Abstract In order to respond to the challenges posed by technological development, new interdisciplinary concepts and methods in the fields of research and design of information and communication technology are required. The researchers in this fields have been trying to solve design problems by, for example, concentrating on designing for the user experience (UX). Nevertheless, the concept of UX has been widely disseminated and rapidly adapted in many areas of design without it being clearly defined or deeply understood. Not only theoretical study of the phenomenon is needed but also analytical tools to more comprehensively analyse and understand UX. Such an important tool would be a concept that can be used to study practical phenomena in a comprehensive manner. The theoretical objective of this thesis was to formulate a new, “expanded” concept of UX that can be used to describe human experience with technology so that both short-term and longer-term aspects of this experience can be taken into account. Based on the review of the literature, it seemed that Dewey’s concept of aesthetic experience could provide a theoretical frame of reference for an approach aiming at understanding UX in a more comprehensive manner. A broad theoretical concept, such as Dewey’s concept of aesthetic experience, is not directly applicable to empirical research, however. The practical objective of the thesis was to outline a method or a set of methods how the concept can be operationalised. A comprehensive and operational concept of UX is generated based on Dewey’s concept of aesthetic experience that is divided into two levels utilising Leontjev’s activity theory. As a result of the research, the concept of expanded user experience (eUX) and the reflective research method for studying it has been created. This research has shown that by studying longer-term UX in addition to temporal UX and by focusing on analysing the user’s activity it is possible to see a larger and more meaningful view on UX. The reflective research method is particularly beneficial as a long-term research method focusing on the everyday environments of users. / Tiivistelmä Teknologian kehityksen asettamiin haasteisiin vastaaminen edellyttää uusia tieteen rajat ylittäviä käsitteitä ja menettelytapoja informaatio- ja kommunikaatioteknologian alan tutkimuksessa ja suunnittelussa. Alan tutkijat ovat alkaneet etsiä ratkaisuja suunnittelun ongelmiin mm. keskittymällä käyttäjäkokemuksen suunnitteluun. Käyttäjäkokemus käsitteen käyttö on yleistynyt ja se on omaksuttu nopeasti monilla suunnittelun alueilla huolimatta siitä, että käsitettä ei ole selkeästi määritelty tai syvällisesti ymmärretty. Käyttäjäkokemuksen tutkimuksessa tarvitaan paitsi tutkittavan ilmiön teoreettista tarkastelua, myös analyyttisiä välineitä käyttäjäkokemuksen kokonaisvaltaisempaan analysoimiseen ja ymmärtämiseen. Keskeinen väline on käyttäjäkokemuksen kokonaisvaltaista, moniulotteista ja reflektiivistä luonnetta kuvaava käsite, jonka avulla käytännön ilmiöitä voidaan tarkastella kokonaisvaltaisesti. Tämän tutkimuksen teoreettinen tavoite oli kehittää uusi ”laajennettu” käyttäjäkokemuksen käsite, jolla voidaan kuvata käyttäjäkokemusta ottamalla huomioon inhimillisen kokemuksen muodostumiseen vaikuttavia lyhyt- ja pitkäkestoisia aspekteja. Kirjallisuuskatsauksen perusteella vaikutti siltä, että Dewey’n esteettisen kokemuksen käsite voisi ratkaista useita aikaisemman käyttäjäkokemuksen tutkimuksessa ilmenneitä puutteellisuuksia tarjoamalla teoreettisen viitekehyksen lähestymistavalle, jonka tavoitteena on ymmärtää käyttäjäkokemusta aikaisempaa kokonaisvaltaisemmin. Laaja teoreettinen käsite, kuten Dewey’n esteettisen kokemuksen käsite, ei kuitenkaan ole suoraan sovellettavissa empiiriseen tutkimukseen. Näin ollen tutkimuksen käytännöllinen tavoite oli hahmotella menetelmä tai joukko menetelmiä, joiden avulla Dewey’n esteettisen kokemuksen käsite voidaan operationalisoida. Tutkimuksessa kehitetty, aikaisempaa kokonaisvaltaisempi ja operationaalinen käyttäjäkokemuksen käsite perustuu Dewey’n esteettisen kokemuksen käsitteeseen, joka on operationalisoitu jakamalla se kahteen tasoon Leontjev’n toiminnan teorian avulla. Tutkimuksen tuloksena syntyi laajennettu käyttäjäkokemuksen käsite (the expanded user experience), ja sen tutkimiseen tarkoitettu reflektiivinen käyttäjätutkimusmenetelmä (the reflective research method). Tässä tutkimuksessa havaittiin, että keskittymällä pidempikestoisen käyttäjäkokemuksen tutkimiseen hetkellisesti muodostuvan käyttäjäkokemuksen rinnalla sekä analysoimalla käyttäjän toimintaa, voidaan käyttäjäkokemus nähdä aikaisempaa laajempana ja merkityksellisempänä ilmiönä. Reflektiivinen tutkimusmenetelmä soveltuu erityisesti käyttäjien jokapäiväisessä arjessa tapahtuvaan pitempiaikaiseen käyttäjätutkimukseen.

