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 dissertation seeks to identify and discuss challenges related to the engagement process of multipurpose public displays (MPD) in urban spaces. MPD is a public display concept based on the current emergence of passive public displays, which again is part of the growth of digital signage as a medium for commercial and non-commercial content. MPDs are separated from contemporary public displays by two traits: interactivity and new use cases. Due to these traits, a better understanding of the potential of the MPD concept is needed, and this, in its turn, necessitates both a systematic and a multidisciplinary approach. The investigation on the MPD concept and its related engagement process carried out in this thesis is divided into two phases. First, the theoretical phase is based on an extensive and analytical literature review and results in a theoretical framework based on two contributions: a layered design space for capturing the challenges related to design of MPDs in a systematic way, as well as formulation of a three-phase engagement process to model the engaging of MPDs in practice. These two formalizations facilitate reasoning on different aspects of MPD design, and thus scaffold future designs and deployments. Second, the empirical phase is based on a collection of case studies each of which investigates selected sections of the overall theoretical framework along with serving to illustrate how the sections under investigation operationalize in practice. The overall contribution of this dissertation is thus both to lay out a framework for a wider research area, as well as to raise selected findings as part of the framework through the case studies. The findings derived on the basis of the design space, as well as the engagement process indicate the complexity of the design process for MPDs, even in cases where only the aspects of human-computer interaction (HCI) are considered. They also serve to raise the importance of non-functional issues in real-world MPD deployments, most notably, the mental models embodied by current public displays that citizens implicitly transfer over to MPDs as well. For future designs, careful leveraging of existing practices and mental models is crucial to facilitate the adoption of MPDs and to fully realize their potential as flexible urban computing tools. / Tiivistelmä Tämä väitöskirja pyrkii tunnistamaan ja analysoimaan monikäyttöisten julkisten näyttöjen (multipurpose public display, MPD) käyttöön liittyviä haasteita. MPD on uusi kaupunkitiloissa olevien julkisten näyttöjen konsepti, joka perustuu nykyisten passiivisten julkisten näyttöjen sekä niissä esitettävän digitaalisen kyltityksen (digital signage) pohjalle. MPD eroaa konseptitasolla nykyisistä julkisista näytöistä pääasiassa kahdella tavalla: interaktiivisuudella sekä uusilla käyttötarkoituksilla. Näistä eroavaisuuksista sekä kaupunkitilojen yleisemmästä luonteesta johtuen MPD-konseptin parempi ymmärrys ja sitä kautta hyödyntäminen tulevaisuudessa edellyttää sekä järjestelmällistä että tieteidenvälistä tutkimusotetta. Tässä työssä tehty tutkimus jakaantuu ylimmällä tasollaan kahteen vaiheeseen. Ensimmäinen teoreettinen vaihe pohjautuu laajaan kirjallisuuskatsaukseen ja kulminoituu teoreettiseen viitekehykseen, joka koostuu kahdesta osasta. Ensimmäinen osa on kerroksittainen suunnitteluavaruus (design space), jossa pyritään MPD-konseptiin liittyvien haasteiden ja mahdollisuuksien kartoittamiseen tutkimuksen nykytila huomioonottaen. Toinen osa on teorisoitu esitys MPD-konseptin käyttöprosessista (engagement process) kaupunkilaisten näkökulmasta koostuen kolmesta osittain limittyvästä vaiheesta. Nämä kaksi teoreettista osaa tarjoavat pohjaa MDP-konseptiin pohjautuvalle suunnittelulle tulevaisuudessa. Toinen empiirinen vaihe rakentuu kolmen tapaustutkimuksen kokoelmasta, jossa jokainen yksittäinen tapaustutkimus pohjautuu tiettyihin esitetyn teorian osa-alueisiin ja näin ollen myös esittelee, miten suunitteluavaruus sekä käyttöprosessin malli voivat realisoitua käytännössä. Työn kontribuutio koostuu siis laajemman teoreettisen kehyksen muodostamisesta sekä tämän kehyksen määrittämässä fokuksessa tehdyistä tapaustutkimuksista. Työssä saavutetut tulokset auttavat hahmottamaan MPD-konseptiin liittyvän suunnittelun kompleksisuutta tilanteissa, joissa on keskitytty pääasiassa ihminen-kone vuorovaikutuksen (human-computer interaction, HCI) tutkimiseen. Tapaustukimukset nostavat esille myös ns. non-funktionaalisten tekijöiden roolin autenttisissa kaupunkitiloissa tapahtuvassa empiirisessä ja konstruktiivisessa tutkimuksessa. Tässä tärkeään rooliin nousevat etenkin niin kutsutut mentaalimallit, joiden kautta kaupunkilaiset hahmottavat MPD-konseptia. Työn tulosten perusteella voidaan todeta, että MPD-konseptiin pohjautuvassa suunnittelussa tulee korostaa olemassa olevien urbaanien sosiokulttuuristen käytäntöjen roolia. Näin MPD-konseptin käytöstä voidaan tulevaisuudessa saada sujuvampaa ja luontevampaa, ja MPD-konsepti voisi tulevaisuudessa olla keskeisempi osa urbaania sosiokulttuurista rakennetta.

