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    基于專利分析的RFID技術(shù)應(yīng)用綜述

    2017-11-07 06:11:02廖雯雯
    現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 2017年28期
    關(guān)鍵詞:讀寫器防偽射頻

    廖雯雯

    (國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心,成都 610213)

    基于專利分析的RFID技術(shù)應(yīng)用綜述

    廖雯雯

    (國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心,成都 610213)

    近年來,隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,射頻識別技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,專利申請數(shù)量也有顯著的增加。經(jīng)過對射頻識別技術(shù)相關(guān)專利關(guān)鍵詞的檢索,分析國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)@暾堏厔?,研究射頻識別技術(shù)在支付、供應(yīng)鏈、防偽應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展演進(jìn)過程,并對相關(guān)專利進(jìn)行重點(diǎn)分析。為相關(guān)領(lǐng)域的人員把握現(xiàn)有技術(shù)、判斷發(fā)明專利的創(chuàng)新高度提供有效幫助。

    1 RFID技術(shù)概述

    射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)技術(shù),是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù),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(dá)反射的傳輸特性,實(shí)現(xiàn)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(xié)會學(xué)報(bào)上發(fā)表了“利用反射功率的通訊”一文,這就奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)[1]。RFID可以歸入短距離無線通信技術(shù),是一種簡單的無線系統(tǒng),用于檢測、控制、跟蹤物體。

    RFID系統(tǒng)由標(biāo)簽、讀寫器、天線、服務(wù)器組成,標(biāo)簽和讀寫器通過天線進(jìn)行通信,當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場后,讀寫器可以對其進(jìn)行讀/寫操作;按照能源的供給方式標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽,根據(jù)應(yīng)用場景的不同,讀寫器可分為手持式或固定式。

    圖1 RFID系統(tǒng)的基本組成部分

    由于RFID技術(shù)具有非接觸識別、高速移動物體識別、多目標(biāo)識別的功能,其被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代以來,隨著大規(guī)模集成電路、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展,RFID技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)化探索階段,被大量應(yīng)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(fèi)等領(lǐng)域,其相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)定位、標(biāo)識、支付等功能。

    總結(jié)RFID的主要應(yīng)用,可以歸納為支付、供應(yīng)鏈、防偽三個(gè)領(lǐng)域。利用RFID進(jìn)行支付包括電信運(yùn)營商將RFID與通信技術(shù)相結(jié)合,最具代表性的就是Sony公司的Felica技術(shù),日本運(yùn)營商N(yùn)TT DoCoMo將其移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)i-mode與Felica相結(jié)合,形成了新的業(yè)務(wù):i-mode Felica,用戶可以在娛樂消費(fèi)、票務(wù)、在線購物等多種業(yè)務(wù)中進(jìn)行支付[2]。利用RFID進(jìn)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(shí)現(xiàn)費(fèi)用的支付;以及在高速公路不停車收費(fèi)中應(yīng)用RFID,讓車輛快速通過收費(fèi)站、不停車便完成繳費(fèi)[3]。

    供應(yīng)鏈?zhǔn)瞧髽I(yè)從采購原材料開始,到制成中間產(chǎn)品及最終產(chǎn)品的過程中,各供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商、消費(fèi)者形成的一個(gè)功能網(wǎng)鏈狀結(jié)構(gòu)。在供應(yīng)鏈中應(yīng)用RFID技術(shù),通過讀/寫標(biāo)簽信息,準(zhǔn)確地獲取制造商、產(chǎn)品種類、型號、數(shù)量、生產(chǎn)日期、產(chǎn)地、目的地、接收商等相關(guān)信息,實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)地監(jiān)控原材料采購、生產(chǎn)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(yīng)鏈中各環(huán)節(jié)信息的獲取和處理,提升了供應(yīng)鏈管理水平和自動化程度[4]。

