考虑用户隐私的无线抄表系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

信息时代，网络逐渐走进我们生活的方方面面，使得我们逐步达成“万物互联”这一伟大目标。随着人们对家庭住宅观念的改变，智能家居必将成为现代化住宅的发展趋势。作为智能家居系统的一个重要子系统，用户用电信息的采集和管理尤为重要。但现有无线抄表系统虽然已经经历了十多年的发展，实际应用状况却差强人意。造成这种情况的原因主要有两方面：（1）移动通讯的cdma及gprs网络，受限于不同的地形及区域，在一些地点覆盖不稳定，影响抄表系统的可靠性、稳定性。（2）抄表结果不经过任何处理直接被发送至集抄中心，在传输过程中容易被第三方人员盗取，从而获取用户个人隐私，对用户造成损失。所以一种新的基于用户隐私的无线抄表系统的设计刻不容缓。

lpwan（low-powerwide-area network,低功率广域网络）技术，是一种可进行长距离通讯的无线网络，它使得物联网向低功耗、低成本、广覆盖、大容量等方面的发展加快了。lora作为lpwan的一种长距离通信技术，解决了传统无线传感网络传输距离远与低功耗不能兼得的问题。将lora通信技术应用到远距离无线抄表中，实现电表的远程抄取、远程监控和故障排查等一系列智能管理，解决了人工抄表耗费大量的人力、物力与财力的问题，并且提升了抄表系统的稳定性，方便了居民用电的自动化管理。

同时，近几年在多智能体领域的研究学者逐渐将隐私保护概念应用于多智能体一致性问题中，所谓隐私保护一致性是指在实现一致性的同时还保证了一定程度隐私性。在当今数据大爆炸时代，保护个体信息的隐私性显得尤其重要，所以引入隐私保护算法对数据信息进行保护也是至关重要的一环。

2. 研究内容和预期目标

研究内容一：采集节点的设计。为每个用户配置一个采集节点，以进行电能信息的采集和信息的传输，采集节点具有电能计量、数据存储和rs-485通信以及与外界通信(如lora)的接口等功能，能准确响应集抄中心下发的指令，将采集的数据上传集抄中心，实现对电能表的电能数据采集等任务，同时多个采集节点间能进行通讯以达到信息交互的目的。

研究内容二：隐私保护算法的设计。针对集抄中心只获取某一区域总用电量这一情况，研究一种基于加噪的隐私保护算法，采集节点广播的信息为真实信息加上噪声信息，以保证节点初始信息不被其他节点获取；实现节点隐私和采集数据准确性间的折中。

如下图所示，先由集抄中心发出抄表命令，采集节点接受到命令后进行自主判断。若所接抄表命令中包含自身，则采集电表当前数据，随即运行隐私保护算法对当前数据进行一系列加密处理，之后将处理完的数据打包并上传至集散中心，如此可视为一次抄表命令执行完毕。

3. 研究的方法与步骤

一、对于采集节点的电路图、原理图及软件编程：先通过调查文献了解有关设计的历史和研究现状，形成初步的映像并结合自己需要研究的课题对资料进行比较分析，找出其中的不足同时尽量避免研究的重复性。基于这些初步完成设计后使用Matlab仿真平台进行仿真调试，之后根据仿真中的具体情况，进行归纳与分析，不断积累经验、完善设计。

二、对于隐私保护算法的设计：首先依然要有目的有计划地查阅相关资料，了解基于加噪的隐私保护算法的种类和分别能够实现的功能。之后结合设计任务要求进行比较分析，找出最适合本设计的算法类型进行研究。在之后的调试过程中，要结合实际情况对设计的算法进行进一步的改进与完善，不断调整其参数，使之达到预期的设计目标。

4. 参考文献

[1] 陈博,徐建政,刘霄.新型微功率无线抄表系统[j].电力自动化设备,2011,31(5):134-136.

[2] 段其昌,董平.无线抄表系统中的网络数据传输和信息交互分析[j].自动化技术与应用,2009,28(2):39-41.

[3] 温清茹,公茂法,庆修,et al.基于ppp协议的gprs无线抄表传输终端的软硬件实现[c].2009国际信息技与应用论坛,2009.

5. 计划与进度安排

（1）2022-02-24～2022-03-08 查阅技术资料，确定研究内容和系统架构，撰写开题报告；

（2）2022-03-09～2022-03-22 结合总体架构，完成传感器选型、系统硬件功能分析和设计；

（3）2022-03-23～2022-04-19 设计系统硬件电路，编写系统软件程序，设计保护算法；