Um eine Konstante Messung zu gewährleisten werden die Beacon mittig auf den Referenzpunkt in gleicher Orientierung positioniert. Das Smartphone wird so platziert, das der Messpunkt in der Mitte des Geräts liegt. Die Entfernung zwischen Smartphone und Beacon wird von der Mitte der Geräte gemessen. Um die Winkelabhängige Dämpfung die in Abschnitt \ref{winkeleinfluss} beschrieben ist zu beurteilen, werden zwei Messreihen pro Messpunkt durchgeführt. Dabei wird das Smartphone zwischen den beiden Messreihen einmal um \SI{180}{\degree} rotiert. Wie aus Abbildung \ref{fig:zones} hervor geht wird die Spitze des Dreiecks durch den Beacon ``690f`` gekennzeichnet.
Um eine Konstante Messung zu gewährleisten werden die Beacon mittig auf den Referenzpunkt in gleicher Orientierung positioniert. Auch das Smartphone wird jeweils mittig auf den Messpunkten platziert. Dies gewährleistet einen gleichbleibenden Abstand auch bei Rotation des Smartphones. Die Referenz Entfernung wird somit jeweils von der Mitte der Beacon zur Mitte des Smartphones ermittelt. Um die Winkelabhängige Dämpfung, die in Abschnitt \ref{winkeleinfluss} beschrieben ist zu kompensieren, werden zwei Messreihen pro Messpunkt durchgeführt. Dabei wird das Smartphone zwischen den beiden Messreihen einmal um \SI{180}{\degree} rotiert. Die Spitze des Dreiecks, gekennzeichnet durch den Beacon ``690f`` kennzeichnet dabei die Orientierung \SI{0}{\degree}.
# Ergebnisse
Zunächst soll der Einfluss der Kalibrierung auf die Entfernungsberechnung betrachtet werden. Die Ermittlung der Entfernung findet mit Formel \ref{eq:beacondistance} statt. Gegenübergestellt werden die Konstanten aus der Android Beacon Library für das Nexus 4 sowie die Konstanten aus der Kalibrierung in Abschnitt \ref{durchfuxfchrung-der-kalibrierung}. Dabei wird der relative Fehler über die gemessenen Entfernungen betrachtet. Abbildung \ref{fig:erg-kalibrierung} zeigt das Verhältnis vom durchschnittlichen relative Fehler gegenüber den verschiedenen Referenzentfernungen. Die Verbindungslinien zwischen den Messpunkten dienen der besseren Visualisierung und stellen keine Interpolation der Zwischenwerte da. Die rot eingefärbten Linien zeigen den Einsatz der $txPower$, die blau eingefärbte die der $scPower$. Dabei kennzeichnet die durchgezogene Linie die Verwendung der Nexus 4 Konstanten und die gestrichelte die der Kalibrierungs-Konstanten.
Zunächst soll der Einfluss der Kalibrierung auf die Entfernungsberechnung betrachtet werden. Die Ermittlung der Entfernung findet mit Formel \ref{eq:beacondistance} statt. Gegenübergestellt werden die Konstanten aus der Android Beacon Library für das Nexus 4 ($A = 0,89976$, $B = 7,7095$, $C = 0,111$) sowie die Konstanten aus der Kalibrierung ($A = 1,7358$, $B = 7,5924$, $C = -0,1688$) (siehe Abschnitt \ref{durchfuxfchrung-der-kalibrierung}). Dabei wird der relative Fehler über die gemessenen Entfernungen betrachtet. Abbildung \ref{fig:erg-kalibrierung} zeigt das Verhältnis vom durchschnittlichen relative Fehler gegenüber den verschiedenen Referenz Entfernungen. Die Verbindungslinien zwischen den Messpunkten dienen der besseren Visualisierung und stellen keine Interpolation der Zwischenwerte da. Die roten Linien kennzeichnen den Einsatz der $txPower$, die blaun Linien die der $scPower$. Dabei steht die durchgezogene Linie für die Verwendung der Nexus 4 Konstanten und die gestrichelte Linie für den Einsatz der kalibrierten Konstanten.
