Denna rapport behandlar konstruktionen av en sensorbaserad skosula. Skosulan designades med en mängd trycksensorer som sedan visualiseras på en mobilapplikation. Mobilapplikationen anslöts till sulan via Bluetooth. Det är vanligt att majoriteten av små barn går på tå. Ifall barnet inte slutar gå på tå efter barnet fyllt 2–3 år bör man kontakta läkare. Det finns olika teorier angående vilken typ av behandling som är bäst för barnen. I dagsläget finns det ingen bra lösning för att följa upp behandlingarna på barnen. Prototypen är designad för att uppfylla de krav som behövs för att ge en bra bedömning ifall behandlingen som barnet fått förbättrat barnets belastning på foten. Rapporten går även in på andra användningsområden som sulan skulle kunna användas inom. Slutsatsen i rapporten är att utveckling av produkten är möjlig men kräver mer forskning inom området samt vidareutveckling av prototypen. Prototypen är i för tidigt stadie för att utföra riktiga tester på en försöksgrupp. För att validera sensorernas precision bör lämpliga testfall utvecklas. / This report goes through the development of a sensor-based insole. The insole was designed with multiple pressure sensors which are then visualized on a mobile application. The mobile application was connected to the insole via Bluetooth. It is common for toddlers to prefer toe walking. If the child does not stop toe walking after the age of 2-3 years, you should contact a doctor. There are different kinds of treatment for these children. Today there isn’t a good solution to evaluate the children post treatment. The prototype is designed to meet the requirements needed to give a good assessment of whether the child has improved or not. The report also addresses other use cases for the insole. The conclusion on the report is that development of the product is possible but requires more research in the field as well as further development of the prototype. The prototype is in a too early stage to perform true tests on a trial group. To validate the sensor's precision, appropriate test cases should be developed.

Syftet med projektet var att utveckla en programvara för ett strömsnålt smartarmband som kommunicerar med sin användare på ett nytt sätt, via vibrationer i morsekod. Programvaran använder sig av Bluetoothteknik för att skicka och ta emot information i realtid från en smartphone-applikation. Kravet var att programvaran inte bara ska fungera utan även uppnå en viss standard. Standarden var definierad av en kravspecifikation och ett antal mål; robusthet, prestanda, energieffektivitet, begriplighet och förvaltningsbarhet. Allt detta krävdes för att programvaran skulle vara tillräckligt funktionell för att kunna användas i verkligheten.Den utvecklade programvaran har i huvudsak tre delar;    En som styr Bluetoothkommunikationen mellan systemet och smartphone-applikation.    En som hanterar knapptryckningarna på armbandet.    En som styr armbandets vibrationsmotorer.    För att bestämma vilken programstruktur som bäst skulle uppfylla kraven utvärderades flera olika ramverk systematiskt. Av dessa valdes det ramverk bäst lämpad för de uppsatta målen. Systemet använder ett realtidsoperativsystem som ger en stabil grund och hanterar alla uppgifter på ett smidigt sätt. Det är dessutom väletablerat och dokumenterat, vilket förenklade utvecklingen. För att validera att programvaran uppnått målen utfördes flertalet anpassade tester.    Projektet resulterade i en fullt fungerade programvara som uppfyllde uppsatta mål. Några viktiga lärdomar som har dragits av detta projekt är bland annat att satsningen på test-fokuserad evaluering har varit ett mycket lyckat val. Det har resulterat i att det är lätt och tydligt att se om kraven som ställts har uppnåtts. En annan del som har varit till stor hjälp är de avgränsningar som lagts på projektet. Att ha satt tydliga mål och specificerat att andra icke-relevanta aspekter är utanför ramarna av projektet har varit en stor fördel. / The purpose of this project was to develop a firmware for a low-energy smartwristband that communicates with the user in a new way through vibrations in Morse-code. It uses Bluetooth technology to send and receive information in real-time, from a smartphone application. The firmware did not only have to be functional, it had to reach a certain standard as well. This standard was defined by a set of goals: robustness, performance, power efficiency, comprehensibility and maintainability. All these are required for the program to be viable in practice.    The firmware has three main parts:    One which controls Bluetooth communication between the system and the smartphone application.    One that handles the button presses on the wristband.    One that controls the vibration motors on the wristband.To find the right structure for the firmware, several different frameworks were systematically evaluated with the requirements in mind. The system uses a realtime operating system which provides a strong foundation and handles all tasks in an easily manageable way. It is also well established and documented, which facilitated development. Several tests were performed to validate goal achievement.The project resulted in a fully functioning firmware which fulfilled the set goals. Some important lessons that was taught from this project is firstly that the focus on test-based evaluation was a very good choice. It makes it very clear and easy to see if requirements were fulfilled. Another part which has helped a lot was the delimitations set on the project. To specify the scope has been very important part of the projects success.