Abstract This thesis introduces a novel Web service-centric solution to pervasive computing, called Service-oriented Pervasive Computing (also called Pervasive Service Computing), which enables computer systems to deal with context in the user’s environment, to dynamically discover and compose existing services, and to develop Internet-scale multimedia applications that support users’ activities. First, this thesis introduces the concept of Pervasive Service Computing and its relation to community coordinated multimedia, context awareness, and service-oriented computing. It then investigates the state of the art, the practices, and techniques which have been developed to support such services. Building on these tools, this study adopts a service-oriented methodology to design a reference model for Pervasive Service Computing, for accommodating specified technical requirements. This model can serve as a guide for research and development towards Pervasive Service Computing. Second, the thesis examines the nature of community coordinated multimedia, and develops the concept of Community Coordinated Multimedia (CCM). To discover the potentials of discoverability and composability of multimedia applications, the thesis introduces a model for Service-oriented Community Coordinated Multimedia (SCCM), and demonstrates the idea of “multimedia application as a service.” Furthermore, the thesis presents a content annotation service and evaluates its feasibility as an end-user prototype. Third, the thesis investigates the nature of context awareness in Pervasive Service Computing, to broaden the definition of context and context-awareness. This research introduces context-aware pervasive service composition (CAPSC) applications, and specifies three-levels of context awareness. Building on this framework, the context-aware service composition prototype is implemented. Fourth, the author examines the overall potential of service composition in Pervasive Service Computing, distinguishes its two main functions as service collaboration, and service coordination, and then develops an ODPSC (Ontology-Driven Pervasive Service Composition) ontology. To address the availability and scalability of service composition, the thesis introduces options for dynamic service composition in the Cloud, and develops an accelerated Cloud architecture for service composition in the Cloud (namely CM4SC middleware). Last, the CM4SC middleware as a service prototype is implemented. / Tiivistelmä Tässä työssä käsitellään uutta jokapaikan tietotekniikan Web-palvelukeskeistä ratkaisua, palveluorientoitunutta jokapaikan tietotekniikkaa (Pervasive Service Computing). Tämän avulla tietokonejärjestelmät voivat ottaa huomioon käyttäjän ympäristön tilanteen, löytää ja koota palveluja dynaamisesti, ja näin voidaan kehittää Internetin laajuisia käyttäjän toimintoja tukevia multimediasovelluksia. Ensiksi työssä esitellään jokapaikan tietotekniikan palvelujen käsite sekä tällaisten palveluiden suhde yhteisöllisesti koordinoituun multimediaan, tilannetietoisuuten ja palveluorientoituneeseen tietotekniikkaan. Tieteen nykytila sekä tällaisia palveluja tukemaan kehitetyt käytännöt ja tekniikat esitellään. Näihin työkaluihin pohjautuen työssä omaksutaan palveluorientoitunut metodiikka, kun jokapaikan tietotekniikan palveluille suunnitellaan referenssimalli, jonka avulla voidaan määritellä teknisiä vaatimuksia ja joka voi muutenkin toimia ohjenuorana jokapaikan tietotekniikan palvelujen tutkimukselle ja tuotekehitykselle. Toiseksi työssä tutkitaan yhteisöllisesti koordinoidun multimedian ominaispiirteitä ja määritellään yhteisöllisesti koordinoidun multimedian (Community Coordinated Multimedia, CCM) käsite. Multimediasovellusten löydettävyyden ja kokoamisen mahdollisuuksien kartoittamiseen luodaan palveluorientoitunut CCM-malli (Service-oriented Community Coordinated Multimedia, SCCM). Työssä esitellään ”multimediasovellus palveluna” -idea, jonka käyttökelpoisuutta arvioidaan sisältöpohjaisen annotoinnin prototyyppiratkaisun avulla. Kolmanneksi työssä tutkitaan jokapaikan tietotekniikan palvelujen