基于专利分析的RFID技术应用综述

廖雯雯

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，成都 610213）

基于专利分析的RFID技术应用综述

廖雯雯

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，成都 610213）

近年来，随着互联网技术的发展，射频识别技术在相关领域的应用越来越广泛，专利申请数量也有显著的增加。经过对射频识别技术相关专利关键词的检索，分析国内外相关领域专利申请趋势，研究射频识别技术在支付、供应链、防伪应用领域的发展演进过程，并对相关专利进行重点分析。为相关领域的人员把握现有技术、判断发明专利的创新高度提供有效帮助。

1 RFID技术概述

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感和电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对待识别物体的自动识别。1948年哈里斯托克曼在无线电工程师协会学报上发表了“利用反射功率的通讯”一文，这就奠定了RFID技术的理论基础[1]。RFID可以归入短距离无线通信技术，是一种简单的无线系统，用于检测、控制、跟踪物体。

RFID系统由标签、读写器、天线、服务器组成，标签和读写器通过天线进行通信，当标签进入磁场后，读写器可以对其进行读/写操作；按照能源的供给方式标签可分为有源标签和无源标签，根据应用场景的不同，读写器可分为手持式或固定式。

图1 RFID系统的基本组成部分

由于RFID技术具有非接触识别、高速移动物体识别、多目标识别的功能，其被广泛应用于各种领域。20世纪90年代以来，随着大规模集成电路、互联网技术、网络通信的发展，RFID技术已进入商业化探索阶段，被大量应用于门禁、停车场管理、商品防伪、身份识别、物品追踪、公路收费等领域，其相关技术的应用可以实现定位、标识、支付等功能。

总结RFID的主要应用，可以归纳为支付、供应链、防伪三个领域。利用RFID进行支付包括电信运营商将RFID与通信技术相结合，最具代表性的就是Sony公司的Felica技术，日本运营商NTT DoCoMo将其移动互联网服务i-mode与Felica相结合，形成了新的业务：i-mode Felica，用户可以在娱乐消费、票务、在线购物等多种业务中进行支付[2]。利用RFID进行支付还包括在第二代身份证、公交卡中集成RFID芯片，用户通过在商家终端刷卡实现费用的支付；以及在高速公路不停车收费中应用RFID，让车辆快速通过收费站、不停车便完成缴费[3]。

供应链是企业从采购原材料开始，到制成中间产品及最终产品的过程中，各供应商、制造商、分销商、零售商、消费者形成的一个功能网链状结构。在供应链中应用RFID技术，通过读/写标签信息，准确地获取制造商、产品种类、型号、数量、生产日期、产地、目的地、接收商等相关信息，实现了实时地监控原材料采购、生产制造、存储、出库配送、物流、销售、售后的全过程，较好地满足了用户对供应链中各环节信息的获取和处理，提升了供应链管理水平和自动化程度[4]。

利用RFID实现防伪包括（1）证件防伪，在身份证、护照、学生证中内置RFID标签，通过读取标签中的身份信息实现个人身份的识别和鉴定；（2）票务防伪，在可回收利用的机票、火车票、景点门票中嵌入RFID标签，利用读写器自动验票，提高了验票效率；（3）商品防伪，在药品[5]、烟酒、珠宝等商品的包装上贴上RFID标签，用户通过终端查询流通信息或唯一标识信息来对商品真伪进行鉴别，保证了消费者的合法权益。

2 专利申请趋势分析

本文选用中国专利检索系统文摘数据库（CPRS⁃ABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）检索获得RFID技术在支付、供应链、防伪领域应用的相关专利文献，作为本文研究的对象。检索的关键词主要有射频识别、电子标签、支付、供应链、防伪、RFID、electro+tag?、payment、supply chain、warehouse、anti 1w counter⁃feit+等。