Zu erkennen ist, dass der relative Fehler durch den Einsatz der kalibrierten Konstanten zunimmt. Im Mittel steigt der Fehler über die gemessenen Entfernungen unter Einsatz der $txPower$ von \SI{94,32}{\percent} für die Nexus 4 Konstanten auf \SI{170}{\percent} bei den kalibrierten Konstanten. Unter Verwendung der $scPower$ liegt der mittlere Fehler bei \SI{58,4}{\percent} für die Nexus 4 Konstanten und \SI{98,77}{\percent} bei den kalibrierten Konstanten. Der maximale Fehler aller 4 Auswertungen ist bei \SI{0.577}{\meter} am größten.
Zu erkennen ist, dass der relative Fehler durch den Einsatz der kalibrierten Konstanten zunimmt. Im Mittel steigt der Fehler über die gemessenen Entfernungen unter Einsatz der $txPower$ von \SI{102,03}{\percent} für die Nexus 4 Konstanten auf \SI{183,47}{\percent} bei den kalibrierten Konstanten. Unter Verwendung der $scPower$ liegt der mittlere Fehler bei \SI{63,97}{\percent} für die Nexus 4 Konstanten und \SI{108,13}{\percent} bei den kalibrierten Konstanten. Der Fehler ist für alle 4 betrachteten Methoden bei \SI{0.577}{\meter} am größten.
Die angewandte Methode zur Kalibrierung hat somit einen negativen Einfluss auf die Entfernungsberechnung. Ein Grund hierfür kann die Beschränkung des Messbereichs zur Kalibrierung auf \SI{2}{\meter} sein. Durch die Anpassung des Kalibrierungsbereichs wird das System allgemein instabiler da schwankungen sich stärker Auswirken. Dies lässt sich anhand der Referenzmessung aus Abschnitt \ref{winkeleinfluss} Smartphone Rotation zeigen. Hierbei ändert sich der gemessene \ac{rssi}-Wert bei gleicher Entfernung zum Beacon je nach Einfallswinkel. Tabelle \ref{tab:einfallswinkeleinfluss} stellt den relativen Fehler bei der Ermittlung der Distanz bei den gemessenen Einfallswinkeln dar. Es ist zu Erkennen das der Fehler mit den kalibrierten Konstanten stark von den der Nexus 4 Konstanten abweicht. Dabei nimmt die Differenz der Abweichung mit steigendem \ac{rssi}-Wert zu.
Die angewandte Methode zur Kalibrierung hat somit einen negativen Einfluss auf die Entfernungsberechnung. Ein Grund hierfür kann die Beschränkung des Messbereichs zur Kalibrierung auf \SI{2}{\meter} sein. Durch die Anpassung des Kalibrierungsbereichs wird das System allgemein instabiler da sich Schwankungen stärker Auswirken. Dies lässt sich anhand der Referenzmessung aus Abschnitt \ref{winkeleinfluss} Smartphone Rotation zeigen. Hierbei ändert sich der gemessene \ac{rssi}-Wert bei gleicher Entfernung zum Beacon je nach Einfallswinkel. Tabelle \ref{tab:einfallswinkeleinfluss} stellt den relativen Fehler bei der Ermittlung der Distanz unter verschiedenen Einfallswinkeln dar. Es ist zu Erkennen, dass Änderungen des \ac{rssi}-Werts bei den kalibrierten Konstanten zu einer stärkeren Abweichung führen als bei den Nexus 4 Konstanten. Die Differenz der relativen Fehler nimmt mit steigendem \ac{rssi}-Wert zu, was für eine höhere Empfindlichkeit auf Änderungen spricht. Aus diesem Grund werden im weiteren Verlauf die Auswertungen mittels Nexus 4 Konstanten vorgenommen.
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\caption{Vergleich zwischen den Nexus 4 Konstanten und den Konstanten aus der Kalibrierung anhand der Referenzmessung des Einfallswinkels aus Abschnitt \ref{winkeleinfluss} Smartphone Rotation.}
Sebastian Preisner
2 years ago