工业互联网关键技术专利态势分析

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1、工业互联网关键技术专利态势分析()工业互联网工业互联网关键关键技术技术专利专利态势分 析态势分析(22月要点介绍当前，工业互联网从整体网络体系 目标框架分为三个层次，分别为网络互联体系、 地址与标识解析 体系和应用支撑体系，为了对工业互联网的三个重要体系进行深 入知识产权分析，报告选取现场总线、工业以太网、OPC/OPCUA 和TSN作为网络互联体系的知识产权研究对象，选取 ONS、 Handle、OID、Ecode等主流标识解析技术作为网络标识解析体 系的知识产权研究对象，在应用支撑体系中，选取工业云技术中 的边缘计算、PaaS技术和多租户技术作为知识产权研究对象。报告对选取的对象从时间视角

2、、地域视角、参与者视角、技 术创新视角等维度进行多角度剖析， 通过对相关技术的专利申请 趋势进行分析以研究该技术的随年发展情况，对相关技术的专利布局地域进行分析以探析该技术的重要市场和技术原创国，对相关技术的专利权人进行分析以追踪该技术的先进引领者，对相关技术进行细分以探寻技术发展脉络。最后，对涉及的关键技术结合产业发展和知识产权发展，给 出了综合性建议。组织组织单位：工业单位：工业互联网产业联盟互联网产业 联盟编写单位编写单位：中国信息通信研究院：中国信息通信研 究院编写组编写组成员：成员：中国中国信息通信研究院信息通 信研究院知识知识产权中心产权中心：李文宇、周洁、王潇、张倩：李文宇、周洁

3、、王潇、张倩中国中国信息通信研究院信息通 信研究院工业互联网与物联网研究所工业互联网与物联网研究所：李海花：李海花、刘阳、刘阳中国中国信息通信研究院信息通信研究院技术技术与与标准标准研究研究所所：张恒：张恒升开、罗松、黄颖、罗松、黄颖中国中国信息通信研究院信息通信研究院信息化信息化与工业化融合研究所： 刘钊与工业化融合研 究所：刘钊1目目录录一、研究范畴1 （一）技术范畴1 （二） 专利数据范围2二、工业互联网专利分析.2（一）整体专利态势分析.21.工业互联网全球专利申请趋势有所加快.22.工业互联网全球专利技术布局地域多集中在美国和中国33.外国工业云和工业平台服务商工业互联网专利布局领先

4、4（二）网络互联关键技术专利分析.61.现场总线.61.1现场总线仍掌控较多市场份额，专利应 用领域广泛，专利增长放缓.61.2中国现场总线专利应用范围广，欧洲FIELDBUS市场拓展带动专利增多.71.3Siemens把控全球市场，现场总线专利量遥遥领先81.4现场总线专利主要围绕FieldBus产生创新.92.工业以太网92.1工业以太网市场快速增长导致申请量持续增长，未来应用领域广泛.92.2中国工业以太网专利占比不断攀升，中国市场步入快车道模式112.3工业以太网专利外企占优，中国企业和科研院校积极布局 122.4工业以太网 创新聚焦交换机、控制单元、自动化系统和数据采集.123.OP

5、C/OPCUA133.1OPC/OPCUA技术专利总量较少但未来有增长空间133.2中国OPC应用到多个领域且专利全球份额有所提升143.3外企在OPC/OPCUA领域专利布局占优 153.4OPC技术热点多分布在客户端、过程控制、OPC服务器.164.时间敏感网络TSN.164.2TSN专利大多布局在美国和中国.184.3TSN专 利申请人以国外知名自动化厂商及IT企业为主1924.4TSN技术热点以帧结构、信号和业务流控制为主19（三）网络标识解析关键 技术专利分析.314.2.Ecode属于我国自主可控国标体系，专利多 分布在中国.324.3.Ecode专利主要掌握在本土机构手 中.33

6、4.4Ecode专利方案主要集中在底层技术和应用领域.34（四）工业云关键技术专利分析.351.边缘计算/雾计算.351.1边缘计算/ 雾计算是工业互联网发展的关键要素.351.2边缘计算/雾计算技术主要分布在中美361.3美国申请人技术较领先，国内企业国际 布局意识仍不足.371.4边缘计算技术主要分布于计算器件设备和 数据处理等领域.382.平台即服务PaaS.392.1工业PaaS技术是工 业互联网的应用核心且进入快速发展期.392.2PaaS技术主要分布于中美两国402.3IBM、Microsoft积极在全球布局专利以掌握未 来市场412.4PaaS专利热点聚焦于计算设备、计算环境、用

