Abstract The development of mobile and ubiquitous computing has recently been rapid. One of the most promising research and development fields has been location-aware services. These services are challenging as they require a lot of resources for generating maps from spatial data and for visualizing temporary data gathered from the environment. Applying location-awareness and ubiquitous computing in the industry is currently under intensive research and development activities especially because of signs of promising new business opportunities. This thesis studies the development and evaluation of a location-aware system platform called Locawe designed for indoor and outdoor conditions. This decentralized middleware-based platform has been developed at CENTRIA Research and Development, Ylivieska. The main objectives of this research have been primarily to study and develop new ubiquitous features for the Locawe platform with various software and hardware combinations. In addition, during these studies gathered experiences have been used in order to design new versions of the Locawe architecture. These ubiquitous features, covering the use of GPS, RFID and WSAN technologies, have been tested in five field experiments, one laboratory experiment and several industrial pilots. In these evaluations, the author has considered what software and hardware alternatives are feasible and appropriate for improving the newly developed features in the Locawe platform. These features have been evaluated from usability, visualization and communication techniques perspective. As a result the author presents in this thesis main characteristics in location-aware system development from system layers, ubiquitous computing, mobility, and restrictions perspective. The author also suggests that the architeture presented in this thesis enables location-aware system development in indoor and outdoor conditions. With respect of state-of-the-art platforms, the Locawe platform is, at the moment, in some sense unique, although only as a research prototype. This platform combines two approaches, namely research on location platforms, and research on geosensor networks or smart environments. In addition, this platform gives one answer how RFID or WSAN technologies could be integrated under one framework together with mobile devices. Finally, the author also proposes that the research and development approach presented in this thesis can be applied successfully in research and development organizations specialized in applied research. / Tiivistelmä Mobiilin ja sulautetun tietotekniikan kehitys on ollut viime aikoina nopeaa. Yksi lupaavimmista tutkimus- ja kehityskohteista on ollut paikkatietoiset palvelut. Näiden palveluiden kehittäminen on varsin haasteellista, koska kehittämistyö vaatii runsaasti resursseja sekä karttojen generoimisessa paikkatietoaineistoista että ympäristöstä kerättävän väliaikaisen tiedon visualisoinnissa. Paikkatietoisten sovellusten ja sulautetun tietotekniikan soveltaminen teollisuudessa on aktiivisen tutkimus- ja kehittämistoiminnan keskiössä, koska näköpiirissä on selvästi uusia lupaavia liiketoimintamahdollisuuksia. Tässä väitöskirjassa keskitytään Locawe-nimisen paikkatietoisen ohjelmistoalustan kehittämisen ja arvioinnin raportointiin. Locawe-alusta on suunniteltu sekä sisä- että ulko-olosuhteisiin. Tämä hajautettu väliohjelmistopohjainen alusta on kehitetty CENTRIA Tutkimus ja kehityksen Ylivieskan yksikössä. Väitöskirjan tavoitteena on ollut ensisijaisesti tutkia ja kehittää uusia, sulautettua tietotekniikkaa hyödyntäviä ominaisuuksia Locawe-alustaan hyödyntäen erilaisia ohjelmisto- ja laitteistokombinaatioita. Väitöskirjaan liittyvän tutkimustyön aikana käyttäjiltä on useaan otteeseen kerätty käyttökokemuksia. Kokemuksia on hyödynnetty Locawe-arkkitehtuurin seuraavien versioiden suunnittelussa. Uusia, sulautettua tietotekniikkaa hyödyntäviä ominaisuuksia on testattu kaikkiaan viidessä kenttätestissä, yhdessä laboratoriotestissä sekä useissa teollisissa piloteissa. Ominaisuuksien toteuttamisessa käytettiin GPS-, RFID- ja WSAN-teknologioita. Testeissä kirjoittaja arvioi, minkälaiset ohjelmisto- ja laitteistovaihtoehdot ovat toteuttamiskelpoisimpia ja soveliaimpia uusien ominaisuuksien kehittämiseksi Locawe-alustaan. Ominaisuuksia on arvioitu käytettävyyden, visualisoinnin ja viestintätekniikoiden näkökulmista. Tutkimustyön tuloksena kirjoittaja esittelee väitöskirjassa paikkatietoisten järjestelmien kehittämiseen liittyviä ominaispiirteitä järjestelmätasojen, sulautetun tietotekniikan, mobiliteetin ja rajoitteiden näkökulmista. Lisäksi kirjoittaja esittää väitöskirjassa arkkitehtuurin, joka mahdollistaa paikkatietoisen järjestelmän kehittämisen soveltuen niin sisä- kuin ulko-olosuhteisiin. Huomioiden paikkatietoisten alustojen tason maailmanlaajuisesti väitöskirjassa kuvattu Locawe-alusta on tutkimusprototyyppinäkin tällä hetkellä tietyssä määrin ainutlaatuinen. Alustan tutkimisessa on nimittäin keskitytty sekä paikkatietoisten alustojen että geosensoriverkkojen ja älykkäiden ympäristöjen tutkimiseen. Lisäksi Locawe-alusta tarjoaa yhden ratkaisun RFID ja WSAN teknologioiden integrointiin yhdeksi kehykseksi yhdessä mobiililaitteiden kanssa. Lopuksi kirjoittaja esittää, että väitöskirjassa esitetty tutkimus- ja kehittämistoiminnan lähestymistapaa voidaan soveltaa vastaavissa tutkimusorganisaatioissa kuin CENTRIA.

