1、 工业互联网创新技术专利态势白皮书工业互联网创新技术专利态势白皮书 （2021） 中国信息通信研究院 知识产权中心 2021-11 摘 要 随着新一代信息技术的自身发展和面向工业场景的二次开发，5G、边缘计算、区块链、工业人工智能、数字孪生等等技术成为影响工业互联网后续发展的核心重点技术和不可或缺的组成部分。为此，我们重点对 5G、边缘计算、区块链、工业人工智能、数字孪生等五大技术领域在工业互联网产业应用的知识产权发展情况进行了专利分析，并结合全球竞争态势展示技术创新方向和专利风险问题。 5G+工业互联网融合创新带来了新的技术挑战，涉及融合的网络部署架构、融合的终端技术、融合应用技术以及融合的
2、网络安全问题。从知识产权视角来看，由于 5G 标准 3GPP R15/R16/R17 规划了一系列推动工业应用的技术功能，有更多的 ICT 企业、运营商、制造业企业参与标准研制和知识产权布局，以专利为代表的技术创新成果不断涌现。 工业智能融合了以人工智能技术为核心的先进技术，形成了面向工业场景的综合智能技术解决方案。在工业智能的创新赛道上，呈现专利申请主体来源广泛、行业巨头云集的特点。 数字孪生技术近年来由概念走向落地，专利进入快速上升期，未来或在多个国家或地区均有应用的潜力，国际工业巨头企业以及 IT 企业积极布局，我国高校产生了较多专利，从细分方向来看，基于数字孪生的建模与仿真、面向智能工
3、厂的数字 孪生应用成为技术创新热点。 区块链以其防伪造、防篡改、可追溯等技术特性，从而解决制造业中的设备管理、数据共享、多方信任协作、安全保障等问题，并催生新模式、支撑产业链大规模协作、保障工业安全等。全球范围内容专利数量超过 3 万件，基于区块链的供应链金融、汽车、医疗、能源等专利数量相对突出，彰显区块链技术正在不断与工业领域深入结合，在这些场景下开展应用落地。 目 录 第一章 概述 . 1 （一）研究背景 . 1 （二）技术分解表 . 2 （三）数据来源和范围 . 3 （四）数据完整性与数据规范化处理 . 4 第二章 “5G+工业互联网”网络融合关键技术专利分析 . 5 （一）“5G+工业
4、互联网”产业生态初步构建，网络融合带来技术挑战 . 5 （二）工业需求促进 5G 标准不断引入新技术创新和专利申请 . 5 （三）ICT企业围绕关键技术提前布局专利 . 7 （四）5G TSN（5G 时间敏感网络） . 7 1.技术标准3GPP 持续演进，适应工业互联网新需求 . 7 2.申请趋势新进入者众多，技术创新活跃 . 8 3.地域分布中国赶超美国申请量位列第一 . 9 4.创新主体华为和国内终端厂商积极创新和布局专利 . 10 5.创新热点企业布局各有侧重，标准必要专利已经出现 . 12 （五）5G LAN (5G 局域网) . 12 1.技术标准5G LAN解决传统行业客户专网中存
5、在的问题 . 12 2.申请趋势技术创新活跃，专利申请量翻倍 . 13 3.地域分布中国企业积极布局专利 . 14 4.创新主体华为和终端厂商、互联网企业创新活跃，申请量超过欧美企业 . 15 5.创新热点协议层技术、切换技术、服务质量是专利布局热点 . 15 （六）5G NPN(5G 非公共网络) . 16 1.技术标准场景需求推动标准化进程，垂直行业通过 NPN构建端到端的内部 5G 网络 . 16 2.申请趋势专利申请量激增，未来将产生更多专利 . 16 3.地域分布更多企业采取 PCT国际申请策略 . 17 4.创新主体中国申请人创新活跃 . 18 5.创新热点非公共网络（SNPN）和
6、非独立的非公共网络（PNI-NPN）均有布局 . 19 （七）边缘计算 . 20 1.技术标准5G MEC 蓬勃发展，应用场景广泛 . 20 2.申请趋势专利申请围绕技术标准大量出现 . 20 3.地域分布产业政策推动下，我国企业积极布局边缘计算专利 . 21 4.创新主体ICT 企业积极布局边缘计算专利 . 23 第三章 工业互联网创新技术专利态势分析 . 24 （一）工业智能 . 24 1.申请趋势工业智能产业探索不断深入，相关专利国内外均呈攀升态势 . 24 2.地域分布工业与智能结合成关注焦点，国际专利竞争激烈 . 25 3.创新主体多领域头部企业抢占工业智能新赛道，国内则以高校为创新