Abstract Old age brings several physical and cognitive challenges for elderly people, which complicates the utilization of modern information and communication technology (ICT) for daily task assistance and for caretakers and family support. One factor hindering the adoption of ICT is that most existing user interfaces (UIs) require prior knowledge of use metaphors that many elderly people cannot learn to master. Research on developing assistive technology exists, such as phones for the elderly, but these often have UIs that require prior knowledge and use experience. Recent research has introduced Ambient Assisted Living (AAL) concepts for users’ homes, for example projecting guidance into the environment. However, only a few empirical studies have attempted to define the type of projection-based UIs that would be intuitive for the elderly, and the system design processes that would help in developing such AAL have not been researched thoroughly. This work presents three design iterations and their empirical evaluations. From these, a body of knowledge was produced for designing and developing AALs with projected Augmented Reality (AR) UIs. The first iteration had a sentence-building UI implemented for a wearable Projector-Camera (ProCam) system, which had limits in technical suitability for the elderly. The second iteration changed the use metaphor to a simple icon-based menu, and produced a requirement guideline for UIs in AAL. In the final iteration, the wearable was replaced with a fixed ProCam, allowing the elderly to make menu selections effectively. This iteration supported sequential tasks, such as taking medicine, with visual guides. The suitability of the new UI was tested with computer literate young adults and elderly users, many of the latter having memory and motor skill limitations. The comparison showed that the two groups performed similarly; however, the elderly needed a slower and more direct interaction technique adapted to their preferences in the UI. Assistance for the sequential tasks was found feasible. This work produced a set of UI-related and technical factors that AAL designers should take into account when developing projector-based AR systems for the elderly with memory problems. In addition, this work offers suggestions on how to conduct UI testing sessions with this user group to reduce the amount of work and improve the success of the iterative development process. / Tiivistelmä Ikääntyminen tuo useita fyysisiä ja kognitiivisia haasteita teknologian käytölle mikä puolestaan mutkistaa modernin informaatioteknologian käyttöä hoivatyöntekijöiden ja omaisten tukemana päivittäisten askareiden tukemisessa. Yksi este käytölle on käyttöliittyminen hallitsemiseen tarvittava osaaminen mitä vanhuksilla on haastavaa oppia. Avustavan teknologian tutkimusta on olemassa laitteille kuten vanhusten käyttöön suunnitellut matkapuhelimet jotka tarvitsevat tietämystä ja aiempia käyttökokemuksia. Uusimmat tutkimukset esittävät tietotekniikka-avusteisen asuminen mahdollisuuksia käyttäjien koteihin esimerkiksi projisoitujen opastuksien muodossa, mutta vain muutamia empiirisiä tutkimuksia on tehty määrittelemään kuinka projektiopohjaiset käyttöliittymät voisivat olla intuitiivisia vanhuksille, ja tutkimuksia kuinka näiden systeemien suunnitteluprosessit voisivat avustaa tietotekniikka-avusteisen asumisen suunnittelijoille ei ole tuotettu tarpeeksi. Tämä työ esittelee kolmen iteroinnin ja empiirisen arvioinnin luoman tietämysperustan kautta ratkaisuja systeemien suunnittelun ja luonnin tarpeisiin projektiopohjaisen lisätyn todellisuuden käyttöliittymien luomiseksi. Ensimmäisen iteroinnin tulos on lauserakenteeseen pohjautuva käyttöliittymä päälle puettavalle projektiojärjestelmälle, jonka todettiin omaavan teknisiä puutteita vanhuskäyttöön. Toinen iterointi esittelee ikonipohjaisen käyttöliittymän ja tuottaa vaatimusmäärittelyohjeistuksia käyttöliittymille. Viimeisessä iteroinnissa korvataan päälle puettava kiinteästi asennetulla järjestelmällä, joka mahdollistaa vanhuksille tehokkaamman valintamenetelmän valikoille, sekä tukee sarjamuotoisten tehtävien suorittamista visuaalisia ohjeistuksia käyttäen esimerkiksi lääkkeen annostelun tukemisessa. Käytön soveltuvuutta vertailtiin tehokäyttäjien ja vanhusten, joilla on usein motoriikan ja kognition ongelmia, kesken, ja vaikka nämä kaksi ryhmää ovat hyvin samankaltaisia on vanhuksille sopivampi menetelmä hitaampi ja perustuu suoraan interaktioon. Myös sarjamuotoisen tehtävän suorituksen tukeminen osoittautui saavutettavaksi. Tämä työ tuotti käyttöliittymien ja teknisten toteutusten suunnitteluun tarkoitettuja ohjeistuksia joita tietotekniikka-avusteisen asumisen suunnittelijoiden tulisi ottaa huomioon projektiopohjaisten lisätyn todellisuuden järjestelmien kehittämisessä muistihäiriöisten vanhusten tarpeisiin. Lisäksi suosituksia käyttäjätestien luomiseen tämän käyttäjäryhmän kesken ehdotetaan jolla voidaan vähentää työmäärää sekä parantaa oikein iteratiivista prosessia.

