摘要 下一代互聯網是全球各國推動科技產業革命和重塑國家長期競爭力的基礎設施和先導領域, 同樣也是高科技密布、專利密集的戰略性新興產業領域, 技術研發與創新競爭異常激烈. 本文運用專利導航方法對全球下一代互聯網互聯設備相關技術進行了分析, 通過對本導航領域多位技術專家的訪談,澄清和界定了下一代互聯網互聯設備關鍵技術的基本定義與范疇, 從總體趨勢、地域、核心申請人、核心發明人、專利強度、我國向國外申請專利, 以及技術分支等方面分析了全球及我國下一代互聯網互聯設備關鍵技術的專利布局現狀、競爭前沿和未來趨勢, 結合本導航領域國內外典型案例的總結, 對研發創新和專利運用提出了相應的導航建議.

　　關鍵詞 下一代互聯網, 未來網絡, 互聯技術, 專利導航

　　1 引言

　　最近的 20 年間, 數字經濟和創新經濟的發展前景驅使全球各國政府紛紛將發展下一代互聯網納入國家戰略范疇, 積極組織實施大規模的技術研發和創新應用. 時至今日, 圍繞革命式 (clean-slate) 和漸進式 (evolution) 兩類技術路線 [1] 對未來網絡體系架構的創新和應用迅速增長, 面向全球各類網絡、各類應用場景互聯的下一代互聯網, 正在成為培育國家核心競爭力、塑造未來網絡社會和智能社會經濟發展優勢的泛在、先進的基礎設施. 作為戰略新興產業的重要發展方向, 未來網絡預計在 2030 年將支撐人機物、全時空、安全、智能的萬億級連接與服務 [2].

　　在此背景下, 下一代互聯網互聯設備的技術研發和創新應用漸趨與移動通信網絡、物聯網、海底互聯網、衛星互聯網、無線傳感器網絡, 以及特定專用網絡融合發展.圍繞下一代互聯網互聯設備的技術研發和創新應用, 正在形成一個邊界不斷變化的多學科交叉研究領域. 同時期, 全球知識產權保護浪潮下各國信息通信技術專利的密集增長, 加大了對下一代互聯網互聯設備的技術研發和創新應用態勢與方向的研判難度.

　　為此, 本文以下一代互聯網互聯設備關鍵技術為專利導航領域 (簡稱 “本導航領域”), 著眼于全球視野, 綜合運用專利數據、綜述性學術論文、技術標準、行業研究報告, 以及相關產業規劃和政策等信息展開分析, 旨在為深化專利制度運用、促進專利工作深度融合并支撐技術研發與創新、探索專利導航研究方法并豐富理論內涵做出貢獻.

　　2 技術與理論背景

　　2.1 技術背景

　　隨著互聯網應用規模的不斷擴大以及用戶需求的不斷增長, IPv4 地址空間面臨耗盡威脅, 互聯網工程任務組 (IETF) 自 20 世紀 90 年代開始規劃下一代協議 IPv6, 并在最近的 10 年間開始實施從IPv4 到 IPv6 的大規模平滑過渡. 簡要梳理了 1993∼2020 年全球 IPv6 技術規劃和產業政策的主要發展脈絡.盡管全球各國不斷升級和改造互聯網基礎設施, 基于 IP 架構的傳統互聯網仍然在面臨日益嚴峻的安全性、移動性、可擴展性、管控性、綠色節能等問題 [3].

　　為此, 在最近的 20 余年間, 美國政府先后資助并實施了一系列項目。 數百所大學和研究機構以及難以計數的企業參與了具體項目的研究開發和工程建設工作當中, 如: GENI, FIND, FIA, FIA-NP 等. 同時期, 日本、韓國等發達國家和歐洲地區以及我國也分別開展下一代互聯網的實驗部署和技術研發工作, 如歐洲的 FIRE, 4WARD和 SAIL, 日本的 AKARI, JGN-X, RISE, 韓國的 KREONET, 以及中國的 CNGI (下一代互聯網示范工程). 2012 年, 我國政府將下一代信息網絡產業正式列入國家戰略性新興產業. 2013 年,《國家重大科技基礎設施中長期規劃 (2012∼2030 年)》明確提出建設未來網絡試驗設施 (CENI), 以突破未來網絡基礎理論和支撐新一代互聯網實驗.

