• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.476-476
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• 2014

서론: 저 전력 소모를 필요로 하는 무선 센서 네트워크 관련 기술의 급격한 발달과 함께 자체 전력 수급을 위한 진동 에너지 수확 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구조와 소재를 압전 외팔보에 적용하여 제안하고 있다. 그 중에서도 진동 기반의 에너지 수확 소자는 주변 환경에서 쉽게 진동을 얻을 수 있고, 높은 에너지 밀도와 제작 방법이 간단하다는 장점을 가지고 있어 많은 분야에 응용 및 적용 가능하다. 기존 연구에서는 2차원적으로 진동 에너지 수확을 위한 휜 구조의 압전 외팔보를 제안 하였다. 휜 구조를 갖는 압전 외팔보는 각각의 짧은 두 개의 평평한 외팔보가 일렬로 연결된 것으로 볼 수 있다. 하나의 짧고 평평한 외팔보는 진동이 가해지면 접선 방향으로 응력이 생겨 최대 휨 모멘텀을 갖게 된다. 그러므로 휜 구조를 갖는 외팔보는 진동이 인가됨에 따라 길이 방향과 수직 방향으로 진동한다. 하지만, 이 구조는 수평 방향으로 가해지는 진동에 대한 에너지를 수확하기에는 한계점을 가진다. 즉, 3축 방향에서 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확하기는 어렵다. 본 연구에서는 3축 방향에서 에너지를 효율적으로 수확할 수 있도록 헤어-셀 구조의 압전 외팔보 에너지 수확소자를 제안한다. 제안된 소자는 길이 방향과 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 진동하여 임의의 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있다. 구성 및 공정: 제안하는 소자는 3축 방향에서 임의의 진동을 수확하기 위해서 길이를 길게 늘이고 길이 방향을 따라 휘어지는 구조의 헤어-셀 구조로 제작하였다. 외팔보의 구조는 외팔보의 폭 대비 길이의 비가 충분히 클 때, 추가적인 자유도를 얻을 수 있다. 그러므로 헤어-셀 구조의 에너지 수확 소자는 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향을 통해서 3차원적으로 임의의 주변 진동 에너지를 수확하여 전기적인 에너지로 생성시킬 수 있다. 제작된 소자는 높은 종횡비를 갖는 무게 추($500{\times}15{\times}22{\mu}m3$)와 길이 방향으로 길게 휜 압전 외팔보($1000{\times}15{\times}1.7{\mu}m3$)로 구성되어있다. 공정 과정은 다음과 같다. 먼저, 실리콘 웨이퍼 위에 탄성층을 형성하기 위해 LPCVD SiNx를 $0.8{\mu}m$와 LTO $0.2{\mu}m$를 증착 후, 각각 $0.03{\mu}m$과 $0.12{\mu}m$의 두께를 갖는 Ti와 Pt을 하부 전극으로 스퍼터링한다. 그리고 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 박막을 $0.35{\mu}m$ 두께로 졸겔법을 이용하여 증착하고 상부 Pt층을 두께 $0.1{\mu}m$로 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 상/하부 전극은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용해 건식 식각으로 패턴을 형성한다. PZT 층과 무게 추 사이의 보호막을 씌우기 위해 $0.2{\mu}m$의 Si3N4 박막이 PECVD 공정법으로 증착되고, RIE로 패턴을 형성된다. Ti/Au ($0.03/0.35{\mu}m$)이 E-beam으로 증착되고 lift-off를 통해서 패턴을 형성함으로써 전극 본딩을 위한 패드를 만든다. 초반에 형성한 실리콘 웨이퍼 위의 SiNx/LTO 층은 RIE로 외팔보 구조를 형성한다. 이후에 진행될 도금 공정을 위해서 희생층으로는 감광액이 사용되고, 씨드층으로는 Ti/Cu ($0.03/0.15{\mu}m$) 박막이 스퍼터링 된다. 도금 형성층을 위해 감광액을 패턴화하고, Ni0.8Fe0.2 ($22{\mu}m$)층으로 도금함으로써 외팔보 끝에 무게 추를 만든다. 마지막으로, 압전 외팔보 소자는 XeF2 식각법을 통해 제작된다. 제작된 소자는 소자의 여러 층 사이의 고유한 응력 차에 의해 휨 변형이 생긴다. 실험 방법 및 측정 결과: 제작된 소자의 성능을 확인하기 위하여 일정한 가속도 50 m/s2로 3축 방향에 따라 입력 주파수를 변화시키면서 출력 전압을 측정하였다. 먼저, 소자의 기본적인 공진 주파수를 얻기 위하여 수직 방향으로 진동을 인가하여 주파수를 변화시켰다. 그 때에 공진 주파수는 116 Hz를 가지며, 최대 출력 전압은 15 mV로 측정되었다. 3축 방향에서 진동 에너지 수확이 가능하다는 것을 확인하기 위하여 제작된 소자를 길이 방향과 수평 방향으로 가진기에 장착한 후, 기본 공진 주파수에서의 출력 전압을 측정하였다. 진동이 길이방향으로 가해졌을 때에는 33 mV, 수평방향으로 진동이 인가되는 경우에는 10 mV의 최대 출력 전압을 갖는다. 제안하는 소자가 수 mV의 적은 전압은 출력해내더라도 소자는 진동이 인가되는 각도에 영향 받지 않고, 3축 방향에서 진동 에너지를 수확하여 전기에너지로 얻을 수 있다. 결론: 제안된 소자는 3축 방향에서 진동 에너지를 수확할 수 있는 에너지 수확 소자를 제안하였다. 외팔보의 구조를 헤어-셀 구조로 길고 휘어지게 제작함으로써 기본적인 길이 방향, 수직방향 그리고 수평방향에 더불어 추가적으로 뒤틀리는 방향에서 출력 전압을 얻을 수 있다. 미소 전력원으로 실용적인 사용을 위해서 무게추가 더 무거워지고, PZT 박막이 더 두꺼워진다면 소자의 성능이 향상되어 높은 출력 전압을 얻을 수 있을 것이라 기대한다.

