本發(fā)明涉及協(xié)同計(jì)算，尤其涉及一種多主體靈活資源分布式協(xié)同優(yōu)化的隱私保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，越來越多的應(yīng)用場景需要對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以提高服務(wù)質(zhì)量和效率。然而，在這些應(yīng)用場景中，往往存在著多個(gè)數(shù)據(jù)源或參與方，他們之間可能存在競爭或合作關(guān)系，并且對自己的數(shù)據(jù)有著較高的隱私保護(hù)需求。例如，在智能電網(wǎng)中，電力供應(yīng)商、電力需求者、電力調(diào)度者等多方需要共同優(yōu)化電力資源配置和消費(fèi)策略，但是他們又不愿意將自己的敏感信息(如負(fù)荷曲線、價(jià)格信息等)直接暴露給其他方。因此，在這些場景中，傳統(tǒng)的基于中心化的明文數(shù)據(jù)處理方式無法滿足隱私保護(hù)要求。

2、在一個(gè)由n個(gè)需求側(cè)靈活資源聚合商(如虛擬電廠、智能樓宇、電動汽車運(yùn)營商等)和1個(gè)電力調(diào)度者組成的協(xié)同優(yōu)化場景中。每個(gè)需求側(cè)靈活資源聚合商有著自己的用電需求和成本函數(shù)，以及一定的靈活性，可以根據(jù)電力調(diào)度者給出的價(jià)格信號或激勵機(jī)制來調(diào)整自己的用電情況。電力調(diào)度者的目標(biāo)是最小化系統(tǒng)總成本，例如最小化發(fā)電成本和需求側(cè)激勵成本。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，電力調(diào)度者需要知道每個(gè)需求側(cè)靈活資源聚合商的用電需求和靈活性，以及他們對價(jià)格信號或激勵機(jī)制的響應(yīng)函數(shù)。然而，這些信息是每個(gè)需求側(cè)靈活資源聚合商的隱私數(shù)據(jù)，他們不愿意直接透露給電力調(diào)度者或其他方?；诖颂岢龅南嚓P(guān)分布式優(yōu)化及其隱私保護(hù)方法，其主要思路和方法主要可以分為以下兩種：一是利用差分隱私的方法，在聚合商向電力調(diào)度者發(fā)送原始數(shù)據(jù)前，對原始數(shù)據(jù)加入隨機(jī)噪聲進(jìn)行擾動，這樣做在選擇合適差分隱私參數(shù)的情況下，可以大致保證協(xié)同優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性；二是利用paillier等半同態(tài)加密方法，聚合商將同態(tài)加密后的數(shù)據(jù)發(fā)送至電力調(diào)度者進(jìn)行同態(tài)計(jì)算聚合，電力調(diào)度者最終解密聚合計(jì)算的結(jié)果從而得到最終的協(xié)同優(yōu)化計(jì)算結(jié)果。