Dans le cadre de cette thèse, la conception, la construction et la mise en service de la plateforme de test LEETECH ont été réalisées. La performance de LEETECH, y compris le mode de fonctionnement à faible multiplicité a été démontrée. En fournissant des paquets d’électrons avec une énergie ajustable jusqu’à 3.5 MeV, une multiplicité ajustable à partir d’électrons simples et une durée des paquets jusqu’à 20ps, LEETECH prend sa place entre les faisceaux tests de hautes énergies et de coûts élevés d’un part et l’utilisation de sources radioactifs d’autre part. Dans la région, qui correspond à la particule d’ionisation minimale, la plateforme offre aux détecteurs de traces les conditions similaires aux celles de faisceaux des hautes énergies. Le mode de fonctionnement à faible multiplicité a été étudié en utilisant un détecteur diamant de grande surface. En plus une capacité d’un capteur diamant de résoudre des paquets à faible nombre des particules a été démontrée. Dans le cadre du développement de la chambre à projection temporelle (TPC) pour le projet ILC, une session de test a été dédiée à un détecteur Micromegas/InGrid de large surface. Pour la première fois les pertes d’énergie par un électron dans un mélange de gaz basée sur Helium ont été mesurées pour une énergie de quelques MeV. La résolution en dE/dx et un algorithme pour la reconstruction de traces ont été développés. Une caractérisation préliminaire du quartz barre lu par MCPPMT – un candidat pour le détecteur temps-de- vol (TOF) avec la mission de l’identification des hadrons chargés dans le futur usine tau-charm HIEPA – a été accomplie. La résolution temporelle de 50 ps obtenue pour le détecteur étudié met cette technologie prometteuse pour les études plus approfondies. / Within the present thesis the design, construction and commissioning of a new test beam facility LEETECH have been performed. Performance of the new facility, including low-multiplicity operation mode has been demonstrated. A number of interesting detector tests, including large-area diamond, Micromegas/InGrid and quartz bar detectors have been performed. Development of new detector technologies for future high-energy physics collider experiments calls for selection of versatile test beam facilities, permitting to choose or adjust beam parameters such as particles type, energy and beam intensity, are irreplaceable in characterization and tests of developed instruments. Major applications comprise generic detector R&D, conceptual design and choice of detector technologies, technical design, prototypes and full-scale detector construction and tests, detector calibration and commissioning. A new test beam facility LEETECH (Low Energy Electron TECHnique) was designed, constructed and commissioned in LAL (Orsay) as an extension of existing PHIL accelerator. Providing electron bunches of adjustable energy (up to 3.5 MeV), intensity (starting from a few particles per bunch) and bunch time duration (down to 20 ps), LEETECH fills the gap between high-cost high-energy test beam facilities and use of radioactive sources. Covering a minimum-ionization particles region (electrons of energy above 1.6 MeV), LEETECH provides for tracking detectors similar conditions as high-energy facilities. Using LEETECH as an electron source, several types of detectors were investigated in order to study their performance or applications, also providing a characterization of the LEETECH performance. First studies of the LEETECH facility were performed with a plastic scintillator coupled to the Micro-channel plate photomultiplier. A low-multiplicity mode was investigated using the diamond sensor, at the same time demonstrating its ability to resolve bunches consisting of a few particles. In framework of Time Projection Chamber development for the ILC project, a session dedicated to a large-area Micromegas/InGrid module was performed. For the first time the electron energy losses in Helium-based gas mixtures were measured for the energies of few MeV. The dE/dx resolution was obtained and track reconstruction algorithm was developed. Being a candidate for the time-of- flight detector of the BESIII upgrade and future HIEPA tau-charm factories, a preliminary characterization of the quartz bar performed. The time resolution of the detector module of 50 ps was obtained, giving a promising results for the further detector studies.

