基于物联网的智能电网数据查询方法及系统与流程

1.本发明涉及基于物联网的智能电网领域，特别涉及一种基于物联网的智能电网数据查询方法及系统。


背景技术：

2.物联网(internet of things,iot)是一种快速新兴的技术领域，可提供包括关键基础架构在内的各个领域的众多前沿解决方案。在物联网的支持下，常规的电力系统网络可以转变为有效且更智能的智能电网。物联网支持的智能电网系统配备智能双向数据通信，可以显著改善传统能源的运行和控制电网系统。这些改进解决了可靠性问题，例如常规网格系统的可用性，效率。在一个智能电网的环境中，系统必须提供的服务包括分布式可再生能源的大规模整合资源，建立实时数据通信消费者和服务提供商之间关于关税信息和能源消耗，便利的设施选择并传递系统参数的统计信息以进行分析和基础设施，以根据以下情况采取必要的行动这些分析。智能能源网格可生成大量数据以及需要传输，处理和存储用于智能决策和处理。显然，物联网集成带来了更高的精度和聪明才智的能力并将传统的传统电网转换为高效的智能能源网格。
3.在智能电网中，电力公司需要及时掌握城市中各区域、各小区甚至各家各户的用电情况，以便高效的调整供电策略。比如：电力公司对城市家家户户的用电数据进行区间查询，来统计城市的用电情况。在这种情况下，电力公司需要与智能电网的所有传感器节点进行数据的通信。然而，一个城市中的每家每户中都部署着这样的传感器节点，每天都产生了大量的数据。在如此大量的数据通信情况下，如何进行数据的隐私保护，使得智能电网产生的大量的数据在通信过程中得到保护而不会除数据拥有者以外的人员获取，这是一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于物联网的智能电网数据查询方法及系统，可以解决现有技术中无法对物联网支持的智能电网系统中产生的大量数据进行隐私保护问题。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
6.第一方面，本发明提供一种基于物联网的智能电网数据查询方法，包括以下步骤：
7.系统初始化；
8.用户生成加密的数据查询请求；
9.边缘服务器广播加密的数据查询请；
10.智能电网节点设备进行响应并发送加密的数据响应；
11.边缘服务器进行数据处理；
12.用户生成查询结果。
13.进一步的，所述的系统初始化包括：确定智能电网节电设备收集的数据范围和为智能电网节电设备和查询用户分配会话密钥。
14.进一步的，所述用户生成加密的数据查询请求包括：
15.根据系统初始化的参数，对数据范围内的所有整数值进行添加密钥k的hash运算，得到对应的摘要值；
16.根据置换算法对摘要值进行可逆置换，得到置换后的摘要；
17.将置换后的摘要以及其中每个hash值对应的初始值为0的计数器通过安全信道发送给边缘服务器。
18.进一步的，所述智能电网节点设备进行响应并发送加密的响应数据包括：
19.每一个智能电网节点设备将自己的传感数据进行添加密钥k的hash运算，得到加密的数据响应；
20.智能电网节点设备通过安全信道将自己的加密的数据响应发送给边缘服务器。
21.进一步的，所述边缘服务器进行数据处理包括：
22.边缘服务器将加密的数据响应中每一个数据逐个与加密的数据查询请求进行对比，找到所对应的hash值，并将该hash值对应的计数器的值加1；
23.边缘服务器将找到的对应的hash值及其对应的计数器返回给用户。
24.进一步的，所述用户生成查询结果包括：用户端根据逆置换算法恢复原有顺序；对在查询区间的所有计数值进行求和，便可得到智能电网节点设备传感数据位于查询区间的数据的个数。
25.第二方面，本发明提供一种基于物联网的智能电网数据查询系统，包括用户端、边缘服务器、密匙分发中心和若干个智能电网节点设备，其中：
26.密匙分发中心，对用户端和智能电网节点设备分发密匙；
27.用户端，根据密匙分发中心分发的密匙对数据查询请求进行加密后发送给边缘服务器；
28.边缘服务器，将加密的数据查询请求对智能电网节点设备进行广播，并对加密的数据查询请求和智能电网节点设备返回的加密的数据响应进行处理，生成查询结果并返回给用户端；
29.智能电网节点设备，根据加密的数据查询请求进行响应，生成加密的数据响应。
30.本发明的基于物联网的智能电网数据查询方法及系统，通过将查询请求、数据相应和查询结果进行加密解密设置，实现了对数据区间查询时产生的大量数据进行隐私保护。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明的基于物联网的智能电网数据查询方法的步骤示意图；
33.图2为本发明的基于物联网的智能电网数据查询系统的结构示意图；
34.图3为本发明的加密的数据查询请求生成示意图；
35.图4为本发明的加密的数据响应生成示意图；
36.图5为本发明的边缘服务器进行数据处理的过程示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