Abstract The purpose of this study was to describe and explain the lifestyle of residents of Lapland who have a risk of cardiovascular diseases. Moreover, the effectiveness of counseling intervention on current lifestyle and adherence to lifestyle change were studied. Participants’ self-assessed and self-reported lifestyles and how these reflect objective measurements were also investigated. The data were collected in three phases in 2007–2009: baseline (n = 53) and follow-ups at 6 months (n = 32) and 12 months (n = 34). Lifestyle intervention was carried out using Skype videocall except for one group. The data was formed of blood test results (fP-Kol, fP-Kol-HDL, fP-Kol-LDL, fP-Gluk), anthropometric (height, weight, BMI, waist circumference) and blood pressure measurements, diabetes risk test, lifestyle questionnaire, adherence to lifestyle change questionnaire and food and exercise diaries. At baseline, serum cholesterol and LDL cholesterol were raised. Participants were at least overweight; they did not exercise enough nor receive enough vegetables or fiber. The self-assessed lifestyle was contradictory to the measurement results. Factors affecting adherence to lifestyle change were the urge to take care of oneself and the responsibility for one’s health. At the 6-month follow-up, improvement in cardiovascular health was detected: the cholesterol level and diabetes risk had decreased. Waist circumference and the number of obese (BMI > 30) decreased. In addition, health-improving changes in lifestyle were detected. The usage of vegetables and berries increased and the usage of salt decreased. However, participants did not exercise enough. At the 12-month follow-up, worsening in dietary habits was detected. However, blood pressure declined and men’s waist circumference remained the same when compared to the previous follow-up. Between baseline and 6-month follow-up some improvements in cardiovascular health could be detected but they did not remain until the 12-month follow-up. Participants assessed their lifestyle to be better than what the objective measurements indicated. Factors affecting adherence to lifestyle change were self-efficacy, adherence to the given advice and guidance and concern over the current lifestyle. Participants benefited from the counseling intervention because small changes were detected towards healthier lifestyle. Lifestyles changed into healthier direction. The results of this study can be utilized when developing counseling intervention further. / Tiivistelmä Tutkimuksen tarkoituksena oli kuvata ja selittää sydän- ja verisuonisairauksien riskiryhmään kuuluvien lappilaisten elintapoja ja ohjausintervention vaikuttavuutta elintapoihin ja elintapamuutokseen sitoutumiseen. Lisäksi kuvattiin tutkittavien itsearvioimia ja raportoimia elintapoja sekä verrattiin niitä objektiivisiin mittaustuloksiin. Ohjausinterventio toteutettiin videopuhelinvälitteisesti Skypellä yhtä ryhmää lukuun ottamatta. Tutkimukseen osallistui 53 työikäistä lappilaista. Tutkimusaineisto kerättiin kolmessa vaiheessa vuosina 2007–2009: nollamittaus (n = 53) sekä seurantamittaukset kuuden (n = 32) ja 12 (n = 34) kuukauden kuluttua. Tutkimusaineisto muodostui verikoetuloksista (fP-Kol, fP-Kol-HDL, fP-Kol-LDL, fP-Gluk), antropometristen mittausten tuloksista (pituus, paino, BMI ja vyötärönympärysmitta), verenpaineesta, diabeteksen riskitestistä, elintapa- ja sitoutumiskyselystä sekä ruoka- ja liikuntapäiväkirjoista. Nollamittauksessa seerumin kolesteroli ja LDL-kolesteroli olivat koholla. Tutkittavat olivat vähintään ylipainoisia, ja liikunta sekä kasvisten ja kuidun saanti oli vähäistä. Oma arvio elintavoista oli ristiriidassa mittaustulosten kanssa. Nollamittauksessa elintapamuutokseen sitouttavia tekijöitä olivat halu huolehtia itsestä ja vastuu omasta terveydestä. Kuuden kuukauden seurantamittauksessa verisuoniterveys oli parantunut kolesterolin ja diabetesriskin osalta. Vyötärönympärysmitta ja lihavien määrä (BMI > 30) väheni. Myös elintavoissa havaittiin muutoksia valtimoterveyttä edistävään suuntaan. Kasvisten ja marjojen käyttö lisääntyi sekä suolan käyttö väheni. Liikuntaa ei kuitenkaan ollut riittävästi. Kahdentoista kuukauden seurantamittauksessa todettiin ”repsahdusta” ruokailutottumuksissa. Edelliseen mittaukseen nähden verenpaine laski ja miesten vyötärönympärysmitta pysyi samana. Nolla- ja kuuden kuukauden mittauksen välillä tapahtui valtimoterveyttä edistäviä muutoksia, joista kaikki eivät ilmentyneet 12 kuukauden seurantamittauksessa. Osallistujat arvioivat elintapojaan paremmaksi kuin mittaustulokset osoittivat. Elintapamuutokseen sitoutumiseen vaikuttavia tekijöitä ovat pystyvyys, sitoutuminen neuvoihin ja ohjeisiin sekä huoli nykyisistä elintavoista. Osallistujat hyötyivät ohjausinterventiosta, sillä elintavoissa tapahtui pieniä muutoksia terveelliseen suuntaan. Tuloksia voidaan hyödyntää kehitettäessä ohjausinterventioita.

