[发明专利]一种基于本地差分隐私的智能电网数据聚合方法

说明书

本发明提供一种基于本地差分隐私的智能电网数据聚合方法。智能电表在本地把用户用电数据在数据域上划分为多个组别，然后把划分后的多组数据进行离散化处理。智能电表对离散化后的数据进行k‑RR随机响应产生扰动数据。之后智能电表把扰动后的数据发送给网关。网关对收到的区域内的扰动数据进行频率分析矫正聚合。网关把聚合数据发送给控制中心。相较于传统的同态加密数据聚合方案，基于本地差分隐私的数据聚合方案可以在不依赖第三方的情况下拥有较小的计算开销和通信开销。

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，涉及一种基于本地差分隐私的智能电网数据聚合方法，具体涉及一种面向智能电表发布数据的基于条件概率数据离散化的本地差分隐私技术。

背景技术

随着物联网技术的迅速发展，智能电表也成为电力公司研究的主要目标。相较于传统的电网来说，智能电网不需要大量的人力成本，它能够实现对区域内用户用电情况的实时监控与预测，给予用户更好的用电指导，防止大规模的用电坍塌等问题，拥有较好的可持续性。用电数据包含用户的个人隐私，因此智能电表的用电数据隐私保护问题是电网公司需要考虑的一个重大问题。

传统的用电数据隐私保护手段是使用加密技术。为了实现对区域内用户的实际监控，智能电表需要对用户的用电数据频繁采集。由于智能电表的计算资源有限，频繁的加解密过程会造成大量的计算开销，导致智能电表崩溃。此外，实际过程中会存在用户的加入与退出，如何降低这一过程的计算成本也是电力公司所需要考虑的问题之一。

发明内容

针对智能电表计算资源有限的问题，本发明的目的在于提供一种基于本地差分隐私的智能电网应用场景下的数据聚合方法，主要解决当前传统的加密算法在智能电网计算开销过大的问题，实现对区域内居民用户的实时监控与提供用电指导。

本发明提供一种基于本地差分隐私的智能电网数据聚合方法，包括以下步骤：

步骤一：系统初始化操作，控制中心发布智能电网数据聚合过程所需要的参数给网关和智能电表用户；

步骤二：智能电表根据接收到的参数对用户的用电数据进行分组处理再扰动后发送给网关；

步骤三：网关对所覆盖范围内智能电表发送来的数据进行聚合处理，然后把得到的结果发送给用电控制中心。

上述方案中，智能电网数据聚合所需要的参数包括差分隐私预算大小、用户用电数据按照数据域划分的位数，每个组别所需要划分的区间长度，每个组别数据的合法范围，以及智能电表执行采集任务的时间频率与起始发布时间。

进一步方案中，所述步骤二具体方法如下：

(2.1)智能电表对单位时间内所采集用电数据，然后在数据域上按照划分位数d进行划分为多个组别，即每个组别的数据范围为[0～10^d)。

(2.2)对每个组别的数据按照一定的条件概率进行离散化处理。

(2.3)对离散化的数据进行k-RR随机扰动。

(2.4)把扰动后的数据发送给网关。

进一步方案中，所述步骤三具体方法如下：

(3.1)网关对收集来的所有组别的数据按照所有可能的值进行统计计数。

(3.2)网关利用(3.1)中的统计结果对每个组别所有可能出现的值进行估计得到频数的矫正值。

(3.3)网关对频数的矫正值按照其所属比重进行累计求和，得到该区域内居民用电的总的估计值。

(3.4)网关把总的用电估计值发送给控制中心，由控制中心提供用电监控与指导。

通过上述技术方案，本发明提供一种面向智能电表发布数据的基于条件概率数据离散化的本地差分隐私技术，具有以下有益效果：