Abstract Products and services are critical for companies as they create the foundation for companies’ financial success. Twenty per cent of company products typically account for some eighty per cent of sales volume. Nevertheless, the product portfolio decisions — how to strategically renew company product offering — tend to involve emotions, pet products and who-shout-the-loudest mentality while facts, numbers, and quantitative analyses are missing. Profitability is currently measured and reported at a company level, and firms seem unable to measure product-level profitability in a constant way. Consequently, companies are unable to maintain and renew their product portfolio in a strategically or commercially balanced way. The main objective of this study is to provide a data-driven product portfolio management (PPM) concept, which recognises and visualises in real-time and based on facts which company products are concurrently strategic and profitable, and what is the share of them in the product portfolio. This dissertation is a qualitative study to understand the topical area by the means combining literature review, company interviews, observations, and company internal material, to take steps towards data-driven decision-making in PPM. This study indicates that company data assets need to be combined and governed company-widely to realise the full potential of company strategic assets — the DATA. Data must be governed separately from business IT technology and beyond it. Beyond data and technology, the data-driven company culture must be adopted first. The data-driven PPM concept connects key business processes, business IT systems and several concepts, such as productization, product lifecycle management and PPM. The managerial implications include, that the shared understanding of the company products is needed, and the commercial and technical product structures are created accordingly, as they form the backbone of the company business as the skeleton to gather all product-related business-critical information for product-level profitability analysis. Also, product classification for strategic, supportive and non-strategic is needed, since the strategic nature of the product can change during the entire product lifecycle, e.g. due to the technology obsolescence, disruptive innovations by competitors, or for any other reason. / Tiivistelmä Tuotteet ja palvelut ovat yrityksille kriittisiä, sillä ne luovat perustan yritysten taloudelliselle menestykselle. Kaksikymmentä prosenttia yrityksen tuotteista edustaa tyypillisesti noin kahdeksaakymmentä prosenttia myyntimääristä. Siitä huolimatta tuoteporfoliopäätöksiin — kuinka strategisesti uudistetaan yrityksen tuotetarjoomaa — liittyy tunteita, lemmikkituotteita ja kuka-huutaa-kovimmin -mentaliteettia faktojen, numeroiden ja kvantitatiivisten analyysien puuttuessa. Kannattavuutta mitataan ja raportoidaan tällä hetkellä yritystasolla, ja yritykset eivät näyttäisi pystyvän mittaamaan tuotetason kannattavuutta johdonmukaisesti. Tämä estää yrityksiä ylläpitämästä ja uudistamasta tuotevalikoimaansa strategisesti tai kaupallisesti tasapainoisella tavalla. Tämän tutkimuksen päätavoite on tarjota dataohjattu (data-driven) tuoteportfoliohallinnan konsepti, joka tunnistaa ja visualisoi reaaliajassa ja faktapohjaisesti, mitkä yrityksen tuotteet ovat samanaikaisesti strategisia ja kannattavia ja mikä on niiden osuus tuoteportfoliossa. Tämä väitöskirja on laadullinen tutkimus, jossa yhdistyy kirjallisuuskatsaus, yrityshaastattelut, havainnot ja yritysten sisäinen dokumentaatio, joiden pohjalta pyritään kohti dataohjautuvaa päätöksentekoa tuoteportfolion hallinnassa. Tämä tutkimus osoittaa, että yrityksen data assettit on yhdistettävä ja hallittava yrityksenlaajuisesti, jotta yrityksen strategisten assettien — DATAN — potentiaali voidaan hyödyntää kokonaisuudessaan. Data on hallittava erillään yrityksen IT-teknologiasta ja sen yläpuolella. Ennen dataa ja teknologiaa on omaksuttava dataohjattu yrityskulttuuri. Dataohjatun tuoteportfolionhallinnan konsepti yhdistää keskeiset liiketoimintaprosessit, liiketoiminnan IT-järjestelmät ja useita konsepteja, kuten tuotteistaminen, tuotteen elinkaaren hallinta ja tuoteportfolion hallinta. Yhteisymmärrys yrityksen tuotteista ja sekä kaupallisen että teknisen tuoterakenteet luominen vastaavasti on ennakkoedellytys dataohjatulle tuoteportfolion hallinnalle, koska ne muodostavat yrityksen liiketoiminnan selkärangan, joka yhdistää kaikki tuotteisiin liittyvät liiketoimintakriittiset tiedot tuotetason kannattavuuden analysoimiseksi. Lisäksi tarvitaan tuotteiden kategorisointi strategisiin, tukeviin ja ei-strategisiin tuotteisiin, koska tuotteen strateginen luonne voi muuttua tuotteen elinkaaren aikana, johtuen esimerkiksi teknologian vanhenemisesta, kilpailijoiden häiritsevistä innovaatioista tai mistä tahansa muusta syystä.

Diss. Oulun yliopisto, 2008. / Myös verkkojulkaisuna.

