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[서식1]

과 제 명 CoAP 프로토콜을 활용한 인텔리전트 화장실 플랫폼

과제목표1) 화장실 중앙 제어를 통한 인텔리전트 화장실 플랫폼 개발2) CoAP 프로토콜 사용한 저비용 고속 데이터 통신 구현3) IoT기술과 안드로이드 어플리케이션을 연동한 상용 어플리케이션 구현

프로젝트주요내용

1) 라즈베리파이에 연결된 다양한 센서들을 통해 까다로운 대형 건물의 화장실의 유지보수를 효율적으로 할 수 있도록 도와준다.2) CoAP 프로토콜을 사용하여 Low Cost, Fast Data Transfer을(를) 구현하여 HTTP통신보다 효율적으로 데이터를 주고받는 기술을 구현한다.3) 빅데이터화를 통해 공공 데이터 확장에 기여한다.

기대효과

1) 대형 건물에서 중앙 관리형 화장실을 통해 인건비를 줄이며 이용자의 만족도 향상에 기여한다.2) 관리하기 힘든 공공장소의 화장실을 쾌적하게 유지하며 쉽게 위치를 찾을 수 있다.

팀 대 표소속 경북대학교 성명 박성호

전화번호 010-2379-7085 Email windowsmail@nate.com

T A 소속 성명

전화번호 Email

과제참여학생

학교명 학과명 학번 성명 담당업무

경북대학교 IT대학컴퓨터학부 2011097031 박성호 팀대표 (과제 총괄)

경북대학교 IT대학컴퓨터학부 2011097030 박민찬 HW개발/서버구축

경북대학교 IT대학컴퓨터학부 2010105103 최민현 서버통신/

Android 앱 개발경북대학교 IT대학

컴퓨터학부 2010105004 강태일 서버통신/Android 앱 개발

한동대학교 전산전자공학부 박영준 한동대 팀 대표

한동대학교 전산전자공학부 오영준 디바이스 SDK 관련

한동대학교 전산전자공학부 최성수 CoAP – HTTP 연구

(지역선도사업) SW연합프로젝트 결과보고서

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1. 과제 수행 배경

�작년의� Big� Data에� 이어� 올해� 화두는� 단연� IoT라� 생각됩니다.�

우리� 주변에서� 개최되는� 컨퍼런스만� 해도� 최근� IoT가� 단골� 메뉴

가� 된� 것� 같습니다.� 그렇다면� IoT가� 새롭게� 등장한� 개념일까요?�

당연히�아닙니다.

� IoT는� 인터넷� 못지않게� 오랜� 역사를� 가지고� 있습니다.� 다만,�

IoT가� 다른� 기술들과� 마찬가지로� 지금까지� 기술적,� 문화적� 한계

와�이슈로�저변확대를�하지�못하였기�때문입니다.

� 하지만� 2015년을� 맞은� 현재는� IoT를� 구축하기� 위한� 인프라가�

구축이� 안정화� 되어있는� 상태이고,� 안정화되기� 무섭게� 많은� IoT

상품들이�부지수로�출품이�되어�있는�상태입니다.

그래서� 저희� 과제에서는� 수없이� 많은� 기� 개발된� IoT상품들과� 차

별화를� 두고� 경쟁할� 수� 있는� 과제를� 연구하기� 위해� 많은� 노력을�

기울였습니다.

� 먼저,� 저희�과제의�첫� 번째�컨셉은� ‘이� 세상에�아직�미완성된� IoT� 상품을�만들자’입니다.

가장�쉽게�말씀드리자면,� 구글에서� IoT를� 검색�하면�수없이�많은� IoT상품들이�쏟아져�나오고,� 그� 상

품들을�조금만�더�들여다�보면�아이디어�구상단계를�뛰어넘은�고기능� IoT� 기기들이�많습니다.