tilannetietoisuutta laajentamalla tilanteen ja tilannetietoisuuden määritelmiä. Tutkimus esittelee tilannetietoiseen jokapaikan tietotekniikan palvelujen kokoamiseen (Context-Aware Pervasive Service Composition, CAPSC) perustuvia sovelluksia ja määrittelee kolme tasoa tilannetietoisuudelle. Tämän viitekehyksen avulla toteutetaan tilannetietoinen palvelujen kokoamisen prototyyppi. Neljänneksi työssä arvioidaan jokapaikan tietotekniikan palvelujen kokoamisen mahdollisuuksia, tunnistetaan sen kaksi keskeistä toiminnallisuutta, palvelujen yhteistoiminnallisuus (service collaboration) ja palvelujen koordinointi (service coordination), sekä kehitetään ODPSC (Ontology-Driven Pervasive Service Composition) -ontologia. Työssä esitetään saavutettavuuden ja laajennettavuuden haasteisiin ratkaisuksi dynaaminen palvelujen kokoaminen pilvipalveluna. Työssä kehitetään kiihdytetty pilviarkkitehtuuri (CM4SC-välikerrosohjelmisto) palvelujen kokoamiseen pilvessä. Lopuksi työssä toteutetaan CM4SC-välikerrosohjelmiston palveluprototyyppi.

Diss. / Teknillinen korkeakoulu, SimLab, Helsingin yliopisto, valtiotieteellinen tiedekunta, sosiaalipsykologian laitos. Myös paperimuodossa (ISBN 978-951-22-9200-4).

Abstract Ubiquitous computing transforms physical environments into smart spaces, supporting users in an unobtrusive fashion. Such support requires sensing and interpreting the situation of the user, and providing the required functionality utilizing resources available. In other words, context acquisition, context modelling, and context reasoning are required. This thesis explores rule-based context reasoning from three perspectives: to implement the functionality of ubiquitous applications, to support the creation of ubiquitous applications, and to achieve self-adaptation. First, implementing functionality with reasoning is studied by comparing an application equipped with rule-based reasoning with an application providing similar functionality with hard coded application logic. The scalability of rule-based reasoning is studied with a large-scale student assistant scenario. Reasoning with constrained resources is explored with an application that performs reasoning partially on mobile devices. Finally, distributing a reasoning component that supports smart space interaction is explored with centralized, hybrid, and distributed architectures. Second, the creation of applications with rule-based reasoning is explored. In the first study, rules support building applications from available services and resources based on the instructions that users give via physical user interfaces. The second study supports developers, by proposing middleware that dynamically selects services and data based on the rules written by application developers. Third, self-adaptation is explored with a conceptual framework that adds self-introspective monitoring and control to smart space applications. This framework is verified with simulation and theoretical studies, and an application that fuses diverse data to provide fuel-efficient driving recommendations and adapts decision-making based on the driver’s progress and feedback. The thesis’ contributions include demonstrative cases on using rule-based reasoning from different perspectives, different scales, and with different architectures. Frameworks, a middleware, simulations, and prototypes provide the concrete contribution of the thesis. Generally, the thesis contributes to understanding how rule-based reasoning can be used in ubiquitous computing. The results presented can be used as guidelines for developers of ubiquitous applications. / Tiivistelmä Jokapaikan tietotekniikka muokkaa fyysisen ympäristömme älykkääksi tilaksi, joka tukee käyttäjää häntä häiritsemättä. Tuki toteutetaan asentamalla ympäristöön käyttäjää ja ympäristöä havainnoivia laitteita, tulkitsemalla kerätyn tiedon perusteella käyttäjän tilanne ja tarjoamalla tilanteeseen sopiva toiminnallisuus käyttäen saatavilla olevia resursseja. Toisin sanoen, älykkään tilan on kyettävä tunnistamaan ja mallintamaan toimintatilanne sekä päättelemään toimintatilanteen perusteella. Tässä