Abstract The aim of this thesis is to devise novel cooperative paradigms that allow small base stations (SBSs) to perform joint optimizations in the field of interference and spectral resource management, in an automated, self-organizing way. Fostering cooperation requires a careful negotiation process and incurs additional operational costs that can ultimately limit the scalability of such an approach. Hence, we design cooperative models around the self-organizing functions of small cell networks, through which each SBS dynamically adapts its own cooperative strategy to the current network status. In the first part of the thesis, we study the co-tier interference in the downlink of an underlay small cell tier. Showing that mutual interference is a limiting factor, we propose a cooperative scheme based on the concept of interference alignment. Thereby, the SBSs autonomously devise their cooperative strategy, select partner small base stations and suppress the mutual interference via alignment. In the second part, we extend the above problem by considering additional constraints posed by non-cooperative macro cell users sharing the spectrum with the SBSs. Due to the dimension of such a problem, we show that interference alignment solutions do not often exist, hence, we propose a distributed solution based on the concept of interference draining for solving the interfering signals in the space-frequency domain. Finally, we focus on inter-tier cooperation and propose an adaptive hybrid access policy based on spectrum leasing, which jointly enhances the SBSs' transmission capacity and the macro cell users' QoS . In the studied scenarios, we highlight how SBSs' individual performance is network-dependent, due to the shared nature of the spectrum and the network infrastructure. For addressing such issues, we use novel concepts from coalitional games in partition form in which the strategic decisions are optimized by accounting for external effects, such as interference or dynamic spectrum allocation. Based on the properties of optimality of coalitional games in partition form, the proposed cooperative solutions show two key features. First, by leveraging on decentralized strategic decisions, complex interference management techniques, such as interference alignment or draining, can be implemented in practical, scalable way. Second, although notable cooperative solutions exists for certain problem dimensions, the proposed algorithms are shown to be effective for a wide range of network sizes, by achieving significant data rate enhancement and low overhead. / Tiivistelmä Työssä käsitellään merkittäviä häiriön ja radioresurssien hallintaongelmia ja ehdotetaan käytännöllisiä yhteistoiminnallisuusmalleja, jotka tuottavat merkittäviä suorituskykyparannuksia, ja samaan aikaan ottavat huomioon yhteistyön kustannukset ja strategisten päätösten vaikutuksen piensolujen keskinäiseen suorituskykyyn. Työn ensimmäisessa osassa tutkitaan makro- ja piensoluverkon välistä häiriötä laskevalla siirtosuunnalla. Koska keskinäishäiriö osoittautuu merkittäväksi rajoittavaksi tekijäksi, ehdotetaan yhteistyömenetelmää, joka perustuu ns. häiriön laskostamiseen. Tällaisessa menetelmässä pientukiasemat päättävät itsenäisesti yhteistyöstrategiansa ja valitsevat ne tukiasemat, joiden kanssa tehdään yhteistyötä ja vaimennetaan keskinäishäiriötä laskostamalla. Työn toisessa osassa edellämainittua ongelmaa laajennataan ottamalla huomioon rajoitteet, jotka aiheutuvat samoja taajuusresursseja jakavista, mutta piensolutukiasemien kanssa yhteistyötä tekemättömistä makrosoluista. Ongelman laajuudesta havaitaan, että yleensä häiriön laskostusratkaisua ei löydy tällaisessa ongelmassa. Niinpä ehdotetaan hajautettua häiriön kohdennukseen perustuvaa ratkaisua, jossa häiriösignaalit lomitellaan tila-taajuustasossa. Työn viimeisessä osassa keskitytään eri tyyppisten tukiasemasolujen kesken käytävään yhteistyöhön ja ehdotetaan mukautuvaa taajuusspektrin vuokraamiseen perustuvaa hybridi-käyttöoikeusmenetelmää, joka parantaa piensolujen kapasiteettia ja makrosolukäyttäjien palvelun laatua. Kaikissa tutkituissa menetelmissä korostetaan kuinka yksittäisen pientukiaseman suorituskyky on verkosta riippuvainen johtuen jaetusta taajuuskaistasta ja verkkoinfrastuktuurista. Näissä skenaarioissa käytetään uusia ositukseen perustuvia ns. liittoumapelikonsepteja. Tämän tyyppisissä peleissä strategiset päätökset on optimoitu ottamalla huomioon ulkoiset tekijät kuten häiriö ja dynaaminen taajuuden allokointi. Ositukseen perustuvien liitoumapelien optimaalisuus- ja stabiilisuusominaisuuksien pohjalta ehdotetaan hajautettuja algoritmeja tutkittuihin ongelmiin. Ehdotetut yhteistoiminnalliset ratkaisut osoittavat kaksi avaintekijää. Ensinnäkin käyttämällä hajautettuja strategisia päätöksiä kompleksiset häiriönhallintatekniikat, kuten häiriön lomittelu ja kohdennus, voidaan toteuttaa käytännöllisesti siten, että hyöty-kustannussuhde on tasapainossa. Toiseksi, vaikka merkittäviä yhteistyöratkaisuja on olemassa tietyn dimensioisiin ongelmiin, ehdotetut algoritmit ovat osoittautuneet tehokkaiksi hyvin erikokoisissa verkoissa. Samalla on saavutettu merkittäviä datanopeusparannuksia ja hyvä skaalautuvuus.