La récente émergence des smartphones et des objets connectés a révolutionné le mode de vie des utilisateurs. Ces dispositifs ubiquitaires et équipés de plusieurs interfaces sans fil de communication, sont rapidement devenus indispensables dans la vie quotidienne des utilisateurs avec une utilisation intensive. Les interfaces sans fil de ces objets connectés émettent périodiquement des informations, certaines sont spécifiques aux utilisateurs et permettent par effet de bord d’identifier et de suivre leur déplacements. Le suivi des utilisateurs via les informations fortuitement émises par leurs périphériques sans fil se nomme le Wireless Physical Tracking. Les possibilités offertes par le Wireless Physical Tracking ont suscité un fort intérêt. Plusieurs applications se sont développés et ont permis d’apporter de l’innovation dans plusieurs domaines. Des sociétés de marketing l’utilisent afin de proposer à leurs clients de la publicité ciblée en fonction de leurs parcours dans leur zone d’activité. À une échelle plus grande, les villes intelligentes, ou smart-cities analysent le mouvement des utilisateurs afin d’apporter des services pour le confort des habitants. Enfin, dans le domaine de la recherche, les réseaux Ad-Hoc mobiles et autres DTN nécessitent de s’intéresser à cette pratique car l’étude de la mobilité des utilisateurs représentent un élément clé pour améliorer les performances de ce type de réseau. Cependant, la collecte de ces informations sans le consentement des utilisateurs ou sans qu’elles soient correctement protégées représentent un risque réel pour leur vie privée. C’est autour de ce contexte que s’articule cette thèse divisée en deux parties. La première présente les technologies PAN et WAN, l’état de l’art des méthodes de Wireless Physical Tracking et les contre mesures adoptés. La deuxième partie présentent les contributions de la thèse qui visent à proposer de nouvelles méthodes de suivi, analyser les performances de celles-ci face aux méthodes existantes et dans le cas particulier de l’application de crowd-localisation, à proposer des méthodes de suivi respectueuse de la vie privée. / The recent rise of smart-phones and connected objects has a deep impact its users lifestyle. In 2017, more than a billion and a half smart-phones were sold around the world. These ubiquitous devices, equipped with several wireless communication interfaces, have quickly become essential in the daily life of users with an intensive use. The wireless interfaces of these connected objects periodically transmit information on the network, some of which are user-specific and allow to identify and track their mobility. Tracking users by collecting the information generated by their wireless devices is called Wireless Physical Tracking. The opportunities offered by the Wireless Physical Tracking raised a lot of interest. Several applications have been developed and have brought innovation in several areas. Marketing companies use it to offer to their customers targeted advertising based on their movements in their area of activity. On a larger scale, Smart Cities or smart-cities analyse the movement of users in order to provide services for their inhabitants. Finally, in the field of research in mobile Ad-Hoc networks and DTNs, users mobility is a key element which need to be collected and analysed. However, the collection of this information without the consent of the users or without being properly protected induce a real risk to their privacy. It is around this context that this thesis is focused on. It’s divided into two parts. The first presents the PAN and WAN technologies, the state of the art of Wireless Physical Tracking methods and the adopted counter measures. The second part presents the contributions of the thesis which aims at developing new methods for Physical Tracking and analysing their performances compared to the existing methods. We first present an evaluate BPM, a bluetooth passive monitoring that allows to track the users of Classic Bluetooth device with a detection delay significantly lower than the methods previously used. We then focus on Bluetooth Low Energy and propose the use of a BLEB, a botnet of users tracking BLE objects with their smart-phones. Finally, we also focus on preserving users privacy through the proposal of PPCL, a privacy preserving crowdlocalisation method which allow to track users assets without being trackable.

Internet of Things utvecklas och växer konstant. Det blir allt vanligare att applikationer och enheter kopplas samman via nätverk. En av teknikerna som används för att trådlöst sammankoppla enheter är Bluetooth Low Energy. Preferenser för kvaliteten i en kommunikation kan variera. Det är därför viktigt att utföra prestandamätningar för att veta vilka fördelar och nackdelar en nätverksteknik har.  Detta examensarbete handlar om prestandamätningar vid datasändningar mellan mobila enheter och trådlösa sensorer, och övervakning av parametrar som fås under mätningarna. En metod med monitoreringspaket inspirerad från tidigare forskning, utformades och implementerades i ett system för Bluetooth Low Energy, vilken därefter har utvärderats.  Resultatet blev att två system skapades som visade dataförluster, fördröjningsvariation och genomströmning, löpande på en mobil enhet. Det ena systemet använde metoden med monitoreringspaket. Det andra systemet använde en egengjord metod som gjorde mätningar med hög precision, men som ställde högre krav på funktioner och prestanda på sensornoden, och på den mobila enheten. Experiment med hjälp av systemen utfördes och resulterande värden analyserades. / Internet of Things develops and grows constantly. It becomes increasingly common that applications and units are connected through a network. One of the technologies used for wirelessly linking together units is Bluetooth Low Energy. Preferences for the quality of a connection can vary. It is therefore important to conduct measurements of performance in order to know advantages and disadvantages that a networking technology has.  This thesis is about measurements of performance during data transfers between mobile devices and wireless sensors, as well as monitoring parameters that are given during the measurements. One method using monitoring packets inspired from previously made research, were designed and implemented in a system for Bluetooth Low Energy, which was then evaluated. The result was that two systems were created that presented data loss, delay variation and throughput, continuously on a mobile device. One system used the method with monitoring packets. The other system used a self-made method which made measurements with high precision, but that places higher demands on functions and performance of the sensor node, and on the mobile device. Experiments were conducted by using the systems and resulting values were analyzed.