työssä tutkitaan sääntöpohjaista päättelyä toimintatilanteen perusteella sovellusten toiminnallisuuden toteutuksen, kehittämisen tuen sekä mukautuvuuden näkökulmista. Sovellusten toiminnallisuuden toteuttamista päättelemällä tutkitaan vertaamalla sääntöpohjaisen päättelyn avulla toteutettua toiminnallisuutta vastaavaan suoraan sovellukseen ohjelmoituun toiminnallisuuteen. Sääntöpohjaisen päättelyn skaalautuvuutta arvioidaan laajamittaisessa opiskelija-assistenttiskenaariossa. Niukkojen resurssien vaikutusta päättelyyn arvioidaan päättelemällä osittain mobiililaitteessa. Älykkään tilan vuorovaikutusta tukevan päättelykomponentin hajauttamista tutkitaan keskitetyn, hybridi- ja hajautetun arkkitehtuurin avulla. Sovelluskehityksen tukemiseksi päättelyn säännöt muodostetaan saatavilla olevista palveluista ja resursseista käyttäjän fyysisen käyttöliittymän välityksellä antamien ohjeiden mukaisesti. Toisessa tapauksessa sovelluskehitystä tuetaan väliohjelmistolla, joka valitsee palvelut ja datan dynaamisesti sovelluskehittäjien luomien sääntöjen perusteella. Mukautuvuutta tutkitaan tilan hallintaan ja itsehavainnointiin liittyvän toiminnallisuuden lisäämiseen pystyvän käsitteellisen kehyksen avulla. Kehyksen toiminta varmennetaan simulointien sekä teoreettisten tarkastelujen avulla. Toteutettu useita datalähteitä yhdistävä sovellus antaa ajoneuvon kuljettajalle polttoaineen kulutuksen vähentämiseen liittyviä suosituksia sekä mukautuu kuljettajan ajotavan kehityksen ja palautteen perusteella. Työssä on osoitettu sääntöpohjaisen päättelyn toimivuus eri näkökulmista, eri skaalautuvuuden asteilla sekä eri arkkitehtuureissa. Työn konkreettisia tuloksia ovat kehykset, väliohjelmistot, simuloinnit sekä prototyypit. Laajemmassa mittakaavassa työ edesauttaa ymmärtämään sääntöpohjaisen päättelyn soveltamista ja työn tuloksia voidaankin käyttää suosituksina sovelluskehittäjille.

Abstract This dissertation aims to uncover emerging practices in how people seek information while on the move in augmented urban spaces. The backdrop for a majority of the work presented here is the City of Oulu in Finland, where we have installed a variety of new ubiquitous computing infrastructure and services including, among others, a network of large interactive public displays called UBI-hotspots. The hotspots serve as a versatile platform on top of which new types of services can be developed, deployed and tested in an authentic urban setting with real, non-coached users and a sufficiently long timespan to truly evaluate the impact of such services on the everyday life and practices of the city and its citizens. The case studies presented in this dissertation aim at understanding the effect of such highly visible additions to the urban space from the point of view of human information behaviour. I seek to understand the underlying information seeking strategies people employ while foraging the hotspots for information, and the types of information people see as valuable while attending their daily business in the downtown area of the City. Questions such as how do people utilize the new sources of information in their daily information seeking tasks, and what is the preferred medium for information delivery, are addressed. The theoretical framework for the studies is derived from both ubiquitous and urban computing, and from the field of human information behaviour research. The main findings of the presented studies indicate that people have adapted the new infrastructure and services as parts of their daily information seeking tasks. The detailed usage data logged by all hotspots provide insight into the browsing habits of users, and analysis of inter-session navigation show that various latent strategies of information seeking exist. Further, findings indicate that there is a clear difference between the types of services people perceive as useful prior to using the hotspots, and services that people actually use on the hotspots. Also, findings indicate that people are willing to download information items from the hotspots to their mobile devices for later reference, thus adding