Abstract To gain competitive advantage and thrive in the market, companies have introduced Kanban in software development. Kanban has been used in the manufacturing industry for over six decades. In the software engineering domain, Kanban was introduced in 2004 to increase flexibility in coping with dynamic requirements, bring visibility to workflow and related tasks, improve communication, and promote the pull system. However, the existing scientific literature lacks empirical evidence of the use of Kanban in software companies. This doctoral thesis aims to improve the understanding of the use of Kanban in software engineering. The research was performed in two phases: 1) analysis of scientific literature on Kanban in software engineering and industrial engineering and 2) investigation of Kanban implementation trends in software companies. The data was collected through systematic literature reviews, survey and semi-structured interviews. The results were synthesized to draw conclusions and outline implications for research and practice. The results indicate growing interest in the use of Kanban in software companies. The findings suggest that Kanban is applicable to software development, software maintenance, and portfolio management in software companies. Kanban brings visibility to task and offering status, limits work in progress at any given time gives people greater control over their work and limit task switching. Although Kanban offers several benefits, as reported in this dissertation, the findings show that software companies find it challenging to implement Kanban incrementally. / Tiivistelmä Ohjelmistoteollisuudessa Kanbanin käyttö on yleistynyt vuodesta 2004 alkaen. Sillä pyritään tuomaan joustavuutta muuttuvien vaatimusten hallintaan, tuomaan näkyvyyttä työnkulkuun ja toisiinsa liittyviin tehtäviin, parantamaan kommunikaatiota sekä edistämään imuohjauksen hyödyntämistä. Kanbania on käytetty valmistavassa teollisuudessa jo yli kuuden vuosikymmenen ajan. Olemassa olevassa tieteellisessä kirjallisuudessa on kuitenkin esitetty hyvin vähän empiirisiä tutkimustuloksia Kanbanin käytöstä ohjelmistoyrityksissä. Väitöskirjan tavoitteena on parantaa ymmärrystä Kanbanin käytöstä ohjelmistotuotannossa. Tutkimus toteutettiin kahdessa vaiheessa: 1) Kirjallisuusanalyysi Kanbanin käytöstä ohjelmistotuotannossa ja tuotantotekniikassa ja 2) Empiirinen tutkimus Kanbanin käyttöönoton trendeistä ohjelmistoyrityksissä. Tutkimusaineisto kerättiin systemaattisten kirjallisuuskatsausten, kyselytutkimuksen ja puolistrukturoitujen teemahaastattelujen kautta. Tutkimustulosten synteesin pohjalta tehtiin johtopäätöksiä Kanbanin käytöstä ohjelmistotuotannossa sekä niiden merkityksestä alan tutkimukselle ja Kanbanin käytölle yrityksissä. Tutkimuksen tulokset osoittavat kasvavaa kiinnostusta Kanbanin käyttöä kohtaan ohjelmistoyrityksissä. Tulosten perusteella Kanban soveltuu käytettäväksi ohjelmistokehityksessä, ohjelmistojen ylläpidossa sekä tuoteportfolion hallinnassa. Kanban tuo näkyvyyttä ohjelmistokehitykseen, niin meneillään olevien tehtävien kuin portfoliotarjoaman osalta. Se myös auttaa rajoittamaan työtehtävien ruuhkautumista ja antaa kehittäjille paremman tavan hallita työtään rajoittamalla työtehtävien vaihtoa. Vaikka Kanbanin käytöllä on mahdollista saavuttaa väitöskirjatutkimuksessa esitettyjä hyötyjä, tulokset osoittavat, että ohjelmistoyrityksillä on haasteita Kanbanin inkrementaalisessa käyttöönotossa.

Abstract Future cellular networks need to support the ever-increasing demand of bandwidth-intensive applications and interconnection of people, devices, and vehicles. Small cell network (SCN)-based communication together with proximity- and social-aware connectivity is conceived as a vital component of these networks to enhancing spectral efficiency, system capacity, and quality-of-experience (QoE). To cope with diverse application needs for the heterogeneous ecosystem, radio resource management (RRM) is one of the key research areas for the fifth-generation (5G) network. The key goals of this thesis are to develop novel, self-organizing, and low-complexity resource management algorithms for emerging device-to-device (D2D) and vehicle-to-vehicle (V2V) wireless systems while explicitly modeling and factoring network contextual information to satisfy the increasingly stringent requirements. Towards achieving this goal, this dissertation makes a number of key contributions. First, the thesis focuses on interference management techniques for D2D-enabled macro network and D2D-enabled SCNs in the downlink, while leveraging users’ social-ties, dynamic clustering, and user association mechanisms for network capacity maximization. A flexible social-aware user association technique is proposed to maximize network capacity. The second contribution focuses on ultra-reliable low-latency communication (URLLC) in vehicular networks in which interference management and resource allocation techniques are investigated, taking into account traffic and network dynamics. A joint power control and resource allocation mechanism is proposed to minimize the total transmission power while satisfying URLLC constraints. To overcome these challenges, novel algorithms are developed by combining several methodologies from graph theory, matching theory and Lyapunov optimization. Extensive simulations validate the performance of the proposed approaches, outperforming state-of-the-art solutions. Notably, the results yield significant performance gains in terms of capacity, delay reductions, and improved reliability as compared with conventional approaches. / Tiivistelmä Tulevaisuuden solukkoverkkojen pitää pystyä tukemaan yhä suurempaa kaistanleveyttä vaativia sovelluksia sekä yhteyksiä ihmisten, laitteiden ja ajoneuvojen välillä. Piensoluverkkoihin (SCN) pohjautuvaa tietoliikennettä yhdistettynä paikka- ja sosiaalisen tietoisuuden huomioiviin verkkoratkaisuihin