• 한국농림기상학회지
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• 제21권3호
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• pp.175-186
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• 2019

기상 및 기후 정보를 활용하여 기후변화에 대응하기 위한 기후 스마트 농업을 도입하기 위한 노력이 진행되어 왔다. 기후 스마트 농업을 실현하기 위해 농가별 기상자료 수집 및 관리가 요구된다. 4차 산업혁명 시대의 주요한 기술인 IoT, 인공지능, 및 클라우드 컴퓨팅 기술들이 농가 단위의 기상정보 생산에 적극적으로 활용될 수 있다. 저비용과 저전력 특성을 가진 IoT 센서들로 무선 센서 네트워크를 구축할 경우, 농가나 농촌 공동체 수준에서 농업 생태계의 생산성을 파악할 수 있는 기상관측자료의 수집 및 분석이 가능하다. 무선 센서 네트워크를 통해 자료가 수집될 수 있는 공간적인 범위를 특정 농가보다는 농촌 공동체 수준으로 확대하여 IoT 기술의 수혜 농가를 확대하고, 아울러 상세기상정보의 생산 및 검증에 활용가능한 농업기상 빅데이터 구축이 필요하다. 기존에 개발되어 보급되고 있는 전자기후도를 활용하여, 농가 단위의 기상 추정 자료가 제공되고 있다. 이들 자료의 신뢰성을 향상시키고, 기존의 서비스 체계에서 제공되지 않고 있는 기상 변수들을 지원하기 위해 심층신경망과 같은 인공지능 기술들이 도입되어야 할 것이다. 시스템 구축의 비용 절감 및 활용성 증대를 위해 클라우드 및 포그 컴퓨팅 기술을 도입하여 농업 기상 정보 서비스 시스템이 설계되어야 한다. 또한, 기상자료와 농산물 가격 정보와 같은 환경자료와 경영정보를 동시에 제공할 수 있는 정보 시스템을 구축하여 활용도가 높은 농업 기상 서비스 시스템이 구축되어야 할 것이다. 이와 함께, 농업인 뿐만 아니라 소비자까지도 고려된 모바일 어플리케이션의 설계 및 개발을 통해, 4차 산업혁명의 주요 기술들이 농업 분야에서 확산될 수 있도록 지속적인 노력이 필요하다. 이러한 정보 시스템은 농업 분야 이해당사자에게 수요자 맞춤형 농림기상정보를 제공하여 기후스마트 농업 관련 기술의 개발과 도입을 촉진시킬 수 있을 것이다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제42권7호
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• pp.35-40
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• 2005