information to their personal information repository. / Tiivistelmä Tämä väitöskirja pyrkii löytämään ja selittämään uusia tapoja joilla ihmiset etsivät informaatiota älykkäissä kaupunkitiloissa. Tausta suurelle osalle työstä on Oulun kaupunki, jonne olemme asentaneet erilaisia jokapaikan tietotekniikan laitteistoja sekä palveluja. Erityisesti väitöskirjassa tutkitaan suurten julkisten näyttöjen – ”UBI-näyttöjen” – verkostoa. UBI-näytöt toimivat monipuolisena alustana jonka päällä uusia palveluja voidaan kehittää sekä testata autenttisessa kaupunkitilassa todellisten käyttäjien toimesta riittävän pitkällä aikavälillä, joka puolestaan mahdollistaa palveluiden todellisen merkittävyyden arvioimisen suhteessa ihmisten jokapäiväiseen informaatiokäyttäytymiseen sekä informaatiotarpeisiin. Väitöskirjassa esitetyt tapaustutkimukset pyrkivät ymmärtämään tällaisten erittäin näkyvien tietoteknisten laitteiden vaikutusta ihmisten käyttäytymiseen informaatiotutkimuksen näkökulmasta. Tarkastelun kohteena ovat ihmisten jokapäiväiseen tiedonhakuun liittyvät strategiat heidän käyttäessään UBI-näyttöjä, sekä erilaiset informaatiotyypit joita ihmiset pitävät tärkeinä hoitaessaan jokapäiväisiä asioitaan kaupunkitiloissa. Kysymykset kuten kuinka ihmiset käyttävät uusia informaation lähteitä etsiessään tietoa jokapäiväisiin tarpeisiinsa sekä millä laitteilla ihmiset mieluiten etsivät ko. tietoa ohjaavat suurta osaa tutkimuksesta. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys muodostuu jokapaikan tietotekniikan tutkimuksesta, urbaanin tietotekniikan tutkimuksesta, sekä ihmisten informaatiokäyttäytymisen tutkimuksesta. Tutkimuksen tärkeimmät löydökset osoittavat että ihmiset ovat ottaneet uudet tietotekniset resurssit osaksi päivittäistä informaatiokäyttäytymistään. Yksityiskohtainen lokitieto yhdistettynä haastattelu- ja havainnointidataan tarjoaa syvällisen näkemyksen käyttäjien tiedontarpeisiin. Dataa analysoimalla olemme havainneet joukon strategioita joita ihmiset käyttävät etsiessään tietoa kaupunkitiloissa. Tutkimus osoittaa myös, että ihmisten oletettujen tiedontarpeiden sekä havainnoidun käyttäytymisen välillä on suuria eroavaisuuksia. Käyttäjät ovat myös halukkaita lataamaan tietosisältöä matkapuhelimiinsa myöhempää käyttöä varten, täten lisäten tietoa omaan henkilökohtaiseen tietovarastoonsa.

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.

Abstract This thesis explores different ways of leveraging mobile sensing to understand how end users use and interact with their smart technologies, namely smartphones and smartwatches. These topics are extensively explored in other parallel research; however, numerous gaps still exist within the literature. The use of mobile sensing to collect quantified ground-truth information of device use in-the-wild is critical to collect unbiased experiences and usage traces. This thesis covers three main themes: (a) the way our affect influences our smartphone use, and how our smartphone usage can also be analysed from our usage habits; (b) revealing quantified exploration of smartwatch usage traits, and how these relate to smartphone use, and (c) novel ways to mitigate interruptions during smartphone or smartwatch use. The thesis begins by explaining the related work and the overall theme of mobile sensing and how device usage influences attention; it then proceeds to elaborate on the contribution of each included article to the overall scope of the thesis. The thesis then concludes with a summary of how the presented articles tie together in a broader scope. Considering the vast amount of research in this field by this thesis’ author as well as other researchers, this type of work can potentially improve the use of novel wearable technologies in the future. By the end of the thesis, the reader should have a broad understanding of what mobile sensing is, and how it can be applied to comprehensively uncover technology use as well as leveraging mobile sensing to enhance the use of technology. / Tiivistelmä Tässä väitöskirjassa tarkastellaan erilaisia tapoja hyödyntää mobiilikäytön tunnistamista ymmärtääkseen, miten