7、主力 . 27 4.创新热点焊接领域智能技术创新活跃，神经网络和机器学习是热点方向 . 28 （二）工业区块链 . 30 1.申请趋势工业区块链专利数量激增，与汽车医疗等领域正在深度结合 . 30 2.地域分布多国积极推进区块链的应用，专利布局中美为主 . 31 3.创新主体多方主体积极实践区块链工业应用，互联网厂商抢先布局专利 . 32 4.创新热点智能合约安全性成工业应用关注方向，区块链正与人工智能结合 . 33 （三）数字孪生 . 34 1.申请趋势数字孪生由概念走向落地，专利进入快速上升期 . 34 2.地域分布数字孪生专利多分布美国和中国 . 35 3.创新主体数字孪生领域专利多为工
8、业自动化厂商布局 . 36 4.创新热点面向智能工厂的数字孪生应用成技术创新热点37 第四章 总结 . 39 （一）工业互联需求拉动 5G 技术创新，标准演进促进新技术专利出现 . 39 （二）工业智能领域专利申请活跃，产业探索步伐有待进一步持续加大 . 40 （三）数字孪生从概念走向落地，专利数量持续快速攀升 . 41 （四）面向行业应用的区块链技术创新活跃，头部企业积极抢占先机 . 42 图目录 图 1 3GPP 5G 标准演进 . 6 图 2 TSN 架构（TS 23.501） . 8 图 3 5G TSN 全球/中国专利申请趋势 . 8 图 4 5G TSN 全球专利目标市场国 . 9
9、 图 5 5G TSN 重点申请人专利地域分布 . 11 图 6 5G TSN 国内各省份专利申请量 . 11 图 7 5G TSN 专利重点企业专利创新热点方向 . 12 图 8 5G LAN 解决方案 . 13 图 9 5G LAN 全球/中国专利申请趋势 . 14 图 10 5G LAN 全球专利申请人地域 . 14 图 11 5G LAN 国内各省专利申请量 . 15 图 12 5G NPN 全球/中国专利申请趋势 . 17 图 13 5G NPN 全球专利申请人地域 . 17 图 14 5G NPN 重要申请人地域分布 . 18 图 15 5G NPN 国内各省市专利申请量. 19
10、图 16 5G NPN 专利聚类分析 . 19 图 17 边缘计算专利申请趋势 . 21 图 18 MEC 全球专利目标市场国 . 22 图 19 5G MEC 国内各省专利申请量 . 23 图 20 工业智能专利申请趋势 . 25 图 21 工业智能专利全球地域 . 26 图 22 工业智能专利聚类图 . 29 图 23 工业区块链专利申请趋势 . 31 图 28 工业区块链专利全球地域分布 . 32 图 29 工业区块链专利聚类图 . 34 图 30 数字孪生技术专利申请趋势 . 35 图 31 数字孪生技术全球专利地域分布 . 36 图 32 数字孪生技术专利聚类图 . 38 图 33
11、关键技术专利申请趋势对比 . 39 图 35 关键技术专利国内各省份对比 . 40 1 第一章 概述 （一）研究背景 随着新一代信息技术的自身发展和面向工业场景的二次开发，5G、边缘计算、区块链、工业人工智能、数字孪生等技术成为影响工业互联网后续发展的核心重点技术和不可或缺的组成部分。 “5G+工业互联网”融合创新带来了新的技术挑战，5G 与工业互联网融合架构涉及融合的网络部署架构、融合的终端技术、融合应用技术以及融合的网络安全技术问题。由于 5G 标准3GPP R15/R16/R17 规划了一系列推动工业应用的技术功能，有更多的 ICT 企业、运营商、制造业企业参与标准研制和知识产权布局，以
12、专利为代表的技术创新成果不断涌现。 边缘计算为制造业的提质升级提供强有力的技术支撑，工业场景下边缘计算融合架构和应用场景成为企业专利创新的热点方向。通过移动边缘计算平台的分流模块实现了企业生产和管理数据的本地分流，保障了企业数据的安全性和私密性。 区块链的防伪造、防篡改、可追溯等技术特性，有利于以低成本建立互信的“机器共识”和算法透明，从而解决制造业中的设备管理、数据共享、多方信任协作、安全保障等问题，并可催生新产业模式、支撑产业链大规模协作、保障工业安全等。 工业智能融合了以人工智能技术为核心的先进技术，形成 2 了面向工业场景的综合智能技术解决方案。在钢铁、能源、汽车、机床、纺织、化工等典
13、型工业生产制造应用场景出现了大量的技术创新与专利申请。 数字孪生是近年发展热点，随着数字孪生由概念走向落地，专利进入快速上升期，虽然这个概念最早来自军事领域，但是很快得到了领先的工业企业的认同，并投入了大量资源做研究，逐步成为大部分平台建模和模型管理的核心理念，国内外专利申请活跃。 （二）技术分解表 本次专利分选选取了 5 个技术方向，分别为 5G、边缘计算、工业人工智能、工业区块链、数字孪生。 因此，本项目的专利分析包括如下技术： 表格 1 工业互联网关键创新技术 序号序号 技术点技术点 概念概念 1 5G TSN TSN,时延敏感网络，3GPP 将整个端到端 5G 系统视为 TSN 桥接器