pidetään yhtenä elintärkeänä osana tulevaisuuden solukkoverkkoja, joilla pyritään tehostamaan spektrinkäytön tehokkuutta, järjestelmän kapasiteettia sekä kokemuksen laatua (QoE). Radioresurssien hallinta (RRM) on eräs keskeisistä viidennen sukupolven (5G) verkkoihin liittyvistä tutkimusalueista, joilla pyritään hallitsemaan heterogeenisen ekosysteemin vaihtelevia sovellustarpeita. Tämän väitöstyön keskeisinä tavoitteina on kehittää uudenlaisia itseorganisoituvia ja vähäisen kompleksisuuden resurssienhallinta-algoritmeja laitteesta-laitteeseen (D2D) ja ajoneuvosta-ajoneuvoon (V2V) toimiville uusille langattomille järjestelmille, sekä samalla mallintaa ja tuottaa verkon kontekstikohtaista tietoa vastaamaan koko ajan tiukentuviin vaatimuksiin. Tämä väitöskirja edistää näiden tavoitteiden saavuttamista usealla keskeisellä tuloksella. Aluksi väitöstyössä keskitytään häiriönhallinnan tekniikoihin D2D:tä tukevissa makroverkoissa ja laskevan siirtotien piensoluverkoissa. Käyttäjän sosiaalisia yhteyksiä, dynaamisia ryhmiä sekä osallistamismekanismeja hyödynnetään verkon kapasiteetin maksimointiin. Verkon kapasiteettia voidaan kasvattaa käyttämällä joustavaa sosiaaliseen tietoisuuteen perustuvaa osallistamista. Toinen merkittävä tulos keskittyy huippuluotettavaan lyhyen viiveen kommunikaatioon (URLLC) ajoneuvojen verkoissa, joissa tehtävää resurssien allokointia ja häiriönhallintaa tutkitaan liikenteen ja verkon dynamiikka huomioiden. Yhteistä tehonsäädön ja resurssien allokoinnin mekanismia ehdotetaan kokonaislähetystehon minimoimiseksi samalla, kun URLLC rajoitteita noudatetaan. Jotta esitettyihin haasteisiin voidaan vastata, väitöstyössä on kehitetty uudenlaisia algoritmeja yhdistämällä graafi- ja sovitusteorioiden sekä Lyapunovin optimoinnin menetelmiä. Laajat tietokonesimuloinnit vahvistavat ehdotettujen lähestymistapojen suorituskyvyn, joka on parempi kuin uusimmilla nykyisillä ratkaisuilla. Tulokset tuovat merkittäviä suorituskyvyn parannuksia erityisesti kapasiteetin lisäämisen, viiveiden vähentämisen ja parantuneen luotettavuuden suhteen verrattuna perinteisiin lähestymistapoihin.

Abstract Bringing new products faster to the market is increasingly critical. To reach this goal, companies have been improving their product development practices and processes. Rapid product development (RaDe) is a type of incremental product development model, in which new sales items are created by redesigning existing products quickly and inexpensively. This study examines the RaDe challenges and enablers, particularly the ones from the perspective of supply management (SM) and product portfolio management (PPM). The main objective of this study is to recognise and describe the significance of mature SM for RaDe, resulting in successful and efficient product ramp-ups and portfolio renewal. The present study follows a qualitative research approach, which consists of reviewing the literature and analysing the relevant practices and current process settings of several companies representing diverse business areas and industry types. The principal results of this study involve acknowledging and describing the role of mature SM and organised PPM for effective RaDe implementation and product portfolio renewal. The study examines the mature SM from the perspective of 1) the definition of the SM objectives; 2) the alignment of the list of recommended products, buy-items and suppliers; 3) the creation of the product design guidelines, targets and metrics from the SM perspective; and 4) the establishment of the supply capability creation process. The main implications of the present study highlight the importance of the SM maturity that can support managers in RaDe related planning and implementation activities. The originality of the study resides in the emphasis of the SM significance in terms of different aspects that are beneficial to RaDe implementation and product portfolio renewal. / Tiivistelmä Uusien tuotteiden tuominen markkinoille nopeasti on enenevissä määrin tärkeää yrityksille. Tämän saavuttamiseksi yritykset ovat pyrkineet parantamaan tuotekehitystoimintojaan ja -prosessejaan. Nopea tuotekehitys (RaDe) on malli inkrementaaliseen tuotekehitykseen, missä myyntinimikkeitä luodaan uudelleen suunnittelemalla jo olemassa olevia tuotteita nopeasti ja halvalla. Tämä tutkimus tarkastelee RaDe -haasteita ja mahdollistajia, erityisesti hankintatoimen johtamisen (SM) ja tuoteportfoliohallinnan (PPM) näkökulmasta. Tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena on tunnistaa ja kuvata kypsän hankintatoimen johtamisen ja nopean tuotekehityksen merkittävyys niin onnistuneen kuin tehokkaan markkinoille tuonnin sekä tuoteportfolion uudistamisen mahdollistajana. Laadullinen tutkimus tarkastelee monipuolisia liiketoiminta-alueita ja teollisuusaloja, koostuen sekä kirjallisuuskatsauksesta että useiden eri yritysten niille relevanttien toimintojen ja prosessien analysoinnista. Keskeiset tutkimuksen tulokset osoittavat ja selittävät kypsän hankintatoimen johtamisen ja organisoidun tuoteportfoliohallinnan roolia nopean tuotekehityksen tehokkaassa toteutuksessa sekä tuoteportfolion uudistamisessa. Kypsää hankintatoimen johtamista tutkimus tarkastelee seuraavista perspektiiveistä: 1) hankintatoimen johtamisen tavoitteiden määritys, 2) suositeltujen tuote-, ostoartikkeli- ja toimittajalistojen linjaus, 3) tuotesuunnittelun ohjeistusten, tavoitteiden ja mittareiden luominen hankintatoimen johtamisen näkökulmasta, ja 4) hankintatoimen kyvykkyyden perustamisen luomisprosessi. Tutkimuksen merkittävimmät kontribuutiot organisaatioille korostavat sellaisen kypsän hankintatoimen johtamisen tärkeyttä, mikä tukee johtoa nopean tuotekehityksen suunnittelussa ja toteutuksessa. Uudenlaista näköalaa tutkimukseen tuottaa hankintatoimen johtamisen merkityksen tähdentyminen positioista, jotka ovat suotuisia nopean tuotekehityksen toteutukselle sekä tuoteportfolion uudistumiselle.