Abstract The purpose of the research is to crystallise and test a learning model when the object of study is in an area of education called technology education. On a nominal level, it can be defined as education for a world based on technology. The starting point for the research is contemplation of everyday technological problems. Because some citizens cope with technological problems better than others, there must be differences in technological literacy. In this research these differences are assumed to be dependent on how technology is learnt. In consequence, some of us adopt technology better than others. Some people are technologically literate. The students in technology oriented teacher education are supposed to be such people, and their skills and knowledge are analysed according to the model crystallised in technology learning. To define the learning of technology in the connection of technology education, the concepts of education and technology are considered on a general level. Education is connected with skills and knowledge. The most essential thing in it is man-machine interaction. A prerequisite for its existence is technological creativity and skills and knowledge in technology. In primary and lower secondary education, knowledge and skills connected with technology are learnt in handicrafts, especially technical work, and in mathematics and science, especially physics. It should be possible to provide technological literacy through those school subjects. To make it possible to crystallise the model of technology learning in technology education using the elements described above, the concept of technology needs to be operationalised. For this purpose the content situation in Finland and western industrialised countries is analysed. This can be seen in the literature published for technology studies. For technology learning, the essential starting point is the technological substance, referring to everything that humans have created. In technology teaching it is considered on the level of "situational empiry". Appropriate methods have to be used to make technology learning efficient. In this way it is possible to reach the theoretical level of understanding in technology. This kind of know-how will increase the substance of technology education, because it is used in new learning situations. When this state of things is reached, the learner can be considered as having properly adopted technology and he can be said to be technologically literate. We can ask if technology can be adopted by any citizen in the sense of a structure crystallised for learning technology. In the Finnish circumstances, is it really about technology education, or is technology learnt as a collection of unconnected items in a technological education? To find out, the testees were subjected to tests of six and twenty tasks using an application for technology oriented teacher education. According to the test results, the skill and knowledge of the subjects compared using the elaborated model indicated that their technological literacy was more a result of technological education than technology education. / Tiivistelmä Tutkimuksen tarkoituksena on kehittää ja kokeilla teoreettista mallia, jonka avulla voidaan hahmottaa teknologian oppimista, kun tavoitteena on teknologinen yleissivistys. Tässä kontekstissa teknologiakasvatus ymmärretään kasvatustieteen tutkimuskohteeksi. Nominaalisen määritelmän mukaan teknologiakasvatus on teknologiseen maailmaan kasvattamista. Tutkimuksen lähtökohtana on arkielämän teknologisten ongelmien pohdinta. Koska toiset selviytyvät teknologisista ongelmista paremmin kuin toiset, teknologisessa yleissivistyksessä täytyy olla eroja. Tutkimuksessa oletetaan, että nämä erot johtuvat teknologian oppimisesta. Oppimisen seurauksena osaa kansalaisista voidaan pitää teknologisesti sivistyneinä. Tällaisia henkilöitä oletetaan olevan teknologiapainotteisen luokanopettajakoulutuksen opiskelijoiden, joiden teknologiaan liittyviä tietoja ja välillisesti myös taitoja analysoidaan kiteytetyn teknologian oppimisen mallin perusteella. Jotta teknologian oppimista voitaisiin määrittää teknologiakasvatuksen kontekstissa, kasvatuksen ja teknologian käsitteitä tarkastellaan toistensa yhteydessä. Teknologian olemassaolon edellytys on teknologinen luovuus sekä teknologiset tiedot ja taidot. Yleissivistävässä koulussa teknologiaan liittyviä tietoja ja taitoja opitaan käsitöissä, erityisesti teknisissä töissä sekä matemaattis-luonnontieteellisissä oppiaineissa, erityisesti fysiikassa. Näiden puitteissa tulee olla mahdollista hankkia teknologinen yleissivistys. Jotta edellä kuvatuista elementeistä olisi mahdollista kiteyttää teknologiakasvatuksessa tapahtuvan teknologian oppimisen malli, teknologiakasvatuksen käsite tulee operationaalistaa. Sitä varten analysoidaan teknologian oppimisen sisällöllinen tila Suomessa ja läntisissä teollisuusmaissa. Tämä ilmenee yleissivistävää opiskelua varten julkaistusta kirjallisuudesta. Teknologisen yleissivistyksen kannalta keskeiseksi muodostuu oppimisen lähtökohta, teknologinen substanssi. Sillä tarkoitetaan kaikkea ihmisen tekemää, jota otetaan tarkasteltavaksi teknologian opetuksessa tilanteellisen empirian tasolle. Jotta oppiminen olisi tehokasta, teknologiakasvatuksessa on käytettävä siihen soveltuvia menetelmiä. Näin on mahdollista päästä teknologian teoreettiseen ymmärrykseen. Tällainen tietotaito lisää teknologiakasvatuksen substanssia, koska se on käytettävissä uusissa oppimistilanteissa. Millaista teknologinen yleissivistys on teknologian oppimisesta kiteytetyn struktuurin merkityksessä? Onko Suomen olosuhteissa kyse teknologiakasvatuksesta, vai opitaanko teknologiaa toisistaan irrallisina kokonaisuuksina teknologisen kasvatuksen puitteissa? Tämän selville saamiseksi koehenkilöiden teknologista yleissivistystä mitataan opettajankoulutukseen pyrittäessä esitettävien hakuasiakirjojen sekä kuuden ja kahdenkymmenen tehtävän testin avulla. Kun opiskelijoiden tietoja ja taitoja arvioidaan kiteytetyn oppimisen malliin perustuen, koehenkilöiden teknologisen yleissivistyksen voi kuvata ennemmin teknologisen kasvatuksen kuin teknologiakasvatuksen tulokseksi.