    利用RFID實(shí)現(xiàn)防偽包括(1)證件防偽,在身份證、護(hù)照、學(xué)生證中內(nèi)置RFID標(biāo)簽,通過讀取標(biāo)簽中的身份信息實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份的識別和鑒定;(2)票務(wù)防偽,在可回收利用的機(jī)票、火車票、景點(diǎn)門票中嵌入RFID標(biāo)簽,利用讀寫器自動驗(yàn)票,提高了驗(yàn)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(biāo)簽,用戶通過終端查詢流通信息或唯一標(biāo)識信息來對商品真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別,保證了消費(fèi)者的合法權(quán)益。

    2 專利申請趨勢分析

    本文選用中國專利檢索系統(tǒng)文摘數(shù)據(jù)庫(CPRS?ABS)和德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(DWPI)檢索獲得RFID技術(shù)在支付、供應(yīng)鏈、防偽領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)專利文獻(xiàn),作為本文研究的對象。檢索的關(guān)鍵詞主要有射頻識別、電子標(biāo)簽、支付、供應(yīng)鏈、防偽、RFID、electro+tag?、payment、supply chain、warehouse、anti 1w counter?feit+等。

    圖2給出了RFID技術(shù)在支付、供應(yīng)鏈、防偽領(lǐng)域的相關(guān)專利的中國申請趨勢和全球申請趨勢??梢钥闯?,在2000年前全球的相關(guān)專利申請量很少,屬于技術(shù)的萌芽期,在這期間大多數(shù)RFID技術(shù)還處于理論階段,未得到應(yīng)用。逐漸地,受到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的影響,各國政府、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)投入了RFID的研發(fā)和應(yīng)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(tǒng)”就提出了一種包含帶有RFID芯片的信用卡的交易系統(tǒng)[6],其屬于RFID支付領(lǐng)域的一項(xiàng)核心專利,被其他專利引用了165次。從2000年開始,在大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推動下,RFID技術(shù)呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢,并在2003年~2012年進(jìn)入快速增長期,此階段為技術(shù)的成長期,RFID技術(shù)在主要領(lǐng)域的應(yīng)用量不斷增大,例如零售業(yè)巨頭沃爾瑪公司原計(jì)劃在2005年1月之前,將RFID標(biāo)簽貼在公司所有的貨物配送箱和托盤上,但由于電子標(biāo)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(nèi)部,比如配送中心和庫房使用RFID[7]。2012年以后,RFID在主要應(yīng)用領(lǐng)域的專利申請量逐年減少,這是由于RFID技術(shù)的不斷成熟和逐漸飽和,它在應(yīng)用方面的創(chuàng)新就逐年減少。另外,從圖2可以看出,RFID在主要領(lǐng)域的中國專利申請起步較國外晚,直至2006年申請量才出現(xiàn)了較大幅度的增長。2006-2011年為國內(nèi)RFID技術(shù)的成長期,在這期間,國內(nèi)各大公司、科研院所對RFID的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究。例如杭州卷煙廠采用RFID實(shí)現(xiàn)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(yīng)用領(lǐng)域的專利申請趨勢

    3 RFID技術(shù)發(fā)展演進(jìn)

    3.1 RFID在支付領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展演進(jìn)

    RFID技術(shù)在支付領(lǐng)域的應(yīng)用,最早從銀行卡的改進(jìn)開始,在儲蓄卡或信用卡中嵌入RFID芯片,銀行卡與讀卡機(jī)間的通信可以采取非接觸的方式進(jìn)行??ńK端機(jī)讀取RF卡中的號碼并發(fā)送至終端計(jì)算機(jī),終端計(jì)算機(jī)隨即向一個(gè)黑名單提出質(zhì)詢,并且作出是認(rèn)可上述交易還是不認(rèn)可上述交易的決定,并將結(jié)果返回卡終端機(jī),這樣就完成了一個(gè)交易過程。