하지만� 기� 개발된� IoT상품들을� 과제로� 택하고� 부가적인� 기능을� 더�

넣는다는� 것은� 저희� 팀에서� 개발을� 하며� 쏟은� 노력에� 반해� 결과물

은� 현재� 개발되어� 있는� 상품을� 쫒아� 우위를� 선점하기에는� 자본과�

기술력,� 시간이�부족하다는�결론을�얻었습니다.

그리하여� 저희� 팀에서는� 새로운� IoT산업을� 이끌어� 갈� 수� 있도록,�

‘무인도�개척하기’� 프로젝트를�선정하고�하고�사전조사를�

실시하였습니다.

� 다음으로�저희�과제의�두� 번째�컨셉은� ‘산소같은� IoT상품을�만들자’입니다.

우리는� 지구에� 살면서� 물을� 마시는� 것과� 숨� 쉬는� 것을� 의식하지� 못한� 채� 살

아가고� 있습니다.� 그만큼� 당연하다고� 생각되는� 것이며,� 하지만� 없어서는� 안�

되는�것들�중� 하나입니다.

산소같은� IoT상품을� 만든다는� 것은,� 우리가� 끊임없이� 의식하지� 못하고� 있는�

것들을�꾸준히�생각해야�한다는�집념이�필요한�고수준의�사고과정이었습니다.

이로� 인해� 저희는� 당연시� 생각하고� 불편함이� 있더라도� 그� 순간만� 넘기면� 된다는� 흔히� 하고� 있는�

‘화장실’에� 대해� IoT사업을� 진행하기로� 하였고,� 소소한� 불편함을� 창의성으로� 개선시켜나가� 사업까지�

확장시켜야�하는�사회를�살고�있는�만큼,� IoT기술을�이용하여�똑똑한�화장실을�만들고자�합니다.

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2. 과제 목표� 설명� 드린� 바와� 같이� IoT를� 이용하여� 인텔리전트한� 화장실을� 만들� 수� 있도록� 하기에는� 오랜� 시간

이� 필요했습니다.� 불과� 1년� 전만� 해도,� IoT산업을� 확장하기에는� 국내� 무선통신� 인프라가� ‘안정하다’

고� 말할� 수� 있을� 만큼� 구축되지� 못하였기� 때문에,� IoT를� 화장실� 산업에� 접목시키기란� 쉽지� 않았습

니다.� 하지만,� 5Ghz대의� 광대역� 무선통신망이� 발달하면서� 무선으로� 소통할� 수� 있는� 범위는� 넓어지

게� 되었고,� 이는� 유선� 인터넷의� 거리제한을� 극복하여� 인터넷으로� 소통하는� 범위를� 확장시키는� 결과

를� 가져왔습니다.� 따라서� 기존에� 신호가� 잘� 닿지� 않는� 곳이나,� 중계기� 간� 거리가� 멀어� 신호가� 미약

했던� 건물� 내부의� 화장실이나,� 도심� 공원의� 공중화장실까지� 체계적으로� 관리할� 수� 있는� 플랫폼을�

계획하게�되었습니다.

� 저희� 과제의� 선정� 배경은� ‘당연하다’고� 생각되는� 것을� 탈피하는� 것

에서부터�시작했습니다.

“화장실이� 냄새나는� 것은� 당연해”,� “화장실에� 가끔씩� 휴지가� 없을� 수

도� 있지”,� “휴지통에� 휴지가� 가득� 차� 있을� 수도� 있지”,� “변기가� 막힐�

수도�있지”� 와� 같은�것들�말입니다.

우리가� 언제부터인지� ‘당연하다’라고� 생각되는� 것들에는� 무관심해지

기� 마련입니다.� 하지만� 이� 당연한� 것들에서부터� 변화를� 추구한다면�

창의적이고�무한한�부가가치를�만들어�낼� 수� 있다고�생각합니다.

� 이� 프로젝트가�필요한�이유는�다음과�같습니다.