　　2.2 理論背景

　　自 2014 年以來, 國家專利導航試點工程深入推進. 專利導航正在克服和超越傳統專利分析研究的局限, 堅持客觀、中立的第三方視角, 以發現問題、提出對策、支撐決策為主導方向, 為深化專利制度運用、促進專利相關活動全面融入科技創新做出積極的貢獻. 近年來, 對以高校作為創新主體開展的專利導航實踐進行總結后發現: 專利導航是著眼于全球科技創新前沿和趨勢、積極貫徹國家戰略部署, 從科技創新的宏觀布局、中觀組織和微觀實施 3 個層面引導和支撐相關主體開展高質量創新的機制性工具.

　　早期提出的下一代互聯網以及當下的未來網絡、新一代互聯網等, 總體上屬于信息與通信技術領域. 從宏觀來看, 全球各國于 2001∼2020 年間申請的信息與通信技術 (ICT) 發明專利總量超過 120 萬組專利族 [4], ICT 領域的研發與創新呈現出了顯著的不確定性 (uncertainty)、網絡效應 (network externality)和交叉融合 (crossing and integration) 等特點, 基于專利導航視角的研究, 能夠為本導航領域的研發創新帶來新的啟示.

　　從專利導航的視角看, 不確定性主要體現在對下一代互聯網的含義、下一代互聯網互聯設備關鍵技術的范疇以及對不同技術路線、方案及其應用前景的認識上. 無論是作者們的討論, 還是對本導航領域多位專家的訪談, 均不同程度地表現出了觀點上的分歧. 綜合各種意見, 關于本導航領域的基本理解是: 新問題、新需求的應對始終不斷地豐富和擴展下一代互聯網互聯設備關鍵技術的內涵, 盡管短時期內技術邊界相對穩定, 但始終以開放和變化為主. 當前的人工智能、大數據、5G 移動通信、車聯網、智慧傳感網絡、工業互聯網等新興網絡中的互聯設備都會在未來的互聯網絡當中應用.

　　下一代互聯網互聯設備既包括硬件, 也包括軟件, 具體涉及以設備、裝置、系統、方法、協議、算法、芯片和架構為主題、具有互聯功能的專利技術. 但是, 不涉及互聯設備及零部件的原材料生產、加工制造, 不涉及設備運行所需的基礎軟件以及設備之上搭載的應用程序等專利技術.

　　這種界定主要考慮了專利導航的研究目標、訪談專家意見、文獻綜述, 以及專利的初步檢索結果等因素.網絡外部性研究認為 [5], 通過互聯網消費的商品和服務往往需要和其他商品或服務共同使用, 否則其價值將減少, 甚至沒有價值. 并且, 這些商品和服務的消費者越多, 它們就越有價值. 這給互聯設備的技術研發與創新帶來了重要啟示. 首先, 互聯設備的技術研發與創新無法孤立存在, 既要遵循有關政策法規、技術標準與通信規范的規定, 也要與網絡體系架構和現有網絡設備相兼容, 并避免侵犯第三方的合法專利權.

　　其次, 本導航領域的 “先下手為強” 和 “贏者通吃” 現象對技術研發和創新的速度、方向和技術路線選擇提出了非常高的要求, 表明了技術競爭的激烈程度. 此外, 穩定的、經濟的、成規模的互聯分別代表了技術、產業和應用層面的基本需求, 是衡量技術研發與創新成功與否的關鍵要素.

