Differentially Private Average Consensus With Logarithmic Dynamic Encoding–Decoding Scheme

正确性 差别隐私 量化(信号处理) 解码方法 对数 算法 计算机科学 趋同(经济学) 数学 理论计算机科学 拓扑(电路) 经济增长 组合数学 数学分析 经济
作者
Wei Chen,Zidong Wang,Jun Hu,Shuai Liu
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:53 (10): 6725-6736 被引量:18
标识
DOI:10.1109/tcyb.2022.3233296
摘要

This article is concerned with the differentially private average consensus (DPAC) problem for a class of multiagent systems with quantized communication. By constructing a pair of auxiliary dynamic equations, a logarithmic dynamic encoding–decoding (LDED) scheme is developed and then utilized during the process of data transmission, thereby eliminating the effect of quantization errors on the consensus accuracy. The primary purpose of this article is to establish a unified framework that integrates the convergence analysis, the accuracy evaluation, and the privacy level for the developed DPAC algorithm under the LDED communication scheme. By means of the matrix eigenvalue analysis method, the Jury stability criterion, and the probability theory, a sufficient condition (with respect to the quantization accuracy, the coupling strength, and the communication topology) is first derived to ensure the almost sure convergence of the proposed DPAC algorithm, and the convergence accuracy and privacy level are thoroughly investigated by resorting to the Chebyshev inequality and $\epsilon $ -differential privacy index. Finally, simulation results are provided to illustrate the correctness and validity of the developed algorithm.

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