Mobile Crowd Sensing (MCS) or Participatory Sensing (PS) are two emerging systems as smart mobile devices become ubiquitous. One of the advantages of such a sensing system is that almost anyone with a mobile device can become a moving "sensor". However, despite the convenience, the openness of such systems is a double-edged sword: participants can misbehave and pose a threat. Usually, current MCS or PS systems are relatively weak and lack effective data sources selection mechanisms. As a result, fake or forged data can be collected, representing wrongly the sensed conditions on the surroundings, i.e. noise, moisture, etc. Therefore, a Hardened Registration Process (HRP) is proposed to provide a pre-examination on participants that are chosen to collect sensing data. There is one previous work on such a topic. It targets device examination (root, emulator, bot-net detection, etc.) for Android devices, preventing attackers from managing to register not actual but emulated devices and thus manage to effectively manipulate the collected data. The focus of this project is on enhancing the previous work and extending it with complementary mechanisms. We proposed a two-step HRP process, comprising a client detection for identifying malicious devices and server-side detection for revealing Sybil devices. We improve the previous HRP by implementing detection mechanisms in C (native) code and such an enhanced device examination process is the first step: client detection. In addition, to detect adversaries that can bypass the client detection method, we proposed an additional server-side detection to eliminate emulators and Sybil devices, adopting peer-to-peer interaction with Bluetooth Low Energy to corroborate the physical presence of the registered devices. With this enhancement, we achieve higher detection performance. Adversaries cannot easily bypass the client-side detection with rooted or emulated devices. Moreover, even if some adversaries can bypass the client-side detection, the server-side detection can prevent adversaries from registering Sybil devices more than the number of devices they own. / Mobile Crowd Sensing (MCS) eller Participatory Sensing (PS) är två framväxande system när smarta mobila enheter blir allestädes närvarande. En av fördelarna med ett sådant avkänningssystem är att nästan alla med en mobil enhet kan bli en rörlig sensor". Men trots bekvämligheten är öppenheten i sådana system ett tveeggat svärd: deltagare kan missköta sig och utgöra ett hot. Vanligtvis är nuvarande MCS- eller PS-system relativt svaga och saknar effektiva valmekanismer för datakällor. Som ett resultat kan falska eller förfalskade data samlas in, som felaktigt representerar de avkända förhållandena i omgivningen, d.v.s. buller, fukt, etc. Därför föreslås en förstärkt registreringsprocess för att ge en förundersökning av deltagare som väljs för att samla in avkänningsdata. Det finns ett tidigare arbete om ett sådant ämne. Det är inriktat på enhetsundersökning (root, emulator, bot-net-detektion, etc.) för Android-enheter, vilket förhindrar angripare från att lyckas registrera inte faktiska utan emulerade enheter och på så sätt lyckas effektivt manipulera den insamlade informationen. Fokus för detta projekt ligger på att förbättra det tidigare arbetet och utöka det med kompletterande mekanismer. Vi föreslog en tvåstegs HRP-process, som omfattar en klientdetektering för att identifiera skadliga enheter och detektering på serversidan för att avslöja Sybil-enheter. Vi förbättrar den tidigare HRP genom att implementera detekteringsmekanismer i C (native) kod och en sådan förbättrad enhetsundersökningsprocess är det första steget: klientdetektering. Dessutom, för att upptäcka motståndare som kan kringgå klientdetekteringsmetoden, föreslog vi en extra detektering på serversidan för att eliminera emulatorer och Sybil-enheter, genom att använda peer-to-peer-interaktion med Bluetooth Low Energy för att bekräfta den fysiska närvaron av de registrerade enheterna. Med denna förbättring uppnår vi högre detektionsprestanda. Motståndare kan inte lätt kringgå upptäckten på klientsidan med rotade eller emulerade enheter. Dessutom, även om vissa motståndare kan kringgå upptäckten på klientsidan, kan detekteringen på serversidan förhindra att motståndarna registrerar Sybil-enheter mer än antalet enheter de äger.