　　交叉融合代表了下一代互聯網科技和工程創新所要解決的技術問題的綜合性、復雜性和系統性.學科方面, 本導航領域涉及計算機科學與技術、信息與通信工程、集成電路科學與工程 3 個一級學科的交叉, 集成電路科學與工程于 2021 年新近成為交叉學科 (學科門類代碼為 14) 下的一級學科. 應用方面, 本導航領域涉及在未來網絡、5G 移動通信網絡、移動互聯網、工業互聯網、衛星互聯網、水下互聯網、物聯網、傳感器網絡、自組織網絡等網絡中的融合應用. 傳輸介質方面, 本導航領域涉及通過有線介質 (光纖、同軸電纜、雙絞線等) 和無線介質 (微波、無線電波和紅外線) 的傳輸.

　　此外, 技術分支專利申請態勢的相對趨同也說明了本導航領域相關技術研發和創新應用呈現出了交叉融合特征,這將在本文 4.1 小節詳細描述.交叉融合也是專利導航研究的一般特征. 從研究團隊成員的知識結構來看, 涉及管理學、法學、工學、經濟學等學科門類, 背景經歷涉及行業管理、科研管理、產業規劃及政策研究、標準化、技術研發、專利審查、法律實務、情報分析等, 基于成員間的有效協同, 充分發揮了不同學科、不同領域的知識融合與交叉優勢.

　　從信息來源和分析方法看, 專利導航基于專家訪談意見, 以專利數據分析為核心,結合來自于政府、企業、高校、科研機構、標準化組織, 以及技術中介服務機構等多種渠道的信息, 綜合運用調查、文獻研究、信息研究、描述性研究、定性分析、案例研究和實證經驗總結等多種研究方法開展研究.

　　3 下一代互聯網互聯設備關鍵技術

　　專利導航的實施專利導航研究中的專利檢索屬于基于技術調查目的的檢索, 有別于自由實施檢索、侵權檢索、無效檢索和可專利性檢索等, 是專利導航分析的基石 [6]. 為了確保專利檢索的查準率 (precision) 和召回率 (recall), 需要劃分技術分支、制定專利檢索策略并采取一些必要的數據處理措施.

　　3.1 技術分支劃分綜合信息分析和專家訪談結果, 本導航領域的技術分支涉及對新型網絡架構的支持、關鍵機理的應用和關鍵性能的實現. 其中, 新型網絡架構既包含對 TCP/IP 網絡架構的改進, 也包含與 TCP/IP架構有顯著區別的新型網絡架構. 關鍵機理是指目前正在應用以及未來具有良好應用前景的熱點技術. 關鍵性能是指滿足未來網絡關鍵功能需求的重要技術.

　　3.2 關鍵詞及專利檢索策略根據文獻研究、專家訪談、研究團隊討論, 以及專利試檢結果, 經多輪調整后最終確定關鍵詞. 部分關鍵詞由中文譯為英文, 考慮并增加了部分英文關鍵詞的下位詞、同義詞、縮略詞、別稱詞等. 分支檢索式的構建, 除了關鍵詞之外, 還利用專利著錄項 (名稱、摘要、權利要求書等)、國際專利分類號(IPC 大組或小組層面)、聯合專利分類號 (CPC 大組或小組層面) 和檢索日期等要素的邏輯運算關系進行了補充或限定, 盡力克服關鍵詞無法準確窮盡的缺陷. 最后構建分支檢索式之間的邏輯運算, 形成本導航領導的最后專利檢索式. 邏輯運算符根據專利檢索規則和檢索要素之間的實際關系選定.