Abstract Resource allocation and interference management in wireless small cell networks have been areas of key research interest in the past few years. Although a large number of research studies have been carried out, the needs for high capacity, reliability, and energy efficiency in the emerging fifth-generation (5G) networks warrants the development of methodologies focusing on ultra-dense and self-organizing small cell network (SCN) scenarios. In this regard, the prime motivation of this thesis is to propose an array of distributed methodologies to solve the problem of joint resource allocation and interference management in SCNs pertaining to different network architectures. The present dissertation proposes and investigates distributed control mechanisms for wireless SCNs mainly in three cases: a backhaul-aware interference management mechanism of the uplink of wireless SCNs, a dynamic cluster-based approach for maximizing the energy efficiency of dense wireless SCNs, and a joint power control and user scheduling mechanism for optimizing energy efficiency in ultra-dense SCNs. Optimizing SCNs, especially in the ultra-dense regime, is extremely challenging due to the severe coupling in interference and the dynamics of both queues and channel states. Moreover, due to the lack of inter-base station/cluster communications, smart distributed learning mechanisms are required to autonomously choose optimal transmission strategies based on local information. To overcome these challenges, an array of distributed algorithms are developed by combining the tools from machine learning, Lyapunov optimization and mean-field theory. For each of the above proposals, extensive sets of simulations have been carried out to validate the performance of the proposed methods compared to conventional models that fail to account for the limitations due to network scale, dynamics of queue and channel states, backhaul heterogeneity and capacity constraints, and the lack of coordination between network elements. The results of the proposed methods yield significant gains of the proposed methods in terms of energy savings, rate improvements, and delay reductions compared to the conventional models studied in the existing literature. / Tiivistelmä Langattomien piensoluverkkojen resurssien allokointi ja häiriön hallinta on ollut viime vuosina tärkeä tutkimuskohde. Tutkimuksia on tehty paljon, mutta uudet viidennen sukupolven (5G) verkot vaativat suurta kapasiteettia, luotettavuutta ja energiatehokkuutta. Sen vuoksi on kehitettävä menetelmiä, jotka keskittyy ultratiheisiin ja itseorganisoituviin piensoluverkkoihin. (SCN). Tämän väitöskirjan tärkein tavoite onkin esittää joukko hajautettuja menetelmiä piensoluverkkojen yhteisten resurssien allokointiin ja häiriön hallintaan, kun käytössä on erilaisia verkkoarkkitehtuureja. Tässä väitöskirjassa ehdotetaan ja tutkitaan hajautettuja menetelmiä langattomien piensoluverkkojen hallintaan kolmessa eri tilanteessa: välityskanavan huomioiva häiriönhallinta menetelmä langattomissa piensoluverkoissa, dynaamisiin klustereihin perustuva malli tiheiden langattomien piensoluverkkojen energiatehokkuuden maksimointiin ja yhteinen tehonsäädön ja käyttäjien allokaatio menetelmä ultratiheiden piensoluverkkojen energiatehokkuuden optimointiin. Ultratiheiden piensoluverkkojen optimointi on erittäin haastavaa häiriön sekä jonojen ja kanavatilojen vahvojen kytkösten vuoksi. Lisäksi, koska klustereilla/tukiasemilla ei ole kommunikaatiota, tarvitaan hajautettuja oppimisalgoritmeja, jotta saadaan itsenäisesti valittua optimaaliset lähetys menetelmät hyödyntäen vain paikallista tietoa. Tämän vuoksi kehitetään useita hajautettuja algoritmeja, jotka hyödyntävät koneoppimista, Lyapunov optimointia ja mean-field teoriaa. Kaikki yllä olevat esitetyt menetelmät on validoitu laajoilla simulaatioilla, joilla on voitu todentaa niiden suorituskyky perinteisiin malleihin verrattuna. Perinteiset mallit eivät pysty ottamaan huomioon verkon laajuuden, jonon ja kanavatilojen dynamiikan, eri välityskanavien ja rajallisen kapasiteetin asettamia rajoituksia sekä verkon elementtien välisen koordinoinnin puuttumista. Esitetyt menetelmät tuottavat huomattavia parannuksia energiansäästöön, siirtonopeuteen ja viiveiden vähentämiseen verrattuna perinteisiin malleihin, joita kirjallisuudessa on tarkasteltu.

Abstract Health behaviour change is challenging and is addressed by the international community. Many people try to effect change for a healthier lifestyle, but they find it difficult to sustain their new habits. Today, technological applications support people who want to change their behaviour, oftentimes by utilising social influence: The influence of others on one’s behaviour. Social influence consists of different aspects, the particularities of which are often neglected in design. This thesis focusses on the design of the social comparison aspect of social influence. Social comparison psychology supports the view that when facing a lack of objective measurements, people tend to compare themselves to others who are similar to them for self-evaluation, self-enhancement, self-prediction, and coping. In psychology, social comparison theory has shown great potential in the aforementioned areas as well as challenges regarding its application. In the design of technology, social comparison theory has been utilised but lacks extensive exploration. In this thesis, four perspectives are considered to better understand social comparison in design: Existing designs, designers’ perspective, healthcare professionals’ perspective, and user research for social comparison. The four perspectives are explored using qualitative methodologies and through design science research. The knowledge took the form of a Multiple-perspective Approach Design (MAD) for social comparison features in technology that supports health behaviour change. MAD aims to support designers when working with social comparison in health behaviour