7、户接 口等领域423.多租户.433.1多租户技术发展迅速，专利申请趋势 近年增长4333.2美国的多租户技术专利布局占据优 势.443.3SALESFORCE、AMAZON、 Microsoft、 IBM 注重全球 布局453.4多租户专利主要多租户技术专利主要聚焦于数据库、 计算环境等.46三、总结建议47 （一）总结.471.网络互联.472.网 络标识解析483.工业云.49 （二）总体建议 491.提升创新主体知识产权战略意识和能力，广泛开展布局502.加强人才队伍建设503.强化知识产权的协同运用 501、研究范畴研究范畴(一)(一)技术范畴技术范畴本报告是在工业互联网产业联盟推出

8、的 体系框架(见图1-1-1)基础上，从网络互联、网络标识解析和 应用支撑三大体系入手，分别选取关键技术进行知识产权研究。网络互联体系中选取的关键技术包括：现场总线、工业以太网、OPC/OPCUA,并且由于时间敏感网络(TSN)技术在工业 互联网产业发展过程中重要性日益凸显，在网络互联体系内，新增TSN技术并对其专利布局进行态势分析；网络标识解析体系 中选取的关键技术包括：对象名解析服务(ObjectNameService,ONS )、 Handle、对象标识符(ObjectIdentifier,OID ) 和物联网统一物品编码 (EntityCode,Ecode);应用支撑体系从工业云入手，

9、选取的关键技术包括：边缘计算/雾计算、平台即服务(Plat-as-a-Service,PaaS) 技术和多租户技术。数据来源：工业互联网产业联盟工业互联网体系架构报告 图1-1-1工业互联网整体网络体系目标框架2 (二二)专利数据范围专利数据范围检索关键词依托工业互联网三大体系中的关键技术确定；检索平台以德温特、Patentstrategies和PatSnap为主；检索数据源自全球 105个国家/地区的官方知识产权局； 检索时间是从申请日开始，截至 10月22日之前公开的专利。二二、工业工业互联网互联网专利专利分析分析()整体整体专利态势专利态势分析分析11.工业互联网全球专利申请趋势有所加快

10、工业互联网全球专利申请趋势有所加快从至10月，全球工业互联网未合并同族专利申请近5万件，其中，北美洲、欧洲、亚洲、大洋洲的工业互联网专利申请较多。从国家视角看，美国、中国、德国、日本是重要国家，这些 国家的工业互联网相关专利布局活跃且申请量较大。数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究院知识产权中心图2-1-1工业互联网全球申请趋势 01000至期间，PCT专利申请和欧专局的专利申请除外，全球工业互联网的专利主要布局在美国、中国、日本和德国，这些国家的工业互联网专 利布局数量占比全球 76%。这与这些国家对工业互联网的政策和产业发展较为相关。例如，美国和中国推出聚焦于依托工业互联网发

11、展的先进制 造发展战略。在具体实践上，美国和中国工业互联网核心企业将互联网特 征用于经营生产服务全过程。在产业上，中美以工业互联网产业联盟为重要抓手。美国由GE、Intel、AT&T、思科和IBM联合成立了工业互联 网产业联盟(Industria11ntemetConsortium , IIC),目前有近 40 个 国家约300位正式会员。中国的工业互联网产业联盟则在工信部指导下于初成立，侧 重研究工业互联网顶层设计、技术研发、标准定制、测试床、产业实践等工作，目前成员队伍不断扩大， 会员数量接近1000家。无论是中国还是美国的工业互联网产业联盟，都吸引了全球 最领先的工业企业、ICT企业、高

12、校及研究机构积极参与。日本工业价值链促进会 (IndustrialValueChainIniTIaTIve , IVI ) 立足日本制造业，制定了与工业4.0平台类似的智能工厂基本架构 工 业 价 值 链 参 考 架 构(IndustrialValueChainReferenceArchitecture,IVRA )；德国最早 提出 工业4.0”战略，并成立 工业4.0衿作平台，资助了 300余 个工业4.0项目。4数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究 院知识产权中心图2-1-2工业互联网全球布局地域 3.外国工业云 和工业平台服务商外国工业云和工业平台服务商工业互联网专利工业互

13、联网专利布局布局领先领先在全球TOP10专利申请人排名中，外国企业占据明显优势，中国企业持有专利数量普遍相 对较少，较难跻身全球前十。目前全球工业互联网专利排名前十的申请人包括：旧M、Microsoft、Oracle、salesforce Siemens、Amazon、Symantec、 华为、Wal-MartStores 和 VeritasTechnologies。其中，IBM的相关专利数量最多，排名第一； Microsoft和Oracle的专利多为PaaS和多租户技术；salesforce的专利多为多 租户相关技术；Wal-MartStores的实力也不容小觑，因为其一方 面加强O2O线上