본 논문에서는 900MHz 대역 중저속 무선 통신용 칩에 이용되는 3차 ${\Delta}{\sum}$ modulator를 사용한 Fractional-N PLL 주파수 합성기를 설계 및 제작하였다 우수한 위상노이즈 특성을 얻기 위해 노이즈 특성이 좋은LC VCO를 사용하였다. 그리고 고착시간을 줄이기 위해서 Charge Pump의 펌핑 전류를 주파수 천이 값에 따라 조절할 수 있도록 제작하였고 PFD의 참조 주파수를 3MHz까지 높였다. 또한 참조 주파수를 높이는 동시에 PLL의 최소 주파수 천이 간격을 10KHz까지 줄일 수 있도록 하기위하여 36/37 Fractional-N 분주기를 제작하였다. Fractional Spur를 줄이기 위해서 3차 ${\Delta}{\sum}$ modulator를 사용하였다. 그리고 VCO, Divider by 8 Prescaler, PFD, 및 Charge Pump는 0.25um CMOS공정으로 제작되었으며, 루프 필터는 외부 컴포넌트를 이용한 3차RC 필터로 제작되었다. 그리고 Fractional-N 분주기와 3차 ${\Delta}{\sum}$ modulator는 VHDL 코드로 작성되었으며 Xilinx Spartan2E을 사용한 FPGA 보드로 구현되었다. 측정결과 PLL의 출력 전력은 약 -11dBm이고, 위상노이즈는 100kHz offset 주파수에서 -77.75dBc/Hz이다. 최소 주파수 간격은 10kHz이고, 최대 주파수 천이는 10MHz이고, 최대 주파수 변이 조건에서 고착시간은 약 800us이다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제46권6호
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• pp.11-18
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• 2009

본 논문에서는 relay station (RS)이 도입된 이등통신 시스템의 throughput 향상을 위해 base station (BS)와 RS 및 단말간의 link를 hierarchical하게 allocation하는 auction 기반의 알고리듬을 제안한다. Hierarchical link allocation 방식은 인지무선 기능을 가진 각 RS 단위로 일차적으로 해당 서비스 영역 내의 단말들을 대상으로 QoS 만족 여부를 감지하여 RS와 연결될 단말의 set을 정하고, BS 차원에서 해당 단말 set을 대상으로 auction 과정을 진행하여 최종적으로 BS 및 RS와의 link를 지정하는 방식이다. 제안하는 알고리듬에서는 시스템 throughput의 향상을 위해 인접 셀과의 정보 교환을 통해 얻은 co-channel interference (CCI) 정보 및 RS들로부터 수집한 단말 별 QoS의 개선량에 관한 정보를 바탕으로 auction 과정을 진행하며, auction winner 단말 set에 RS와의 link를 선별적으로 지정한다. 모의실험을 통하여 본 논문에서 제안하는 방식을 적용한 시스템은 셀 내 높은 QoS를 요구하는 사용자의 비율이 높아질수록 기존 알고리듬에 비해 단말의 QoS를 보다 효과적으로 만족 시킬 수 있음을 보였다. 또한 셀의 traffic load가 높고 인접 셀 CCI의 전력이 강할수록 기존의 알고리듬을 적용한 시스템보다 robust한 throughput 성능을 보였다.

• 인터넷정보학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.1-11
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• 2015

인체를 중심으로 동작하는 WBAN(Wireless Body Area Network)은 의료 및 비의료 서비스를 동시에 제공하는 것을 목적으로 하며, 저전력, 다양한 전송률과 높은 데이터 신뢰성을 요구하는 근거리 통신 기술이다. 이러한 요구사항을 만족시킬 수 있는 통신기술 표준 중 IEEE 802.15.4는 WBAN 운영에 높은 호환성을 제공할 수 있어 이를 통한 다양한 연구가 진행되고 있다. 한편, IEEE 802.15.4 기반 다수의 WBAN이 밀집될 경우 발생하는 신호 간섭과 충돌은 데이터의 신뢰성을 저하시키는 주요한 원인되고 있으며, IEEE 802.15.4 표준은 다수의 네트워크가 공존하는 상황을 고려하여 설계되지 않았기 때문에 이에 대한 개선이 필요하다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 사전 실험을 통해 IEEE 802.15.4 기반의 WBAN 간 공존 상황에서 발생할 수 있는 문제점들을 파악하였고, 실험 결과를 바탕으로 다수의 WBAN이 공존하는 상황에서의 신뢰성 저하를 완화하기 위한 기법을 제안한다. 제안하는 기법의 동작은 크게 두 단계로 구분될 수 있으며, 첫 번째 단계에서는 슈퍼 프레임의 CFP 구간에서의 데이터 전송 방법을 개선하여 WBAN 간 충돌을 회피하며, 두 번째 단계에서는 채널 접근 방식을 전환함으로써 충돌을 완화한다. 제안하는 기법은 표준 기반의 WBAN과 비교 실험을 수행하여 성능을 검증하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.25-31
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• 2016