38.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
39.本发明的基于物联网的智能电网数据查询方法，包括以下步骤：
40.步骤s1、系统初始化。
41.在这个阶段，服务提供商即电力公司在其服务范围内部署边缘服务器和n个智能电网节点设备，并且进行参数的选择。
42.确定智能电网节电设备收集的数据范围为[0,n]，n∈z+，并将此范围公开发布。由于在实际生活中，智能电网节点设备采集的数据是浮点数，例如26.88。针对这种情况，可以将26.88乘以100得到2688。通过这种方法可以将所有采集到的数据映射到有限的整数范围内。
[0043]
由密钥分发中心为智能电网节电设备和查询用户分配会话密钥k。选择方案中使用的hash函数为sha
‑
256。
[0044]
步骤s2、用户生成加密的数据查询请求。
[0045]
这一阶段主要是查询用户生成它所查询区间的查询请求，即要发送给边缘服务器的数据。
[0046]
进一步的，在本技术的一种优选实施方式中，用户生成加密的数据查询请求包括：
[0047]
步骤s201、根据系统初始化的参数，对数据范围[0,n]内的所有整数值进行添加密钥k的hash运算，得到对应的摘要值，即h0＝h(k||0)，h1＝h(k||1)，
…
,h
n
＝h(k||n)。
[0048]
首先在初始化阶段确定的数据范围为[0,n]，选择的hash函数为sha
‑
256。由密匙分发中心分发的密钥为k。
[0049]
步骤s202、查询用户根据置换算法对摘要值进行可逆置换，得到置换后的摘要h
a0
，h
a1
，h
a2
，h
a3
,
…
,h
an
。
[0050]
步骤s203、用户将h
a0
,h
a1
，h
a2
，h
a3
，
…
，h
an
以及每个hash值对应的初始值为0的计数器c
a0
,c
a1
,c
a2
,c
a3
,
…
,c
an
通过安全信道发送给边缘服务器。
[0051]
步骤s3、边缘服务器广播加密的数据查询请求。
[0052]
当边缘服务器接收到来自查询用户的加密的数据查询请求以后，就直接向智能电网节点设备广播数据请求信号。
[0053]
步骤s4、智能电网节点设备进行响应并发送加密的数据响应。
[0054]
接收到边缘服务器广播的数据请求信号以后，所有的智能电网节点设备准备进行数据响应。
[0055]
具体的，在本技术的一种优选实施方式中，智能电网节点设备进行响应并发送加密的响应数据包括：
[0056]
步骤s401、每一个智能电网节点设备将自己的传感数据di进行添加密钥k的hash运算，得到加密的数据响应h
’0＝h(k||d0),h
’1＝h(k||d1),
…
,h’n
＝h(k||d
n
)。
[0057]
步骤s402、智能电网节点设备通过安全信道将自己的加密的数据响应发送给边缘服务器。
[0058]
步骤s5、边缘服务器进行数据处理。
[0059]
边缘服务器接收到来自查询用户的加密的数据查询请求和来自智能电网节点设备的加密的数据响应，进行数据处理。
[0060]
具体的，在本技术的一种优选实施方式中，边缘服务器进行数据处理包括：
[0061]
步骤s501、边缘服务器将加密的数据响应中每一个数据逐个与加密的数据查询请求进行对比，找到所对应的hash值，并将该hash值对应的计数器的值加1。
[0062]
步骤s502、边缘服务器将找到的对应的hash值h
a0
,h
a1
,h
a2
,h
a3
,
…
,h
an
及其对应的计数器c
a0
,c
a1
,c
a2
,c
a3
,
…
,c
an
返回给查询用户。
[0063]
步骤s6、用户生成查询结果。
[0064]
查询用户接收到边缘服务器返回的查询结果。
[0065]
进一步的，用户生成查询结果包括：用户端根据逆置换算法恢复原有顺序。对在查询区间的所有计数值进行求和，便可得到智能电网节点设备传感数据位于查询区间的数据的个数。假设用户查询的区间为[l,u]。
[0066]
本发明还提供了一种基于物联网的智能电网数据查询系统，包括用户端、边缘服务器、密匙分发中心和若干个智能电网节点设备，其中：
[0067]
密匙分发中心，对用户端和智能电网节点设备分发密匙。
[0068]
用户端，根据密匙分发中心分发的密匙对数据查询请求进行加密后发送给边缘服务器。
[0069]
边缘服务器，将加密的数据查询请求对智能电网节点设备进行广播，并对加密的数据查询请求和智能电网节点设备返回的加密的数据响应进行处理，生成查询结果并返回给用户端。
[0070]
智能电网节点设备，根据加密的数据查询请求进行响应，生成加密的数据响应。
[0071]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0072]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0073]
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。