change, by presenting social comparison potentials and challenges informed by the different perspectives. MAD builds upon the knowledge transferred from the field of psychology regarding social comparison and on the research conducted to understand the four perspectives of social comparison. / Tiivistelmä Terveyskäyttäytymisen muutos on haastavaa ja sitä käsittelee kansainvälinen yhteisö. Monet ihmiset yrittävät tehdä muutoksia kohti terveellisempiä elämäntapoja, mutta heidän on vaikea ylläpitää uusia tapojaan. Tänä päivänä teknologiset sovellukset tukevat ihmisiä, jotka haluavat muuttaa käyttäytymistään, usein hyödyntämällä sosiaalista vaikutusta: toisten vaikutusta omaan käyttäytymiseen. Sosiaalinen vaikutus koostuu erilaisista näkökulmista, joiden erityispiirteitä on usein laiminlyöty suunnittelussa. Tässä opinnäytetyössä keskitytään sosiaalisen vertailun näkökulman suunnitteluun sosiaalisessa vaikutuksessa. Sosiaalisen vertailun psykologia tukee näkemystä siitä, että objektiivisten mittausten puuttuessa, ihmiset pyrkivät vertaamaan itseään muihin, jotka ovat samankaltaisia, itsearvioinnin, itsensä vahvistamisen, itsearvioinnin ja selviytymisen kannalta. Psykologiassa sosiaalisen vertailun teoria on osoittanut potentiaalinsa edellä mainituilla aloilla, mutta sen soveltamiseen liittyy haasteita. Sosiaalisen vertailun teoriaa on hyödynnetty teknologian suunnittelussa, mutta laaja-alaisempi tutkimus aiheesta on puutteellista. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan neljää näkökulmaa ymmärtämään paremmin sosiaalista vertailua suunnittelussa: Olemassa olevat mallit, suunnittelijoiden näkökulma, terveydenhuollon ammattilaisten näkökulma ja käyttäjätutkimus sosiaaliseen vertailuun. Näitä neljää näkökulmaa tutkitaan käyttämällä laadullisia tutkimusmenetelmiä ja suunnittelutieteellistä tutkimusta. Kerätyn tiedon perusteella muodostettiin monia toimijoita tarkasteleva lähestymistapa suunnitteluun (MAD), joka koskee sosiaalisen vertailun ominaisuuksia teknologiassa, joka tukee terveyskäyttäytymisen muutosta. MAD pyrkii tukemaan suunnittelijoita, jotka työskentelevät sosiaalisen vertailun parissa terveyskäyttäytymisen muutoksessa, esittämällä sosiaalisen vertailun mahdollisuuksia ja haasteita, joita on kerätty eri näkökulmista. MAD perustuu psykologian alalta kerättyyn tietämykseen sosiaalista vertailusta ja toteutettuun tutkimukseen, joka on tehty sosiaalisen vertailun neljän näkökulman ymmärtämiseksi.

Abstract The past two decades have witnessed an unprecedented proliferation of mobile devices equipped with extremely innovative wireless technologies. Short range networks, such as wireless personal area networks (WPANs), wireless sensor networks (WSNs) and wireless body area networks (WBANs) have been defined and researched to deliver high speed home connectivity, environment and health monitoring. This thesis tackles design, analysis and simulation of medium access control (MAC) protocols tailored for short range networks. These have in common the use of battery operated devices but also certain design challenges connected with MAC protocols are common upon selecting the physical layer technology. Ultra wideband (UWB) technology and 60 GHz technology (which is referred to also as millimeter wave communications) are two valid examples of the wireless revolution of the past decade. Several existing standards, such as IEEE 802.15.3, ECMA-368, IEEE 802.15.4 and its amendment IEEE 802.15.4a, are considered in this thesis for MAC analysis in conjunction with UWB technology. With regard to millimeter wave communications the characteristics of the IEEE 802.15.3c standard are taken into account. Apart for the IEEE 802.15.3c all the MAC protocols have been modeled in the network simulator Opnet. One contribution of this thesis is to produce an innovative and in-depth analysis of the management aspects (e.g. ECMA-368 distributed beaconing) stemming from the above mentioned standards by means of analytical and simulation models. This study approach allows selecting the MAC features suitable for the applications and the technologies of interest. The key performance metric used to analyze all the protocols is energy efficiency, but also throughput is investigated. Another contribution brought by this thesis consists in the innovative way of studying slotted-based MAC protocols as an integrated concept connected with the type of network, the type of application and the selected physical technologies. This thesis also shows MAC performance in conjunction with UWB when false alarm, miss-detection and receiver capture (capture is modeled by means of an existing interference model) are taken into consideration. Most of the unrealistic, though common, assumptions in MAC analysis are removed and the performance of selected medical applications is evaluated through Opnet simulations. The well known binary exponential backoff is analyzed with an innovative though simplified one-dimensional Markov chain approach in the context of directional MAC for 60 GHz communications. As shown in the remainder of this thesis, the simplification introduced does not hinder the accuracy of the results, but rather allows accounting even for a finite number of retransmissions with a simple chain extension. / Tiivistelmä Kahden viime vuosikymmenen aikana innovatiivisella langattomalla tekniikalla varustettujen viestintälaiteiden määrä on kasvanut räjähdysmäisesti. Lyhyen kantaman verkkoja kuten langattomia henkilökohtaisen alueen verkkoja (WPAN), langattomia anturiverkkoja (WSN) ja langattomia vartaloalueen verkkoja (WBAN) on määritelty ja tutkittu, jotta voitaisiin tuottaa korkeanopeuksisia kotiyhteyksiä sekä välineitä ympäristön ja terveydentilan seurantaan. Tämä väitöskirja käsittelee lyhyen kantaman viestintään suunniteltujen linkinohjauskerroksen MAC-protokollien suunnittelua, analysointia ja simulointia. Näissä kaikissa käytetään akkukäyttöisiä laitteita, mutta myös tietyt MAC-protokollien suunnittelun