Routing Optimization With Deep Reinforcement Learning in Knowledge Defined Networking

计算机科学 强化学习 网络拓扑 分布式计算 计算机网络 分层路由 路由域 基于策略的路由 路由表 布线(电子设计自动化) 网络体系结构 互联网 静态路由 路由协议 人工智能 万维网
作者
Qiang He,Yu Wang,Xingwei Wang,Weiqiang Xu,Fuliang Li,Kaiqi Yang,Lianbo Ma
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:23 (2): 1444-1455 被引量:108
标识
DOI:10.1109/tmc.2023.3235446
摘要

Traditional routing algorithms cannot dynamically change network environments due to the limited information for routing decisions. Meanwhile, they are prone to performance bottlenecks in the face of increasingly complex business requirements. Some approaches, such as deep reinforcement learning (DRL) have been proposed to address the routing problems. However, they hardly utilize the information about the network environment fully. The Knowledge Defined Networking (KDN) architecture inspires us to develop new learning mechanisms adapted to the dynamic characteristics of the network topology. In this paper, we propose an effective scheme to solve the routing optimization problem by adding a graph neural network (GNN) structure to DRL, called Message Passing Deep Reinforcement Learning (MPDRL). MPDRL uses the characteristics of GNN to interact with the network topology environment and extracts exploitable knowledge through the message passing process of information between links in the topology. The goal is to achieve the load balance of network traffic and improve network performance. We have conducted experiments on three Internet Service Provider (ISP) network topologies. The evaluation results show that MPDRL obtains better network performance than the baseline algorithms.
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