Abstract This thesis studies the methods to test mixed-signal devices and circuits on board and system level with embedded test instrumentation. The study is divided in three continuous sections, development of embedded test methods for discrete components, integration of test instruments on board level and development of test and health monitoring strategy for large scale system. The developed embedded test methods for mixed signal circuitry on board level are based on the standard for mixed signal test bus IEEE 1149.4. The standardized embedded test infrastructure is utilized for testing discrete components with emphasis on testing active components as diodes and transistors. The developed embedded tests are evaluated with PCOLA/SOQ method for manufacturing testing and also the usability of the tests is discussed. A solution for embedded mixed-signal test controller is presented with discussion of test communication and the possibilities of implementing embedded test control. The target in the development of the test control is to enable launch mixed signal tests on device remotely. The test controller is IEEE 1149.4 compatible and can generate and measure analog test signals while controlling boundary-scan enabled devices. The final section of the thesis focuses on an embedded test solution for aerospace bus system (MIL-STD-1553). Current solutions are based on testing the bus system during maintenance on ground. The developed test and monitoring method allows on-line monitoring of the bus to detect and locate possible defects which only occur during use of the aeroplane. / Tiivistelmä Väitöstyössä tutkittiin sekasignaalilaitteiden ja -piirien testausmenetelmiä levy- ja järjestelmätasolla hyödyntäen sulautettuja testilaitteita. Työ jakaantuu kolmeen osaan; sulautettujen testausmenetelmien kehitys diskreeteille komponenteille, testi-instrumenttien integrointi piirilevytasolle sekä testaus- ja kunnonmonitorointimenetelmän kehitys laajemmalle järjestelmälle. Sulautettujen testimenetelmien kehitys sekasignaalipiireille piirilevytasolla perustuu sekasignaalitestiväylän standardiin IEEE 1149.4. Standardoitua sulautettua testi-infrastruktuuria käytettiin diskreettien komponenttien testaukseen painottuen aktiivikomponentteihin, kuten diodeihin ja transistoreihin. Kehitetyt sulautetut testit on arvioitu PCOLA/SOQ menetelmällä, jota hyödynnetään tuotantotestauksen testikattavuuden arvioinnissa. Lisäksi testimenetelmien käytettävyyttä arvioitiin. Sulautettu sekasignaalilaitteiden testikontrollerin tavoite on käynnistää ja suorittaa sekasignaalitestejä laitteessa etäältä. Kehitetty testikontrolleri on IEEE 1149.4 yhteensopiva ja voi generoida ja mitata analogista testisignaalia sekä samanaikaisesti ohjata testiväylää. Lisäksi etätestauksen mahdollistavasta testikommunikaatiomenetelmiä arvioitiin kuten myös erilaisia toteutustasoja sulautetuille testimenetelmille. Laajemman järjestelmän kehityksessä tutkittiin sulautettua testausratkaisua lentokoneen väyläjärjestelmälle, joka perustuu standardiin MIL-STD-1553B. Nykyiset menetelmät perustuvat väyläjärjestelmän testaukseen huollon yhteydessä, mutta osa virheistä ilmenee vain käytön aikana. Kehitetty testaus- ja monitorointimenetelmä mahdollistaa käytönaikaisen jatkuvan virheiden monitoroinnin sekä niiden paikantamisen lennon aikana.

