Аннотация

В работе обосновывается концепция «онтологической воронки» как формального метода проектирования архитектуры ПО, основанного на применении предметно-ориентированных онтологий. Механизм обеспечивает последовательное сужение пространства проектных решений на основе семантической согласованности и автоматизированной проверки непротиворечивости.

Ключевые слова: онтология, проектирование ИС, архитектура ПО, C4-модель, функциональные требования (FR), нефункциональные требования (NFR), семантическая согласованность, пространство проектных решений.

Введение

Процесс проектирования архитектуры сложных информационных систем (ИС) сопряжен с необходимостью учета множества взаимосвязанных функциональных (FR) и нефункциональных (NFR) требований, а также архитектурных паттернов. Предлагаемый подход использует формализованные онтологии предметной области и архитектуры в качестве базиса для управления этим процессом. Центральным элементом метода является механизм «онтологической воронки», обеспечивающий пошаговое сужение допустимого пространства решений.

Состав и роль онтологии

Онтология в контексте проектирования ИС представляет собой структурированную базу знаний, включающую:

• Концепты (Классы): Сущности предметной области и архитектуры (Пользователь, Микросервис, БазаДанных, ТребованиеБезопасности).
• Свойства (Атрибуты): Характеристики концептов (hasResponsibility, maxResponseTime, implementsInterface).
• Отношения: Семантические связи между концептами (dependsOn, communicatesWith, constrains, conflictsWith).
• Ограничения и Правила: Формальные логические правила, определяющие допустимые состояния и взаимодействия (напр., Компонент типа 'Database' не может напрямую вызываться компонентом типа 'WebApp', Требование 'HighSecurity' → ¬Паттерн 'SharedDatabase').

Принцип работы «Онтологической Воронки»

Процесс проектирования реализуется как последовательная детализация модели архитектуры (например, по уровням абстракции C4: Контекст, Контейнеры, Компоненты, Код). На каждом шаге проектировщик осуществляет выбор конкретных артефактов (FR/NFR/паттернов), представленных экземплярами онтологических концептов:

1. Инициализация (Широкий вход): Пространство решений включает все допустимые концепты онтологии для текущего уровня детализации.
2. Выбор артефакта: Проектировщик специфицирует элемент (напр., ПлатежныйШлюзX, МикросервиснаяАрхитектура, Требование: P99 Latency < 100ms).
3. Активация онтологического движка (Reasoner):
   • Вывод следствий: Применяются правила онтологии для добавления обязательных элементов (напр., выбор ПлатежныйШлюзX → добавление СервисАутентификации с Интерфейс: OAuth2).
   • Проверка конфликтов: Анализируется непротиворечивость выбора с текущим состоянием модели и онтологическими ограничениями.
   • Сужение пространства решений: Варианты, ставшие невалидными из-за выбора или выведенных следствий, исключаются из доступных на последующих шагах (напр., выбор МикросервиснаяАрхитектура → исключение МонолитнаяБД как общего хранилища).
   • Генерация рекомендаций: Предлагаются логически связанные следующие шаги или валидные альтернативы.
4. Итерация: Процесс повторяется на следующем уровне детализации с уже ограниченным набором вариантов.
5. Завершение (Узкий выход): На уровне кода остается минимальное множество валидных реализаций, семантически согласованных со всеми выбранными FR, NFR и архитектурными решениями.

Преимущества подхода

Концепция «онтологической воронки» обеспечивает:

• Последовательную детализацию: Управляемый переход от абстрактных требований к конкретным решениям.
• Принудительную семантическую согласованность: Автоматическое предотвращение архитектурных конфликтов и нарушений ограничений на каждом шаге.
• Управление сложностью: Фокусировка проектировщика только на релевантных для текущего контекста вариантах.
• Опора на формализованные знания: Интеграция экспертных знаний и лучших практик, закодированных в онтологии, непосредственно в процесс проектирования.
• Автоматизацию верификации: Непрерывную проверку целостности формируемой архитектурной модели.

Заключение

Представленный механизм «онтологической воронки» предлагает структурированный и управляемый знаниями метод проектирования архитектуры ИС. Использование формальной онтологии позволяет реализовать процесс последовательного сужения пространства решений, где каждый выбор проектировщика автоматически ограничивает множество валидных последующих шагов на основе семантических правил и ограничений. Результатом является внутренне непротиворечивая архитектура, соответствующая исходным требованиям и лучшим практикам, заложенным в онтологию. Данный подход существенно снижает риск проектных ошибок и повышает эффективность процесса разработки сложных систем.

Архитектура модульных онтологических воронок для специализированных доменов ПО