3、然而，需求側(cè)靈活資源分布式優(yōu)化場景具有聚合商多、協(xié)同優(yōu)化交互數(shù)據(jù)量大、協(xié)同優(yōu)化結(jié)果精度要求高、優(yōu)化時(shí)間時(shí)效性要求較高等特點(diǎn)。前述方法一，利用差分隱私的方法雖然額外的計(jì)算量小且不需引入額外的通信開銷，但因引入了隨機(jī)噪聲，導(dǎo)致協(xié)同優(yōu)化結(jié)果準(zhǔn)確度存在一定程度的下降(聚合商側(cè)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的越徹底、協(xié)同優(yōu)化的精度就下降越多)；前述方法二，利用半同態(tài)加密算法的方法，雖然計(jì)算精度很高，安全性也很強(qiáng)，但是對聚合商側(cè)和電力調(diào)度側(cè)都引入了額外的同態(tài)加解密計(jì)算開銷，密文膨脹效果明顯，并不完全適用于時(shí)效性要求較高的協(xié)同優(yōu)化場景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多主體靈活資源分布式協(xié)同優(yōu)化的隱私保護(hù)方法，以解決現(xiàn)有的分布式優(yōu)化方案無法同時(shí)滿足時(shí)效性和準(zhǔn)確度要求的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明實(shí)施例第一方面提供了一種多主體靈活資源分布式協(xié)同優(yōu)化的隱私保護(hù)方法，應(yīng)用于聚合商側(cè)的靈活資源端，包括：通過參數(shù)初始化生成第一計(jì)算參數(shù)；生成本輪迭代的掩碼值，其中，生成的本輪迭代的掩碼值和其他聚合商側(cè)的靈活資源端生成的掩碼值之和為0；根據(jù)本地目標(biāo)函數(shù)和第一計(jì)算參數(shù)構(gòu)建第一預(yù)設(shè)函數(shù)，并計(jì)算所述第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)；根據(jù)第一計(jì)算參數(shù)、所述第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)和本輪迭代的掩碼值計(jì)算第一中間參數(shù)，并將第一中間參數(shù)發(fā)送至電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端；根據(jù)所述電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端是否返回更新后的第一計(jì)算參數(shù)確定是否基于更新后的第一計(jì)算參數(shù)進(jìn)行下一輪迭代，其中，每一輪的迭代過程包括生成本輪迭代的掩碼值至將第一中間參數(shù)發(fā)送至電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端的過程；輸出最后一輪迭代過程計(jì)算的第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)。

4、可選地，所述生成本輪迭代的掩碼值，包括：生成第一隨機(jī)向量；接收預(yù)匹配的聚合商側(cè)的靈活資源端發(fā)送的第二隨機(jī)向量，其中，每個(gè)聚合商側(cè)的靈活資源端預(yù)匹配的聚合商側(cè)的靈活資源端各不相同；根據(jù)所述第一隨機(jī)向量和所述第二隨機(jī)向量的差值生成本輪迭代的掩碼值。

5、可選地，在通過參數(shù)初始化生成第一計(jì)算參數(shù)之前，還包括：和電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端和其他聚合商側(cè)的靈活資源端建立安全信道。

6、本發(fā)明實(shí)施例第二方面提供了一種基于靈活資源的分布式協(xié)同優(yōu)化方法，應(yīng)用于電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端，包括：通過參數(shù)初始化生成拉格朗日乘子和掩碼方陣，并根據(jù)所述掩碼方陣對第一全局約束參數(shù)和第二全局約束參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到第一轉(zhuǎn)換參數(shù)和第二轉(zhuǎn)換參數(shù)；接收全部聚合商側(cè)的靈活資源端發(fā)送的第一中間參數(shù)，并將全部第一中間參數(shù)相加得到第二中間參數(shù)；根據(jù)拉格朗日乘子、第二中間參數(shù)、第二轉(zhuǎn)換參數(shù)和預(yù)設(shè)的梯度參數(shù)更新拉格朗日乘子；判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，若達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，則結(jié)束計(jì)算，若沒有達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，則根據(jù)第一轉(zhuǎn)換參數(shù)和更新后的拉格朗日乘子更新第一計(jì)算參數(shù)，將更新后的第一計(jì)算參數(shù)發(fā)送至聚合商側(cè)的靈活資源端，并進(jìn)入下一輪迭代，其中，每一輪的迭代過程包括接收全部聚合商側(cè)的靈活資源端發(fā)送的第一中間參數(shù)至將更新后的第一計(jì)算參數(shù)發(fā)送至聚合商側(cè)的靈活資源端的過程。

7、可選地，所述判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，包括：判斷迭代輪數(shù)是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)或拉格朗日乘子的變化范圍是否達(dá)到預(yù)設(shè)終止值，若迭代輪數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)或拉格朗日乘子的變化范圍達(dá)到預(yù)設(shè)終止值，則達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，若迭代輪數(shù)沒有達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)且拉格朗日乘子的變化范圍沒有達(dá)到預(yù)設(shè)終止值，則沒有達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件。