Abstract This thesis explores the sociocultural processes shaping the design, adoption and use of new urban technology in the city of Oulu in northern Finland. The exploration is conducted at experiential level focusing on people’s personal perspectives which allows uncovering underlying cultural meanings, social structures and historically formed practices and discourses. The unique case for the thesis is provided by the recent technological development in Oulu that has been shaped by agendas such as ubiquitous computing and smart cities. The thesis first investigates in-depth the design process of the new urban technology, and also compares the visions of the designers and decision-makers with the practices and perspectives of the city inhabitants. Then, the adoption process of public urban technologies is studied in detail by constructing a conceptual appropriation model. Finally, the effects of the northern location of Oulu on the design and use of the urban technology are scrutinized. The research is based on empirical, qualitative research materials comparing the experiences of young adult and elderly city inhabitants; in addition, quantitative use data of urban technologies is utilized to provide an overview on the use trends. The key findings indicate that the design and decisions concerning novel technologies and the outcome are shaped by complex sociomaterial practices based on experiences from previous similar projects, and on certain preconceptions about the city inhabitants and technology’s role in the cityscape. Different people have differing power positions in relation to the development of the urban public places, and technology implementation can marginalize some segments of city inhabitants. Further, the adoption of novel urban technologies is found to depend heavily on the norms of public places and people’s long-term experiences of technology use. Finally, climate, ICT use and sociocultural context are shown to be profoundly interconnected, and thus, urban computing design must reconsider the situatedness of technology. These findings call for further sociocultural studies on future smart cities. / Tiivistelmä Väitöskirja tarkastelee sosiokulttuurisia tekijöitä, jotka ovat vaikuttaneet uuden kaupunkiteknologian suunnitteluun, omaksumiseen ja käyttöön Pohjois-Suomessa Oulussa. Tutkimus keskittyy ihmisten kokemukselliseen tasoon, jonka kautta on mahdollista hahmottaa kulttuurisia merkityksiä, sosiaalisia rakenteita sekä historiallisesti muotoutuneita käytäntöjä ja diskursseja. Tutkimuksen taustalla on Oulun viime vuosien teknologinen kehitys, joka osaltaan perustuu visioihin älykaupungista ja kaupunkitilaan sulautetusta jokapaikan tietotekniikasta. Tutkimus tarkastelee aluksi uuden kaupunkiteknologian suunnitteluprosessia, ja peilaa lisäksi suunnittelijoiden ja päättäjien visioita kaupunkilaisten käytäntöihin ja näkökulmiin. Seuraavaksi julkisten kaupunkiteknologioiden käyttöönottoa jäljitetään rakentamalla malli, joka kuvaa omaksumisprosesseja. Lopuksi selvitetään Oulun pohjoisen sijainnin vaikutusta teknologian suunnitteluun ja käyttöön. Tutkimus perustuu empiirisiin, laadullisiin tutkimusaineistoihin, joiden avulla tutkitaan ja vertaillaan nuorten aikuisten ja ikääntyneiden kaupunkilaisten kokemuksia. Lisäksi käytetään määrällistä aineistoa kuvaamaan kaupunkiteknologioiden käytön kehityssuuntia. Väitöskirjan mukaan kaupunkiteknologioita koskevat päätökset ja lopputulos ovat monimutkaisten sosiaalis-materiaalisten käytäntöjen muovaavia. Käytäntöjen taustalla ovat kokemukset samankaltaisista projekteista sekä ennakkokäsitykset kaupunkilaisista ja teknologian roolista kaupunkitilassa. Tutkimus valottaa ihmisten erilaisia valta-asemia kaupunkien kehityksessä ja tuo esiin, miten teknologia voi marginalisoida joitakin ihmisryhmiä. Tutkimus osoittaa, miten julkisten paikkojen normit ja pitkän ajan kuluessa muovautuneet teknologiakokemukset vaikuttavat uusien kaupunkiteknologioiden omaksumiseen. Lisäksi todetaan ilmaston, tieto- ja viestintätekniikan käytön ja sosiokulttuurisen kontekstin vahva yhteys, jonka vuoksi alan tutkimuksen tulisi arvioida uudelleen teknologian paikkasidonnaisuutta. Tulokset osoittavat, että sosiokulttuurista tutkimusta älykaupungeista tarvitaan lisää.