최근 IoT 기술의 발전과 ICT 서비스의 확산으로 유 무선 초고속 통신기반의 홈 네트워크 많은 발전과 다양한 서비스가 제공되고 있다. 국내 외 업체는 IoT기반의 기술을 활용하려는 사용자를 위한 혁신기술을 연구하고 있으며, 스마트 홈 환경이 점차적으로 발전하고 있다. 사용자들은 스마트폰의 확산과 발전으로 인해 보다 편리한 생활을 살아 하고 있다. 그러나 스마트환경의 통신연결로 인한 다양한 공격기법, 저 전력 경량화 통신의 미흡한 적용, 보안 가이드 라인의 문제로 인하여 스마트 홈 네트워크의 보안위협이 발생하고 있다. 또한 악의적인 디바이스의 위장접근 데이터 위변조와 같은 신규 변종 공격사례가 발생하여 해결책이 요구되고 있다. 본 논문에서는 스마트 환경에서 기존 인증 시스템인 PKI의 취약성을 보완한 AKI기반의 인증 관리 기법을 활용한 안전한 통신 프로토콜을 설계한다. ECDSA기반의 서명기법을 활용하여 통신수행의 효율성을 높였으며, 스마트 홈 환경의 보안위협에 대해서 보안성 및 안전성을 분석하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제40권11호
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• pp.2218-2229
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• 2015

최근 Wi-Fi Alliance에서는 기존의 Wi-Fi 망에서 이동성을 갖는 무선 단말들이 중개기나 라우터가 없이 언제 어디서나 직접 통신이 가능한 Wi-Fi direct라는 새로운 표준 기술을 발표하였다. Wi-Fi direct에서 기기는 기존의 Wi-Fi 망에서 AP역할을 하는 Group Owner (GO)와 GO와 연결되어 있는 client로 구분되어 존재한다. 일반적으로 client들은 휴대성을 위해 제한된 배터리 용량을 갖기 때문에, 기기들의 에너지 소모가 효율적으로 이루어져야 한다. 이에 따라 GO의 에너지소모를 막기 위하여 두 가지 전력관리기법 Opportunistic기법과 Notice Of Absence (NOA)기법이 사용되었으나 이 두 기법은 트래픽 패턴 등의 특성을 고려하지 않아 에너지 효율성이 높지 않다. 이에 본 논문에서는 멀티미디어 트래픽의 특성을 파악하여 Wi-Fi direct power saving의 에너지 효율성을 높이기 위한 알고리즘을 제시한다. 제안하는 알고리즘은 NOA 기법에서 동적으로 변하는 비디오 프레임의 분포를 활용하여, 다음 비콘 구간에 도착할 비디오 프레임의 예상 크기에 따라서 GO의 awake 구간을 동적으로 조절함으로써, 불필요한 에너지 소모를 감소한다. 또한 비디오 프레임의 상호 의존성을 고려하여 비디오 프레임의 종류별로 우선 순위를 부여하고, 이를 바탕으로 우선순위가 높은 비디오 프레임이 높은 확률로 전송될 수 있도록 awake 구간을 결정함으로써 전송 효율을 높인다. 모의실험 결과 제안한 알고리즘이 NOA 기법에 비해 전송 지연이 더 짧고 에너지 효율이 더 높다는 것을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SP
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• 제38권5호
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• pp.486-497
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• 2001