먼저� 공공장소에서� 시스템이� 도입된다면,� 공공DB로� 데이터가� 모이고� 있는� 현대� 사회에서� 국가에�

빅데이터를� 축적시키고� 제공할� 수� 있습니다.� 빅데이터가� 쌓이게� 되면� 전국에� 있는� 공중화장실의� 실

태를� 분석할� 수� 있는� 가치있는� 통계적� 자료가� 되고,� 실시간으로� 관리가� 가능하도록� 하여� 적극적인�

활용을�통해�국가�이미지�향상에�기여할�수�있습니다.

또한�국내� 공중� 화장실의� 위치정보를� 저장하여� 누구나� 손쉽게� 어플리케이션을� 이용하여� 공공장소의�

화장실을� 찾을� 수� 있도록� 도와줍니다.� 이는� 어린아이부터� 한국어가� 서툰� 외국인까지� 누구나� 쉽게�

공중화장실을�찾을�수� 있게�되는�것입니다.

다음으로�대형�건물에�시스템이�도입된다면,�중앙집중식�관리를�가능하게�합니다.

가장� 쉬운� 예를� 들자면� ‘시스템� 에어컨’이� 있습니다.� 이는� 한� 곳에서� 중앙제어를� 통해� 전체� 건물의�

온도를� 통합적� 혹은� 개별적으로� 모니터링� 하고� 관리할� 수� 있습니다.� 이제� 화장실도� IoT를� 활용한�

Intelligent� Toilet� Management� System을�이용하여�관리자나�청소�담당�역할을�맡은�자는�

‘관리용� 어플리케이션’을� 설치하면� 각� 화장실에� 설치된� 센서들의� 출력값� 정보들을� 한눈에� 확인하며,�

유지보수가�용이하도록�도와줍니다.� 이는�인건비를�절약하는�솔루션으로도�활용될�수�있습니다.

셋째.� 프로젝트가�서비스업의�기업에�활용된다면�고객에게�감동�서비스를�제공하는�것과�같습니다.

화장실은� 백화점과� 같이� 사람들이� 붐비는� 건물에서는� 소흘해지기� 쉽습니다.� 하지만� 따스한� 작은� 손

길이,� 그� 손길이� 필요했던� 사람에게는� 큰� 감동을� 주는� 것처럼,� 사소한� 부분까지� 신경� 쓰고� 있다는�

것을�고객들이�느낀다면�이는�자연스럽게�매출�증가를�기대할�수� 있습니다.

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넷째.� 이� 프로젝트는� 광고� 수익� 모델을� 통해� 이윤� 추구가� 가능합니다.� 블루투스와� 연동되는� 이번�

프로젝트는,� 휴대폰과의� 블루투스� 통신을� 구현하여� 선호채널� 정보를� 획득하여� LCD액정을� 통하여�

사용자� 취향에� 맞는� 광고를� 제공하여� 수익모델을� 구성하며,� 이러한� 플랫폼이� 구축되면�대형� 건물을�

타겟으로�한� 사업�확장이�가능합니다.

� 매주� 1~2회의�회의를�통해�무선AP장비,� LCD디스플레이,� 초음파센서,� 압력센서,� 관절모터�등� 여러�

가지� 센서를� 활용하여� 라즈베리파이를� 통해� 데이터를� 수집하고� 서버와� 통신을� 하는� 플랫폼을� 구축

하기�위한�스터디를�하고,� 다음�회의�때�까지�구현�가능한�부분을�구현하고�피드백을�받는다.

또한� 어플리케이션을� 개발하여� 관리자는� 쉽게� 화장실� 유지보수가� 가능하도록,� 일반� 사용자는� 화장

실의� 위치� 및� 상태정보를� 확인할� 수� 있도록� 한다.� 그리고� LCD디스플레이를� 화장실에� 비치하여� 모

바일�어플리케이션을�설치하지�않더라도�해당�위치의�상태�및� 정보를�확인할�수� 있도록�한다.

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3. 과제 수행 내역

먼저 저희가 계획했던 발표자료 초안입니다.