14、，与外部网络集成在一起，实现逻辑上的“TSN 桥”和时间同步，它将在分组分发、自动寻址和服务质量 QoS 等领域满足工业企业需求 2 5G LAN 5G LAN 型服务是指通过 5G 实现改进的具有与局域网（LAN）和 VPN相似功能的服务 3 5G NPN 5G NPN（非公众网络）是面向垂直行业的非公众网络传输网络，在 3GPP 标准中，明确了独立和非独立两种组网模式，并定义了对应的标识机制。 4 边缘计算 多接入边缘计算，MEC 是指根据业务场景需要将多种接入形式的部分功能、应用及内容 部署到企业侧网络边缘，提供低时延、大带宽、高安全 的服务，ETSI 提出的多接入边缘计算 MEC 是基
15、于 5G 演进的架构，并将移动接入网与互联网业务深度融合。 5 工业区块链 区块链技术在工业互联网领域的技术应用。 3 序号序号 技术点技术点 概念概念 6 工业智能 工业智能技术指融合了人工智能技术形成的面向工业场景的综合智能技术解决方案。包括相关芯片、技术平台与框架、数据服务等基础层技术，以及用于工业预测性维护、故障检测的计算机视觉，语音识别及语义处理、机器学习等应用层技术。 7 数字孪生 数字孪生技术是一种实体空间与虚拟空间的数字化、网络化、智能化的映射关系的技术。它将人工智能、机器学习和软件分析与空间网络图相集成以创建数字仿真模型。 （三）数据来源和范围 检索关键词根据工业互联网关键技
16、术确定；检索平台采用商业数据库；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 2011 年申请日开始，截至 2021 年 6 月底之前公开的专利。 研究过程主要包括技术主题梳理、专利检索、数据清洗及补充检索、数据规范化处理和统计分析。首先详细梳理 5G+工业互联网关键技术内容，确定专利检索数据库，构建检索式，基于关键词、分类号、时间、专利权人、发明人等诸多检索要素，在专利名称、专利摘要、专利权利要求、专利说明书内，通过国内外多个数据库进行多手段组合检索。然后通过专利清洗及专利补充检索，在对专利数据规范和数据统计，对清洗过的专利进行专利数据规范，包括公司树处理，并完成数据
17、统计工作，从全球、中国专利布局和发展趋势、专利布局国家、重要专利申请人、关键技术专利分布等多维度深入分析，剖析数据反映的实质。 4 （四）数据完整性与数据规范化处理 检索截止日是 2021 年 6 月底，由于专利自申请日（有优先权的自优先权日）起 18 个月（主动要求提前公开的除外）才能被公布，实用新型专利申请在授权后才能获得公布（即其公布日的滞后性取决于审查周期的长短），而 PCT 专利申请可能自申请日起 30 个月甚至更长时间之后才能进入到国家阶段（导致其对应的国家公布时间更晚），因此在实际数据中会出现 2020年之后的专利申请量比实际申请量少的情况，反映到本报告中的各技术申请量年度变化趋
18、势图中，一般自 2020 年之后出现较为明显的下降。鉴于 2020-2021 年数据的不完整性，其不能完全代表真正的申请趋势。 在检索过程中由于翻译或者存在子母公司的因素，在申请人的表述上存在一定的差异。为了在本报告中规范主要申请人的名称，增加数据的准确度，本报告对主要申请人的称谓进行统一。 5 第二章 “5G+工业互联网”网络融合关键技术 专利分析 （一）“5G+工业互联网”产业生态初步构建，网络融合带来技术挑战 5G 是新一代信息技术演进升级的重要方向，工业互联网是第四次工业革命的关键支撑，是 5G 应用的主战场，二者都是我国“新基建”的重要组成，是促进产业升级，实现经济、社会数字化转型的
19、新引擎。 “5G+工业互联网”融合发展已经成为产业界探索的重要方向，但二者的融合创新还处于起步期，很多发展难点亟待突破，丰富的应用场景和商业价值还有待挖掘。 “5G+工业互联网”融合创新带来了新的技术挑战，5G 与工业互联网融合架构涉及融合的网络部署架构、融合的终端技术、融合应用技术以及融合的网络安全技术问题。 从知识产权视角来看，由于 5G 标准 3GPP R15/R16/R17 规划了一系列推动工业应用的技术功能，有更多的 ICT 企业、运营商、制造业企业参与标准研制和知识产权布局，以专利为代表的技术创新成果不断涌现。 （二）工业需求促进 5G 标准不断引入新技术创新和专利申请 6 图 1