Abstract The main objective of this study is to clarify the current challenges and preconditions relating to product portfolio management (PPM) and widen the PPM framework over horizontal and vertical portfolios, including a related governance model, strategic performance management and the PPM process. This study analyses comprehensively the current PPM literature and the relevant practices of 10 case companies representing business areas such as hardware (HW), software (SW) and Services. This study approaches PPM from a more comprehensive viewpoint as all product life cycle phases and product structure levels are not covered well in this context by the earlier literature. The principal results of this study involve revealing the need for a new PPM governance model including strategic targets, KPIs and the PPM process according to vertical and horizontal portfolios. The created PPM framework clarifies the strategic role of PPM in cross-functional analysis and decision making for commercial and technical portfolios. The role and the impact of strategic PPM have been further enhanced by positioning the PPM process on the level of other business processes. The created PPM framework enhances the collaboration between business and engineering teams. The managerial implications include the potential preconditions of clarifying the dynamic and active role of PPM at the level of other business processes. The findings can aid business managers in understanding PPM as an entity that has a role in managing the entire product portfolio and its renewal based on strategic performance measures over horizontal and vertical portfolios according to cross-functional governance bodies. This highlights the criticality of managing all items both in commercial and technical portfolios. The role of other business processes should be highly operational by executing product development, marketing and sales, delivery and care activities according to PPM decisions. The primary role of PPM should be active management of the entire product portfolio over product life cycle phases and product structure levels, instead of merely focusing on new product development, to ensure product portfolio renewal. / Tiivistelmä Tämä tutkimus selventää tuoteportfolion hallintaan liittyviä edellytyksiä ja haasteita, sekä laajentaa tuoteportfolion hallintamallia, suorituskyvyn johtamista ja prosessia horisontaalisesti ja vertikaalisesti. Tuoteportfolion hallintaa on lähestytty kattavasti analysoimalla nykyistä kirjallisuutta, sekä kymmenen kohdeyrityksen käytänteitä nykytila-analyysin keinoin. Kohdeyritykset edustavat useita liiketoiminta- ja tuotealueita kattaen laitteiston, ohjelmiston ja palvelut. Tämä tutkimus lähestyy tuoteportfolion hallintaa laajemmalta katsantokannalta kuin nykyinen kirjallisuus joka ei kata kaikkia tuotteen elinkaaren vaiheita ja tuoterakennetasoja. Tämän väitöstutkimuksen tärkeimmät tulokset liittyvät uuden tuoteportfolion hallintamallin tarpeellisuuden esille tuomiseen, sisältäen tuoteportfolion strategiset tavoitteet, suorituskykymittarit ja hallintaprosessin perustuen vertikaalisiin ja horisontaalisiin tuoteportfolioihin. Luotu viitekehys selkeyttää tuoteportfolion hallinnan strategista roolia organisaatiorajat ja liiketoimintaprosessit ylittävässä analyysissa ja päätöksenteossa liittyen kaupallisiin ja teknisiin tuoteportfolioihin. Strategisen tuoteportfolion hallinnan roolia ja merkitystä on erityisesti korostettu nostamalla tuoteportfolion hallintaprosessi muiden liiketoimintaprosessien tasolle. Tässä tutkimuksessa luotu tuoteportfolion hallinnan viitekehys vahvistaa yhteistyötä liiketoiminnanjohto- ja insinööritiimien välillä kaikilla organisaatiotasoilla. Työn kontribuutiot yritysjohdolle korostavat tuoteportfolion hallintaprosessin keskitettyä, dynaamista ja aktiivista roolia johtaa yrityksen kaupallisia ja teknisiä nimikkeitä horisontaalisesti ja vertikaalisesti kokonaisuutena perustuen strategisiin suorituskykymittareihin. Tuoteportfolion hallinta yli horisontaalisten ja vertikaalisten portfolioiden mahdollistaa tuoteportfolion uudistumisen yli kaikkien elinkaarivaiheiden ja tuoterakennetasojen. Muiden liiketoimintaprosessien roolin tulisi olla selkeästi operatiivinen toteuttaen tuotekehitykseen, markkinointiin, myyntiin, tilaamiseen, hankintaan, toimittamiseen ja huoltoon liittyviä tehtäviä perustuen strategisiin tuoteportfolion hallinnan tavoitteisiin ja suorituskykymittareihin.

