LARRI: Learning-based Adaptive Range Routing for Highly Dynamic Traffic in WANs

计算机科学 可扩展性 交通工程 强化学习 分布式计算 静态路由 计算机网络 交通生成模型 自适应路由 布线(电子设计自动化) 网络拓扑 网络流量控制 路由协议 人工智能 数据库 网络数据包
作者
Minghao Ye,Junjie Zhang,Zehua Guo,H. Jonathan Chao
标识
DOI:10.1109/infocom53939.2023.10228904
摘要

Traffic Engineering (TE) has been widely used by network operators to improve network performance and provide better service quality to users. One major challenge for TE is how to generate good routing strategies adaptive to highly dynamic future traffic scenarios. Unfortunately, existing works could either experience severe performance degradation under unexpected traffic fluctuations or sacrifice performance optimality for guaranteeing the worst-case performance when traffic is relatively stable. In this paper, we propose LARRI, a learning-based TE to predict adaptive routing strategies for future unknown traffic scenarios. By learning and predicting a routing to handle an appropriate range of future possible traffic matrices, LARRI can effectively realize a trade-off between performance optimality and worst-case performance guarantee. This is done by integrating the prediction of future demand range and the imitation of optimal range routing into one step. Moreover, LARRI employs a scalable graph neural network architecture to greatly facilitate training and inference. Extensive simulation results on six real-world network topologies and traffic traces show that LARRI achieves near-optimal load balancing performance in future traffic scenarios with up to 43.3% worst-case performance improvement over state-of-the-art baselines, and also provides the lowest end-to-end delay under dynamic traffic fluctuations.

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