Survey and Systematization of Secure Device Pairing

Secure Device Pairing (SDP) schemes have been developed to facilitate secure communications among smart devices, both personal mobile devices and Internet of Things (IoT) devices. Comparison and assessment of SDP schemes is troublesome, because each scheme makes different assumptions about out-of-band channels and adversary models, and are driven by their particular use-cases. A conceptual model that facilitates meaningful comparison among SDP schemes is missing. We provide such a model. In this article, we survey and analyze a wide range of SDP schemes that are described in the literature, including a number that have been adopted as standards. A system model and consistent terminology for SDP schemes are built on the foundation of this survey, which are then used to classify existing SDP schemes into a taxonomy that, for the first time, enables their meaningful comparison and analysis.The existing SDP schemes are analyzed using this model, revealing common systemic security weaknesses among the surveyed SDP schemes that should become priority areas for future SDP research, such as improving the integration of privacy requirements into the design of SDP schemes. Our results allow SDP scheme designers to create schemes that are more easily comparable with one another, and to assist the prevention of persisting the weaknesses common to the current generation of SDP schemes.Comment: 34 pages, 5 figures, 3 tables, accepted at IEEE Communications Surveys & Tutorials 2017 (Volume: PP, Issue: 99

Quality assessment technique for ubiquitous software and middleware

The new paradigm of computing or information systems is ubiquitous computing systems. The technology-oriented issues of ubiquitous computing systems have made researchers pay much attention to the feasibility study of the technologies rather than building quality assurance indices or guidelines. In this context, measuring quality is the key to developing high-quality ubiquitous computing products. For this reason, various quality models have been defined, adopted and enhanced over the years, for example, the need for one recognised standard quality model (ISO/IEC 9126) is the result of a consensus for a software quality model on three levels: characteristics, sub-characteristics, and metrics. However, it is very much unlikely that this scheme will be directly applicable to ubiquitous computing environments which are considerably different to conventional software, trailing a big concern which is being given to reformulate existing methods, and especially to elaborate new assessment techniques for ubiquitous computing environments. This paper selects appropriate quality characteristics for the ubiquitous computing environment, which can be used as the quality target for both ubiquitous computing product evaluation processes ad development processes. Further, each of the quality characteristics has been expanded with evaluation questions and metrics, in some cases with measures. In addition, this quality model has been applied to the industrial setting of the ubiquitous computing environment. These have revealed that while the approach was sound, there are some parts to be more developed in the future

M-health review: joining up healthcare in a wireless world

In recent years, there has been a huge increase in the use of information and communication technologies (ICT) to deliver health and social care. This trend is bound to continue as providers (whether public or private) strive to deliver better care to more people under conditions of severe budgetary constraint

Smart Signs: Showing the way in Smart Surroundings

This paper presents a context-aware guidance and messaging system for large buildings and surrounding venues. Smart Signs are a new type of electronic door- and way-sign based on wireless sensor networks. Smart Signs present in-situ personalized guidance and messages, are ubiquitous, and easy to understand. They combine the easiness of use of traditional static signs with the flexibility and reactiveness of navigation systems. The Smart Signs system uses context information such as user’s mobility limitations, the weather, and possible emergency situations to improve guidance and messaging. Minimal infrastructure requirements and a simple deployment tool make it feasible to easily deploy a Smart Signs system on demand. An important design issue of the Smart Signs system is privacy: the system secures communication links, does not track users, allow almost complete anonymous use, and prevent the system to be used as a tool for spying on users

User-Centered Context-Aware Mobile Applications―The Next Generation of Personal Mobile Computing

Context-aware mobile applications are systems that can sense clues about the situational environment and enable appropriate mechanisms of interaction between end users and systems, making mobile devices more intelligent, adaptive, and personalized. In order to better understand such systems and the potentials and barriers of their development and practical use, this paper provides a state-of-the-art overview of this emerging field. Unlike previous literature reviews that mainly focus on technological aspects of such systems, we examine this field mainly from application and research methodology perspectives. We will present major types of current context-aware mobile applications, and discuss research methodologies used in existing studies and their limitations, and highlight potential future research