Examensarbetet genomfördes tillsammans med företaget Rol Ergo. Syftet med studien var att analysera Zigbee 3.0 och Bluetooth Low Energy 5.2 och deras lämplighet i tidskritiska system genom att studera latensen och förhållandet mellan signalstyrkan och avståndet mellan de två kommunikationsprodukter. Datainsamlingen genomfördes med en experimentell studie och utifrån kunskap som framskaffats har ett visst antal bestämda experiment utförts för att svara på frågeställningarna som ställs.  Datainsamlingen visar att både maxlatensen och typiska latensen hos Zigbee är lägre än maxlatens och typiska latens för Bluetooth Low Energy. Datainsamlingen för signalstyrkan visar att Bluetooth Low Energys signalstyrka blir mer påverkad av avståndet mellan kommunikationsprodukterna än vad Zigbees blir. Det visar även att den optimala förhållande mellan signalstyrkan och avståndet hos Zigbee är bättre än hos Bluetooth Low Energy.  Slutsatsen av arbetet är att Zigbee är mer lämpad för tidkritiska system än Bluetooth Low Energy då låg latensen prioriteras. Zigbee är även mer lämpad då lång distansen prioriteras men då bör signalstyrkan ligga runt -50dBm. Bluetooth Low Energy är dock mer lämpad då lång distans inte prioriteras och signalstyrkan inte behöver vara utmärkt för att kunna kommunicera.  Begränsningarna för arbetet är att Bluetooth Low Energy och Zigbee endast har prövats på utvecklingskortet nRF5340 DK.  På grund av den begränsade tiden så har endast ett antal bestämda experiment som har föreslagits av rådgivare på Rol Ergo utförts. / The thesis has been conducted together with  Rol Ergo company. The purpose of this study is to analyse Zigbee 3.0 and Bluetooth Low Energy 5.2 and their suitability for time-critical systems, by studying latency and the relations between signal strength and distance between two communication products. The data collection was completed by an experimental study. By using knowledge that has been collected for the study, sets of experiments will be performed to answer the research questions.  Results of the collected data indicate that both the maximum latency and the typical latency for Zigbee is significantly lower than for Bluetooth Low Energy. The collected data for signal strength shows that the signal strength for Bluetooth Low Energy is more affected by distance between the communication product, than Zigbee’s is. It also shows that the optimal ratio between signal strength and distance for Zigbee is better than for Bluetooth Low Energy. The conclusion of the study shows Zigbee to be a more suitable for time-critical systems compared to Bluetooth Low Energy when low latency is being prioritized. Zigbee is also more suitable for time-critical systems when long distance is being prioritized, however the signal strength must then be around -50 dBm. Bluetooth Low Energy is more suitable when long distance is not the priority, and the signal strength does not have to be excellent to be able to communicate.  The limitations for this thesis are that Bluetooth Low Energy and Zigbee will only be tested on the nRF5349 Development Kit. given limited time, only a certain of experiments, whereas some have been suggested by advisors from Rol Ergo, has been carried out.

