基于專利分析的RFID技術應用綜述

廖雯雯

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，成都 610213）

基于專利分析的RFID技術應用綜述

廖雯雯

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，成都 610213）

近年來，隨著互聯網技術的發展，射頻識別技術在相關領域的應用越來越廣泛，專利申請數量也有顯著的增加。經過對射頻識別技術相關專利關鍵詞的檢索，分析國內外相關領域專利申請趨勢，研究射頻識別技術在支付、供應鏈、防偽應用領域的發展演進過程，并對相關專利進行重點分析。為相關領域的人員把握現有技術、判斷發明專利的創新高度提供有效幫助。

1 RFID技術概述

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術，是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合（電感和電磁耦合）或雷達反射的傳輸特性，實現對待識別物體的自動識別。1948年哈里斯托克曼在無線電工程師協會學報上發表了“利用反射功率的通訊”一文，這就奠定了RFID技術的理論基礎[1]。RFID可以歸入短距離無線通信技術，是一種簡單的無線系統，用于檢測、控制、跟蹤物體。

RFID系統由標簽、讀寫器、天線、服務器組成，標簽和讀寫器通過天線進行通信，當標簽進入磁場后，讀寫器可以對其進行讀/寫操作；按照能源的供給方式標簽可分為有源標簽和無源標簽，根據應用場景的不同，讀寫器可分為手持式或固定式。

圖1 RFID系統的基本組成部分

由于RFID技術具有非接觸識別、高速移動物體識別、多目標識別的功能，其被廣泛應用于各種領域。20世紀90年代以來，隨著大規模集成電路、互聯網技術、網絡通信的發展，RFID技術已進入商業化探索階段，被大量應用于門禁、停車場管理、商品防偽、身份識別、物品追蹤、公路收費等領域，其相關技術的應用可以實現定位、標識、支付等功能。

總結RFID的主要應用，可以歸納為支付、供應鏈、防偽三個領域。利用RFID進行支付包括電信運營商將RFID與通信技術相結合，最具代表性的就是Sony公司的Felica技術，日本運營商NTT DoCoMo將其移動互聯網服務i-mode與Felica相結合，形成了新的業務：i-mode Felica，用戶可以在娛樂消費、票務、在線購物等多種業務中進行支付[2]。利用RFID進行支付還包括在第二代身份證、公交卡中集成RFID芯片，用戶通過在商家終端刷卡實現費用的支付；以及在高速公路不停車收費中應用RFID，讓車輛快速通過收費站、不停車便完成繳費[3]。

供應鏈是企業從采購原材料開始，到制成中間產品及最終產品的過程中，各供應商、制造商、分銷商、零售商、消費者形成的一個功能網鏈狀結構。在供應鏈中應用RFID技術，通過讀/寫標簽信息，準確地獲取制造商、產品種類、型號、數量、生產日期、產地、目的地、接收商等相關信息，實現了實時地監控原材料采購、生產制造、存儲、出庫配送、物流、銷售、售后的全過程，較好地滿足了用戶對供應鏈中各環節信息的獲取和處理，提升了供應鏈管理水平和自動化程度[4]。

利用RFID實現防偽包括（1）證件防偽，在身份證、護照、學生證中內置RFID標簽，通過讀取標簽中的身份信息實現個人身份的識別和鑒定；（2）票務防偽，在可回收利用的機票、火車票、景點門票中嵌入RFID標簽，利用讀寫器自動驗票，提高了驗票效率；（3）商品防偽，在藥品[5]、煙酒、珠寶等商品的包裝上貼上RFID標簽，用戶通過終端查詢流通信息或唯一標識信息來對商品真偽進行鑒別，保證了消費者的合法權益。

