et six meilleures pratiques en vue d'élaborer des protocoles serverless. Le guide est destiné à aider à la conception de protocoles serverless efficaces, sécurisés et simples en évitant des erreurs couramment faites dans les protocoles existants / This thesis addresses the security and privacy challenges relevant to the resource constrained devices in the era of pervasive computing. Pervasive computing, a term coined by Schechter to describe the idea of computing services available anytime, anywhere and on demand, is characterized by seamless interactions between heterogeneous players in the Internet. This phenomenon allows intelligent chips, sensors or microcontrollers to be embedded into everyday objects to enable them generate, communicate and share information. Pervasive computing accelerates technological evolution by integrating small and resource constrained devices to the Internet arena, eventually opening doors to new services requiring seamless interactions and integrations with the existing technologies, infrastructures and services. The nature of the information generated, stored and shared by resource constrained devices may require proper security and privacy guarantees. Towards that end, the classical security solutions are not ideal candidates to solve the security and privacy challenges in pervasive systems for two reasons. First, classical security protocols require a lot of resources from the host devices while most of the pervasive devices have very strict resource constraints. Second, most classical security solutions work in a connected mode, which requires constant communication between devices and centralized servers for authentication and authorization purposes. However, pervasive devices may be working in isolated areas with intermittent network coverage and connectivity. Thus, it is ideal to come up with alternative solutions suitable for heterogeneous pervasive devices to smoothly interact, authenticate and securely share information. One of the suitable alternative solutions is the serverless protocols. The term “serverless protocol” refers to the mechanism of enabling centrally controlled devices to autonomously authenticate one another, or other heterogeneous devices, without an active participation of the centralized authentication or authorization servers. Serverless protocols prioritize on securing proximity communication between heterogeneous devices while optimizing on the little resources available. In this thesis, we tackle the challenges of pervasive systems by proposing lightweight and efficient serverless protocols for authenticating heterogeneous pervasive devices during proximity communication. Our proposed protocols derive their originality from the fact that they do not require the communicating parties to have prior relationships with each other, nor to have any previously shared authentication information with each other. Moreover, our proposed solutions incorporate context information to enforce automatic parameter expiry. This property is not supported by most of the earlier versions of the serverless protocol schemes, hence making them vulnerable to different attacks. Three novel contributions are proposed in this thesis. First, we propose a serverless lightweight mutual authentication protocol for heterogeneous devices. The first contribution includes a formal validation using the AVISPA tool. Second, we propose two complementing protocols using RFID (Radio-Frequency Identification) as a core technology. The first protocol performs mass authentication between an RFID reader and a group of tags and the second protocol performs a secure search for a target tag among a group of tags. The second contribution includes two formal validations; one is done using the AVISPA tool and the other is done using the CryptoVerif tool. After a thorough study of serverless protocols, we propose our third contribution, a concise guide on how to develop secure and efficient serverless protocols relevant to the pervasive systems