Network flow problems, which involve distributing traffic over a network such that the underlying infrastructure is used effectively, are ubiquitous in transportation and logistics. Due to the appeal of data-driven optimization, these problems have increasingly been approached using graph learning methods. Among them, the Multi-Commodity Network Flow (MCNF) problem is of particular interest given its generality, since it concerns the distribution of multiple flows (also called demands) of different sizes between several sources and sinks. The widely-used objective that we focus on is the maximum utilization of any link in the network, given traffic demands and a routing strategy. In this paper, we propose a novel approach based on Graph Neural Networks (GNNs) for the MCNF problem which uses distinctly parametrized message functions along each link, akin to a relational model where all edge types are unique. We show that our proposed method yields substantial gains over existing graph learning methods that constrain the routing unnecessarily. We extensively evaluate the proposed approach by means of an Internet routing case study using 17 Service Provider topologies and two flow routing schemes. We find that, in many networks, an MLP is competitive with a generic GNN that does not use our mechanism. Furthermore, we shed some light on the relationship between graph structure and the difficulty of data-driven routing of flows, an aspect that has not been considered in the existing work in the area.


翻译:由于数据驱动优化的吸引力,这些问题越来越多地以图表学习方法加以处理。其中,多商品网络流动(MCNF)问题因其普遍性而特别引起兴趣,因为它涉及不同规模的多种流动(也称为需求)在若干来源和汇之间的分布,我们所关注的广泛用途目标是尽可能利用网络中的任何连接,考虑到交通需求以及一项路线战略。在本文中,我们提议以“神经网络”为基础的新颖方法来处理MCNF问题,它使用每个链接上明显对称的信息功能,类似于所有边缘类型都独特的关系模式。我们表明,我们所提议的方法比现有的图表学习方法(也称为需求)有很大的收益,这些方法限制了路线的改变。我们广泛关注的目标是利用17个服务提供方顶部和2个路线计划,通过互联网选择案例研究的方式对拟议的方法进行最大程度的利用。我们发现,在“神经网络”问题上,在每一个链接上使用明显平衡的信息功能,类似于所有边缘类型都独特的关系模式。我们提出的方法在现有的图表学习方法中产生了一种竞争性的难度。我们发现,在一般网络中,在一般网络中,我们没有使用一种常规关系结构结构结构中,我们没有一种竞争性的难度。

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