Context Aware Computing for The Internet of Things: A Survey

As we are moving towards the Internet of Things (IoT), the number of sensors deployed around the world is growing at a rapid pace. Market research has shown a significant growth of sensor deployments over the past decade and has predicted a significant increment of the growth rate in the future. These sensors continuously generate enormous amounts of data. However, in order to add value to raw sensor data we need to understand it. Collection, modelling, reasoning, and distribution of context in relation to sensor data plays critical role in this challenge. Context-aware computing has proven to be successful in understanding sensor data. In this paper, we survey context awareness from an IoT perspective. We present the necessary background by introducing the IoT paradigm and context-aware fundamentals at the beginning. Then we provide an in-depth analysis of context life cycle. We evaluate a subset of projects (50) which represent the majority of research and commercial solutions proposed in the field of context-aware computing conducted over the last decade (2001-2011) based on our own taxonomy. Finally, based on our evaluation, we highlight the lessons to be learnt from the past and some possible directions for future research. The survey addresses a broad range of techniques, methods, models, functionalities, systems, applications, and middleware solutions related to context awareness and IoT. Our goal is not only to analyse, compare and consolidate past research work but also to appreciate their findings and discuss their applicability towards the IoT.Comment: IEEE Communications Surveys & Tutorials Journal, 201

MOCA: A Low-Power, Low-Cost Motion Capture System Based on Integrated Accelerometers

Human-computer interaction (HCI) and virtual reality applications pose the challenge of enabling real-time interfaces for natural interaction. Gesture recognition based on body-mounted accelerometers has been proposed as a viable solution to translate patterns of movements that are associated with user commands, thus substituting point-and-click methods or other cumbersome input devices. On the other hand, cost and power constraints make the implementation of a natural and efficient interface suitable for consumer applications a critical task. Even though several gesture recognition solutions exist, their use in HCI context has been poorly characterized. For this reason, in this paper, we consider a low-cost/low-power wearable motion tracking system based on integrated accelerometers called motion capture with accelerometers (MOCA) that we evaluated for navigation in virtual spaces. Recognition is based on a geometric algorithm that enables efficient and robust detection of rotational movements. Our objective is to demonstrate that such a low-cost and a low-power implementation is suitable for HCI applications. To this purpose, we characterized the system from both a quantitative point of view and a qualitative point of view. First, we performed static and dynamic assessment of movement recognition accuracy. Second, we evaluated the effectiveness of user experience using a 3D game application as a test bed