　　3.3 關于數據處理及統計分析的說明下一代互聯網最早由美國克林頓政府于 1996 年正式提出。因此, 本文選用 Innography 全球專利數據庫, 檢索時段為 1996 年 1 月 1 日 ∼ 2020 年 10 月 31 日. 下文數據統計分析口徑中出現的 “我國” 和 “國內”、“中國” 均不包含中國香港、中國澳門和中國臺灣地區的數據. 對部分專利申請人/專利權人的名稱變更、并購、分立等情形進行了歸一化處理. 對我國部分核心發明人的專利申請數量進行了歸并 (例如, 合并了 Li Ming, Ming Li 的專利) 或拆分 (區分了李明與李銘的同音不同字情形。

　　或李明在 A 單位和 B 單位的同名情形), 通過抽檢和清洗對數據進行了降噪處理.鑒于專利從申請到公開會存在的 18 個月左右的審查期限, 以及實踐中還會出現的一些延長專利公開時間的情形, 涉及的近三年專利數量統計會少于實際申請量. 統計年份越接近當下的,專利申請公開的數量下降的越為明顯.4 專利數據分析本導航領域最終檢索得到 40510 組專利族, 其中一半以上已經處于失效狀態, 有效專利和審中專利的申請數量也較大, 反映了本導航領域技術研發和創新迭代速度快、專利密集的特點.

　　4.1 總體趨勢分析

　　全球專利申請數量自 2000 年以來開始顯著增加, 中間經過 2006∼2009 年的平臺型調整后繼續增長, 直至 2015∼2016 年前后達到顛峰, 2017 年以后有所下降.2003 年, 我國申請的專利數量占比全球專利申請數量的 10%, 并在此后持續上升至 2011 年. 2015 年以后, 不同于全球專利申請數量的穩中有降, 我國專利申請數量占比全球專利申請數量持續增長, 2018 年首次占比超過全球專利申請數量的 50%. 從已公布的專利申請數量來看, 中國專利申請數量占比全球專利申請數量仍在持續上升.

　　此外, 1996∼2003 年期間, 我國在本報告技術領域的技術創新總體追隨全球大勢, 最早申請中國專利的時間比全球約晚 2 年左右. 2004∼2013 年是本導航領域我國專利申請數量迅速增長, 且在全球專利申請活動中影響力不斷提升的 10 年. 最近 5 年, 我國的專利申請數量已經超過全球其他國家, 并保持增長態勢.本導航領域技術分支的專利申請趨勢.

　　從時間維度的連續變化來看, 3 個技術分支的專利申請數量的變化趨勢總體上相近, 一方面體現了新型網絡架構、技術機理和關鍵性能在技術研發和創新方面的多重關聯; 另一方面, 也體現了互聯網技術你中有我、我中有你的獨特屬性, 難以簡單地將某件專利明確地單獨歸屬于某一技術分支. 具體到特定年份來看, 2000 年以前, 關鍵機理技術專利的申請活動最早出現, 且數量優勢相對明顯. 隨后新型網絡架構和關鍵性能技術的研發與創新漸趨活躍, 專利數量開始增長.

　　5 專利運用典型案例

　　專利運用既是對專利質量和價值的檢驗, 也是高價值專利培育的最終目標. 國外創新主體的專利運用往往通過技術型企業之間的收購、許可和訴訟, 以及設立創新企業來實現, 國內創新主體的專利運用除企業間的市場行為之外, 本部分側重于介紹高校與科研院所的專利運用實踐.

　　5.1 國外案例

　　(1) 思科公司. 思科早在 1986 年就在市場上推出了第 1 臺多協議路由器, 并開發了繁雜的路由器私有協議, 如內部網關路由協議 (interior gateway routing protocol, IGRP)、思科交換鏈路內部協議和動態 ISL 協議 (inter-switch linking protocol and dynamic ISL protocol, ISL&DISL)、思科發現協議(Cisco discovery protocol, CDP) 等. 基于這些私有協議的部分機制申請的專利, 導致全球其他網絡設備制造商都無法未經其許可而制造和銷售符合這些包含私有協議的產品.