8、可選地，在接收全部聚合商側(cè)的靈活資源端發(fā)送的第一中間參數(shù)之前，還包括：和聚合商側(cè)的靈活資源端建立安全信道。

9、本發(fā)明實(shí)施例第三方面提供了一種基于隱私計(jì)算的聯(lián)合協(xié)同計(jì)算系統(tǒng)，包括：電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端和若干聚合商側(cè)的靈活資源端，每個(gè)所述聚合商側(cè)的靈活資源端均和所述電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端通信連接，且任意兩個(gè)所述聚合商側(cè)的靈活資源端之間相互通信連接；聚合商側(cè)的靈活資源端通過參數(shù)初始化生成第一計(jì)算參數(shù)；電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端通過參數(shù)初始化生成拉格朗日乘子和掩碼方陣，并根據(jù)所述掩碼方陣對第一全局約束參數(shù)和第二全局約束參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到第一轉(zhuǎn)換參數(shù)和第二轉(zhuǎn)換參數(shù)；聚合商側(cè)的靈活資源端生成本輪迭代的掩碼值，其中，生成的本輪迭代的掩碼值和其他聚合商側(cè)的靈活資源端生成的掩碼值之和為0，根據(jù)本地目標(biāo)函數(shù)和第一計(jì)算參數(shù)構(gòu)建第一預(yù)設(shè)函數(shù)，并計(jì)算所述第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)，根據(jù)第一計(jì)算參數(shù)、所述第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)和本輪迭代的掩碼值計(jì)算第一中間參數(shù)，并將第一中間參數(shù)發(fā)送至電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端；電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端接收全部聚合商側(cè)的靈活資源端發(fā)送的第一中間參數(shù)，并將全部第一中間參數(shù)相加得到第二中間參數(shù)，根據(jù)拉格朗日乘子、第二中間參數(shù)、第二轉(zhuǎn)換參數(shù)和預(yù)設(shè)的梯度參數(shù)更新拉格朗日乘子；電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，若達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，則電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端結(jié)束計(jì)算，聚合商側(cè)的靈活資源端輸出最后一輪迭代過程計(jì)算的第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)，若沒有達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，則電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端根據(jù)第一轉(zhuǎn)換參數(shù)和更新后的拉格朗日乘子更新第一計(jì)算參數(shù)，將更新后的第一計(jì)算參數(shù)發(fā)送至聚合商側(cè)的靈活資源端，并進(jìn)入下一輪迭代，其中，每一輪的迭代過程包括聚合商側(cè)的靈活資源端生成本輪迭代的掩碼值至電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端將更新后的第一計(jì)算參數(shù)發(fā)送至聚合商側(cè)的靈活資源端的過程。

10、本發(fā)明實(shí)施例第四方面提供了一種聚合商側(cè)的靈活資源端，其特征在于，包括：第一初始化模塊，用于通過參數(shù)初始化生成第一計(jì)算參數(shù)；掩碼生成模塊，用于生成本輪迭代的掩碼值，其中，生成的本輪迭代的掩碼值和其他聚合商側(cè)的靈活資源端生成的掩碼值之和為0；最小值計(jì)算模塊，用于根據(jù)本地目標(biāo)函數(shù)和第一計(jì)算參數(shù)構(gòu)建第一預(yù)設(shè)函數(shù)，并計(jì)算所述第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)；第一參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)第一計(jì)算參數(shù)、所述第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)和本輪迭代的掩碼值計(jì)算第一中間參數(shù)，并將第一中間參數(shù)發(fā)送至電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端；第一迭代模塊，用于根據(jù)所述電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端是否返回更新后的第一計(jì)算參數(shù)確定是否基于更新后的第一計(jì)算參數(shù)進(jìn)行下一輪迭代，其中，每一輪的迭代過程包括生成本輪迭代的掩碼值至將第一中間參數(shù)發(fā)送至電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端的過程；輸出模塊，用于輸出最后一輪迭代過程計(jì)算的第一預(yù)設(shè)函數(shù)的值最小時(shí)對應(yīng)的本地目標(biāo)參數(shù)。