20、 3GPP 5G 标准演进 3GPP R15 开始定义 URLLC（可靠低延迟通信）并在 R16 增强商用部署能力。通过 URLLC 技术的改进，可有效在无线接入及核心网领域缩短业务时延，提升可靠性。其次，3GPP 在 5G定义了网络切片，并与 ETSI 协同支持 MEC（Multi-access Edge Computing）。网络切片特性通过资源隔离，降低不同业务并存时的相互干扰，以保障差异化 SLA。网络切片与 MEC 相结合的方案，一方面能复用运营商网络以降低成本、快速建网，一方面在靠近行业用户侧部署 MEC 就近提供服务，以降低时延和传输成本并提升企业数据安全保护能力。围绕上述领域企
21、业提出了相关专利申请。 7 （三）ICT 企业围绕关键技术提前布局专利 目前，国际标准化组织 3GPP 在 5R15 版本中主要定义了eMBB 场景的标准，R16 在此基础上做了增强，同时支持 uRLLC，R16 将以更快的上传及下载速度增强独立组网的 5G 网络，并为V2X 和工业互联网部署定义标准。R17 将增加可穿戴设备和更高网络性能的规范。尽管 R16 标准目前尚未冻结，但围绕 5G 对垂直行业的支持增强技术已经成为企业的标准和专利布局热点。比如，TSN 与 5G 的融合技术研究已经立项（TC5-WG12-2019-008-5G TSN(时间敏感网络)总体技术要求）,该项目研究时延敏感
22、网络 TSN 机制以支持确定性时延需求等方面的技术标准。另外，5G LAN 的组内通讯机制也是 3GPP 5G 针对垂直行业的增强型重点技术。通过专利检索初步分析，在标准尚未冻结之前就已经有相关企业提交专利申请。反映了一些 ICT 企业技术领域的前瞻性。 （四）5G TSN（5G 时间敏感网络） 1. 技术标准3GPP 持续演进，适应工业互联网新需求 3GPP R15 标准中，在 5G 新空口中采用 URLLC 的新天线技术为 5G 与 TSN 的集成建立了基础，并提高了可靠性。在 R16 中，3GPP 对 5G NR 工业互联网 IIoT 进行了新的研究，目标是 5G 和TSN 网络的集成，
23、进一步增强其可靠性、上行链路调度的灵活性、精确的时间同步以及对工业自动化的支持，以满足 TSN 支持的工业应用的要求。参考 TS 22.261 中对 5G 系统的服务要求，重点是提供新的设备功能以支持时间同步和双重连接。根据该 8 需求规范，对于时间敏感的工业应用场景，可能需要达到 1ms的延迟、1 微秒的抖动和 99.9999%的可靠性，因此 TSN over 5G NR 将在分组分发、自动寻址和服务质量 QoS 等领域满足工业企业需求。未来，预计 3GPP R17 将继续开展更多工作。 图 2 TSN 架构（TS 23.501） 2. 申请趋势新进入者众多，技术创新活跃 图 3 5G TS
24、N 全球/中国专利申请趋势 05003003504004502000215G TSN 全球/中国专利申请趋势全球申请中国申请 9 从专利申请来看，5G TSN 在 R16 中提出，但与标准相关的专利申请从 2015 年就开始出现，2018-2020 年新公开专利量激增，专利申请的新进入者众多。TSN 全球专利数量达到 951 个，594 个专利族。主要是 PCT 申请、中国专利、美国专利和欧洲专利，新公开的专利申请量较去年同期翻倍。其中，中国专利增速非常快。由于该技术尚在标准推进和测试验证阶段，随着TSN 技术和产业的热度持续，
25、未来还有很大上升空间。 3. 地域分布中国赶超美国申请量位列第一 图 4 5G TSN 全球专利目标市场国 TSN 专利的全球申请除了来自 PCT 国际专利外，地域主要分布在中国和美国。其中中国占比最多，达到 21%，美国占比17%。在美国，业界合作推动 IIoT 和工业 4.0 应用的互操作性。美国工业互联网联盟（IIC） 、Avnu1联盟和 OPC 基金会与 IT-OT行业领导者合作，以推进工业设备的互操作性，并在 TSN 中引 1 Avnu Alliance 是一个由汽车，消费电子和工业制造公司组成的联盟，致力于建立和认证开放式音频视频桥接（AVB）和时间敏感网络（TSN）标准的互操作性