haasteet ovat tavallisia fyysisen kerroksen teknologiaa valittaessa. Ultra-laajakaistainen (UWB) teknologia ja 60 GHz teknologia (eli millimetriaallonpituusalueen tietoliikenne) ovat hyviä esimerkkejä kuluneen vuosikymmenen langattomasta vallankumouksesta. Tässä väitöskirjassa huomioidaan UWB teknologiaan liittyvää MAC-kerroksen analyysiä tehtäessä useat olemassa olevat standardit, kuten IEEE 802.15.3, ECMA-368, IEEE 802.15.4 ja sen lisäys IEEE 802.15.4a. Millimetriaallonpituusalueen tietoliikenteessä huomioidaan myös IEEE 802.15.3c standardin erityispiirteet. IEEE 802.15.3c:tä lukuun ottamatta kaikki MAC-protokollat on mallinnettu Opnet verkkosimulaattorilla. Tämä tutkimus tarjoaa innovatiivisen ja syväluotaavan tutkimuksen näiden standardien pohjalta ja analyyttisten ja simuloitujen mallien avulla kehitetyistä hallinnallisista lähestymistavoista (esim. ECMA-368 hajautettu majakkasignaali). Näiden avulla voidaan valita kohteena oleviin sovelluksiin ja teknologioihin parhaiten soveltuvia MAC-ominaisuuksia. Kaikkien protokollien analysointiin käytetty ensisijainen suorituskykymittari on energiatehokkuus, mutta myös datanopeuksia on tarkasteltu. Tässä tutkimuksessa esitellään myös innovatiivinen tapa tutkia MAC protokollia integroituina konsepteina suhteessa verkon ja sovellusten tyyppiin sekä fyysisen kerroksen teknologiaan. Lisäksi tämä väitöskirja esittelee MAC suorituskykyä UWB verkossa silloin, kun siinä otetaan huomioon väärät hälytykset, väärä havainnointi ja vastaanottimen signaalinkaappaus (vastaanoton mallintamiseksi käytetään olemassa olevaa interferenssimallia). MAC analyysistä poistetaan useimmat epärealistiset, vaikkakin tavalliset, olettamukset, ja verkkojen suorituskykyä tarkastellaan valittujen kriittisten parametrien monitoroinnissa Opnet-simulaatioiden avulla. Tunnettua binäärijakoinen eksponentiaalinen perääntyminen -algoritmia analysoidaan innovatiivisella, yksinkertaistetulla yksiulotteisella Markov-ketju -mallilla 60 GHz:n suunta-antenni MAC:n yhteydessä. Kuten tässä tutkimuksessa tullaan osoittamaan, esitelty yksinkertaistus ei rajoita tulosten tarkkuutta, vaan mukaan voidaan lukea jopa rajallinen määrä uudelleenlähetyksiä yksinkertaisen Markovin ketjun laajennuksen avulla.

Abstract Information technologies have opened new opportunities to develop persuasive systems that support people to adopt and sustain healthy behaviors. Both web-based and ubiquitous information systems have shown promising results in supporting people to adopt healthy routines. Persuasive systems have therefore received increasing attention from researchers over the past decade. Behavior Change Support Systems are an object of persuasive technology. These systems are designed to facilitate behavior change process over an extended period of time. This dissertation comprises of six studies, including two investigative, two experimental, and two field studies. An effort has been made to consecutively build these studies to formulate a central research question: To what extent virtual rehearsal augmented with reminders influence overall efficacy of health Behavior Change Support Systems? The primary theoretical underpinning is the Persuasive Systems Design model, which highlights seven postulates and twenty-eight software features for developing Behavior Change Support Systems. However, in the presented work, reminders and virtual rehearsal are explicitly studied. The interplay between these software features is examined through using a mixed-method research approach, using qualitative methodology as a core research approach. The results indicate that carefully selected and integrated persuasive software features have significant impact on the overall efficacy of Behavior Change Support Systems. Presented work addresses health behavioral change as a critical aspect of healthcare, and also extends contemporary research on critical issues in healthcare including task adherence, attrition and compliance. / Tiivistelmä Uudet informaatioteknologiat ovat mahdollistaneet sellaisten vakuuttavien järjestelmien kehittämisen, jotka voivat tukea terveellisten käyttäytymismallien omaksumisessa ja niiden ylläpitämisessä. Sekä web-pohjaisilla että jokapaikan tietojärjestelmillä on saatu lupaavia tuloksia terveellisten rutiinien omaksumisessa. Vakuuttavat järjestelmät ovat näin viimeisen vuosikymmenen aikana saaneet kasvavaa huomiota tutkijoilta. Yksi vakuuttavan teknologian tutkimuskohteista on käyttäytymisen muutoksen tukijärjestelmät. Nämä järjestelmät on suunniteltu helpottamaan käyttäytymisen muutoksessa pitkähkön aikajakson kuluessa. Tämä väitöskirja koostuu kuudesta tutkimuksesta, sisältäen kaksi eksploratiivista, kaksi kokeellista ja kaksi kenttätutkimusta. Kyseiset tutkimukset on suunnitelut siten, että on voitu muodostaa yksi keskeinen tutkimuskysymys: Missä määrin virtuaalinen harjoittelu yhdessä muistutusten kanssa voi vaikuttaa käyttäytymisen muutoksen tukijärjestelmien tehokkuuteen? Pääasiallisena teoreettisena pohjana toimii vakuuttavien järjestelmien PSD-suunnittelumenetelmä (Persuasive Systems Design Model), joka korostaa seitsemää perusoletusta ja 28 ohjelmisto-ominaisuutta tällaisten käyttäytymisen muutoksen tukijärjestelmien kehittämisessä. Tässä väitöskirjassa on keskitytty tutkimaan erityisesti virtuaalisia muistutuksia ja virtuaalista harjoittelua. Kyseisiä ohjelmisto-ominaisuuksia on tarkasteltu käyttämällä mixed-method -tutkimustapaa erityisesti laadullisella tutkimusotteella. Tässä tutkimuksessa saadut tulokset osoittavat, että järjestelmien huolella valituilla ja toteutetuilla vakuuttavilla ominaisuuksilla on merkittävä vaikutus käyttäytymisen muutoksen tukijärjestelmien tehokkuuteen. Väitös osoittaa terveyskäyttäytymisen muutoksen olevan kriittinen osa terveydenhoitoa. Väitöstyö myös lisää terveydenhoidon tietämystä sen kriittisissä ongelmissa, erityisesti harjoituksiin sitoutumisessa tai vastaavasti harjoitusten tekemättä jättämisessä ylipäätään ja ohjeiden noudattamisessa.