图2给出了RFID技术在支付、供应链、防伪领域的相关专利的中国申请趋势和全球申请趋势。可以看出，在2000年前全球的相关专利申请量很少，属于技术的萌芽期，在这期间大多数RFID技术还处于理论阶段，未得到应用。逐渐地，受到互联网技术的影响，各国政府、科研机构、企业投入了RFID的研发和应用推广中，例如国民信用CARD株式会社于1997年申请的专利“非接触型射频识别信用卡系统”就提出了一种包含带有RFID芯片的信用卡的交易系统[6]，其属于RFID支付领域的一项核心专利，被其他专利引用了165次。从2000年开始，在大规模集成电路设计技术、物联网技术的推动下，RFID技术呈现出加速发展的趋势，并在2003年～2012年进入快速增长期，此阶段为技术的成长期，RFID技术在主要领域的应用量不断增大，例如零售业巨头沃尔玛公司原计划在2005年1月之前，将RFID标签贴在公司所有的货物配送箱和托盘上，但由于电子标签的成本过高，又处于保密方面的考虑，沃尔玛决定只在公司内部，比如配送中心和库房使用RFID[7]。2012年以后，RFID在主要应用领域的专利申请量逐年减少，这是由于RFID技术的不断成熟和逐渐饱和，它在应用方面的创新就逐年减少。另外，从图2可以看出，RFID在主要领域的中国专利申请起步较国外晚，直至2006年申请量才出现了较大幅度的增长。2006-2011年为国内RFID技术的成长期，在这期间，国内各大公司、科研院所对RFID的应用领域进行了深入的研究。例如杭州卷烟厂采用RFID实现了卷烟以托盘为单位的入库、堆垛、出库等[8]。

图2 RFID在主要应用领域的专利申请趋势

3 RFID技术发展演进

3.1 RFID在支付领域应用的发展演进

RFID技术在支付领域的应用，最早从银行卡的改进开始，在储蓄卡或信用卡中嵌入RFID芯片，银行卡与读卡机间的通信可以采取非接触的方式进行。卡终端机读取RF卡中的号码并发送至终端计算机，终端计算机随即向一个黑名单提出质询，并且作出是认可上述交易还是不认可上述交易的决定，并将结果返回卡终端机，这样就完成了一个交易过程。

最初的手机利用RFID技术进行购物支付是从21世纪初开始，手机中的读卡器读取IC卡中的号码信息和金融信息，发送给商场服务器进行鉴别以完成交易过程。2003年，日本运营商NTT DoCoMo与Sony公司达成合作意向，致力于开发融合Sony非接触IC卡技术“Felica”与手机的新服务，并于2004年开通了使用内置非接触IC卡的手机结算与认证服务，为用户提供如购物、交通、票务等支付业务。

RFID技术应用于支付还包括不停车收费系统，20世纪末期各个国家就开始了不停车收费系统的研发，最初的形式是将标识用户身份的RFID卡贴在车辆的前挡风玻璃上，在中央公路、机场、停车场、零售店出口处放置RFID读卡器，当车辆经过这些地方，RFID卡信息被读卡器读取，在卡被验证、交易被授权后，交易信息被发送到清算中心。

随着RFID技术在支付领域的广泛应用，其安全方面的问题也引起了一定的重视，各个公司都用不同的手段来增强使用RFID进行交易的安全性。Pen One公司将RFID技术与用户的生物特征相结合，通过一支笔来捕获用户的生物特征，并将其传递至RFID无线装置，位于POS终端的问询器发出射频信号来请求身份验证信息，无线装置将身份信息发送给POS终端的问讯器，问讯器将捕获的用户数据和参考数据进行对比，以进行交易授权。诺基亚公司提出了一种防止不正当的非接触式交易的方法，用户在启动智能卡应用后，移动终端将确定所启动的应用是否用于例如POS的外部实体执行业务的外部应用，若是，则安全智能卡模块和近场通信装置模块之间的连接被激活，可以进行交易等业务，如果连接被禁用，则尝试入侵该设备的冒名顶替者不可能访问智能卡。其他的安全手段还有RFID与MAC地址、安全密钥相结合，RFID读取器只传输信息而不解析信息等。