26、。该联盟与其成员公司合作，对 AVB 和 TSN 产品进行互操作性认证。 世界知识产权组织45%中国21%美国17%欧洲专利局8%日本2%德国2%印度1%其他4%5G TSN全球专利目标市场国 10 入 OPC UA，在推向市场的过程中这些企业已承诺确保工业设备的互操作性。AVnu 联盟和 OPC 基金会之间已建立联络协议，并在 TSN 设备上提供一致性测试和 OPC UA 认证。 4. 创新主体华为和国内终端厂商积极创新和布局专利 TSN 市 场 的 主 要 参 与 者 有 Cisco 、 NXP 、 Marvell 、Microsemi、Intel、National Instruments
27、、ADI、Broadcom、Belden 和 Renesas 等。在 2018 年汉诺威工博会上，工业互联网产业联盟、边缘计算产业联盟、华为、Schneider 等超过 20家国际组织和业界知名厂商，联合发布了包含六大工业互联场景的 TSN+OPC UA 智能制造测试床。 但是 5G TSN 的专利申请更多的来自 ICT 企业，目前全球范围内华为、爱立信、诺基亚、高通、Intel、三星以及 OPPO 和VIVO 两家中国终端厂商专利较多。在国内，华为积极推动面向制造业应用场景的 5G TSN 技术，OPPO、VIVO 以及一些科研高校也提出了专利申请。 从 TSN 产业应用布局来看，爱立信、华
28、为、英特尔、高通在 R16 标准冻结之前，已经有考虑 TSN over 5G 的技术方案，OPPO、三星、VIVO 大约在 2018 年之后申请专利，增速很快，非常重视其解决方案创新。TSN 的技术本身仍在发展中，本身控制器的复杂性较高。在应用时，考虑到时间同步、时延、维护业务转发状态等方面的要求，初期以局部网络应用为主。5G 对以 TSN 为代表的行业应用的支持仍在继续增强。 11 图 5 5G TSN 重点申请人专利地域分布 从专利申请地域分布来看，大部分企业选择 PCT 专利，为将来进入更多的国际市场铺垫。华为、英特尔在各个国家广泛布局。除 PCT 专利申请外，中美两国是最大的目标市场国
29、，吸引众多企业申请专利。 图 6 5G TSN 国内各省份专利申请量 在国内，广东、北京是 5G TSN 专利申请量最多的省份，主要源自行业 ICT 龙头企业。 世界知识产权组织美国中国 欧洲专利局 日本爱立信诺基亚OPPO华为高通00708090100广东北京上海江苏台湾湖北重庆安徽天津浙江5G TSN国内各省专利申请量 12 5. 创新热点企业布局各有侧重，标准必要专利已经出现 图 7 5G TSN 专利重点企业专利创新热点方向 通过对龙头企业的专利申请方向进行分类分析发现，5G over TSN 企业技术布局各有侧重。围绕 TSN 与 5G 融合的时间同步机制挑战、
30、协同流量调度机制、高可靠桥接技术有相关专利申请，其中，华为更加关注资源管理、调度技术，爱立信关注连接管理技术，英特尔关注业务管理、资源分配以及数据交换技术，高通关注同步机制和数据交换技术，OPPO 关注资源分配方案。 另一方面，经过分析发现，已有超过 60 件 5G TSN 专利申明为标准必要专利，可以看出企业申请 SEP 的节奏越来越快。 （五）5G LAN (5G 局域网) 1. 技术标准5G LAN 解决传统行业客户专网中存在的问题 在当前的行业和工业网络中，设备面临着线缆移动性限制、光纤铺设成本高、Wi-Fi 覆盖安全性差、移动性不足等问题。 13 而在传统的无线专网业务中，行业用户仅
31、能获得 IP 类型接入链路，不能获得常用的 Ethernet 类型链路，且链路可配置能力差，应用模式固化，这些问题阻碍了企业无线专网的规模和灵活性。3GPP 在 R16 阶段定义了 5G LAN 技术。5G LAN 能够向客户提供L3 层 VPN 服务（IP VRF 转发） ，以及 L2 层 LAN 服务（Ethernet局域网） ，同时 5G LAN 也支持用户移动性，支持细分子网，以及基于子网的管理能力。这些特性能解决传统行业客户专网中存在的问题。 图 8 5G LAN 解决方案 2. 申请趋势技术创新活跃，专利申请量翻倍 14 图 9 5G LAN 全球/中国专利申请趋势 5G LAN
32、全球有效专利 282 件，共计 173 个专利族。而一年前只有 130 余件，新专利大量出现。中国申请人专利申请活跃。与标准相关的专利申请从 2017 年开始出现。从技术生命周期来看，5G LAN 技术创新走向活跃，参与者较一年前新增很多。 3. 地域分布中国企业积极布局专利 图 10 5G LAN 全球专利申请人地域 5G LAN 专利的全球申请主要分布在中国，占 33%，其次是02040608000215G LAN 全球/中国专利申请趋势全球申请中国申请33%31%15%11%3%7%5G LAN全球专利申请人地域中国世界知识产权组织美国欧洲专利
