Universiẗat, Diss., 2002--Köln.

Universiẗat, Diss., 2005--Jena.

Abstract Modern urban space, technological infrastructure, and sociability combine into a hybrid space that is the arena for urban pervasive games. Over the past two decades the changes in this game arena have been stealthy although substantial. Technological developments have helped to achieve true mobility of gaming devices, increased precision in localization, improved connectivity, and reduced orchestration required per player. Current pervasive location-based games can be played anytime anywhere. Subsequently, doors have been opened for a growing number of commercial games. These changes demand a new conceptualization of the urban game arena. This thesis focuses on playful appropriations of hybrid space. Hybrid space is urban space that entails ubiquitous technologies. Therefore, playful appropriations of hybrid space are always, to some extent, digital as well as urban. Prior research has identified two metaphors for urban pervasive games —true mobility and true sociability. This thesis proposes an additional metaphor, called synchronicity, for binding together different realities in pervasive games. They can be anything from mirror world like realistic virtual environments, such as 3D virtual representations of a city, to abstract realities, such as the backstory of the game, or the space identity of a certain location. While location awareness is an important binding factor between the virtual and physical worlds in pervasive gameplay, synchronizable elements can be anything from encouraged collocated gameplay to semantic similarities between the combined realities. This thesis is based on five game constructs that have been specifically designed and implemented as pervasive research games. Research data has been collected and analyzed with a mixed methods approach from field trials conducted in the wild. Constructive research is complemented with a literature review that maps the characteristics of current location-based mobile games and the game space. The main contribution of this thesis is the identification of the digital, abstract, and physical layers of reality in digital urban pervasive games. The second contribution is the identification and categorization of the synchronizable elements that bind these realities together. This thesis offers initial insights into translating this knowledge into the design of future pervasive games. / Tiivistelmä Urbaanitila on jatkuvassa muutoksessa, sillä se muotoutuu ja järjestyy uudelleen siellä kulkevien kaupunkilaisten kautta. Ubiikin teknologian, ihmisten kanssakäymisen ja modernin tilakäsityksen yhteisvaikutuksesta syntyy niin sanottu hybriditila, joka muodostaa peliareenan monille pervasiivisille peleille. Viime vuosikymmeninä tällä peliareenalla on tapahtunut vaivihkaisia mutta perustavaa laatua olevia muutoksia. Pelilaitteista on tullut aidosti mobiileja, ja ne kulkevat kaikkialla pelaajien mukana. Pelijärjestely vaatii vähemmän vaivaa pelaajaa kohden, paikannuksen tarkkuus on parantunut ja muutosten kautta myös kaupallisia pelejä on enemmän saatavilla. Nykyisiä pervasiivisia sijaintipohjaisia pelejä voi pelata milloin vain ja missä vain. Edellä mainittu kehitys edellyttää pervasiivisten pelien ja pelitilan uudelleen konseptualisointia. Väitöstyön aihe ei ole pelillisyys sellaisenaan, vaan “pelillisyys ja sen hyödyntäminen hybriditilassa”. Hybriditila on aina urbaani ja sisältää ubiikkia teknologiaa, minkä vuoksi pelit tässä tilassa ovat lähes poikkeuksetta myös digitaalisia. Aiempi tutkimus esittää, että saavutetut kehitysaskeleet voi niputtaa kahden metaforan alle. Nämä metaforat ovat: aito mobiilius sekä aito sosiaalisuus. Tämä väitöskirja esittää kolmannen, vielä määrittelemättömän tai saavuttamattoman metaforan näiden jatkoksi: synkronisuus. Synkronisoitavat piirteet tai elementit sitovat todellisuuksia yhteen pervasiivisessa pelitilassa. Tilassa olevat todellisuudet voivat olla realistisia pelimaailman kaltaisia virtuaalitiloja tai abstrakteja todellisuuksia, kuten pelitarinan muodostama todellisuus tai jonkin tietyn paikan tilaidentiteetti. Vaikka sijaintipohjaisuus on tärkeä todellisuuksia yhdistävä piirre, synkronisoitavat elementit voivat olla muutakin kuin sijaintikoordinaatteja. Pervasiiviset pelit nivoutuvat pelaajiensa päivittäiseen elämään, mikä tekee pelin kontekstista erottamattoman osan peliä. Tämä ominaisuus oikeuttaa ”in the wild” -menetelmien käytön tutkimuksessa, mikä tarkoittaa, että pelaamista ja pelejä tarkkaillaan luonnossa todellisessa ympäristössään. Tässä väitöstyössä käytetään konstruktioina varta vasten tätä tutkimusta ajatellen suunniteltuja ja toteutettuja pervasiivisia tutkimuspelejeä. Konstruktiivista tutkimusta tukee lisäksi teoreettinen tutkimusosio, joka koostuu kirjallisuuskatsaukseen pohjautuvasta nykyisten sijaintipohjaisten pelien ja pelitilan kategorisoinnista. Pervasiiviset pelit nivoutuvat pelaajiensa päivittäiseen elämään, mikä tekee pelin kontekstista erottamattoman osan peliä. Tämä ominaisuus oikeuttaa ”in the wild” -menetelmien käytön tutkimuksessa, mikä tarkoittaa, että pelaamista ja pelejä tarkkaillaan luonnossa todellisessa ympäristössään. Tässä väitöstyössä käytetään konstruktioina varta vasten tätä tutkimusta ajatellen suunniteltuja ja toteutettuja pervasiivisia tutkimuspelejeä. Konstruktiivista tutkimusta tukee lisäksi teoreettinen tutkimusosio, joka koostuu kirjallisuuskatsaukseen pohjautuvasta nykyisten sijaintipohjaisten pelien ja pelitilan kategorisoinnista.