    最初的手機(jī)利用RFID技術(shù)進(jìn)行購物支付是從21世紀(jì)初開始,手機(jī)中的讀卡器讀取IC卡中的號碼信息和金融信息,發(fā)送給商場服務(wù)器進(jìn)行鑒別以完成交易過程。2003年,日本運(yùn)營商N(yùn)TT DoCoMo與Sony公司達(dá)成合作意向,致力于開發(fā)融合Sony非接觸IC卡技術(shù)“Felica”與手機(jī)的新服務(wù),并于2004年開通了使用內(nèi)置非接觸IC卡的手機(jī)結(jié)算與認(rèn)證服務(wù),為用戶提供如購物、交通、票務(wù)等支付業(yè)務(wù)。

    RFID技術(shù)應(yīng)用于支付還包括不停車收費(fèi)系統(tǒng),20世紀(jì)末期各個(gè)國家就開始了不停車收費(fèi)系統(tǒng)的研發(fā),最初的形式是將標(biāo)識用戶身份的RFID卡貼在車輛的前擋風(fēng)玻璃上,在中央公路、機(jī)場、停車場、零售店出口處放置RFID讀卡器,當(dāng)車輛經(jīng)過這些地方,RFID卡信息被讀卡器讀取,在卡被驗(yàn)證、交易被授權(quán)后,交易信息被發(fā)送到清算中心。

    隨著RFID技術(shù)在支付領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其安全方面的問題也引起了一定的重視,各個(gè)公司都用不同的手段來增強(qiáng)使用RFID進(jìn)行交易的安全性。Pen One公司將RFID技術(shù)與用戶的生物特征相結(jié)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(fā)出射頻信號來請求身份驗(yàn)證信息,無線裝置將身份信息發(fā)送給POS終端的問訊器,問訊器將捕獲的用戶數(shù)據(jù)和參考數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,以進(jìn)行交易授權(quán)。諾基亞公司提出了一種防止不正當(dāng)?shù)姆墙佑|式交易的方法,用戶在啟動智能卡應(yīng)用后,移動終端將確定所啟動的應(yīng)用是否用于例如POS的外部實(shí)體執(zhí)行業(yè)務(wù)的外部應(yīng)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(jìn)行交易等業(yè)務(wù),如果連接被禁用,則嘗試入侵該設(shè)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(jié)合,RFID讀取器只傳輸信息而不解析信息等。

    3.2 RFID在供應(yīng)鏈領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展演進(jìn)

    面對日趨激烈的競爭環(huán)境,企業(yè)為了滿足其內(nèi)部管理的發(fā)展要求,急需在供應(yīng)鏈領(lǐng)域中使用RFID技術(shù),因?yàn)镽FID能夠提高工作效率、節(jié)約人工成本等。20世紀(jì)末期帕泰政府系統(tǒng)公司提出了利用電子標(biāo)簽進(jìn)行資產(chǎn)管理,為了監(jiān)視在移動車輛上的資產(chǎn),在資產(chǎn)上貼上電子標(biāo)簽,這樣就可以利用讀寫器與電子標(biāo)簽進(jìn)行通信,從而監(jiān)測資產(chǎn)的狀態(tài),這就是RFID應(yīng)用在運(yùn)輸配送環(huán)節(jié)的雛形。之后,麻省理工學(xué)院的Auto-ID中心也以供應(yīng)鏈中的某些環(huán)節(jié)為對象,研究了RFID在質(zhì)量管理和控制、提高運(yùn)作效率、資產(chǎn)利用和管理等方面都大有用武之地[9],也對庫存盤點(diǎn)、配送中心中容易產(chǎn)生錯誤的環(huán)節(jié)進(jìn)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(yīng)用于商品的補(bǔ)貨環(huán)節(jié)中,以提高工作效率、保證顧客的滿意度[11]。