14、线下融合，一方面强化云计算和 PaaS专利布局，在重资产模式下强力发展电子商务， 潜力较大，值得关注其专利布局动态。美国美国 48%中国25%WO11%EP7%日本2%德国1%印度1%加拿大1%澳大利亚1%韩国1%其他2%工业互联网全球专利地域分布5数据来源：各国知识产权局数据统计： 中国信息通信研究院知识产权中心图 2-1-3工业互联网全球专利申请人 TOP10 在中国积极布局工业互联网专利并且排名靠前的申请人包括IBM、Microsoft、Siemens、国家电网、中科院、华为、中兴、 Oracle、浙江大学和 Emerson。IBM、Microsoft、Siemens Oracle 和

15、Emerson 非常重视中国 市场，在中国布局了较多工业互联网专利。中国申请人中，国家电网、华为和中兴在工业互联网方面专 利申请态度积极，专利较多，中国科研院校则有中科院和浙江大 学，申请的工业互联网专利跻身中国前十。01000来，虽然已有部分支持工业以太网通信接口的现场设 备，但仍有大量的现场设备依旧采用电气硬接线直接控制器的方 式连接。目前市场上常见的现场总线技术有几十种之多，主要包括Profibus, Modbus, HART,CANopen , LonWorks, DeviceNet、 ControlNet、CC-link 等。经过多年发展，现场总线相关专利总量多，专利申请从核心 基础

16、技术扩展到应用类，工业互联网现场总线技术专利全球共计近9500个专利，6564个专利族，期间现场总线专利的申请进入 平稳期。但是，与其他工业互联网网络连接技术相比，现场总线技术 普遍存在通信能力低，050100150,中国的现场总线专利全球份 额占比仍然稳定保持在 60%左右，这是由于中国市场规模大， 现 场总线应用领域不断拓展所致；在欧洲，以 FIELDBUS为代表 产品正在迅猛发展和扩大，成为欧洲首屈一指的开放式现场总线 系统,FIELDBUS在欧洲市场占有率大于 40%,广泛应用于加工自 动化、楼宇自动化、过程自动化、发电输配电等领域。而美国的现场总线专利则从 21%将至12%。部分原因

17、在于在美国，Ethernet/IP已经取代了 DeviceNet的 市场份额。1.3Siemens把控全球市场，把控全球市场，现场总线现场总 线专利量遥遥领先专利量遥遥领先数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究院知识产权中心图2-2-3现场总线技术全球和中国专利前十申请人排名从申请人持有专利变化情况 来看，SIEMENS仍然稳稳占据全球和中国的现场总线专利量排 名第一位置，其次是 ABB在全球的专利地位也较高，专利排名 第二。施耐德在排名略有下降，而 Rockwell布局数量提升，排名全 球第三。从中国的现场总线专利申请人排名变化来看，中国科学院沈阳自动0底的数据相比，截止底，Fi

18、eldBus的专利量有所提升， Can总线专利量有所下降。数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究院 知识产权中心图2-2-4现场总线技术的热点分布 2.工业以太网工 业以太网2.1工业工业以太网以太网市场快速增长导致市场快速 增长导致申请量持续申请量持续增长增长，未来应，未来应用领域广泛用领域广泛以太网技术凭借其传输速率高、开放性好、造价便宜等优势，越来越多的在工业领域受到青睐和应用。工业以太网是将以太网应用于工业控10制和管理的一系列技术，通过借鉴以太网的帧结构，修改协议和实现方式，实现工 业控制信息传输的确定性和实时性。目前主要的工业以太网技术有：PROFINET、Ethern

19、et/IP、HSE、EtherCAT、PowerLink、Modbus-TCP 等。工业以太网技术专利全球共计 5776个专利，3552个专利族， 仍然呈现增长趋势，因其逐渐克服实时性、环境适应性、总线馈 电等问题，应用范围逐渐拓展，专利量增长势头也超过现场总线， 工业以太网用于工业现场设备间通信已成趋势，迅速普及到工控系统各级网络。在一些关键领域，工业以太网的普及已经开始反超现场总线。成为主流网络技术。HMS工业网络有限公司在工业网络市场年度研究报告指出，初就工厂自动化新安装节点而言， 工业以太网市场份额已经超越传统的现场总线。数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究院知识产权中心

