12 подписчиков

Референсная ИТ-архитектура

23 ноября 202423 ноя 2024

13 мин

Референсная (или типовая абстрактная) модель в программной инженерии — это наборы абстрактных структур и/или предметно-ориентированных онтологий, состоящих из взаимосвязанной совокупности четко определенных, значимых понятий. Архитектура модели может представлять её составные части, от бизнес-функций до компонентов системы, если система содержит их полный набор. Референсная архитектура часто отождествляется с набором концепций с указаниями на отношения между концепциями. Референсная архитектура предоставляет общую семантику, которая может однозначно использоваться в разных реализациях и объединяет следующие важные понятийные сущности: Если создается и применяется архитектура, то она задаёт основу для единого согласованного описания системы. К описанию системы относятся модели и описания ее структуры, компонентного состава, требований, обоснования хода работ, необходимых ресурсов и многого другого, что необходимо в период жизненного цикла системы. В настоящее время в ИТ-индустрии произо

Оглавление

Архитектура прикладных систем
Корпоративная архитектура
Бизнес-архитектура

Референсная архитектура предоставляет общую семантику, которая может однозначно использоваться в разных реализациях и объединяет следующие важные понятийные сущности:

Реферат - описывает типы сущностей, которые дают краткое информационное описание об окружающей среде, а не конкретные сущности в конкретной среде, поскольку является абстрактной.
Сущности и отношения описывают типы сущностей-объектов и их отношений-связей, взаимодействие и проявление совместных свойств.
Среда используется при разъяснении сущностей в окружающей среде или проблемном пространстве, включает описание решаемой проблемы и риски заинтересованных сторон.
Независимость от технологий, поскольку предназначена для понимания класса проблем, а не конкретных способов решений этих проблем. Однако, допустима разработка модели, описывающей набор программных приложений для решения проблемы управления набором программных приложений.

Если создается и применяется архитектура, то она задаёт основу для единого согласованного описания системы. К описанию системы относятся модели и описания ее структуры, компонентного состава, требований, обоснования хода работ, необходимых ресурсов и многого другого, что необходимо в период жизненного цикла системы. В настоящее время в ИТ-индустрии произошла специализация архитектур на три основных направления: бизнес-архитектура, корпоративная архитектура, архитектура прикладных систем. К этим трем направлениям можно добавить формирующуюся математически абстрактную референсную архитектуру, которая призвана обеспечить научно обоснованное понятийное единство.

Можно включить в рассмотрение и другие направления архитектуры, но включение в перечень абстрактной референсной архитектуры делает это избыточным. Добавления обычно связаны с практическими потребностями конкретного проекта и необходимостью специализации его участников [1].

Если все так просто, то в чем состоит проблема, только лишь в её формализованном описании и научно-обоснованном решении? Проблема состоит в том, что для создания системы одномоментно нет одной общей причины, а есть проблемные вопросы. К сожалению, проблемных вопросов слишком много и эти вопросы во многом не равнозначны при решении конкретных прикладных задач. Перечислим некоторые из проблемных вопросов:

Архитектурные инструментарии визуального моделирования MBSE [2] ориентированы на корпоративные модели управления.
Архитектурные инструментарии MBSE поддерживают исключительно практики компонентного моделирования и направления декомпозиции компонент, в соответствии с вариантами семантики компонент и их связей в предметной области.
«Облачные модели» и социально-технические системы требуют особых подходов в архитектурном моделировании.
Неполная и недостаточная формализация понятий ограничивает создание моделей.
Затруднены математически обоснованные схемы доказательств, вместо математических доказательств используются метафоры, эвристики и терминологически путаные рассуждения.
Затруднена типизация, сопоставление и тиражирование различных архитектурных подходов при реализации больших и сложных систем.

Для понижения сложности способов практического решения проблемных вопросов рекомендуется использовать референсные архитектурные модели. Перечислим некоторые преимущества применения референсных архитектур:

Создание стандартных прототипов для объектов и отношений в модели. Это упрощает работу по созданию объектов, которые ведут себя в соответствии со стандартом. Стандарт может использовать шаблоны проектирования, которые поддерживают ключевые свойства программного обеспечения.
Обучение до необходимого уровня знаний. Использование референсной архитектуры помогает декомпозировать большое проблемное пространство на разделы, которые можно понять, адаптировать и доработать.
Улучшение общения в проекте, поскольку референсная модель разбивает проблему на самостоятельные сущности или концепции, которые уже принимаются многими.
Определение четких ролей и обязанностей. Существование в модели объектов и связей позволяет заранее выполнить назначения ответственных за решение проблемы, касающейся определенного набора сущностей.
Сопоставление и сравнение концепций разной природы. После выделения базовых концепций в экосистеме, можно обсуждать состав и связи компонент решения относительно друг друга.

Архитектура прикладных систем

При разработке прикладных систем можно или вообще обойтись без архитектуры, или выполнить построение архитектурных моделей, имеющих фрагментарную и не строго формализованную форму представления. Для сложных приложений в компьютерной индустрии соблюдение отраслевых стандартов необходимо несмотря на то, что они увеличивают трудоемкость реализации. Частичное применение стандартов будет лишь мешать в реализации проекта.