Abstract According to industry estimates, monthly global mobile data traffic will surpass 30.6 exabytes by 2020 and global mobile data traffic will increase nearly eightfold between 2015 and 2020. Most of the mobile data traffic is generated by smartphones, and the total number of smartphones is expected to continue growing by 2020, which results in rapid traffic growth. In addition, the upcoming 5G networks and Internet of Things based communication are estimated to involve a large amount of network traffic. The increase in mobile data traffic and in the number of connected devices poses a challenge to network operators, service providers, and data center operators. If the transmission capacity of the network and the amount of data traffic are not in line with each other, congestion may occur and ultimately the quality of experience degrades. Mobile networks are also becoming more reliant on data centers that provide efficient computing power. However, the energy consumption of data centers has grown in recent years, which is a problem for data center operators. A traditional strategy to overcome these problems is to scale up the resources or by providing more efficient hardware. Resource over-provisioning increases operating and capital expenditures without a guarantee of increased average revenue per user. In addition, the growing complexity and dynamics of communication systems is a challenge for efficient resource management. Intelligent and resilient methods that can efficiently use existing resources by making autonomous decisions without intervention from human administrators are thus needed. The goal of this research is to implement, develop, model, and test algorithms that can enable efficient and energy-aware network resource management in autonomous communications systems. First, an energy-aware algorithm is introduced for high-performance computing data centers to reduce the energy consumption within a single data center and across a federation of data centers. For network access selection in heterogeneous wireless networks, two algorithms are proposed, a client side algorithm that tries to optimize users' quality of experience and a network side algorithm that focuses on optimizing the global resource usage of the network. Finally, for a video service, an algorithm is presented that can enhance the video content delivery in a controllable and resource-efficient way without major changes in the mobile network infrastructure. / Tiivistelmä Langattoman tietoliikenteen nopean kasvun ennustetaan jatkuvan edelleen lähivuosinakin ja alan teollisuuden arvioiden mukaan matkapuhelinliikenteen määrä ylittäisi globaalisti 30,6 eksatavua vuoteen 2020 mennessä. Tämä tarkoittaisi liikennemäärän kahdeksankertaistumista ajanjaksolla 2015–2020. Älypuhelimet tuottavat suurimman osan matkapuhelinliikenteestä, ja älypuhelimien lukumäärän arvioidaan jatkavan kasvuaan vuoteen 2020 saakka, mikä johtaa nopeaan liikenteen kasvuun. Tämän lisäksi arvioidaan, että 5G verkot ja esineiden Internet tuottavat suuren määrän verkkoliikennettä. Matkapuhelinliikenteen ja laitteiden määrän kasvu tuo haasteita verkko-operaattoreille, palvelun tarjoajille, ja datakeskusoperaattoreille. Mikäli verkossa ei ole tarpeeksi siirtokapasiteettia dataliikenteen määrää varten, verkko ruuhkautuu ja lopulta palvelukokemus kärsii. Matkapuhelinverkot tulevat myös tulevaisuudessa tarvitsemaan datakeskusten laskentakapasiteettia. Datakeskusten energiankulutus on kuitenkin kasvanut viime vuosina, mikä on ongelma datakeskusoperaattoreille. Perinteinen strategia ongelmien ratkaisemiseksi on lisätä resurssien määrää tai tarjota tehokkaampaa laitteistoa. Resurssien liiallinen lisääminen kasvattaa kuitenkin sekä käyttö- että pääomakustannuksia ilman takuuta siitä, että keskimääräinen myyntitulo per käyttäjä kasvaisi. Tämän lisäksi tietoliikennejärjestelmät ovat monimutkaisia ja dynaamisia järjestelmiä, minkä vuoksi tehokas resurssienhallinta on haastavaa. Tämän vuoksi tarvitaan älykkäitä ja kestäviä metodeja, jotka pystyvät käyttämään olemassa olevia resursseja tehokkaasti tekemällä autonomisia päätöksiä ilman ylläpitäjän väliintuloa. Tämän tutkimuksen tavoitteena on toteuttaa, kehittää, mallintaa, ja testata algoritmeja, jotka mahdollistavat tehokkaan ja energiatietoisen verkkoresurssien hallinnan autonomisissa tietoliikennejärjestelmissä. Tutkimus esittää aluksi supertietokonedatakeskuksiin energiatietoisen algoritmin, jonka avulla voidaan vähentää energiankulutusta yhden datakeskuksen sisällä sekä usean eri datakeskuksen välillä. Verkkoyhteyden valintaan heterogeenisissä langattomissa verkoissa esitetään kaksi algoritmia. Ensimmäinen on käyttäjäkohtainen algoritmi, joka pyrkii optimoimaan yksittäisen käyttäjän palvelukokemusta. Toinen on verkon puolen algoritmi, joka keskittyy optimoimaan verkon kokonaisresurssien käyttöä. Lopuksi esitetään videopalvelulle algoritmi, joka parantaa videosisällön jakoa kontrolloidusti ja resurssitehokkaasti ilman että matkapuhelinverkon infrastruktuurille tarvitaan muutoksia.

Abstract The application of optimization techniques for resource management in wireless communication networks is considered in this thesis. It is understood that a wide variety of resource management problems of recent interest, including power/rate control, link scheduling, cross-layer control, network utility maximization, beamformer design of multiple-input multiple-output networks, and many others are directly or indirectly reliant on the general weighted sum-rate maximization (WSRMax) problem. Thus, in this dissertation a greater emphasis is placed on the WSRMax problem, which is known to be NP-hard. A general method, based on the branch and bound technique, is developed, which solves globally the nonconvex WSRMax problem with an optimality certificate. Efficient analytic bounding techniques are derived as well. More broadly, the proposed method is not restricted to WSRMax. It can also be used to maximize any system performance metric, which is Lipschitz continuous and increasing on signal-to-interference-plus-noise ratio. The method can be used to find the optimum performance of any network design method, which relies on WSRMax, and therefore it is also useful for evaluating the performance loss encountered by any heuristic algorithm. The considered link-interference model is general enough to accommodate a wide range of network topologies with various node capabilities, such as singlepacket transmission, multipacket