20、图2-2-5工业以太网技术专利申请趋势 0100,中国 工业以太网的专利申请量全球份额占比有所下降，相对的 40%, 提升到67%,下降到58%,但专利申请量占比仍然全球第一。这充分体现了中国市场规模大且未饱和，新增节点不断增加，应用领域不断拓展。工业以太网的市场在未来几年内预计将以30%40%的年复合增长率增长。在中国市场，可能增长率更大，应用前景更加广泛。近些年来，中国工业以太网交换机市场需求量日益倍增，重点应用在了电力和轨道交通领域，市场占有率高达70%o目前市场活跃的厂商大约 30家，其中国内企业16家左右。数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究院知识产权中心图2-2-6工

21、业以太网技术全球专利地域分布中国中国58%58%美国13%欧洲10%WO7%德国3%日本3%澳大利亚2%韩国2%加拿大1%E度1%工业以太网技术全球专利地域分 布122.3工业以太网专利外企工业以太网专利外企占优占优，中 国企业，中国企业和科和科研院校积极布局研院校积极布局数据 来源：各国知识产权局数据统计： 中国信息通信研究院知识产权 中心图2-2-7工业以太网技术全球和中国专利前十申请人排名从 申请人来看，SIEMENS非常重视工业以太网技术的专利布局， 其全球专利量排名第一，在中国申请的专利排名第二。,浙江大学、东南大学的中国排名都有提升。2.4工业以太网工业以太网创新创新聚焦交换机、控

22、制单元、自动化系统和数据采集聚焦交换机、控制单元、自动化系统和数据采集工业以太网技术专利热点聚焦在工业以太网交换机（层交换机、控制站、电源、网络拓扑）、控制单元（伺服电机、现场 设备、数据传输、PLC控制器）、自动化系统、数据采集（远程 监控、故障诊断、接口电路、运行状态）、输入输出控制和数据 转换。0OPC/OPCUA技术专利全球共计 652个专利，516个专利族， 中国的OPC/OPCUA技术专利申请量全球占比进一步提高， 从截 止底的47%、的53%,提高到了的57%。新增专利多在中国申请，并应用在了物0在IEEE802.1 ,802.3, 802.11等工作组的共同努力下，TSN发布了

23、基础版本，并在汽车 电子领域由宝马等企业应用得到了初步验证。,TSN应用于工业物联网领域的核心功能逐步完善，第一批 TSN工业产品已经可供用户选择，其中包括美国国家仪器仪表 NI公司的控制器，Intel、Broadcom、Marvel的TSN芯片，以及 思科、Hirschmann等公司支持TSN的交换机。,TSN标准完成并实现商业化。根据预测，TSN市场规模到将超过6亿美元，年均复合增长 率 53.8%交换机将成为引领TSN发展的重要单品。工业物联网中越来越多的实时通信需求将成为推动TSN市场发展的主要动力。数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究院知识产权中心图2-2-13TSN技

24、术专利申请趋势截止，TSN全球 专利数量达到536个，283个专利族。总体来说专利量还不太多，还有很大上升空间。而且中国的相关专利数量也较0汉诺威工博会上，工业互联网产业联盟、边缘计算产业联盟、华为、施耐德等超过， ONS 技术全球共申请专利457件，合并同族后有295件。是申请高峰期，随后开始逐年减少，逐步进入技术成熟期。ONS技术在华申请专利较少，共有 87件，前申请数量较为 平均，、申请数量出现上涨。21数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究 院知识产权中心图2-3-1ONS技术全球专利申请趋势 1.2ONS技 术专利主要集中在美国技术专利主要集中在美国美国是工业互联网的发源

25、地，美国五家行业龙头企业 GE、英特尔、思科、AT&T、 IBM等联合发起组建了工业互联网联盟 （IIC）,合力推广工业互联 网，因此美国成为 ONS最大专利原产地区，45%的专利在此地 区申请。中国、韩国、欧洲属于第二梯队。ONS新增专利主要集中在美国和中国两个国家。数据来源：各国知识产权局数据统计：中国信息通信研究院知识产权中心图2-3-2ONS技术全球专利地域分布051015020406080100UNITEDPARCELSERVICEOFAMERICA3 MPUSANNATUNIVINDCOOPFOUNDWal-MartSENSITECHOra cleSILVERBROOKImpinjIBMCisco 全球：ONS 技术前十申请人 01234567华南理工大学SAP股份公司北京物资学院中国物品编 码中心中国人民解放军国防科学技术大学复旦大学北京合天智 汇信息技术有限公司北京哈工大计算机网络及信息安全技术研 究陆航程中国科学院计算机网络信