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하지만 수익구조가 불안정하다는 피드백을 받고 최종 발표 자료는 수익성을 개선한

모델로 보완하여, 최종 발표 자료를 제작하였습니다. 이는 목차 ‘4. 과제 수행 결과’란

에 상세히 작성되어 있으며, 주차별 프로젝트 진행일정에 맞춰 매주 최소 1회에서 4회

까지 학습일지를 작성하면서 구글독스에 프로젝트 진행상황을 기록하였습니다.

일자 주요 추진 내용 비고1주차

(9.7 ~ 9.13) 아이디어 회의 및 과제 결정2주차

(9.14 ~ 9.20)라즈베리파이 스터디 ( 운영체제 설치 및 환경구성 )안드로이드 스터디 ( 안드로이드의 이해 )

3주차 (9.21 ~ 9.27)

라즈베리파이 센서 스터디 ( 초음파 센서 구성1 )CoAP 프로토콜 스터디 ( VCS;VersionControlSystem 환경 구성)

4주차 (9.28 ~ 10.4)

-라즈베리파이 센서 스터디 ( 초음파 센서 구성2 )-CoAP 프로토콜 스터디 ( 서버와의 Hello World 에코 통신 )

5주차 (10.5 ~ 10.11)

-안드로이드 스터디 ( 안드로이드 레이아웃 및 함수구현 )-라즈베리파이 스터디 ( 통신 모듈 구성 ( 라우터 ) )

6주차 (10.12 ~ 10.18)

CoAP 프로토콜 스터디 ( DB;DataBase 설계 및 구축 )안드로이드 스터디 ( 안드로이드 레이아웃 및 함수구현 2

8주차 (10.26 ~ 11.1)

라즈베리파이 스터디 ( 통신 모듈 구성 ( 리피터 ) )CoAP 프로토콜 스터디 ( DB;DataBase 통신 구현

9주차 (11.2 ~ 11.8)

라즈베리파이 구현( 통신 모듈 구성 ( 와이파이, 블루투스 ) )

10주차 (11.9 ~ 11.15) CoAP 프로토콜 구현 (모듈 간 통신 구현)

11주차 (11.16 ~ 11.22) 프로젝트 통합 및 테스팅(Testing)12주차 (11.23 ~ 11.29)

13주차 (11.30 ~ 12.6) 장비 설치 및 확장성 테스트

14주차 (12.7 ~ 12.14) 최종 발표 자료 준비, 최종 보고서 작성

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2015.09.18. 회의록

2015.09.24. 회의록

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2015.10.09. 회의록

2015.10.16. 회의록

2015.11.03. 회의록

이하 구글독스 회의록 생략. 스터디 학습일지로 대체

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핵심 소스코드 1 – Android 관리자용 어플리케이션 (CoAP Server Connection with Android)

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핵심 소스코드 2 – Android 사용자용 어플리케이션 (CoAP Server Connection with Android)

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핵심 소스코드 3 – CoAP Server implementing, connection and Database structure

CoAP으로 DB가 저장된 mySql에 접속하여 테이블에서 사용자가 원하는 데이터를 읽어오는 기능

(handleGet())과 테이블의 데이터를 업데이트(handlePut())하는 기능.

Firefox의 부가기능인 Copper를 이용하여 CoAP 동작 확인.

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4. 과제 수행 결과

먼저 저희 프로젝트는 CoAP 프로토콜을 사용하여 지능형 화장실 관리 시스템을 제작하였습니다.

공공시설에서 무분별하게 낭비되는 휴지들로 인해 자원 낭비와 환경오염이 발생하는 것을 줄이고, 나아

가 시민의식 개선에 기여하자는 프로젝트 주제로 진행하게 되었습니다.

공공장소에서 무분별하게 휴지가 낭비되고 있는 이유에 대해서 저희는 먼저 생각해보았습니다.

그 이유에 대해서는 먼저 시민들이 휴지를 몇 장 쓰는 것이 적당량인지 가늠하지 못하고, 오른쪽

사진과 같이 본용도 이외의 다른 용도로 휴지가 사용되는 등, 개인이 얼마나 사용하는 것이 적정량인지

인지하지 못하는 등의 문제가 있다는 것을 알고, 저희는 인터뷰를 통해 더 심층적으로 알아봤습니다.