33、局日本其他 15 PCT 国际专利，美国占 15%，欧专局占 11%，日本占 3%。主要是PCT 申请、中国专利、美国专利和欧洲专利。专利竞争活跃，专利申请量快速上升，竞争者数量翻番。 4. 创新主体华为和终端厂商、互联网企业创新活跃，申请量超过欧美企业 5G LAN 的专利申请更多的来自通信企业，包括运营商、设备商，其中，华为、VIVO、OPPO、腾讯、中国移动研究院排名前列。广东省专利申请量位列前茅。 图 11 5G LAN 国内各省专利申请量 5. 创新热点协议层技术、切换技术、服务质量是专利布局热点 根据我们梳理的华为、爱立信、OPPO、vivo、中兴等企业的专利布局可以看出，围绕 5
34、G LAN 协议层技术、切换技术、服务质量展开的典型专利，从专利布局方向来看，难点问题聚焦，技术方案各异。从企业布局来看，5G LAN 凭借其技术特点，具00广东 北京 四川 浙江 重庆 上海 湖北 台湾 云南 天津 安徽 江苏 湖南 福建 陕西5G LAN国内各省专利申请量 16 有广阔的应用前景，能够协助行业客户专网的灵活部署，推动行业网络深入发展。 （六）5G NPN(5G 非公共网络) 1. 技术标准场景需求推动标准化进程，垂直行业通过 NPN 构建端到端的内部 5G 网络 3GPP 已在 5G Rel16 标准中加入 NPN 场景需求、功能的研究和标准化工作，在
35、工业互联网生态系统中，垂直行业可以通过 NPN 构建端到端的内部 5G 网络，从而可以将私有流量限制在NPN 内部，而无需到达公共网络领域。 5G 专网可分为两种模式，一类是基于公网的 5G 专网，另一类是基于 NPN（Non-Public Network）的 5G 专网。按照 3GPP R16 的定义，基于 NPN 的 5G 专网也包含两种类型：PNI-NPN 和 SNPN。在 5G 专网建设的选择上，可根据不同需求使 用不同的建设模式。在侧重于低建设与维护成本，需要快速部署时，应选择基于运营商公网部署的方案；在对差异化服务有要求时，为便于在 SNPN 和 PLMN 网络间实现切换，应选择
36、PNI-NPN 方案；在对保密性有较高要求时，且对应的制造企业有较强的经济实力和技术能力的情况下，应选择独立部署的 SNPN 方案。 2. 申请趋势专利申请量激增，未来将产生更多专利 17 图 12 5G NPN 全球/中国专利申请趋势 5G NPN 在 R16 提出，与标准相关的专利申请从 2017 年开始布局，主要在 2019、2020 年公开。全球有效专利超过 446 件，共计 272 个专利族，而一年前仅有 150 余件，专利竞争活跃，2019 年之后专利申请量快速上升，竞争者数量翻番。从技术生命周期来看，5G LAN 专利竞争活跃，2019 年之后专利申请量快速上升，竞争者数量翻番。
37、 3. 地域分布更多企业采取 PCT 国际申请策略 图 13 5G NPN 全球专利申请人地域 -505002000215G NPN全球/中国专利申请趋势全球申请中国申请54%26%14%4%1%1%5G NPN全球专利申请人地域世界知识产权组织中国美国欧洲专利局日本中国台湾 18 5G NPN 专利的全球申请主要来自 PCT 国际专利，占 54%，中国专利申请占 26%，美国占 14%，专利竞争活跃，专利申请量快速上升，竞争者数量翻番。 图 14 5G NPN 重要申请人地域分布 4. 创新主体中国申请人创新活跃 VIVO、华
38、为、中兴通信、爱立信排名前列。华为主要提出了利用公共网络为垂直行业提供网络接入的方案专利。VIVO 非常重视 NPN 网络中的技术问题，围绕 NPN 中接入小区确定、信息配置方法、业务传输方法、终端和网络侧设备、终端能力标识、接入控制的方法、数据传送的保障方法布局专利。 中国美国世界知识产权组织欧洲专利局韩国北京邮电大学国家电网中国联通重庆邮电大学华为技术有限公司南京邮电大学中国移动通信集团电子科技大学腾讯中兴通讯股份有限公司 19 图 15 5G NPN 国内各省市专利申请量 广东省专利申请量位列前茅，其次是北京。 5. 创新热点非公共网络（SNPN）和非独立的非公共网络（PNI-NPN）均