    在庫存、運(yùn)輸、配送等環(huán)節(jié)除了利用RFID進(jìn)行產(chǎn)品的定位、計(jì)數(shù),還可以具有其他的功能。如利用商品上的RFID標(biāo)簽監(jiān)測該商品是否被正當(dāng)購買,在商店出口放置RFID閱讀器以及攝像機(jī),將讀取的RFID信號以及POS機(jī)記錄的商品交易記錄發(fā)送至后臺計(jì)算機(jī),通過比較兩者的差異來判斷商品是否被正當(dāng)購買,也可以借此來更新庫存。

    隨著RFID技術(shù)在供應(yīng)鏈領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸成熟,人們開始考慮利用RFID獲取產(chǎn)品信息的準(zhǔn)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(biāo)簽的標(biāo)簽?zāi)芰?,傳輸線和多個(gè)標(biāo)簽耦合并因而能夠激活多個(gè)標(biāo)簽,所以可讀取該堆帶有RFID標(biāo)簽的物品的信息,甚至那些射頻標(biāo)簽被遮蔽的且不在讀取器的視線范圍內(nèi)的物品。

    3.3 RFID在防偽領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展演進(jìn)

    利用RFID進(jìn)行防偽,其實(shí)質(zhì)就是用RFID標(biāo)簽來唯一標(biāo)識商品。每個(gè)標(biāo)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(shí)性進(jìn)行檢查,實(shí)現(xiàn)對商品在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)中的跟蹤和追溯。

    隨著技術(shù)的演進(jìn),一些學(xué)者提出僅僅依賴商品供應(yīng)鏈的跟蹤和回溯是不夠的,他們提出將RFID與信息安全技術(shù)結(jié)合,如加密、身份認(rèn)證技術(shù),實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽的可信鑒別,從而降低RFID標(biāo)簽被偽造的可能。另外,RFID標(biāo)簽和閱讀器之間的通信通過無線射頻信號進(jìn)行,這使數(shù)據(jù)的傳送具有靈活性和方便性,同時(shí)也使傳遞的數(shù)據(jù)暴露于外界環(huán)境中,造成傳輸數(shù)據(jù)的不安全性,若非法跟蹤商品的RFID標(biāo)簽,則對商品的安全問題提出了挑戰(zhàn)。于是一些公司和高校,如IBM、美國聯(lián)合包裹服務(wù)公司、復(fù)旦大學(xué)等,就將RFID技術(shù)與加解密技術(shù)、數(shù)字簽名技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行防偽,例如將標(biāo)簽貼在商品上,使用公鑰體制,私鑰將RFID標(biāo)簽的信息加密后寫入標(biāo)簽內(nèi)存,讀取標(biāo)簽后,向標(biāo)簽寫入“已賣”的信息或者摧毀標(biāo)簽。

    4 重點(diǎn)專利分析

    4.1 應(yīng)用于不停車收費(fèi)系統(tǒng)的RFID技術(shù)

    20世紀(jì)末期各個(gè)國家就開始了不停車收費(fèi)系統(tǒng)的研發(fā),專利申請US2002178063A1公開了一種不停車收費(fèi)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以用于中央收費(fèi)公路、飛機(jī)場、停車場和零售店出口。系統(tǒng)包括一RFID卡,其放置于車輛的前擋風(fēng)玻璃上,一RFID應(yīng)答閱讀器,一本地個(gè)人計(jì)算機(jī),一銀行結(jié)算所和一銀行機(jī)構(gòu)。銀行結(jié)算所也就是通常所說的服務(wù)中心,來支持所有參與的零售商的交易被驗(yàn)證,負(fù)責(zé)發(fā)行用戶的賬戶。