　　2003 年 1 月, 思科在美國德州馬歇爾聯邦地區法院向我國華為公司及其在美國的兩家子公司Huawei America, Inc. 和 FutureWei Technologies, Inc. 提起訴訟, 成為中美 ICT 領域知識產權的第一案. 思科指控華為侵犯了至少 5 項與思科路由器 “私有協議” 相關的專利權以及版權、商業秘密和不正當競爭等. 雙方圍繞是否構成知識產權各持一詞, 未進行專利是否侵權和濫用的審查, 最終該案以和解告終, 和解內容至今保密. 該案影響深遠, 2003 年 3 月, 華為與美國 3COM 公司合資成立了華三(H3C) 公司, 正式打開了美國市場的大門.

　　此后至今, 思科與華為的交鋒一直沒有停止過.(2) 交互數字通信公司. 交互數字通信公司 (Interdigital Communication, IDC) 創立于 1972 年,是一家以專利許可為經營模式的公司. IDC 為全球的移動設備、網絡和服務提供無線和視頻技術, 以及安全技術、傳感器技術和其他相關領域的技術開發, 擁有無線通信技術領域中 2G, 3G, 4G 標準下的大量必要專利和專利申請, 它持有的 34000 余項專利廣泛用于手機、平板、筆記本等電子終端設備,以及包括基站在內的無線基礎設施設備、無線設備的組件、加密狗和模塊, 以及物聯網設備和軟件平臺等.IDC 在發展過程中通過專利收購和頻繁發起專利訴訟來獲取巨額利潤.

　　比如, 2003 年與愛立信和解了專利侵權訴訟; 2014 年與三星電子公司簽署了專利許可協議; 2016 年與蘋果和華為簽署了許可協議, 收購了傳感器處理技術的先驅企業 Hillcrest Labs; 2017 年與 LG 簽署專利許可協議; 2018 年收購了特藝 (Technicolor) 的專利許可業務; 2019 年收購了特億公司的技術研發與創新業務.(3) VirnetX. VirnetX 是一家創立于 2005 年、總部位于美國內華達州的互聯網安全軟件和技術公司. 該公司對外宣稱開發了安全域名注冊和 Gabriel 技術, 使用了加密認證域名、計算機網絡地址和公鑰的獨特組合, 允許跨網絡安全驗證. 與 Gabriel 技術相比, VirnetX 的主要盈利模式并非是依靠科技上的重大突破, 而是其根據對科技巨頭技術方向的研究, 搶先注冊專利, 為市場上的龍頭企業提供專利許可來獲利.

　　6 結論與建議

　　專利導航研究強調從專利數據分析到專利運用效益的實現, 研究結論定位于從國家、行業、地方、創新主體及發明人團隊等不同層面為技術研發與創新活動提供啟示和建議. 我國在本導航領域是全球持有專利數量最多的國家, 但并非技術研發與創新水平最高的國家. 根據專利導航分析結果來看, 我國要想實現在本導航領域的既定目標, 應當采取一些必要的措施.首先, 我國在本導航領域的專利強度整體不高, 跨國企業數量較少、全球專利布局能力較弱. 互聯網中的互聯設備是典型的跨國界應用, 即使在具體場景下的特定應用, 也極其容易在境外被復制和應用, 只有具備強大的專利儲備和運用能力的國際化企業才能讓高價值專利通過國外專利布局發揮更大作用.

　　因此, 應當以國際視野和格局深刻認識本導航領域的技術研發和創新對于我國新型基礎設施建設和未來經濟社會發展的戰略意義, 將培育高價值專利同培育國際化企業的目標結合起來. 建議有關部門繼續強化政策支持和產業扶持力度, 引導財政預算和社會資本投向本導航領域的關鍵性能相關技術的研發和創新、高價值專利培育, 以及國外專利布局, 扶持高技術企業孵化和高技術創業企業發展,培育少數高潛力企業成長為跨國企業.