loppukäyttäjät käyttävät ja ovat vuorovaikutuksessa älykkäiden teknologioidensa, esimerkiksi älypuhelimien ja älykellojen kanssa. Näitä aiheita tutkitaan laajasti muissa rinnakkaisissa tutkimuksissa, mutta kirjallisuudessa on vielä lukuisia aukkoja. Matkaviestinnän käytöstä kerätään kvantitatiiviset tiedot, jotka koskevat laitteen käyttöä luonnossa. Tämän tiedon kerääminen on kriittistä jotta voidaan kerätä puolueettomia kokemuksia ja käyttöjälkiä. Tässä työssä käsitellään kolmea pääteemaa; i) miten älypuhelinkäyttöömme vaikuttaa meidän mielialamme ja miten älypuhelinkäyttöämme voidaan analysoida käyttötapojen perusteella, ii) paljastaa älykellon käyttöominaisuuksien määrälliset tutkimukset ja miten nämä tulokset heijastuvat älypuhelimen käyttöön ja iii) uusia tapoja lieventää katkoksia älypuhelimen tai älykellon käytön aikana. Työ aloittaa selittämällä siihen liittyvää työtä ja mobiilin tunnistamisen yleistä teemaa ja sitä, miten laitteen käyttö vaikuttaa huomiokykyyn, ja jatkuu sitten yksityiskohtaisesti jokaisen mukana tulevan artikkelin osuuden yleiseen käsittelyyn. Työssä päädytään yhteenvetoon siitä, miten esitetyt artikkelit sitovat yhteen laajemman kokonaisuuden ja ottavat huomioon tämän alan tekijän ja muiden tutkijoiden tämän alan tutkimukset, ja miten tällaista työtä voitaisiin mahdollisesti parantaa edelleen tulevaisuudessa käyttämällä uusia tekniikoita. Työn päätyttyä lukijalla on laaja käsitys siitä, mitä mobiili-tunnistaminen on ja miten sitä voidaan soveltaa sekä teknologian käytön kattavaan paljastamiseen että mobiilidatan tunnistuksen hyödyntämiseen teknologian käytön tehostamiseksi.

Abstract Application composition refers to the creation of applications by using Web Services and resources such as mobile devices, displays, and various augmented everyday objects as building blocks. This approach is especially useful for ubiquitous applications which focus on supporting users' needs and everyday activities. This thesis proposes to compose these applications by choosing the appropriate set of resources and services and their configuration as dictated by the users themselves, together with their needs and other contexts. This thesis studies automated and interactive application composition. The first approach enables the system to act upon users' needs and intentions, while the second enables users themselves to specify their needs and achieve their goals. The research was carried out by designing, implementing and evaluating eight prototypes for automated and interactive application composition. The evaluation methods used included performance analysis and user experiments. The main results include (1) the design and implementation of automated composition mechanisms which rely on evolutionary computing and genetic algorithms, (2) a detailed performance analysis of these mechanisms using synthesized datasets and in a real networking environment; (3) the design and implementation of interactive application composition prototypes which rely on graphical and physical (i.e. touch-based) user interfaces for mobile devices and utilize various contexts; (4) an evaluation of these prototypes in a series of user experiments. The evaluation studied the following issues: users' attitudes towards an automated composition system which makes decisions on their behalf; users' attitudes towards a context-aware composition interface; and the issue of balancing user control and system autonomy. / Tiivistelmä Sovellusten kokoamisella tarkoitetaan sovellusten luomista käyttäen rakennuselementteinä Web Services -ohjelmistojärjestelmää, sekä muita resursseja, kuten mobiililaitteita, näyttölaitteita ja monenlaisia lisävarusteltuja tavanomaisia esineitä. Tämä menetelmä on erityisen käyttökelpoinen sellaisten jokapaikan tietoteknisten sovellusten luomisessa, joiden tarkoitus on tukea käyttäjän tarpeita ja päivittäisiä toimia. Tutkimuksessa esitetään, että tällaisia sovelluksia voidaan koota valitsemalla sopivia palvelu- ja resurssipaketin sekä niiden konfiguraation käyttäjien vaatimusten mukaan, ottaen huomioon heidän tarpeensa sekä muut kontekstit. Tässä