transmission, simultaneous transmission and reception, and many others. Since global methods become slow in large-scale problems, fast local optimization methods for the WSRMax problem are also developed. First, a general multicommodity, multichannel wireless multihop network where all receivers perform singleuser detection is considered. Algorithms based on homotopy methods and complementary geometric programming are developed for WSRMax. They are able to exploit efficiently the available multichannel diversity. The proposed algorithm, based on homotopy methods, handles efficiently the self interference problem that arises when a node transmits and receives simultaneously in the same frequency band. This is very important, since the use of supplementary combinatorial constraints to prevent simultaneous transmissions and receptions of any node is circumvented. In addition, the algorithm together with the considered interference model, provide a mechanism for evaluating the gains when the network nodes employ self interference cancelation techniques with different degrees of accuracy. Next, a similar multicommodity wireless multihop network is considered, but all receivers perform multiuser detection. Solutions for the WSRMax problem are obtained by imposing additional constraints, such as that only one node can transmit to others at a time or that only one node can receive from others at a time. The WSRMax problem of downlink OFDMA systems is also considered. A fast algorithm based on primal decomposition techniques is developed to jointly optimize the multiuser subcarrier assignment and power allocation to maximize the weighted sum-rate (WSR). Numerical results show that the proposed algorithm converges faster than Lagrange relaxation based methods. Finally, a distributed algorithm for WSRMax is derived in multiple-input single-output multicell downlink systems. The proposed method is based on classical primal decomposition methods and subgradient methods. It does not rely on zero forcing beamforming or high signal-to-interference-plus-noise ratio approximation like many other distributed variants. The algorithm essentially involves coordinating many local subproblems (one for each base station) to resolve the inter-cell interference such that the WSR is maximized. The numerical results show that significant gains can be achieved by only a small amount of message passing between the coordinating base stations, though the global optimality of the solution cannot be guaranteed. / Tiivistelmä Tässä työssä tutkitaan optimointimenetelmien käyttöä resurssienhallintaan langattomissa tiedonsiirtoverkoissa. Monet ajankohtaiset resurssienhallintaongelmat, kuten esimerkiksi tehonsäätö, datanopeuden säätö, radiolinkkien ajastus, protokollakerrosten välinen optimointi, verkon hyötyfunktion maksimointi ja keilanmuodostus moniantenniverkoissa, liittyvät joko suoraan tai epäsuorasti painotetun summadatanopeuden maksimointiongelmaan (weighted sum-rate maximization, WSRMax). Tästä syystä tämä työ keskittyy erityisesti WSRMax-ongelmaan, joka on tunnetusti NP-kova. Työssä kehitetään yleinen branch and bound -tekniikkaan perustuva menetelmä, joka ratkaisee epäkonveksin WSRMax-ongelman globaalisti ja tuottaa todistuksen ratkaisun optimaalisuudesta. Työssä johdetaan myös tehokkaita analyyttisiä suorituskykyrajojen laskentatekniikoita. Ehdotetun menetelmän käyttö ei rajoitu vain WSRMax-ongelmaan, vaan sitä voidaan soveltaa minkä tahansa suorituskykymetriikan maksimointiin, kunhan se on Lipschitz-jatkuva ja kasvava signaali-häiriö-plus-kohinasuhteen funktiona. Menetelmää voidaan käyttää minkä tahansa WSRMax-ongelmaan perustuvan verkkosuunnittelumenetelmän optimaalisen suorituskyvyn määrittämiseen, ja siksi sitä voidaan hyödyntää myös minkä tahansa heuristisen algoritmin aiheuttaman suorituskykytappion arvioimiseen. Tutkittava linkki-häiriömalli on riittävän yleinen monien erilaisten verkkotopologioiden ja verkkosolmujen kyvykkyyksien mallintamiseen, kuten esimerkiksi yhden tai useamman datapaketin siirtoon sekä yhtäaikaiseen lähetykseen ja vastaanottoon. Koska globaalit menetelmät ovat hitaita suurien ongelmien ratkaisussa, työssä kehitetään WSRMax-ongelmalle myös nopeita paikallisia optimointimenetelmiä. Ensiksi käsitellään yleistä useaa eri yhteyspalvelua tukevaa monikanavaista langatonta monihyppyverkkoa, jossa kaikki vastaanottimet suorittavat yhden käyttäjän ilmaisun, ja kehitetään algoritmeja, joiden perustana ovat homotopiamenetelmät ja komplementaarinen geometrinen optimointi. Ne hyödyntävät tehokkaasti saatavilla olevan monikanavadiversiteetin. Esitetty homotopiamenetelmiin perustuva algoritmi käsittelee tehokkaasti itsehäiriöongelman, joka syntyy, kun laite lähettää ja vastaanottaa samanaikaisesti samalla taajuuskaistalla. Tämä on tärkeää, koska näin voidaan välttää lisäehtojen käyttö yhtäaikaisen lähetyksen ja vastaanoton estämiseksi. Lisäksi algoritmi yhdessä tutkittavan häiriömallin kanssa auttaa arvioimaan, paljonko etua saadaan, kun laitteet käyttävät itsehäiriön poistomenetelmiä erilaisilla tarkkuuksilla. Seuraavaksi tutkitaan vastaavaa langatonta monihyppyverkkoa, jossa kaikki vastaanottimet suorittavat monen käyttäjän ilmaisun. Ratkaisuja WSRMax-ongelmalle saadaan asettamalla lisäehtoja, kuten että vain yksi lähetin kerrallaan voi lähettää tai että vain yksi vastaanotin kerrallaan voi vastaanottaa. Edelleen tutkitaan WSRMax-ongelmaa laskevalla siirtotiellä OFDMA-järjestelmässä, ja johdetaan primaalihajotelmaan perustuva nopea algoritmi, joka yhteisoptimoi monen käyttäjän alikantoaalto- ja tehoallokaation maksimoiden painotetun summadatanopeuden. Numeeriset tulokset osoittavat, että esitetty algoritmi suppenee nopeammin kuin Lagrangen relaksaatioon perustuvat menetelmät. Lopuksi johdetaan hajautettu algoritmi WSRMax-ongelmalle monisoluisissa moniantennilähetystä käyttävissä järjestelmissä laskevaa siirtotietä varten. Esitetty menetelmä perustuu klassisiin primaalihajotelma- ja aligradienttimenetelmiin. Se ei turvaudu nollaanpakotus-keilanmuodostukseen tai korkean signaali-häiriö-plus-kohinasuhteen approksimaatioon, kuten monet muut hajautetut muunnelmat. Algoritmi koordinoi monta paikallista aliongelmaa (yhden kutakin tukiasemaa kohti) ratkaistakseen solujen välisen häiriön siten, että WSR maksimoituu. Numeeriset tulokset osoittavat, että merkittävää etua saadaan jo vähäisellä yhdessä toimivien tukiasemien välisellä viestinvaihdolla, vaikka globaalisti optimaalista ratkaisua ei voidakaan taata.