Distributed, Low-Cost, Non-Expert Fine Dust Sensing with Smartphones

Diese Dissertation behandelt die Frage, wie mit kostengünstiger Sensorik Feinstäube in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gemessen werden können. Dazu wird ein neues Sensorsystem auf Basis kostengünstiger off-the-shelf-Sensoren und Smartphones vorgestellt, entsprechende robuste Algorithmen zur Signalverarbeitung entwickelt und Erkenntnisse zur Interaktions-Gestaltung für die Messung durch Laien präsentiert. Atmosphärische Aerosolpartikel stellen im globalen Maßstab ein gravierendes Problem für die menschliche Gesundheit dar, welches sich in Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen äußert und eine Verkürzung der Lebenserwartung verursacht. Bisher wird Luftqualität ausschließlich anhand von Daten relativ weniger fester Messstellen beurteilt und mittels Modellen auf eine hohe räumliche Auflösung gebracht, so dass deren Repräsentativität für die flächendeckende Exposition der Bevölkerung ungeklärt bleibt. Es ist unmöglich, derartige räumliche Abbildungen mit den derzeitigen statischen Messnetzen zu bestimmen. Bei der gesundheitsbezogenen Bewertung von Schadstoffen geht der Trend daher stark zu räumlich differenzierenden Messungen. Ein vielversprechender Ansatz um eine hohe räumliche und zeitliche Abdeckung zu erreichen ist dabei Participatory Sensing, also die verteilte Messung durch Endanwender unter Zuhilfenahme ihrer persönlichen Endgeräte. Insbesondere für Luftqualitätsmessungen ergeben sich dabei eine Reihe von Herausforderungen - von neuer Sensorik, die kostengünstig und tragbar ist, über robuste Algorithmen zur Signalauswertung und Kalibrierung bis hin zu Anwendungen, die Laien bei der korrekten Ausführung von Messungen unterstützen und ihre Privatsphäre schützen. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Anwendungsszenario Partizipatorischer Umweltmessungen, bei denen Smartphone-basierte Sensorik zum Messen der Umwelt eingesetzt wird und üblicherweise Laien die Messungen in relativ unkontrollierter Art und Weise ausführen. Die Hauptbeiträge hierzu sind: 1. Systeme zum Erfassen von Feinstaub mit Smartphones (Low-cost Sensorik und neue Hardware): Ausgehend von früher Forschung zur Feinstaubmessung mit kostengünstiger off-the-shelf-Sensorik wurde ein Sensorkonzept entwickelt, bei dem die Feinstaub-Messung mit Hilfe eines passiven Aufsatzes auf einer Smartphone-Kamera durchgeführt wird. Zur Beurteilung der Sensorperformance wurden teilweise Labor-Messungen mit künstlich erzeugtem Staub und teilweise Feldevaluationen in Ko-Lokation mit offiziellen Messstationen des Landes durchgeführt. 2. Algorithmen zur Signalverarbeitung und Auswertung: Im Zuge neuer Sensordesigns werden Kombinationen bekannter OpenCV-Bildverarbeitungsalgorithmen (Background-Subtraction, Contour Detection etc.) zur Bildanalyse eingesetzt. Der resultierende Algorithmus erlaubt im Gegensatz zur Auswertung von Lichtstreuungs-Summensignalen die direkte Zählung von Partikeln anhand individueller Lichtspuren. Ein zweiter neuartiger Algorithmus nutzt aus, dass es bei solchen Prozessen ein signalabhängiges Rauschen gibt, dessen Verhältnis zum Mittelwert des Signals bekannt ist. Dadurch wird es möglich, Signale die von systematischen unbekannten Fehlern betroffen sind auf Basis ihres Rauschens zu analysieren und das "echte" Signal zu rekonstruieren. 3. Algorithmen zur verteilten Kalibrierung bei gleichzeitigem Schutz der Privatsphäre: Eine Herausforderung partizipatorischer Umweltmessungen ist die wiederkehrende Notwendigkeit der Sensorkalibrierung. Dies beruht zum einen auf der Instabilität insbesondere kostengünstiger Luftqualitätssensorik und zum anderen auf der Problematik, dass Endbenutzern die Mittel für eine Kalibrierung üblicherweise fehlen. Bestehende Ansätze zur sogenannten Cross-Kalibrierung von Sensoren, die sich in Ko-Lokation mit einer Referenzstation oder anderen Sensoren befinden, wurden auf Daten günstiger Feinstaubsensorik angewendet sowie um Mechanismen erweitert, die eine Kalibrierung von Sensoren untereinander ohne Preisgabe privater Informationen (Identität, Ort) ermöglicht. 4. Mensch-Maschine-Interaktions-Gestaltungsrichtlinien für Participatory Sensing: Auf Basis mehrerer kleiner explorativer Nutzerstudien wurde empirisch eine Taxonomie der Fehler erstellt, die Laien beim Messen von Umweltinformationen mit Smartphones machen. Davon ausgehend wurden mögliche Gegenmaßnahmen gesammelt und klassifiziert. In einer großen summativen Studie mit einer hohen Teilnehmerzahl wurde der Effekt verschiedener dieser Maßnahmen durch den Vergleich vier unterschiedlicher Varianten einer App zur partizipatorischen Messung von Umgebungslautstärke evaluiert. Die dabei gefundenen Erkenntnisse bilden die Basis für Richtlinien zur Gestaltung effizienter Nutzerschnittstellen für Participatory Sensing auf Mobilgeräten. 5. Design Patterns für Participatory Sensing Games auf Mobilgeräten (Gamification): Ein weiterer erforschter Ansatz beschäftigt sich mit der Gamifizierung des Messprozesses um Nutzerfehler durch den Einsatz geeigneter Spielmechanismen zu minimieren. Dabei wird der Messprozess z.B. in ein Smartphone-Spiel (sog. Minigame) eingebettet, das im Hintergrund bei geeignetem Kontext die Messung durchführt. Zur Entwicklung dieses "Sensified Gaming" getauften Konzepts wurden Kernaufgaben im Participatory Sensing identifiziert und mit aus der Literatur zu sammelnden Spielmechanismen (Game Design Patterns) gegenübergestellt

Emerging technologies for learning (volume 1)

Collection of 5 articles on emerging technologies and trend