39、有布局 图 16 5G NPN 专利聚类分析 00708090广东北京台湾上海5G NPN国内各省专利申请量 20 从技术分支来看，5G NPN 主要包括独立的非公共网络（SNPN）方案专利、非独立的非公共网络（PNI-NPN）方案，以及其他相关技术。从专利申请关键词聚类来看，专利申请主要涉及小区的选择（服务小区，目标小区） ，公共网络的选择，以及网络侧的标识技术。 （七）边缘计算 1. 技术标准5G MEC 蓬勃发展，应用场景广泛 5G 边缘计算，即 5G+MEC 可为制造业的提质升级提供强有力的技术支撑。5G 的低时延、高带宽特性和 MEC 对业务的近端处理，为企业部
40、署的 AR 远程协助/指导系统、预测性维护系统、远程控制、巡检机器人、视频监控等应用提供最优网络支持。通过 MEC 平台的分流模块实现了企业生产和管理数据的本地分流，保障了企业数据的安全性和私密性。MEC 平台可无缝嵌入现有工业体系中，发挥其不可替代的特性与作用。 2. 申请趋势专利申请围绕技术标准大量出现 边缘计算技术发展历程长，早在 2003 年 IBM 就开始提供基于 EDGE 的服务，但直到 2014 年以后，随着物联网技术、5G 技术和人工智能的发展，边缘计算才蓬勃发展起来。ETSI 于 2014年成立移动边缘计算规范工作组，正式宣布推动移动边缘计算标准化，将云计算平台从移动核心网络
41、内部迁移到移动接入网边缘，实现计算及存储资源的弹性利用。2016 年，ETSI 把 MEC的概念扩展为多接入边缘计算，将边缘计算从电信蜂窝网络进一步延伸至其他无线接入网络。ETSI 提出的多接入边缘计算 21 MEC 是基于 5G 演进的架构，并将移动接入网与互联网业务深度融合，它为解决工业互联网的数据分析和实时控制提供了有效手段。 图 17 边缘计算专利申请趋势 相关专利申请伴随着 ETSI 标准立项而快速推进，从 2014年开始专利量激增。2020 年较 2018 年新公开专利翻番。预测未来两年专利量继续处于高位。截止 2021 年 6 月，全球有效专利 6524 件，合并同族 5401，
42、主要是中国专利、美国专利和 PCT申请专利。 3. 地域分布产业政策推动下，我国企业积极布局边缘计算专利 050002500300020002020215G MEC全球/中国专利申请趋势全球专利中国专利 22 图 18 MEC 全球专利目标市场国 从专利技术地域来看，MEC 技术的专利全球分布主要集中在中国、美国，分别占 71%，11%。这与近年来，边缘计算一系列产业政策相继出台有关。从 2018 年起，工信部工业互联网创新发展工程系列项目中，针对工业互联网边缘计算，专门设立了“工业互联网边缘计算测试床” 、 “工业互联网边缘计
43、算基础标准和试验验证”等多个项目；科技部国家重点研发计划“网络协同制造和智能工厂”重点专项中，专门针对边缘计算设置了“工业互联网边缘计算节点设计方法与技术” 、 “典型行业装备运行服务平台及智能终端研制”等多个项目。推动我国产学研用单位围绕边缘云、5G+边缘计算等积极提交专利申请，目前全球专利申请总量已经超过其他国家。 中国71%美国11%世界知识产权组织8%欧洲专利局3%韩国2%日本1%印度1%中国台湾1%其他2%5G MEC专利目标市场国 23 图 19 5G MEC 国内各省专利申请量 MEC 专利申请，由于北京邮电大学申请量排名第一的缘故，北京市专利申请量位列国内第一，其次是广东、江苏
44、。 4. 创新主体ICT 企业积极布局边缘计算专利 边缘计算技术创新活跃，全球专利申请量快速上升，竞争者数量近年来翻番。从全球和中国申请人排名来看，中国企业和科研单位专利申请积极性非常高，全球申请量前 10 机构中国占 7 席。从申请人来看，除华为、国家电网等企业创新活跃外，北京邮电大学、重庆邮电大学、南京邮电大学、电子科技大学等科研单位，以及中国联通、中国移动等运营商从产学研用各个角度积极创新。 005006007008009001000北京广东江苏浙江上海重庆山东四川湖南陕西5G MEC国内各省专利申请量 24 第三章 工业互联网创新技术专利态势分析 （一）工业智能
45、工业智能融合了以人工智能技术为核心的先进技术，形成了面向工业场景的综合智能技术解决方案。本节工业场景范畴限定在钢铁、能源、汽车、机床、纺织、化工等典型工业生产制造应用场景。工业智能产品一方面包括在焊接机器人、喷涂机器人、加工机器人等落地工业较早且应用广泛的工业智能机器人，另一方面包括在工业有广泛应用前景的无人车等智能运载工具。如果从产业层面划分工业智能，则包括芯片、技术平台与框架、数据服务等基础层，以及用于工业预测性维护、故障检测的计算机视觉、语音识别及语义处理、机器学习等技术层，因此工业智能检索范畴从产品维度限定为工业机器人、工业智能运载工具，从产业维度限定为人工智能的基础层和技术层。 1.