2 專利申請趨勢分析

本文選用中國專利檢索系統文摘數據庫（CPRS?ABS）和德溫特世界專利索引數據庫（DWPI）檢索獲得RFID技術在支付、供應鏈、防偽領域應用的相關專利文獻，作為本文研究的對象。檢索的關鍵詞主要有射頻識別、電子標簽、支付、供應鏈、防偽、RFID、electro+tag?、payment、supply chain、warehouse、anti 1w counter?feit+等。

圖2給出了RFID技術在支付、供應鏈、防偽領域的相關專利的中國申請趨勢和全球申請趨勢。可以看出，在2000年前全球的相關專利申請量很少，屬于技術的萌芽期，在這期間大多數RFID技術還處于理論階段，未得到應用。逐漸地，受到互聯網技術的影響，各國政府、科研機構、企業投入了RFID的研發和應用推廣中，例如國民信用CARD株式會社于1997年申請的專利“非接觸型射頻識別信用卡系統”就提出了一種包含帶有RFID芯片的信用卡的交易系統[6]，其屬于RFID支付領域的一項核心專利，被其他專利引用了165次。從2000年開始，在大規模集成電路設計技術、物聯網技術的推動下，RFID技術呈現出加速發展的趨勢，并在2003年～2012年進入快速增長期，此階段為技術的成長期，RFID技術在主要領域的應用量不斷增大，例如零售業巨頭沃爾瑪公司原計劃在2005年1月之前，將RFID標簽貼在公司所有的貨物配送箱和托盤上，但由于電子標簽的成本過高，又處于保密方面的考慮，沃爾瑪決定只在公司內部，比如配送中心和庫房使用RFID[7]。2012年以后，RFID在主要應用領域的專利申請量逐年減少，這是由于RFID技術的不斷成熟和逐漸飽和，它在應用方面的創新就逐年減少。另外，從圖2可以看出，RFID在主要領域的中國專利申請起步較國外晚，直至2006年申請量才出現了較大幅度的增長。2006-2011年為國內RFID技術的成長期，在這期間，國內各大公司、科研院所對RFID的應用領域進行了深入的研究。例如杭州卷煙廠采用RFID實現了卷煙以托盤為單位的入庫、堆垛、出庫等[8]。

圖2 RFID在主要應用領域的專利申請趨勢

3 RFID技術發展演進

3.1 RFID在支付領域應用的發展演進

RFID技術在支付領域的應用，最早從銀行卡的改進開始，在儲蓄卡或信用卡中嵌入RFID芯片，銀行卡與讀卡機間的通信可以采取非接觸的方式進行。卡終端機讀取RF卡中的號碼并發送至終端計算機，終端計算機隨即向一個黑名單提出質詢，并且作出是認可上述交易還是不認可上述交易的決定，并將結果返回卡終端機，這樣就完成了一個交易過程。

最初的手機利用RFID技術進行購物支付是從21世紀初開始，手機中的讀卡器讀取IC卡中的號碼信息和金融信息，發送給商場服務器進行鑒別以完成交易過程。2003年，日本運營商NTT DoCoMo與Sony公司達成合作意向，致力于開發融合Sony非接觸IC卡技術“Felica”與手機的新服務，并于2004年開通了使用內置非接觸IC卡的手機結算與認證服務，為用戶提供如購物、交通、票務等支付業務。

RFID技術應用于支付還包括不停車收費系統，20世紀末期各個國家就開始了不停車收費系統的研發，最初的形式是將標識用戶身份的RFID卡貼在車輛的前擋風玻璃上，在中央公路、機場、停車場、零售店出口處放置RFID讀卡器，當車輛經過這些地方，RFID卡信息被讀卡器讀取，在卡被驗證、交易被授權后，交易信息被發送到清算中心。