väitöskirjassa tutkitaan automatisoitua ja vuorovaikutteista sovellusten kokoamista. Automatisointi mahdollistaa sen, että järjestelmä toimii käyttäjän tarpeiden ja päämäärien mukaisesti, kun taas vuorovaikutteisuuden ansiosta käyttäjä voi määritellä tarpeensa ja pääsee näin haluamaansa lopputulokseen. Tutkimus toteutettiin suunnittelemalla, toteuttamalla ja arvioimalla kahdeksan automatisoidun ja vuorovaikutteisen sovelluksen kokoonpanon prototyyppiä. Arviointimetodeina käytettiin suorituskykyanalyysiä ja käyttäjäkokeita. Tutkimuksen tärkeimpiä tuloksia ovat (1) evoluutiolaskentaan ja geneettisiin algoritmeihin perustuvien automatisoitujen kokoamismekanismien suunnittelu ja toteutus; (2) näiden mekanismien yksityiskohtainen suorituskykyanalyysi syntetisoitujen tietoaineistojen ja todellisten verkkoympäristöjen avulla; (3) graafisille ja fyysisille (l. kosketus) mobiililaitteiden käyttöliittymille perustuvien ja monenlaisia konteksteja hyödyntävien vuorovaikutteisten kokoamissovellusten prototyyppien suunnittelu ja toteutus; (4) prototyyppien arviointi erilaisin käyttäjäkokein. Arvioinnissa tutkittiin käyttäjien asenteita käyttäjän puolesta päätöksiä tekevää automatisoitua kokoamisjärjestelmää kohtaan, käyttäjien asenteita kontekstitietoista kokoamiskäyttöliittymää kohtaan, sekä käyttäjälle jäävän kontrollin ja järjestelmän autonomian välistä tasapainoa.

Abstract The study is part of a project titled Self-motivated control of hypertension. The project is multidisciplinary, and the participants were from the Department of Nursing and Health Administration, University of Oulu, the Department of Internal Medicine, Oulu University Hospital, the health centers of the Liminka and Rantsila municipalities, Polar Electro Oy and The National Technology Agency (TEKES). The main purpose of the study was to evaluate the compliance and the blood pressure control of the intervention patients and the positive effect of the intervention on the compliance and the control of blood pressure. A further purpose was to develop a scale for measuring hypertensive patients' compliance and to test the reliability and validity of the scale. The intervention included the use of a multimedia-based computer program and a heart rate monitor, home measurements of blood pressure and two walking tests as a support of hypertension care. The study consisted of four phases. In the first phase, the patients in the intervention group (n = 21) were interviewed. The topics were: the patients' compliance and attitude towards hypertension and its care and the patients' attitude towards information technology and its use as a support of hypertension care. The material was analysed using the method of content analysis. In the second phase, the Compliance of Hypertensive Patients' Scale (= CHPS) was developed and its reliability and validity were assessed. Data were collected from five health centers (n = 103). Dimensionality was explored using principal component analysis and internal consistency was estimated according to a standard item analysis approach and Theta coefficient. Validity was assessed using face validity, content validity and criterion-related validity (through the use of concurrent validity). In the third phase, by using the CHPS, the compliance of the intervention (n = 14) and control patients (n = 21) was evaluated and the groups were compared. Data were analysed using Mann Whitney's U-test. The control of blood pressure of intervention (n = 16) and control (n = 18) groups was also evaluated and compared. Data were analysed using T-test. In the fourth phase, the patients were interviewed for an evaluation of how the intervention had improved their (n = 16) compliance. The material was analyzed using content analysis. The patients' attitude towards information technology as a support of hypertension care and their attitude towards hypertension and its care were more positive at the end than at the beginning of the intervention. The intervention improved the patients' compliance. They used less sodium (p = .014), exercised more effectively (p = .017) and needed fewer follow-up