Abstract Novel methods and tools are needed for the performance evaluation of future embedded systems due to the increasing system complexity. Systems accommodate a large number of on-terminal and or downloadable applications offering the users with numerous services related to telecommunication, audio and video, digital television, internet and navigation. More flexibility, scalability and modularity is expected from execution platforms to support applications. Digital processing architectures will evolve from the current system-on-chips to massively parallel computers consisting of heterogeneous subsystems connected by a network-on-chip. As a consequence, the overall complexity of system evaluation will increase by orders of magnitude. The ABSOLUT performance simulation approach presented in this thesis combats evaluation complexity by abstracting the functionality of the applications with workload models consisting of instruction-like primitives. Workload models can be created from application specifications, measurement results, execution traces, or the source code. Complexity of execution platform models is also reduced since the data paths of processing elements need not be modelled in detail and data transfers and storage are simulated only from the performance point of view. The modelling approach enables early evaluation since mature hardware or software is not required for the modelling or simulation of complete systems. ABSOLUT is applied to a number of case studies including mobile phone usage, MP3 playback, MPEG4 encoding and decoding, 3D gaming, virtual network computing, and parallel software-defined radio applications. The platforms used in the studies represent both embedded systems and personal computers, and at the same time both currently existing platforms and future designs. The results obtained from simulations are compared to measurements from real platforms, which reveals an average difference of 12% in the results. This exceeds the accuracy requirements expected from virtual system-based simulation approaches intended for early evaluation. / Tiivistelmä Sulautettujen tietokonejärjestelmien suorituskyvyn arviointi muuttuu yhä haastavammaksi järjestelmien kasvavan kompleksisuuden vuoksi. Järjestelmissä on suuri määrä sovelluksia, jotka tarjoavat käyttäjälle palveluita liittyen esimerkiksi telekommunikaatioon, äänen ja videokuvan toistoon, internet-selaukseen ja navigaatioon. Tästä johtuen suoritusalustoilta edellytetään yhä enemmän joustavuutta, skaalautuvuutta ja modulaarisuutta. Suoritusarkkitehtuurit kehittyvät nykyisistä System-on-Chip (SoC) -ratkaisuista Network-on-Chip (NoC) -rinnakkaistietokoneiksi, jotka koostuvat heterogeenisistä alijärjestelmistä. Sovellusten ja suoritusalustan muodostaman järjestelmän suorituskyvyn arviointiin tarvitaan uusia menetelmiä ja työkaluja, joilla kompleksisuutta voidaan hallita. Tässä väitöskirjassa esitettävä ABSOLUT-simulointimenetelmä pienentää suorituskyvyn arvioinnin kompleksisuutta abstrahoimalla sovelluksen toiminnallisuutta työkuormamalleilla, jotka koostuvat kuormaprimitiiveistä suorittimen käskyjen sijaan. Työkuormamalleja voidaan luoda sovellusten spesifikaatioista, mittaustuloksista, suoritusjäljistä tai sovellusten lähdekoodeista. Suoritusalustoista ABSOLUT-menetelmä käyttää yksinkertaisia kapasiteettimalleja toiminnallisten mallien sijaan: suoritinarkkitehtuurit mallinnetaan korkealla tasolla ja tiedonsiirto ja tiedon varastointi mallinnetaan vain suorituskyvyn näkökulmasta. Menetelmä mahdollistaa aikaisen suorituskyvyn arvioinnin, koska malleja voidaan luoda ja simuloida jo ennen valmiin sovelluksen tai suoritusalustan olemassaoloa. ABSOLUT-menetelmää on käytetty useissa erilaisissa kokeiluissa, jotka sisälsivät esimerkiksi matkapuhelimen käyttöä, äänen ja videokuvan toistoa ja tallennusta, 3D-pelin pelaamista ja digitaalista tiedonsiirtoa. Esimerkeissä käytetiin tyypillisiä suoritusalustoja sekä kotitietokoneiden että sulautettujen järjestelmien maailmasta. Lisäksi osa esimerkeistä pohjautui tuleviin tai keksittyihin suoritusalustoihin. Osa simuloinneista on varmennettu vertaamalla simulointituloksia todellisista järjestelmistä saatuihin mittaustuloksiin. Niiden välillä huomattiin keskimäärin 12 prosentin poikkeama, mikä ylittää aikaisen vaiheen suorituskyvyn simulointimenetelmiltä vaadittavan tarkkuuden.