46、 申请趋势工业智能产业探索不断深入，相关专利国内外均呈攀升态势 伴随工业传感技术、智能化分析技术的不断发展，工业领域海量数据全面实时感知水平不断提高，端到端深度集成和智能化建模分析能力不断提升，工业智能技术迎来良好发展机遇。对此，多国积极出台政策激励智能制造持续发展，企业基于人工智能技术不断提高工业制造效率，优化生产工业和供应链管理效率，由此带动工业智能领域的国内外专利申请量均呈现逐 25 年增长态势，反映出工业领域的智能化技术迎来新的发展阶段。 从 2011 年至 2020 年，全球工业智能专利 87860 件，中国专利 51418 件，中国的工业智能专利在全球占比份额显著，超过半数，且中国
47、工业智能专利申请趋势也逐年攀升，反映出中国工业系统和信息系统在感知、分析、决策、控制和管理方面正在不断深度融合，工业智能正在优化工业系统的协同模式，从而实现价值创造的突破。 图 20 工业智能专利申请趋势 2. 地域分布工业与智能结合成关注焦点，国际专利竞争激烈 智能制造作为未来经济发展的主要方向已获广泛认同，国际上多个国家正以工业化与信息化的充分融合为基础，以智能化技术的研发与应用为手段，积极推进传统制造行业的转型与快速提升。多国纷纷制定国家层面的战略和行动计划促进工业智能发展。 我国近年来连续出台若干重大战略文件，为智能制造发展05000000025000201120
48、001820192020工业智能专利申请趋势全球中国 26 提供了有力的制度供给。例如，在 2015 年国务院发布的积极推进“互联网+”行动指导意见中提出发展智能工厂，推动智能工业机器人的生产应用，推进生产装备智能化升级，在关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见中要求新型制造业体系基本形成；2016 年工信部和财政部的智能制造发展规划(2016-2020)中，提出到 2025 年智能制造支撑体系基本建立，2017 年的高端智能再制造行动计划（2018-2020 年） 中提出到 2020 年推动建立 100 家高端智能再制造示范企业，2018年国家智
49、能制造标准体系建设指南（2018 年版） 征求意见稿中提出要逐步建立智能制造标准体系，2019 年工信部的加快培育共享制造新模式新业态 促进制造业高质量发展的指导意见提出不断提升共享制造全流程的智能化水平，我国对工业智能领域的大力支持和投入也带动相关专利数量攀升，全球专利占比达到 59%。 图 21 工业智能专利全球地域 中国59%美国18%WIPO8%欧洲专利局4%韩国2%日本2%加拿大1%澳大利亚1%德国1%印度1%其他3%工业智能专利全球地域 27 美国也通过积极推动工业智能来引领制造业行业发展，促进生产制造向智能化方向转变。美国早在 2008 年前就提出了先进制造技术的理念，并于 20
50、09 年提出了“再工业化”等一系列战略和计划。韩国在推进智能制造技术时，以应用为导向，采用政府主导、官民合作、财阀支援的模式，集中推进智能工厂特别是中小企业智能工厂建设；德国 2013 年提出了“工业 4.0”战略以促进虚拟网络世界与现实物理世界的融合，并于 2019 年推出国家工业战略 2030计划草案，明确提出在人工智能和自动驾驶领域将加大私有资本的研发投入。这些国家的工业智能战略举措，也激励了相关专利数量的显著增加。 3. 创新主体多领域头部企业抢占工业智能新赛道，国内则以高校为创新主力 全球在工业智能领域积极创新的前十申请人包括 ICT 头部企业如 IBM、Google、百度和 Mic
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