　　其次, 我國高校和科研機構在本導航領域擁有大量專利, 但實現對外許可和轉讓的專利所占比例總體低于 5% [7], 相比美國頂尖大學和科研機構 40% 以上的專利轉讓和許可, 面向產業轉化應用的潛力巨大. 建議進一步加強高校和科研機構的專利轉移轉化工作. 一是堅持技術研發和創新的專利成果運用導向和價值實現目標. 創新優化高校和科研機構與本導航領域龍頭企業和高科技企業的合作研發機制, 提高合作研發的專利布局, 尤其與本土國際化企業的合作, 讓專利在跨國應用中發揮更大的價值; 根據 ICT 領域全球互聯互通、技術領域細分和專利密布等特點, 發揮專利組合效應, 提高國外專利布局質量和能力, 促進專利組合的整體實施和轉化.

　　二是提升高校和科研機構創新管理水平. 嚴格落實國家關于高校和科研機構知識產權工作的規范要求, 將專利檢索與分析、專利挖掘、專利布局、專利管理和運營等工作貫穿于技術研發和創新活動實施的全流程中, 針對存量專利開展分級管理, 對增量專利申請施行前置評估. 三是提升高校和科研機構的專利轉化實施效果. 一方面, 支持掌握高新技術的教師和畢業生創新創業, 依托學校產業資源孵化科技創新企業, 讓實驗室里的專利成果直接得到實施應用. 另一方面, 利用好市場上的專業服務機構和技術交易平臺等需求對接渠道, 促進高校和科研機構的技術優勢與企業市場需求有效結合, 引導專利成果的跨界應用.再次, 我國在 SDN、NFV、邊緣計算等影響下一代互聯網互聯設備創新方向和技術研發的領域存在技術引領和專利產出上的劣勢.

　　一是建議在國家級規劃和相關產業發展規劃中統籌考慮本導航領域的長期發展需求, 引導相關企業、高校和科研機構的優勢資源進行整合, 圍繞未來網絡實驗研究與規模部署、IPv6 網絡過渡與部署、SDN 和 NFV 等與互聯設備形態與功能等密切相關的關鍵機理類技術在特定場景應用涉及的基礎科學和技術問題組織開展專項研發, 推動規模部署. 二是關注相關技術發展對下一代互聯網互聯設備形態和性能的突破性影響, 如 6G 技術、衛星互聯網技術、網絡切片技術、自組織網絡技術、分段路由技術、流量工程技術、可編程技術等, 預判可能出現的顛覆性技術對下一代互聯網發展趨勢的重大改變, 提早介入并應對.

　　最后, 相比發達國家的跨國企業, 我國絕大多數創新主體的專利運用手段相對匱乏, 缺乏與跨國企業直接交鋒的經驗, 專利運用能力不足. 建議考慮采取以下舉措:

　　一是探索高校、科研機構與企業和中介服務機構相關人員的雙向交流與流動機制, 依托技術轉移轉化項目培養一批熟悉知識產權、法律、商業和技術標準化的復合型高端人才. 二是強化專利信息深度運用. 持續跟蹤本導航領域創新主體的專利布局動向, 建立研發級別的專利信息數據庫, 為需求分析、技術路線、標準化、專利運營、產品和服務研發以及風險預警等提供支撐. 三是跟蹤和分析最新的標準化需求和趨勢分析, 將專利挖掘、布局、許可轉化等工作與標準化深度融合, 實施專利標準化戰略.綜合來看, 下一代互聯網互聯設備的技術研發與創新是一項系統工程, 不單純是技術方案的選擇,更是涉及各國戰略和產業政策層面的角逐, 涉及市場規模和商業競爭環境等. 專利導航研究不僅是方向的引領, 更是以創新應用為目標、推動補足相應短板的決策支撐工具. 為了最大程度地理解和把握技術研發與創新過程中存在的機會和不確定性, 專利導航作為一種有效途徑, 已經成為跨學科、跨領域的交叉研究的范例, 今后將在更多的領域得到應用和發展.

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　　作者：賈宏君1, 周靜2,3*, 喬開文4, 張丹5, 謝祥3, 劉杰6, 婁穎7, 張銘8, 馬躍2,張柏秋9, 何笑冬10, 張凌宇2,3, 鄭曄晴2,3, 鄒昊7, 劉科3