Abstract Groundwater, a key part of the hydrological cycle, is under increasing pressure from different land uses and changing climate. However, less attention has been paid to integrated groundwater management than surface waters. This thesis combined hydrological and socio-economic research for the case study of the Rokua esker aquifer in order to update current concepts of groundwater management. The Rokua area contains groundwater-dependent lakes and a periodic water level decline has raised concerns about the future of these lakes. Peatland drainage in the vicinity of the aquifer has been accused of changing the aquifer conditions. Groundwater discharge from the esker aquifer to drained peatland was studied to identify relevant hydrological processes for groundwater-surface water interactions. The results revealed a connection between the aquifer and the peatland whereby groundwater can enter the ditches through seepage or preferential flow. Modeling was used to determine critical factors in the management of the esker aquifer-peatland system. The results showed that climate and land use can affect esker groundwater, while peatland drainage in the vicinity can have similar impacts to groundwater abstraction and drought. Peatland restoration by filling in drainage ditches could possibly restore the aquifer groundwater levels. However, for the Rokua aquifer, which will possibly experience less severe dry periods in the future, extensive drainage restoration is currently too major, uncertain, and expensive a measure relative to the expected benefits. Multi-criteria decision analysis was used to identify ways of facilitating stakeholder involvement and learning in groundwater management. The results obtained with this participatory process confirmed that it can foster learning on complicated groundwater issues and collaboration in a process encompassing disputes and diverse interests. The decision analysis process led to the initiation of dialogue on more integrated management, where the preferences of all stakeholders were discussed and taken into account. Overall, this thesis shows how different aspects of aquifer management, such as land use, climate, ecological and economic values, and stakeholder preferences, can all be taken into account using a combined method which reduces the mistrust between opposing interests through research and information, resulting in more robust future planning. / Tiivistelmä Pohjaveteen, hydrologisen kierron avainosaan, kohdistuu kasvavia paineita eri maankäytön muodoista ja ilmastonmuutoksesta. Pohjaveden hallintaan ei kuitenkaan ole kiinnitetty tarvittavaa huomiota. Tässä väitöstyössä yhdistettiin hydrologista ja sosioekonomista tutkimusta Rokuan harjualueella pohjaveden hallintakonseptin päivittämiseksi. Rokuan alueella on useita pohjavedestä riippuvaisia järviä, joiden vedenpinta on kausittain laskenut voimakkaasti. Pintojen lasku on kasvattanut paikallisten huolta järvien tilasta. Harjua ympäröivät metsäojitetut turvemaat, ja ojituksia on syytetty pohjaveden tilan ja sitä kautta myös järvien tilan heikkenemisestä. Työn ensimmäisessä osassa tutkittiin pohjaveden hydrologisia purkautumisprosesseja harjun pohjavesiesiintymästä ojitetulle suoalueelle. Tulokset osoittivat hydraulisen yhteyden akviferin ja turvemaan välillä: pohjavesi pääsi purkautumaan metsäojiin joko suotautumalla tai turpeen kaksoishuokoisuusrakenteiden kautta. Seuraavassa vaiheessa työtä pohjavesimallinnusta käytettiin määrittämään kriittisiä pohjaveden tilaan vaikuttavia tekijöitä pohjavesi-turvemaa-systeemissä. Mallinnustulosten perusteella niin ilmasto kuin maankäyttökin vaikuttavat kumpikin suoraan pohjaveden pinnankorkeuden tilaan. Turvemaiden ojituksilla pohjavesialueella voi olla samoja vaikutuksia pohjaveden pinnankorkeuden tasoihin kuin pohjaveden otolla tai kuivilla kausilla. Turvemaiden ennallistaminen ojia täyttämällä voi osittain palauttaa vedenpinnan tasoja pohjavesialueella. Rokuan harjualueen tapauksessa suuren mittakaavan oja-alueiden ennallistaminen todettiin kuitenkin liian epävarmaksi ja kalliiksi toimenpiteeksi hyötyihin nähden, varsinkin jos kuivien kausien vaikutus suurilla harjualueilla heikkenee tulevaisuudessa sademäärien kasvun myötä. Työn kolmannessa osassa käytettiin monitavoitearviointia eri sidosryhmien osallistamiseen ja oppimiseen pohjavesien hallinnassa. Osallistavasta prosessista saadut tulokset vahvistivat, että menetelmää voidaan käyttää oppimisen edesauttamiseen vaikeissa pohjavesiasioissa sekä yhteistyön muodostamiseen ristiriitaisessa ja monimutkaisessa tapauksessa. Monitavoitearvioinnin prosessi johti keskustelun avaukseen yhtenäisemmän suunnittelun puolesta, joka ottaa huomioon eri sidosryhmien näkökulmat ja tuo ne osaksi keskustelua. Tämä väitöstyö osoitti miten eri pohjavesialueen hallintaan tarvittavat näkökulmat, kuten maankäyttö, ilmasto, ekologiset ja ekonomiset arvot, sekä sidosryhmien mielipiteet voidaan kaikki ottaa huomioon yhdistämällä eri metodeja. Näin tutkimuksella ja informoinnilla vähennetään epäluottamusta eri intressitahojen välillä ja luodaan pohja vakaammalle pohjavesialueiden tulevaisuuden suunnittelulle.