Elektrodiagram eller EKG används inom sjukvården för att mäta hjärtats elektriska aktivitet med hjälp av flera elektroder som placeras ut på kroppen. Från mätningarna kan indikationer på hjärtsjukdomar och störningar i hjärtrytm upptäckas och sedan behandlas. Hjärt- och kärl-sjukdomar är den vanligaste dödsorsaken i Sverige och behovet av EKG undersökningar är stort. Vanligtvis är EKG-apparaterna stora, otympliga och begränsade till sjukhus då de är komplicerade och dyra. Linköpings universitets forskningsgrupp tillsammans med flera examensarbeten har då tagit fram en prototyp på en kompakt och portabel EKG. Den portabla EKG-apparaten kopplas med en sele som är integrerad med elektroder och ska brukas av främst kvinnor, då utbudet av användarvänliga EKG:s till kvinnor är litet. Den tidigare portabla EKG:en är uppbyggd av två moduler, EKG-modulen och Nordic Thingy52. EKG-modulen konstruerad på ett specialanpassat kretskort som utför den faktiska mätningen av elektroderna och uträkningar. Den är sedan ihopkopplad med Thingy52 som ansvarar för den trådlösa kommunikationen till andra enheter via Bluetooth Low Energy eller BLE som det också kallas. BLE-modulen som innefattade Thingy52 och den modifierade källkoden från tidigare arbeten, klarade av viss trådlös kommunikation men ansågs vara förlångsam och klarade inte av kontinuerlig dataöverföring. Från de tidigare arbetena uppkom då frågeställningar om det var möjligt att vidareutveckla den tidigare BLE-modulen genom att förbättra dataöverföring och införa fler funktioner. De mest väsentliga önskemål var att optimera modulens dataöverföring till att bli kontinuerlig, införa funktionalitet för att spara mätvärden som en typ av backup och introducera ett enklare digitalt filter för att filtrera bort brus och störningar på mätvärdena. Utöver detta skulle även ett kompaktare och mindre kretskort till BLE-modulen tas fram som skulle ersätta Thingy52. Projektet började med att införskaffa kunskap och förståelse om hur befintliga och tillkommande funktioner samt tjänster fungerar samt hur de ska implementeras. Val om vilka komponenter och utvecklingsmiljöer som skulle användas under projektet fastställdes. Valen resulterade i att fortsätta med tidigare System-on-chip, SoC nRF52832 från Nordic Semiconductor som Thingy52 är utformad runt. Detta ledde till att befintliga utvecklingskort kunde användas och kretsschema från Thingy52 kunde återanvändas till det nya kretsschemat. Innan det eget skapade kretskortet kunde beställas och testas behövdes verifiering av att den valda SoC klarade av kontinuerlig dataöverföring. Detta kunde utföras på utvecklingskort nRF52 SDK med samma typ av SoC. Verifieringen av dataöverföringen var mer tidskrävande än vad som hade räknats med och tyvärr blev det inte tid att beställa kretskortet och kunde inte testas i praktiken. Ett kretsschema utfördes ändå som har mindre dimensioner än Thingy52 och innehåller de önskade delarna. Under utveckling av BLE-funktionen valdes det att använda Nordic:s nya utvecklingsmiljö som förenklade programmering av avancerade funktioner, till exempel BLE. Valet av att byta utvecklingsmiljö resulterade dock i att tidigare programmeringskod som hanterade konfigurering och dataöverföring med EKG-modulen, behövdes konverteras om till ett nytt operativsystem efter att Nordic bytt till operativsystemet Zypher. Detta gav i följd att funktioner och bibliotek inte stödes eller inte fanns. Efter detta flyttades fokuset till att implementera och integrera lagringsfunktionen med BLE- och EKG-funktionerna. Multitrådning infördes för att kunna utföra och optimera BLE-modulens funktioner. Tidsbrist gjorde att endast platshållare för framtida implementering av digitala filter kunde utföras. Utifrån de testresultaten över BLE-modulen är det även svårt att garantera att SoC hinner utföra filtrering av mätdata under det redan begränsade tidsintervallet. Efter en del problem och många tester resulterade examensarbetet slutligen i ett kompakt kretsschema som skulle kunna ersätta Thingy52. En BLE-modul som kan utföra dataöverföring med viss kontinuerlighet och samtidigt lagra mätdata till ett SD-kort utan att påverka kommunikationen med EKG-modulen eller användargränssnittet. Slutprodukten har även många möjligheter att utökas i framtida arbeten. / Electrocardiography or ECG is used in healthcare to measure the electrical activity of the heart using several electrodes that are placed on the body. From the measurements, indications of heart diseases and heart rhythm disorders can be detected and then treated. Cardiovascular disease is the most common cause of death in Sweden and the need for ECG examinations is great. Usually the ECG devices are large, awkward, and limited to hospitals as they are complicated and expensive. Linköping University's research group together with several bachelor thesis projects has developed a prototype of a compact and portable ECG. The portable ECG device is connected to a bra that is integrated with electrodes and should be used mainly by women, as the range of user-friendly ECGs for women is small. The previously portable ECG is made up of two modules, the ECG module, and the Nordic Thingy52. The ECG module is designed on a specially adapted circuit board that performs the actual measurement of the electrodes and calculations. It is then paired with Thingy52 which is responsible for the wireless communication to other devices via Bluetooth Low Energy or BLE as it is also called. The BLE module, which included Thingy52 and the modified source code from previous work, managed some wireless communication but was considered too slow and could not handle