Abstract Cognitive radio (CR) is becoming a promising tool for solving the problem of the scarce radio resource and spectrum inefficiency. Spectrum sensing (signal detection) enables real-time detection of spectrum holes by unlicensed secondary users (SUs) in cognitive radio networks (CRNs). In this thesis, performance analysis of CRNs and radio resource allocation are considered. A continuous time Markov chain (CTMC) based analytical model taking into account all relevant elements as well as addressing the issue of the false alarm rate (FAR) associated with the continuous sensing is developed. In some cases, the PU can be modeled as time-slotted with constant state (transmitting or not) in each slot. In this case, assuming SU can synchronize to the slots, its intuitive to use beginning of a slot for sensing and rest (possibly) for communication. For this model, M/D/1 priority queueing scheme has been applied in this thesis to find waiting time and queue length for PU and SU. Multiple access among SUs in a time-slotted channel is considered next. A conventional method is e.g. using a channel access probability ψ in each slot similar to the slotted ALOHA. A radically new idea is introduced in this thesis: why not increase the false alarm probability PFA of each SU and use it as a multiple access method? A game theoretic approach to radio resource allocation for the downlink capacity providing fair resource sharing among mobile nodes located along a multihop link is presented. Furthermore, the problem of resource allocations in heterogeneous wireless networks is also studied. Finally, device-to-device (D2D) communication - with localized distribution, where users tend to gather around some areas (clusters/hot-spots) within the cell such as buildings is studied. Theoretical analysis with two dimensional clustering is presented including cases with correlated clusters. Correlation in cluster selection is shown to significantly improve performance. / Tiivistelmä Kognitiivinen radio (CR) on nousemassa lupaavaksi työkaluksi niukkojen radioresurssien ja spektrin käytön tehottomuuden ratkaisemisessa. Spektrin nuuskiminen (signaalin ilmaisu) mahdollistaa spektriaukkojen reaaliaikaisen tunnistamisen toissijaisten käyttäjien (SU) toimesta kognitiivisissa radioverkoissa (CRN). Tässä väitöskirjassa painotus on CRN verkkojen suorituskykyanalyysissa ja radioresurssien hallinnassa. Työssä kehitetään jatkuva-aikaiseen Markov ketjuun (CTMC) perustuva analyyttinen malli joka ottaa huomioon kaikki olennaiset asiat mukaan lukien jatkuva-aikaiseen spektrin nuuskimiseen liittyvän väärien hälytysten tiheyden (FAR). Joissakin tapauksissa PU:ta voidaan mallintaa aikajaoteltuna siten että PU:n tila on vakio kussakin aikavälissä. Olettaen että SU voi synkronoitua aikaväleihin, on intuitiivista käyttää aikavälin alkua nuuskimiselle ja loppuosaa (mahdollisesti) viestintää varten. M/D/1:n ensisijaisuus-jonotus-suunnitelmaa soveltamalla tässä väitöskirjassa saadaan tuloksia odotusajalle ja jonon pituudelle sekä SU:lle että PU:lle. Seuraavaksi käsitellään monikäyttöä SU:den joukossa aikajaotellussa kanavassa. Tavanomainen menetelmä käyttää esimerkiksi kanavapääsytodennäköisyyttä ψ kussakin aikavälissä vastaten aikajaoteltua ALOHA protokollaa. Tässä väitöskirjassa esitetään radikaali uusi idea: miksei lisätä väärän hälytyksen todennäköisyyttä kussakin SU:ssa ja käytetä sitä moniliittymämenetelmänä? Työssä esitetään peliteoreettinen lähestymistapa radioresurssien allokointiin siten että resurssit jaetaan oikeudenmukaisesti monen yhteysvälin linkeissä. Lisäksi tutkitaan myös resursoinnin ongelmaa heterogeenisissa langattomissa verkoissa. Lopuksi tutkitaan laitteiden välistä suoraa viestintää (D2D) paikallisen jakauman kanssa, jossa käyttäjillä on tapana kasaantua solun sisällä esim. rakennuksiin. Esitetään teoreettinen analyysi kaksiulotteisella klusteroinnilla myös korreloitujen ryhmien kanssa. Osoitetaan että korrelaatio ryhmän valinnassa parantavaa merkittävästi suorituskykyä.