从专利视角看全球物联网无线射频识别技术的发展

2017-02-17青岛市科学技术信息研究所张卓群徐文亭王春莉

电子世界 2017年2期

关键词：射频识别电子标签

青岛市科学技术信息研究所张卓群肖强徐文亭王春莉何欢

青岛市科学技术信息研究所张卓群肖强徐文亭王春莉何欢

无线射频识别是物联网的关键技术之一。本文使用该技术全球专利数据，以统计学结合文本聚类等研究方法，通过专利总体发展趋势、竞争国家、竞争机构、技术领域、重点技术等多角度分析，揭示了该技术在全球及我国的发展与竞争态势，并得出相关结论。

无线射频识别；专利分析；竞争国家；竞争机构；技术领域；重点技术

1.引言

无线射频识别（RFID，Radio Frequency Idenficaon）在物联网关键技术中居于首位[1]，是一种非接触式自动识别技术，由标签、读写器、天线组成，通过射频信号快速自动识别各种状态或环境下的物体，读写相关数据并进行管理，过程中无需人工干预。

目前全球RFID竞争日益激烈，我国在技术与产业上处于发展阶段，RFID芯片以进口为主，读写器主要是组装，中间件开发严重不足，缺乏统一标准。如何突破这些瓶颈，对我国物联网产业发展及在全球的地位至关重要。

全球RFID的发展情况集中体现于专利文献中。本文拟从专利视角分析全球RFID技术发展路线、竞争格局、未来趋势，揭示研发热点，识别主要竞争国家、研发机构的创新情况与特点，寻找我国的正确发展路径，为自主创新、产业规划提供参考。

2.研究方法与数据来源

本研究以专利分析方法，对来自专利文献的大量信息加工组合，以统计学手段使其具有纵览全局及预测的功能，上升为有价值的情报[2]。数据源自法国QUESTEL_ORBIT系统，该系统提供多语种混合检索和在线分析功能。经查询技术文献，确定关键词为：射频识别、射频标识、电子标签、射频标签、RFID、

RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION、RF IDENTIFICATION。检索式：(射频识别 OR 射频标识 OR 电子标签 OR 射频标签 OR

RFID OR (RADIO w FREQUENCY w IDENTIFICATION) OR (RF w IDEN

TIFICATION))，检索到41407个专利族，时间至2015年12月。

3.全球RFID专利分析

3.1 总体趋势

图1为全球RFID历年专利数量，两列柱分别代表申请量和公开量（由于专利申请延迟公开，近3年数据不全）。可看出RFID技术经历了四个发展阶段：

3.1.1 缓慢发展（1987-2002年）。15年间，该技术从无到有，经过测试后进入早期商业应用，专利产出较少。

3.1.2 迅猛增长（2003-2007年）。此期间RFID研发热度急剧上升，每年从不足800件到超过3500件。产品种类更加丰富，成本下降，行业应用规模扩大。

3.1.3 短暂下降（2008-2009年）。专利申请短暂下滑，为技术研发遇到障碍或国际金融危机所致。

3.1.4 复苏上升（2010至今）。专利申请恢复并迅速上扬，技术不断成熟，向应用领域扩散。

图1 世界RFID专利技术发展总体趋势

3.2 竞争分析

3．2．1 竞争国家分析

通过国家（地区）在某一领域的专利优先权数量，可比较各国技术创新实力。图2显示美国是RFID竞争力最强的国家，达8271件；韩国、中国列二、三位，均为5000余件；日本第四，4800余件，这四国属第一梯队；德国、中国台湾、英国、法国为第二梯队；其余国家为第三梯队。

从公开国（地区）专利数量可了解技术流动方向，即市场布局。图2表明美国是全球RFID最大技术竞争市场；中国为全球第二大市场；其次是日本、韩国。从世界范围看，亚洲、北美、欧洲为主要区域。

图2 全球RFID国家创新实力比较与市场布局

从图3又可看出，美国早在上世纪80年代末就开始研发RFID，拥有该领域基础专利，是全球技术主导者；日本是技术跟随者；韩国起步时间晚于日本，专利量持续暴涨数年后下滑，是典型的技术应用者；中国与韩国类似，但时间晚几年，是技术应用跟随者。