Abstract Impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) technology, due to its baseband signaling, potentially offers a low cost, low complexity and low power consumption option for different short range sensor network applications. These sensor networks can be applied to many kinds of future implementations, including the Internet of Things (IoT) applications. In the medical and healthcare context, the term wireless body area network (WBAN) is often used, but, as mentioned, the wireless technology itself can be applied to any kind of body, e.g., to car or robot body networks. This thesis studies IR-UWB receivers’ performances in different hospital environment channel models by means of computer simulation. The main focus is on receivers that are capable of detecting the signals specified either in the IEEE 802.15.4-2015 or in the IEEE 802.15.6-2012 standards. The used channel models from two independent research groups include both on-body to on-body and on-body to off-body scenarios in different hospital environments. The evaluations and comparisons of various receivers include energy detector (ED) and rake receivers, the latter with both selective- and partial-rake structures. One of the studied receiver structures is further analyzed as it was noticed that the simulation results did not correspond to the assumed theoretical bit error probability (BEP) curves. Along the standards based studies, some modifications are also suggested for the two existing IR-UWB standards for increased compatibility and improved performance. One of the propositions resulted a Patent Cooperation Treaty (PCT) patent application. Additionally, an extensive survey is provided offering a compilation which includes presentations of IR-UWB research by other researchers, existing standards’ IR-UWB physical layer (PHY) specifications and the main global regulations concerning UWB. / Tiivistelmä Erittäin laajakaistainen impulssiradioteknologia (IR-UWB) tarjoaa potentiaalisen vaihtoehdon yksinkertaisille, edullisille ja matalan tehonkulutuksen omaaville lähetin-vastaanotin-ratkaisuille, jotka soveltuvat lyhyen kantaman sensoriverkkoihin. Nämä sensoriverkot ovat monikäyttöisiä soveltuen esimerkiksi tulevaisuuden esineiden internetin (IoT) tiedonsiirtoratkaisuiksi. Esimerkiksi sairaanhoidon ja terveydenhuollon asiayhteyksissä käytetään monesti termiä langaton kehoverkko (WBAN), joka voidaan asentaa monenlaisiin eri sovelluskohteisiin kuten autoon tai vaikkapa robotin "keholle". Tässä väitöskirjassa on tutkittu tietokonesimulaatioiden avulla erilaisten IR-UWB vastaanotinrakenteiden suorituskykyä sairaalaympäristöä mallintavissa radiokanavissa. Tutkimuksen painopiste on vastaanottimissa, jotka kykenevät vastaanottamaan joko IEEE 802.15.4-2015- tai IEEE 802.15.6-2012-standardeissa määritellyn signaalin. Sairaalaympäristöä mallintavat radiokanavat perustuvat kahden toisistaan riippumattoman tutkijaryhmän mallinnuksiin, jotka sisältävät sekä keholta-keholle että keholta-kehon ulkopuolelle -radiokanavamallit. Energiailmaisin (ED) ja erilaiset harava-vastaanottimet ovat niitä vastaanotinrakenteita, joita tähän väitöskirjaan kuuluvissa artikkeleissa on arvioitu ja vertailtu. Yhtä vastaanotinrakennetta on myös analysoitu tarkemmin, kun havaittiin, etteivät kyseistä rakennetta koskevat simulaatiotulokset vastanneet oletettuja teoreettisia bittivirhetodennäköisyyksiä. Tutkimuksessa kehitettiin lisäksi olemassa olevien standardien ratkaisuihin liittyviä parannusehdotuksia, joita esitettiin muutamissa tähän väitöskirjaan sisällytetyissä artikkeleissa. Yhdestä ehdotuksesta tehtiin myös PCT-sopimuksen alainen patentointihakemus. Lisäksi yhdessä tähän väitöskirjaan sisällytetyssä artikkelissa on paitsi laaja kirjallisuuskatsaus sisältäen katsauksen muiden tekemiin IR-UWB- tutkimuksiin, myös olemassa olevien standardien fyysisten kerroksien määritykset koskien IR-UWB-teknologiaa ja tärkeimmät maailmanlaajuiset UWB-tekniikkaa koskevat signaalin tehotiheysmääräykset.

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