隨著RFID技術在支付領域的廣泛應用，其安全方面的問題也引起了一定的重視，各個公司都用不同的手段來增強使用RFID進行交易的安全性。Pen One公司將RFID技術與用戶的生物特征相結合，通過一支筆來捕獲用戶的生物特征，并將其傳遞至RFID無線裝置，位于POS終端的問詢器發出射頻信號來請求身份驗證信息，無線裝置將身份信息發送給POS終端的問訊器，問訊器將捕獲的用戶數據和參考數據進行對比，以進行交易授權。諾基亞公司提出了一種防止不正當的非接觸式交易的方法，用戶在啟動智能卡應用后，移動終端將確定所啟動的應用是否用于例如POS的外部實體執行業務的外部應用，若是，則安全智能卡模塊和近場通信裝置模塊之間的連接被激活，可以進行交易等業務，如果連接被禁用，則嘗試入侵該設備的冒名頂替者不可能訪問智能卡。其他的安全手段還有RFID與MAC地址、安全密鑰相結合，RFID讀取器只傳輸信息而不解析信息等。

3.2 RFID在供應鏈領域應用的發展演進

面對日趨激烈的競爭環境，企業為了滿足其內部管理的發展要求，急需在供應鏈領域中使用RFID技術，因為RFID能夠提高工作效率、節約人工成本等。20世紀末期帕泰政府系統公司提出了利用電子標簽進行資產管理，為了監視在移動車輛上的資產，在資產上貼上電子標簽，這樣就可以利用讀寫器與電子標簽進行通信，從而監測資產的狀態，這就是RFID應用在運輸配送環節的雛形。之后，麻省理工學院的Auto-ID中心也以供應鏈中的某些環節為對象，研究了RFID在質量管理和控制、提高運作效率、資產利用和管理等方面都大有用武之地[9]，也對庫存盤點、配送中心中容易產生錯誤的環節進行了分析，找出原因并提出了有效的解決辦法[10]，以及分析了如何將RFID應用于商品的補貨環節中，以提高工作效率、保證顧客的滿意度[11]。

在庫存、運輸、配送等環節除了利用RFID進行產品的定位、計數，還可以具有其他的功能。如利用商品上的RFID標簽監測該商品是否被正當購買，在商店出口放置RFID閱讀器以及攝像機，將讀取的RFID信號以及POS機記錄的商品交易記錄發送至后臺計算機，通過比較兩者的差異來判斷商品是否被正當購買，也可以借此來更新庫存。

隨著RFID技術在供應鏈領域的應用逐漸成熟，人們開始考慮利用RFID獲取產品信息的準確性和可行性。艾利丹尼森公司提出了一種能夠讀取非視線物品的射頻識別裝置，其中的傳輸線攜帶來自讀取器的激活能量和來自標簽的標簽能量，傳輸線和多個標簽耦合并因而能夠激活多個標簽，所以可讀取該堆帶有RFID標簽的物品的信息，甚至那些射頻標簽被遮蔽的且不在讀取器的視線范圍內的物品。

3.3 RFID在防偽領域應用的發展演進

利用RFID進行防偽，其實質就是用RFID標簽來唯一標識商品。每個標簽都有唯一的序列號，加上存儲商品本身的信息，就可以對商品的真實性進行檢查，實現對商品在供應鏈環節中的跟蹤和追溯。

隨著技術的演進，一些學者提出僅僅依賴商品供應鏈的跟蹤和回溯是不夠的，他們提出將RFID與信息安全技術結合，如加密、身份認證技術，實現RFID標簽的可信鑒別，從而降低RFID標簽被偽造的可能。另外，RFID標簽和閱讀器之間的通信通過無線射頻信號進行，這使數據的傳送具有靈活性和方便性，同時也使傳遞的數據暴露于外界環境中，造成傳輸數據的不安全性，若非法跟蹤商品的RFID標簽，則對商品的安全問題提出了挑戰。于是一些公司和高校，如IBM、美國聯合包裹服務公司、復旦大學等，就將RFID技術與加解密技術、數字簽名技術相結合進行防偽，例如將標簽貼在商品上，使用公鑰體制，私鑰將RFID標簽的信息加密后寫入標簽內存，讀取標簽后，向標簽寫入“已賣”的信息或者摧毀標簽。