    當(dāng)攜帶卡的車輛進(jìn)入零售商的區(qū)域時(shí),卡閱讀器讀出卡中的信息并將信息轉(zhuǎn)發(fā)至本地PC,本地PC將讀取到的信息與用戶數(shù)據(jù)庫中的信息相匹配,用戶數(shù)據(jù)庫位于銀行結(jié)算所,其包括卡的識別號碼ID和當(dāng)前用戶對應(yīng)的賬戶號碼。如果讀取的卡信息與數(shù)據(jù)庫中信息相匹配,則本地PC驗(yàn)證了卡的真實(shí)性,交易就可以通過POS終端進(jìn)行,同時(shí)交易信息被發(fā)送到銀行結(jié)算所。這種基于射頻識別技術(shù)的自動付款系統(tǒng)使消費(fèi)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(shù)的結(jié)合

    復(fù)旦大學(xué)的專利申請CN1728162A提出了一種基于射頻識別技術(shù)的防偽驗(yàn)證方法及防偽系統(tǒng),該防偽驗(yàn)證方法通過結(jié)合產(chǎn)品的唯一編碼技術(shù)、RFID自動識別技術(shù)、數(shù)字加密技術(shù)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(chǎn)品的流通歷史,并對商品的來源和銷售渠道進(jìn)行跟蹤。RFID標(biāo)簽的存儲區(qū)域被劃分為基本信息區(qū)、數(shù)字簽名區(qū)和產(chǎn)品歷史區(qū);基本信息區(qū)存儲產(chǎn)品的唯一序列號,包括生產(chǎn)商編號和單個(gè)產(chǎn)品的序列號;數(shù)字簽名區(qū)用于存儲生產(chǎn)商用私鑰對產(chǎn)品基本信息加密生成的數(shù)字簽名,數(shù)字簽名一般通過數(shù)字指紋技術(shù)和公共密鑰技術(shù)的組合來實(shí)現(xiàn);產(chǎn)品歷史區(qū),用于存儲產(chǎn)品的流通信息,在產(chǎn)品經(jīng)過供應(yīng)鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)時(shí),相應(yīng)的讀寫器就會往產(chǎn)品歷史區(qū)中寫入相關(guān)信息,如操作時(shí)間、地點(diǎn)、工作人員編號等。驗(yàn)證流程包括:步驟一,初始化標(biāo)簽,寫入產(chǎn)品唯一序列號,生成數(shù)字簽名,寫入商品的歷史數(shù)據(jù);步驟二,在經(jīng)過每一個(gè)預(yù)先設(shè)定的供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)時(shí),經(jīng)過授權(quán)的讀寫器往產(chǎn)品歷史區(qū)寫入操作的相關(guān)信息;步驟三,讀寫器讀取電子標(biāo)簽,向認(rèn)證中心提出驗(yàn)證請求,認(rèn)證中心通過解碼數(shù)字簽名,對物品的身份進(jìn)行數(shù)字認(rèn)證,若數(shù)字簽名相符則進(jìn)行步驟四,若不相符則進(jìn)行偽造產(chǎn)品報(bào)警;步驟四,查詢產(chǎn)品歷史區(qū)的信息,然后判斷該實(shí)際的物流跟蹤信息與預(yù)先設(shè)定的物流跟蹤信息是否匹配,若是則通過,若否則進(jìn)行偽造產(chǎn)品報(bào)警。

    5 結(jié)語

    本文從RFID技術(shù)的原理出發(fā),介紹了RFID技術(shù)在三個(gè)主要領(lǐng)域——支付、供應(yīng)鏈、防偽的應(yīng)用情況,通過總結(jié)檢索關(guān)鍵詞,對專利數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)專利進(jìn)行了分析。結(jié)合實(shí)際情況分析了截止2016年的三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的專利發(fā)展趨勢,同時(shí)對RFID在支付、供應(yīng)鏈、防偽領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展演進(jìn)路線以及典型專利的技術(shù)方案進(jìn)行了重點(diǎn)分析。這對于相應(yīng)領(lǐng)域的人員把握現(xiàn)有技術(shù)、判斷發(fā)明專利的創(chuàng)新高度具有一定的幫助。

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    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(shù);支付;供應(yīng)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?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)

    2017-07-11

    2017-09-25

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

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