continuous data transfer. From the previous work questions arose as to whether it was possible to further develop the previous BLE module by improving data transfer and introducing more features. The most desired features were to optimize the module's data transfer to become continuous, implement functionality to save measured values as a type of backup and implement a simple digital filter to filter out noise and disturbances of the measured values. In addition to this, a more compact and smaller circuit board for the BLE module would also be developed that would replace the Thingy52. The project began with acquiring knowledge and understanding of how existing and additional functions or services work and how they should be implemented. Choices about which components and development environments would be used during the project were determined. The choice resulted in continuing with the previous System-on-chip, SoC nRF52832 from Nordic Semiconductor around which Thingy52 is designed. As a result, existing development boards could be used and the circuit diagram from Thingy52 could be reused for the new circuit diagram. Before the self-created circuit board could be ordered and tested, verification was needed to determine that the selected SoC was capable of continuous data transfer. This could be done on development card nRF52 SDK with the same type of SoC. The verification of the data transfer was more time consuming than had been expected and unfortunately there was no time to order the circuit board and therefore could not be tested in practice. A circuit diagram was nevertheless performed which has smaller dimensions than Thingy52 and contains the desired parts. During the development of the BLE function, it was chosen to use Nordic's new development environment as it simplified programming of advanced functions, like BLE. The choice to change the development environment, however, resulted in the previous programming code, which handled configuration and data transfer with the ECG module, having to be converted to a new operating system after Nordic switched to the Zypher operating system. As a result, functions and libraries were not supported or did not exist. After this, the focus shifted to implementing and integrating the storage function with the BLE and ECG functions. The multithreading tool was introduced to perform and optimize the functions of the BLE module. Lack of time meant that only placeholders for future implementation of digital filters could be performed. Based on the test results over the BLE module, it is also difficult to guarantee that the SoC has time to perform filtering of measurement data during the already limited time interval. After some problems and many tests, the bachelor thesis project finally resulted in a compact circuit that could replace Thingy52. Also, a BLE module that can perform data transfer with some continuity and at the same time store measurement data to a SD card without affecting the communication with the ECG module or the user interface. The end product also has many opportunities to be expanded in future work.

The rapid enhancement of low-power short range wireless connectivity has been a driving factor of the pervasive adoption of Internet-of-Things (IoT). However, the lack of universal standard for such technologies causes compatibility issues and slows down innovation. The Bluetooth Low Energy (BLE) protocol has become the leading protocol that is most likely to be adopted as the standard over other compatible technologies and thus has to be studied thoroughly and all characteristics evaluated. Several major enhancements were introduced in the release of BLE 5 which makes the technology instantly more attractive in wider range of use cases than before. These enhancements bring additional complexity into the BLE architecture while allowing for more flexibility and configuration varieties to optimize each use case. This thesis attempts to evaluate the benefits of new features in BLE for a specific device developed by Tritech Technologies and the possibility of utilizing several features to improve wireless performance. Additionally, the technology architecture is deeply studied, challenges in implementation identified and operational characteristics measured. Results of the literature review discusses how the scalability of BLE has significantly improved, new features provide more flexibility making the technology more attractive for all IoT and finally recommends further work in order to have a single standard when operating low-powered wireless communication. Moreover, test results of power consumption, possible range and throughput are summarized showing that the new features can bring significant benefits to certain products but massive drawbacks might occur in form of power consumed if not carefully implemented. To point out some notable test results acquired in this project, double the energy utility was achieved by utilizing high speed physical layer (PHY) in high throughput operation that reached data transfer rate of 1.37 MB/s. Using long range PHY with coding scheme of eight symbols per bit reached roughly 1 km range in Line-of-Sight (LoS) and improvement from about half-house to nearly full-house coverage. Furthermore, a method of dynamically switching PHYs was implemented and concluded not suitable for such an application due to high added power consumption. / Den snabba förbättringen av trådlös kommunikation med låg energiförbrukning har präglat utvecklingen av Internet-of-Things (IoT). Bristen på en universell standard för sådan teknik orsakar kompatibilitetsproblem och kan hämma