3.2 RFID在供应链领域应用的发展演进

面对日趋激烈的竞争环境，企业为了满足其内部管理的发展要求，急需在供应链领域中使用RFID技术，因为RFID能够提高工作效率、节约人工成本等。20世纪末期帕泰政府系统公司提出了利用电子标签进行资产管理，为了监视在移动车辆上的资产，在资产上贴上电子标签，这样就可以利用读写器与电子标签进行通信，从而监测资产的状态，这就是RFID应用在运输配送环节的雏形。之后，麻省理工学院的Auto-ID中心也以供应链中的某些环节为对象，研究了RFID在质量管理和控制、提高运作效率、资产利用和管理等方面都大有用武之地[9]，也对库存盘点、配送中心中容易产生错误的环节进行了分析，找出原因并提出了有效的解决办法[10]，以及分析了如何将RFID应用于商品的补货环节中，以提高工作效率、保证顾客的满意度[11]。

在库存、运输、配送等环节除了利用RFID进行产品的定位、计数，还可以具有其他的功能。如利用商品上的RFID标签监测该商品是否被正当购买，在商店出口放置RFID阅读器以及摄像机，将读取的RFID信号以及POS机记录的商品交易记录发送至后台计算机，通过比较两者的差异来判断商品是否被正当购买，也可以借此来更新库存。

随着RFID技术在供应链领域的应用逐渐成熟，人们开始考虑利用RFID获取产品信息的准确性和可行性。艾利丹尼森公司提出了一种能够读取非视线物品的射频识别装置，其中的传输线携带来自读取器的激活能量和来自标签的标签能量，传输线和多个标签耦合并因而能够激活多个标签，所以可读取该堆带有RFID标签的物品的信息，甚至那些射频标签被遮蔽的且不在读取器的视线范围内的物品。

3.3 RFID在防伪领域应用的发展演进

利用RFID进行防伪，其实质就是用RFID标签来唯一标识商品。每个标签都有唯一的序列号，加上存储商品本身的信息，就可以对商品的真实性进行检查，实现对商品在供应链环节中的跟踪和追溯。

随着技术的演进，一些学者提出仅仅依赖商品供应链的跟踪和回溯是不够的，他们提出将RFID与信息安全技术结合，如加密、身份认证技术，实现RFID标签的可信鉴别，从而降低RFID标签被伪造的可能。另外，RFID标签和阅读器之间的通信通过无线射频信号进行，这使数据的传送具有灵活性和方便性，同时也使传递的数据暴露于外界环境中，造成传输数据的不安全性，若非法跟踪商品的RFID标签，则对商品的安全问题提出了挑战。于是一些公司和高校，如IBM、美国联合包裹服务公司、复旦大学等，就将RFID技术与加解密技术、数字签名技术相结合进行防伪，例如将标签贴在商品上，使用公钥体制，私钥将RFID标签的信息加密后写入标签内存，读取标签后，向标签写入“已卖”的信息或者摧毁标签。

4 重点专利分析

4.1 应用于不停车收费系统的RFID技术

20世纪末期各个国家就开始了不停车收费系统的研发，专利申请US2002178063A1公开了一种不停车收费系统，该系统可以用于中央收费公路、飞机场、停车场和零售店出口。系统包括一RFID卡，其放置于车辆的前挡风玻璃上，一RFID应答阅读器，一本地个人计算机，一银行结算所和一银行机构。银行结算所也就是通常所说的服务中心，来支持所有参与的零售商的交易被验证，负责发行用户的账户。

当携带卡的车辆进入零售商的区域时，卡阅读器读出卡中的信息并将信息转发至本地PC，本地PC将读取到的信息与用户数据库中的信息相匹配，用户数据库位于银行结算所，其包括卡的识别号码ID和当前用户对应的账户号码。如果读取的卡信息与数据库中信息相匹配，则本地PC验证了卡的真实性，交易就可以通过POS终端进行，同时交易信息被发送到银行结算所。这种基于射频识别技术的自动付款系统使消费者不用走出汽车，也无需手动操作便能完成付款。