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다음과 같이 저희는 인터뷰를 진행하면서 몇 가지의 공통점을 확인할 수 있었습니다.

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이 뿐만 아니라 각종 문헌조사와 관찰조사를 통해, 절약 아이디어는 많았으나 기술 및 비용문제가 발생

하여 투자가 선뜻 꺼려질 수 있다고 생각하였습니다. 다음으로 사람들은 많은 양의 나무를 필요로 함을

인지하지 못했다는 것입니다. 그리고 휴지가 워낙 흔하기 때문에, 쓰레기로 사용하지 않는 사람들이 대

부분이었고, 뿐만 아니라 3~4칸의 휴지 사용량을 알고 있지 않았다는 것입니다. 그래서 저희 학교에서

는 건물 당 20박스의 휴지를 구입하고 있는 실정이었습니다.

따라서 저희는 Californium CoAP 프로토콜을 사용한 IoT 서비스를 제공하여 과소비를 줄이고 시민의식

을 개선할 수 있는 지능형 화장실 플랫폼을 개발하자는 목표를 구체적이고 확고하게 하였습니다.

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저희는 초기 도입 투자비용을 최소화하기 위해 기존 홀더를 그대로 사용하며, 쉽게 모듈을 설치할 수

있도록 많은 아이디어를 필요로 했습니다. 또한 사람들에게 10초정도 분량에 해당하는 광고를 시청하면

1회 권장량의 휴지가 나오도록 하였으며, 물리적으로 휴지를 뽑아내지 못하도록 역회전 방지 클러치와

파손방지장치를 함께 구상하였습니다. 또한 이런 시설을 사용하는 것에 반발을 막기 위해, 소비자에게

가까운 화장실을 안내해 주고, 지능형 화장실이 도입 된 화장실의 경우 층별 청결도 정보를 제공합니다.

또한 사업자에게는 원격으로 모니터링 및 관리를 할 수 있는 서비스를 제공하고, 광고수익으로 휴지를

구매하고 남은 수익은 기부를 통한 기업 이미지 개선 등의 효과도 생각해보았습니다.

시연 영상을 보시면서 시스템 설치 및 서비스 플랫폼에 대해 상세 설명을 드리겠습니다.

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먼저 관리자용 어플리케이션을 제공합니다. 모든 센서 데이터 통신은 CoAP프로토콜을 통해 수행되며,

층별로 공기청정도를 표시하여 위생관리가 시급한 건물을 원격으로 모니터링 할 수 있습니다.

그리고 해당 층을 누르게 되면, 직접 렌더링한 3D도면이 건물에 맞게 출력이 되며, 각 사로별 휴지 잔

량과 쓰레기 높이를 확인할 수 있습니다. 또한 관리자는 화장실 락스 청소와 같이 기타 여러 관리상의

이유로 많은 사로의 화장실 물을 내려야 할 경우 전체 물 내리기 기능을 통해 한 번에 제어가 가능하도

록 하는 서비스를 제공합니다.

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또한 휴지가 부족하거나 쓰레기통이 가득 차게 되면, 위 그림에서 아래 그림과 같이 푸쉬 알림이 도착

하여 위생관리가 필요한 위치를 수신 하게 됩니다.

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그리고 휴대폰에 익숙하지 않은 사용자들을 위해 도움말 서비스를 제공합니다.

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그리고 마지막으로 제작진을 통해, 버그리포팅을 받을 수 있는 연락처를 남겼습니다.

다음으로 사용자 어플리케이션은 가까운 공중화장실과 지능형 화장실을 보여주고 자신과 얼마나 떨어져

있는지 표시하며, 지능형 화장실의 경우 청결도와 휴지 상태를 미리 알려주고 준비할 수 있도록 도와줍

니다.

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마찬가지로 사용자용 어플리케이션에 대한 설명서도 함께 제공합니다.