4 重點專利分析

4.1 應用于不停車收費系統的RFID技術

20世紀末期各個國家就開始了不停車收費系統的研發，專利申請US2002178063A1公開了一種不停車收費系統，該系統可以用于中央收費公路、飛機場、停車場和零售店出口。系統包括一RFID卡，其放置于車輛的前擋風玻璃上，一RFID應答閱讀器，一本地個人計算機，一銀行結算所和一銀行機構。銀行結算所也就是通常所說的服務中心，來支持所有參與的零售商的交易被驗證，負責發行用戶的賬戶。

當攜帶卡的車輛進入零售商的區域時，卡閱讀器讀出卡中的信息并將信息轉發至本地PC，本地PC將讀取到的信息與用戶數據庫中的信息相匹配，用戶數據庫位于銀行結算所，其包括卡的識別號碼ID和當前用戶對應的賬戶號碼。如果讀取的卡信息與數據庫中信息相匹配，則本地PC驗證了卡的真實性，交易就可以通過POS終端進行，同時交易信息被發送到銀行結算所。這種基于射頻識別技術的自動付款系統使消費者不用走出汽車，也無需手動操作便能完成付款。

4.2 RFID防偽和加密技術的結合

復旦大學的專利申請CN1728162A提出了一種基于射頻識別技術的防偽驗證方法及防偽系統，該防偽驗證方法通過結合產品的唯一編碼技術、RFID自動識別技術、數字加密技術可以對商品唯一識別，且自身不容易被仿冒，而且可以記錄產品的流通歷史，并對商品的來源和銷售渠道進行跟蹤。RFID標簽的存儲區域被劃分為基本信息區、數字簽名區和產品歷史區；基本信息區存儲產品的唯一序列號，包括生產商編號和單個產品的序列號；數字簽名區用于存儲生產商用私鑰對產品基本信息加密生成的數字簽名，數字簽名一般通過數字指紋技術和公共密鑰技術的組合來實現；產品歷史區，用于存儲產品的流通信息，在產品經過供應鏈的每個環節時，相應的讀寫器就會往產品歷史區中寫入相關信息，如操作時間、地點、工作人員編號等。驗證流程包括：步驟一，初始化標簽，寫入產品唯一序列號，生成數字簽名，寫入商品的歷史數據；步驟二，在經過每一個預先設定的供應鏈環節時，經過授權的讀寫器往產品歷史區寫入操作的相關信息；步驟三，讀寫器讀取電子標簽，向認證中心提出驗證請求，認證中心通過解碼數字簽名，對物品的身份進行數字認證，若數字簽名相符則進行步驟四，若不相符則進行偽造產品報警；步驟四，查詢產品歷史區的信息，然后判斷該實際的物流跟蹤信息與預先設定的物流跟蹤信息是否匹配，若是則通過，若否則進行偽造產品報警。

5 結語

本文從RFID技術的原理出發，介紹了RFID技術在三個主要領域——支付、供應鏈、防偽的應用情況，通過總結檢索關鍵詞，對專利數據庫中的相關專利進行了分析。結合實際情況分析了截止2016年的三個應用領域的專利發展趨勢，同時對RFID在支付、供應鏈、防偽領域應用的發展演進路線以及典型專利的技術方案進行了重點分析。這對于相應領域的人員把握現有技術、判斷發明專利的創新高度具有一定的幫助。

[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]羅風.RFID在供應鏈物流管理中的應用研究[D].西南交通大學,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]國民信用CARD株式會社.非接觸型射頻識別信用卡系統.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]呂潔.射頻識別技術RFID及其應用[J].智能建筑與城市信息,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.

專利分析；射頻識別技術；支付；供應鏈；防偽

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，碩士研究生，審查員，研究方向為計算機應用技術

2017-07-11

2017-09-25

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