3．3．2 竞争机构分析

3.2.2.1 主要研发机构

表1为全球前30家RFID专利研发机构。日本13家，机构数量和专利拥有量明显占优，以大公司带动技术创新；其次是美国，7家公司；韩国5家，以国家科学技术研究院主导创新，辅以几大龙头企业，政府色彩明显；欧洲有4家跨国大公司；中国台湾财团法人工研院进入全球RFID竞争前列，中国大陆没有机构入列。

图3 主要竞争国家RFID技术发展情况

表1 全球主要RFID研发机构综合统计

3.2.2.2 机构创新能力比较

专利引用（自引、他引）情况可反映研发机构的创新能力。自引是自主技术的衍生，他引则是借鉴外来技术。全球RFID专利引用网络表明，美国公司自引率高，自主创新力突出；亚洲、欧洲公司他引率高，自主创新比重相对较低。

3.2.2.3 核心竞争机构

各研发机构间的专利引证关系可显示出核心竞争机构。全球RFID专利形成以美国IBM、ROUND ROCK RESEARCH、易腾迈公司为核心的引证网络，表明这三家公司是RFID技术源头和行业领军者。亚洲、欧洲机构远离核心地带，是在核心技术上的二次创新或应用性研发。

3．2．3 技术领域分析

3.2.3.1 全球RFID专利IPC分类及趋势

本文采用国际专利分类法（IPC）分析RFID专利涵盖的技术领域，并结合年份变化反映RFID技术发展与热点演化。结果是在130多个IPC小类中，G06K（技术内容见表2）出现最早、申请量最大，是RFID核心领域，仍在增长中；出现较早的G06F、G06Q，前者近年来呈减弱态势，表明已趋向成熟；后者呈逐年增长，向各应用领域扩散。G08B、H04B在一个集中高峰后迅速回落，研发热度期已过；H01Q、H04L则一直平稳发展；H04Q经过一个高峰后迅速消失，关键技术已经解决；G07C是近年来迅速增长的应用领域。

表2 RFID专利主要国际专利分类（前10）

3.3.3.2 中国RFID专利IPC分析

分析中国RFID专利布局对指导我国RFID产业发展具有现实意义。目前在我国申请公开的RFID专利已超过1万件。近几年我国的国家电网公司、深圳远望谷、中兴通讯、北京物资大学等专利数量已超过国外产业巨头，但多为实用新型专利，专利中30%以上是国内机构的此类专利，国外大公司申请专利已经很少，可认为已经完成了在我国的专利布控。

由于在无线电电子信息领域基础落后，我国研发机构一直未能掌握RFID核心技术，受制于人，只能做应用性研发。为了扭转被动局面，有必要研究国外机构在我国的专利部署，避其锋芒，发现技术空白区，加紧部署自主专利，形成本土优势，确保我国RFID产业健康发展。目前看我国RFID几大主力机构的研发主要集中于G06K、G06Q、H01Q、G08B等少数领域，在其他领域中则少有专利布局，国外公司也未进入，是我国机构应加紧探索突破的方向。

3．3．4 重点技术分析

应用文本挖掘方法对RFID专利文本中的技术主题词进行抽取、同（近）义词合并、统计排序，实现技术聚类，依词频筛选出重点技术；不同技术主题词的共现率体现了技术间的关联度，对识别技术流向和迁移路径等有重要参考价值。

3.3.4.1 重点技术主题

专利文本聚类得到26项RFID重点技术，归为11大类，见表3。其中前三类占专利总量的70%以上，为RFID关键技术。

3.3.4.2 重点技术关联度

因RFID专利涉及技术众多，本研究主要分析了三大关键技术之间、系统集成技术与其他技术之间的关联，结果显示：

三大关键技术之间，标签、读写器交叉明显，关联度最高；其次是标签、读写器、天线之间；标签、天线关联度居中；读写器、天线之间及单一技术占比都比较低。

系统集成技术与标签/读写器的关联度最高；其次是与标签/读写器/天线、标签/天线、标签、读写器、天线。