본 논문에서는 프로그램 가능한 하드웨어 장치에서 영상 처리를 효율적으로 수행하기 위한 새로운 메모리 어드레스 지정 방법(addressing mode)을 제안한다. 기존의 어드레스 지정 방법은 음성과 같은 일차원적인 형태의 데이터 처리에 적합한 반면, 제안된 메모리 어드레스 지정 기법은 영상 데이터의 이차원적인 특성을 고려한 새로운 메모리 어드레스 지정 기법이다. 제시된 기법은 기존의 메모리 구조를 바꾸지 않으면서도 이차원 데이터의 위치를 표시할 수 있는 두개의 오퍼랜드를 입력으로 메모리에 저장된 영상데이터 값을 처리는 명령어이다. 이차원적인 특성을 지니는 새로운 메모리 어드레스 지정 기법은 다음과 같은 장점을 지닌다. 먼저, 기존 하드웨어에서 여러 명령어에 걸쳐 수행해야 할 작업을 통합함으로써, 수행해야 할 프로그램의 코드 사이즈를 줄여 하드웨어의 성능을 높임과 동시에 근래 무선 응용 분야에서 요구되는 저전력 동작을 가능하게 한다. 아울러, 영상 데이터가 가지는 이차원적인 특성을 그대로 반영하므로, 사용자가 보다 쉽게 어셈블러를 통해 어플리케이션을 프로그램 할 수 있다. 이와 같은 이차원적인 메모리 어드레스 지정 기법은 각종 DSP, media processor, 그래픽 장치 등에 이용될 수 있다. 본 논문에서는 이러한 이차원 메모리 어드레스 지정 기법의 개념을 제안함과 동시에, 이를 효율적으로 구현하기 위한 하드웨어 구조를 제시한다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.587-594
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• 2012

IEEE 802.15.6 표준 기술은 인체 내부 또는 근처에서의 근거리 저전력 무선 통신을 목적으로 제안되었으며, 대부분 맥박, 혈압, ECG, EEG 신호와 같은 인체 활력 징후(Vital Sign)를 데이터 형태로 전송하게 된다. 이러한 인체 활력 징후들은 대부분 실시간으로 전송되어야 하기 때문에 데이터 생성 후 허브 노드까지 전송이 완료되는 지연 시간이 중요한 성능 지표가 된다. 하지만 IEEE 802.15.6 표준 기술의 경우 데이터 재전송이 그 다음 수퍼프레임에 이루어지는 특징을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 본 논문은 적응형 폴링 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 슬레이브 노드가 데이터 전송에 실패할 경우 허브 노드가 현 수퍼프레임 내에서 할당 가능한 시간 구간을 찾아 슬레이브 노드에 이를 할당하여 현 수퍼프레임 내에서 재전송이 이루어지도록 한다. 성능 분석을 통해 제안한 알고리즘이 기존 IEEE 802.15.6 표준 기술 대비 트래픽 양이 70%일 경우, 수퍼프레임이 10ms, 100ms일 때 약 61%, 73%씩 지연시간을 감소시켰다. 또한 제안한 알고리즘은 재전송으로 인한 과부하적(Bursty) 트래픽 전송 현상을 차단하는 효과도 가지고 있다. 제안한 적응형 폴링 알고리즘을 통해 시간 민감형 인체 활력 징후 트래픽은 심각한 지연 없이 전송될 수 있다.

• 한국항행학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.552-557
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• 2015

최근 사용자의 위치를 인식하여 이루어지는 다양한 서비스가 근거리 무선통신기술들에 초점이 맞춰지고 있다. 그 중 비콘이 차세대 기술로 주목을 받고 있다. 비콘은 블루투스 및 인간이 들을 수 없는 비가청영역의 주파수를 활용하여 단말과 정보를 주고받는 단말로서, 최근 애플 iBeacon처럼 저전력 블루투스(BLE; bluetooth low energy) 기반의 비콘이 주류로 부상하는 양상을 보이고 있다. 비콘을 활용한 서비스는 기본적은 실내 특정 장소에 단말을 설치한다. 사용자가 별도의 행동을 취하지 않더라도 자동으로 사용자의 위치를 파악해 관련 서비스를 제공하는 것이 특징이다. 실내공간을 대상으로 제공되는 다양한 형태의 위치 기반 서비스들이 주목 받기 시작했다. 실내공간에서 제공되는 다양한 위치 기반 서비스들이 성공적으로 구축 및 제공되기 위해서는 실내공간에 대한 지도, 이동경로 등 다양한 형태의 정보를 구축하는 것이 필수적으로 요구된다. 따라서 본 논문에서는 효율적인 실내 위치 측위를 위해 특정 장소에서 비콘의 신호세기를 다르게 하여 측정 및 분석하였다.