4.2 RFID防伪和加密技术的结合

复旦大学的专利申请CN1728162A提出了一种基于射频识别技术的防伪验证方法及防伪系统，该防伪验证方法通过结合产品的唯一编码技术、RFID自动识别技术、数字加密技术可以对商品唯一识别，且自身不容易被仿冒，而且可以记录产品的流通历史，并对商品的来源和销售渠道进行跟踪。RFID标签的存储区域被划分为基本信息区、数字签名区和产品历史区；基本信息区存储产品的唯一序列号，包括生产商编号和单个产品的序列号；数字签名区用于存储生产商用私钥对产品基本信息加密生成的数字签名，数字签名一般通过数字指纹技术和公共密钥技术的组合来实现；产品历史区，用于存储产品的流通信息，在产品经过供应链的每个环节时，相应的读写器就会往产品历史区中写入相关信息，如操作时间、地点、工作人员编号等。验证流程包括：步骤一，初始化标签，写入产品唯一序列号，生成数字签名，写入商品的历史数据；步骤二，在经过每一个预先设定的供应链环节时，经过授权的读写器往产品历史区写入操作的相关信息；步骤三，读写器读取电子标签，向认证中心提出验证请求，认证中心通过解码数字签名，对物品的身份进行数字认证，若数字签名相符则进行步骤四，若不相符则进行伪造产品报警；步骤四，查询产品历史区的信息，然后判断该实际的物流跟踪信息与预先设定的物流跟踪信息是否匹配，若是则通过，若否则进行伪造产品报警。

5 结语

本文从RFID技术的原理出发，介绍了RFID技术在三个主要领域——支付、供应链、防伪的应用情况，通过总结检索关键词，对专利数据库中的相关专利进行了分析。结合实际情况分析了截止2016年的三个应用领域的专利发展趋势，同时对RFID在支付、供应链、防伪领域应用的发展演进路线以及典型专利的技术方案进行了重点分析。这对于相应领域的人员把握现有技术、判断发明专利的创新高度具有一定的帮助。

[1]Stockman H.Communication by Means of Reflected Power[J].Proceedings of the IRE,1948,36(10):1196-1204.

[2]Felica Networks Inc.Apparatus and Method for Information Management.JP 2006098830[P].2006-04-13.

[3]Gravelle K,Pinkus R,Burchell M.Community Concept for Payment using RF ID Transponders:U.S.Patent Application 09/864,442[P].2001-5-25.

[4]罗风.RFID在供应链物流管理中的应用研究[D].西南交通大学,2009.

[5]Koh R,Schuster E W,Chackrabarti I,et al.Securing the Pharmaceutical Supply Chain[J].White Paper,Auto-ID Labs,Massachusetts Institute of Technology,2003:1-19.

[6]国民信用CARD株式会社.非接触型射频识别信用卡系统.CN 1164073[P].1997-11-05.

[7]Multi-Directional RFID Reader for Controlling Inventory and Shelf Stock:U.S.Patent 7,667,602[P].2010-2-23.

[8]吕洁.射频识别技术RFID及其应用[J].智能建筑与城市信息,2004(11):72-76.

[9]M Boushka et al.Auto-ID on the Move:the Value of Auto-ID Technology in Freight Transportation.http://www.autoidcenter.com,2002.

[10]K Alexander et al.Focus on the Supply Chain Applying Auto-ID within the Distribution Center.http://www.autoidcenter.com,2002.

[11]C Yaw et al.The Impact of Auto-ID on Retail Shelf Replenishment Policies.http://www.autoidcenter.com,2003.

Survey of Application of RFID Technology Based on Patent Analysis

LIAO Wen-wen
（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Chengdu 610213）

In recent years,with the development of the Internet Technology,the application of RFID is becoming more widespread and lots of patent applications have been published.By retrieving keywords of patent on RFID,analyzes the trend of domestic and overseas patent applica⁃tions.Makes a deeply research on the technology development process in payment,supply chain and anti-counterfeiting and makes de⁃tailed analysis of the relevant patent.This provides effective assistance to the relevant technical personnel.

专利分析；射频识别技术；支付；供应链；防伪

1007-1423（2017）28-0003-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.28.001

廖雯雯（1989-），女，四川成都人，硕士研究生，审查员，研究方向为计算机应用技术

2017-07-11

2017-09-25

Patent Analysis;RFID;Payment;Supply Chain;Anti-Counterfeiting