appointments with nurses than the patients in the control group. The most important part of the intervention consisted of the measurement of blood pressure at home, sending the readings to the health center and the use of a heart rate monitor to improve the effectiveness of exercise. The program illustrated and made more concrete the things connected with lifestyle. The patients who felt that hypertension was caused by stress did not find the setting of the goals and the use of the program meaningful. The variation of diastolic blood pressure at home was statistically almost significant (p = .057) at the end of the project and the blood pressure values were lower in the intervention group than in the control group. The blood pressure readings recorded at home were lower than the measurements recorded by the physician at the health center (SBP p = .000, DBP p = .003). / Tiivistelmä Tutkimus oli osa Omatoiminen verenpaineen hallinta -projektia (OVH-projekti). Projekti on monitieteinen, ja siihen ovat osallistuneet Oulun yliopiston hoitotieteen ja terveyshallinnon laitos, Oulun yliopistollisen sairaalan sisätautien klinikka, Limingan ja Rantsilan terveyskeskukset, Polar Electro Oy ja Tekes. Tutkimuksen päätarkoituksena oli arvioida interventioryhmän potilaiden hoitoon sitoutumista ja hoitotasapainoa sekä sitä, miten kyseinen interventio edisti hoitoon sitoutumista. Lisäksi tarkoituksena oli kehittää hoitoon sitoutumista arvioiva mittari ja testata sen luotettavuutta. Projektissa toteutettuun interventioon kuului kohonneen verenpaineen hoidon tueksi suunnitellun multimediapohjaisen tietokoneohjelman (OVH-ohjelma) ja sykemittarin käyttö, verenpaineen kotimittaukset sekä kaksi kävelytestiä. Tutkimus sisälsi neljä vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa interventioryhmän (n = 21) potilaat haastateltiin. Aiheina olivat potilaiden hoitoon sitoutuminen ja suhtautuminen kohonneeseen verenpaineeseen sekä suhtautuminen tietotekniikkaan ja sen käyttöön kohonneen verenpaineen hoidon tukena. Aineisto analysoitiin sisällönanalyysillä. Toisessa vaiheessa kehitettiin hoitoon sitoutumista arvioiva mittari, jonka luotettavuutta testattiin viiden eri terveyskeskuksen verenpainepotilailla (n = 103). Luotettavuuden arvioinnissa käytettiin osioiden välisiä korrelaatiokertoimia, face-validiteettia, faktorianalyysiä, osioiden välisiä korjattuja korrelaatiokertoimia, theeta-arvoa ja Pearsonin tulomomenttikorrelaatiokerrointa. Kolmannessa vaiheessa arvioitiin ja verrattiin interventio- ja vertailuryhmän potilaiden hoitoon sitoutumista (n = 14, n = 21) kehitetyn mittarin avulla sekä hoitotasapainoa (n = 16, n = 18). Aineiston analyysissä käytettiin kuvailevia arvoja, Mann Whitneyn U-testiä ja T-testiä. Neljännessä vaiheessa arvioitiin haastattelujen avulla sitä, miten interventio edisti potilaiden (n = 16) hoitoon sitoutumista. Aineisto analysoitiin sisällönanalyysillä. Potilaiden suhtautuminen tietotekniikkaan ja sen käyttöön kohonneen verenpaineen hoidon tukena sekä suhtautuminen kohonneeseen verenpaineeseen ja sen hoitoon oli intervention lopussa myönteisempää kuin sen alussa. Interventio edisti tutkittavien hoitoon sitoutumista. He käyttivät suolaa vähemmän (p = .014), liikkuivat tehokkaammin (p = .017) ja kävivät hoitajan vastaanotolla harvemmin (p = .000) kuin vertailuryhmän potilaat. Tärkeimmät intervention osa-alueet olivat verenpaineen mittaus kotona ja arvojen lähettäminen terveyskeskukseen sekä sykemittarin käyttö. Sykemittarin käyttö lisäsi liikunnan tehokkuutta. OVH-ohjelman käyttö havainnollisti ja konkretisoi elintapoihin liittyviä asioita. Potilaat, jotka pitivät stressiä kohonneen verenpaineen syynä, eivät kokeneet tavoitteiden asettamista eivätkä myöskään ohjelman käyttöä mielekkääksi. Interventioryhmän diastolisen verenpaineen muutos kotimittauksissa oli intervention lopussa tilastollisesti melkein merkitsevä (p = .057) ja verenpainearvot olivat matalammat kotimittauksissa kuin vertailuryhmän potilaiden arvot. Tutkittavien verenpainearvot olivat kotimittauksissa matalammat kuin lääkärin mittauksissa terveysasemalla (SVP p = .000, DVP p = .003).