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다음으로 시스템을 설치하는데 쉽게 설치하고, 기존의 설비에 새로 구입하는 비용이 발생하지 않도록

필요 없이 간단한 설치를 제공하면서 비용을 절약할 수 있도록 합니다.

또한 앞서 설명드린 바와 같이 원격/자동/수동 물내리기 기능으로 이 시스템 또한 CoAP통신으로

LowCost Data Transfer를 제공합니다.

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약 10초의 광고를 모두 보고 1회 적정량의 휴지가 공급되도록 하였습니다. 또한 휴지가 더 필요할 경우

광고 더 보기 버튼을 통해 추가로 볼 수 있도록 하였습니다.

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또한 IoT특성을 최대한 활용하기 위해 확장성과 이동성을 보장합니다. 예를 들어 미화원이 카트에 시스

템을 장착하여 층별 불량상태를 확인하고 실시간으로 위생 상태를 최적화할 수 있도록 하였습니다.

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이 프로젝트의 가치는, 사로가 많고 사람이 많아 관리하기 까다로운 대형 휴게소나, 이와 반대로 사람이 너무 없어 관리가 허술하게 이뤄지고 있는 공공화장실, 그리고 적당한 사람이 있지만 보다 탄력적인 관리가 필요한 건물의 화장실의 경우에도 도입이 가능합니다!이렇게 관리자는 설치비용이 낮고, 알림을 통한 실시간 모니터링. 공급량 조절로 줄어든 낭비와 광고를 통한 재료비 충당 및 남은 수익의 일부로 기부하며 이미지 향상을 꾀할 수 있는 플랫폼을 도입하는데 강점이 될 수 있으며, 사용자는 가까운 공중/지능형 화장실을 쉽게 찾을 수 있으며, 평소 낭비습관을 개선하고 시민의식 개선을 꾀하며 유용한 광고를 통해 효율적 소비를 꾀할 수 있습니다.

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5. 과제 결과의 활용 방안 저희는 CaliforniumCoAP 프로토콜을 사용한 IoT 서비스를 제공하여 과소비를 줄이고 시민의식을 개선

할 수 있는 지능형 화장실 플랫폼을 활용하기 위해, 적은 초기 도입 투자비용을 시작으로 쉬운 설치를

강조하며 이용자들로부터 얻는 광고수익으로 투자자들로부터 플랫폼 도입을 유도합니다. 각종 안전장치

를 통해 부정한 방법으로 기기를 이용하지 못하며 이용자도 만족할 수 있도록 서비스 플랫폼도 함께 구

상하였습니다. 이로 인해, 관리할 화장실의 개수가 많고 사람이 많아 관리하기 까다로운 대형 휴게소나,

이와 반대로 사람이 너무 없어 관리가 허술하게 이뤄지고 있는 공공화장실, 그리고 적당한 사람이 있지

만 보다 탄력적인 관리가 필요한 건물의 화장실의 경우에 활용이 가능합니다.

이렇게 관리자는 설치비용이 낮고, 알림을 통한 실시간 모니터링. 공급량 조절로 줄어든 낭비와 광고를

통한 재료비 충당 및 남은 수익의 일부로 기부하며 이미지 향상을 꾀할 수 있는 플랫폼을 도입하는데

강점이 될 수 있으며, 사용자는 가까운 공중/지능형 화장실을 쉽게 찾을 수 있으며, 평소 낭비습관을 개

선하고 시민의식 개선을 꾀하며 유용한 광고를 통해 효율적 소비를 꾀할 수 있습니다.

6. 국내외 각종 경진대회 및 전시회 출품 경력 및 수상실적� 3개월간� 꾸준히� 개발되던� 플랫폼이고,� 졸업� 프로젝트� 마무리� 기간� 동안� 장려상� 입상을� 시작으로,�

각종� 공모전� 및� 아이디어톤에� 꾸준히� 참가하여� 입상실적을� 추가� 기록할� 수� 있는데� 만전을� 기할� 것

입니다.� 읽어주셔서�감사합니다.