innovation. Protokollet för Bluetooth Low Energy (BLE) har kommit att bli det ledande protokoll som förmodligen kommer att antas som standarden över andra kompatibla teknologier och måste därför granskas noggrant och alla dess egenskaper utvärderas. Flera anmärkningsvärda förbättringar introducerades i utgåvan av BLE 5 vilket omedelbart gör tekniken mer attraktiv i ett större användningsområde än tidigare. Dessa förbättringar ger ytterligare komplexitet i BLE-arkitekturen, samtidigt som detta möjliggör mer flexibilitet och konfigurationsvarianter för att optimera varje användningsfall.Denna rapport försöker att utvärdera fördelarna med nya funktioner i BLE för en specifik produkt som utvecklats av Tritech Technologies och möjligheten att utnyttja flera funktioner för att förbättra den trådlösa anslutningen. Protokollarkitekturen är dessutom granskad, utmaningar i genomförandet identifierade och operativa egenskaper uppmätta. Resultaten från litteraturöversikten diskuterar hur skalbarheten hos BLE har förbättrats avsevärt, hur nya funktioner bidrar till flexibilitet vilket gör tekniken mer attraktiv för all typ av IoT och slutligen rekommenderar vidare arbete för att kunna uppnå en standard för trådlös kommunikation med låg energiförbrukning. Dessutom sammanfattas testresultatet av strömförbrukning, möjlig räckvidd och datahastighet, vilket visar att de nya funktionerna kan ge betydande fördelar för vissa produkter men att nackdelar kan förekomma i form av strömförbrukning om den inte är noggrant genomförd. BLE 5 jämfördes med tidigare versioner och resultaten från denna jämförelse visade på att fördubblad energy utility kunde uppnås genom att använda ett Physical Layer (PHY) med höghastighetsegenskaper och dataöverföringshastighet på 1.37 MB/s. Då ett PHY med lång räckvidd och datakodning på åtta symboler per bit användes kunde en räckvidd på cirka 1 km siktlinje uppnås och en förbättring kunde ses i en tvåplansvilla där täckningen ökat från cirka halva byggnaden till nästan hela byggnaden. Dessutom utvecklades en metod för att dynamiskt byta PHY under användning, och slutsatsen visade att denna metod ej är lämplig för den produkt som utreddes på grund av den ökade energiförbrukningen som då uppstod.

Development of technical and methodological support has been identified as a key area for future research and development within the search and rescue (SAR) of missing persons in Sweden. Previous studies have demonstrated the feasibility of using Wi-Fi signals to locate a missing person, and also developed hardware and software for SAR systems based around Unmanned Aerial Vehicles (UAV). This thesis empirically studies the actual transmission behaviour of three non-connected smartphones over Wi-Fi and Bluetooth Low Energy (BLE), under the assumption that a missing person could be carrying a smartphone with them. Furthermore, the thesis studies the range of relatively low-cost off-the-shelf Wi-Fi and BLE devices in a “best-case” scenario with free line-of-sight and a slightly elevated transmitter. Finally, the thesis studies how antennas and other factors impact range. The results show that all of the tested smartphones transmit so called Wi-Fi probe packets when Wi-Fi is enabled. Though, these probes are, in most cases, transmitted during short events separated by intervals of 5 to 9 minutes, depending on the smartphone. Furthermore, in most cases only a few packets are transmitted in each event. The interval lengths and scarce packets imply significant limitations to the usability of Wi-Fi in SAR. BLE broadcast transmissions, on the other hand, require that some kind of advertising service is enabled, but are transmitted at least every 10.5 seconds, due to the strict regulation in the Bluetooth standard. This was also demonstrated with the studied iPhone that continuously transmitted BLE packets every two seconds. Roughly 60 % of the smartphones in use in Sweden today are Apple devices, thus a significant portion of all the smartphones in use are likely to be detectable via BLE within brief time intervals. In the tested “best-case” scenario with free line-of-sight and a slightly elevated transmitter, at least 80 % of the transmitted Wi-Fi probes are detected up to 500-600 meters with a maximum range, with sparsely detected packets, of up to about 700 meters. Correspondingly, at least 80 % of the BLE advertisements are detected up to 60-110 meters with occasional packets detected up to a maximum range of approximately 210 meters. However, the ranges for both Wi-Fi and BLE are highly dependent on the receiving device. In addition to the receiver device and standard, it is found that the transmission power and antenna directivity of the transmitter have a potentially substantial impact on the range with a possible combined difference in directed transmitted power of up to 49 dB. This corresponds to the difference between a strong signal and no detected signal at all. In summary, there are clear differences between the properties of BLE and Wi-Fi, both in terms of range and how different devices transmit broadcast packets (transmission behaviour), resulting in both having advantages and disadvantages in SAR applications. There are also a number of factors on the transmitter and receiver devices that could have considerable impact on the possibility of detecting a device. Concludingly, both BLE and Wi-Fi could fill a role in SAR of missing persons, but both also have major drawbacks that are severely limiting their possible use. / <p>Examensarbetet är utfört vid Institutionen för teknik och naturvetenskap (ITN) vid Tekniska fakulteten, Linköpings universitet</p>