11、本發(fā)明實(shí)施例第五方面提供了一種電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端，包括：第二初始化模塊，用于通過參數(shù)初始化生成拉格朗日乘子和掩碼方陣，并根據(jù)所述掩碼方陣對第一全局約束參數(shù)和第二全局約束參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到第一轉(zhuǎn)換參數(shù)和第二轉(zhuǎn)換參數(shù)；第二參數(shù)計(jì)算模塊，用于接收全部聚合商側(cè)的靈活資源端發(fā)送的第一中間參數(shù)，并將全部第一中間參數(shù)相加得到第二中間參數(shù)；乘子更新模塊，用于根據(jù)拉格朗日乘子、第二中間參數(shù)、第二轉(zhuǎn)換參數(shù)和預(yù)設(shè)的梯度參數(shù)更新拉格朗日乘子；第二迭代模塊，用于判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，若達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，則結(jié)束計(jì)算，若沒有達(dá)到預(yù)設(shè)迭代終止條件，則根據(jù)第一轉(zhuǎn)換參數(shù)和更新后的拉格朗日乘子更新第一計(jì)算參數(shù)，將更新后的第一計(jì)算參數(shù)發(fā)送至聚合商側(cè)的靈活資源端，并進(jìn)入下一輪迭代，其中，每一輪的迭代過程包括接收全部聚合商側(cè)的靈活資源端發(fā)送的第一中間參數(shù)至將更新后的第一計(jì)算參數(shù)發(fā)送至聚合商側(cè)的靈活資源端的過程。

12、本發(fā)明實(shí)施例第六方面提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令用于使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行如本發(fā)明實(shí)施例第一方面或第二方面任一項(xiàng)所述的基于靈活資源的分布式協(xié)同優(yōu)化方法。

13、從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

14、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于靈活資源的分布式協(xié)同優(yōu)化方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)，在聚合商側(cè)的靈活資源端隱私數(shù)據(jù)保護(hù)效果方面，電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端無法從第一中間參數(shù)中得到與聚合商側(cè)的靈活資源端的隱私數(shù)據(jù)有關(guān)的任何信息，且掩碼值由各聚合商側(cè)的靈活資源端每一輪分別獨(dú)立生成，達(dá)到了“一次一密”的信息論安全性；在協(xié)同優(yōu)化精度方面，由聚合商側(cè)的靈活資源端計(jì)算掩碼值的過程中，生成的本輪迭代的掩碼值和其他聚合商側(cè)的靈活資源端生成的掩碼值之和為0，因此掩碼值對協(xié)同優(yōu)化計(jì)算沒有影響，協(xié)同優(yōu)化精度沒有遭受損失；在額外計(jì)算和通信開銷方面，為提升聚合商側(cè)的靈活資源端數(shù)據(jù)隱私安全性而額外引入的掩碼值的計(jì)算過程不涉及和電力協(xié)調(diào)調(diào)度側(cè)的調(diào)度端的參數(shù)交互，因此可離線提前完成，且運(yùn)算僅涉及加減運(yùn)算，可以減輕計(jì)算和通信開銷，時(shí)效性高。因此，本發(fā)明實(shí)施例具有協(xié)同優(yōu)化精度高、額外計(jì)算和通信開銷低、隱私保護(hù)效果強(qiáng)的優(yōu)勢，除可保護(hù)聚合商側(cè)的隱私數(shù)據(jù)安全外，還可對電力調(diào)度側(cè)的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，充分滿足需求側(cè)靈活資源分布式協(xié)同優(yōu)化場景下聚合商多、協(xié)同優(yōu)化交互數(shù)據(jù)量大、協(xié)同優(yōu)化結(jié)果精度要求高、優(yōu)化時(shí)間時(shí)效性要求高的需求，可有效保證聚合商側(cè)和電力調(diào)度側(cè)敏感數(shù)據(jù)的安全。