Одним из вариантов архитектурного стандарта является язык моделирования систем SysML – объектно-ориентированный язык визуального моделирования систем общего назначения [3]. Конструкции языка поддерживают определение, анализ, дизайн, проверку и подтверждение соответствия для широкого спектра систем. SysML разработан в рамках проекта спецификации с открытым исходным кодом и имеет открытую лицензию для использования и распространения. Язык SysML включает 9 типов диаграмм, часть которых взята из языка UML: Block definИТion diagram; Internal block diagram; Package diagram; Use case diagram; Requirement Diagram; ActivИТy diagram; Sequence diagram; State machine diagram; Parametric diagram.

Обязанности по разработке и/или применению архитектуры прикладных систем возлагаются на системных архитекторов - высоких профессионалов в ИТ, сочетающих платформенные, технологические и др. знания, помноженные на практический опыт. Системный архитектор — это не только ИТ modeller, но и orchestrator, и solid principles гуру. Если оркестрация в ИТ - это принципы и технологии проектного менеджмента, то solid principles определяют структурные ограничения на прикладную систему [4]:

Single ResponsibilИТy Principle — принцип единственной ответственности.
Open-Closed Principle — принцип открытости/закрытости.
Liskov SubstИТution Principle — принцип подстановки Б. Лисков.
Interface Segregation Principle — принцип разделения интерфейсов.
Dependency Inversion Principle — принцип инверсии зависимости.

Разработка и, соответственно, модельное представление ИТ прикладных систем соответствует общим принципам в системной инженерии в части деления на логическую и физическую архитектуры, а также на общие типы группы описаний: функциональные, логические и физические [5].

Корпоративная архитектура

Корпоративная архитектура – это общие модели бизнеса, определяющие политику инвесторов, стратегии, продукты, технологии, процессы, структуры данных и информационную поддержку деятельности. Современная концепция корпоративной архитектуры – это интегральный подход к стандартизации и организации ИТ инфраструктуры в соответствии с бизнес-целями. Концепция включает в себя поддержку трансформации, развития и модернизации подразделений ИТ в компании.

Развитие корпоративного управления является одной из важнейших областей в компьютеризации, для которой создано и развивается большое число технологий таких как DevOps, конвейер программного обеспечения, цифровой бизнес, цифровая трансформация бизнеса, цифровой двойник, цифровая оптимизация, цифровая этика и конфиденциальность, архитектура безопасности, моделирование бизнес-экосистемы и многие другие. Большую роль в унификации и согласовании концепций в корпоративной архитектуре играют стандарты, фреймворки и книги знаний, например, такие как COBИТ и ИТ4ИТ [6].

Бизнес-архитектура

Бизнес-архитектура – это модели (описания) предприятия, которые дают общую картину организации и используются для согласования стратегических целей и тактических потребностей. Бизнес-модель определяется как описание обоснования того, как система создает, доставляет и фиксирует Ценность. К системе может относиться компания, организация, проект, программа, политика. В свою очередь, стратегические цели представляют собой целевое состояние системы, характеризующиеся качественными и/или количественными характеристиками.

Бизнес-архитектора - это тесно связанная с бизнесом область метафор и фантазий. Но от этих фантазий, изложенных на нечеткой и противоречивой терминологии CBok, BIZBok, BABok и т.п., зависят цели, документы, деньги и ресурсы предполагаемых Проектов.

Математическая архитектура

Математический аппарат на базе теории категорий позволяет формально описывать и исследовать процедуры применения моделей в модельно-ориентированной системной инженерии (Model-Based Systems Engineering, MBSE) [7]. Модели рассматриваются как объекты подходящих категорий, а действия формально описываются морфизмами.

Если свести разнообразие архитектур к простейшей классификации (рис.2), то это позволяет отнести исследования по применению математического аппарата к первой строке, а практически все ИТ архитектуры прикладных систем - к последней. Отдельные усилия исследовательских экспертных групп в области стандартизации и внедрения лучших практик в архитектуру относятся к средней строке таблицы.

Достигнутые практические результаты по первым двум уровням таблицы позволяют сделать вывод о возрастании роли формальных математических методов в развитии систем компьютерной индустрии.

Use Cases собственно Архитектуры

Возвращаясь к проблеме описания логики развития ИТ с позиции Архитектуры систем, необходимо дополнительное описание структурных свойств и характеристик. Необходимо более формализованное определение понятия собственно Архитектуры, без содержательных особенностей описания прикладной системы, для которой эти архитектурные модели были созданы.

В качестве конструктивного способа решения проблемы построения адекватного определения понятия воспользуемся следующим подходом – построим определение Архитектуры через описание ее функционального назначения. Такой подход к описанию сути понятия заложен в принципы составления модели Use Case на языке UML в составе MBSE, поскольку Архитектура — это то как и для чего она используется.

В настоящее время отсутствует формальный алгоритм построения модели UseCase для произвольной прикладной системы, но ИТ индустрия предлагает ряд общих методологий. Например, можно воспользоваться методологией Вигерса [Вигерс, 8] по составлению требований к системе, так как требования легко гармонизируются с UseCase. Соответственно, если группировать UseCase как - функциональные, организационные, нормативные и системные, то для определения собственно Архитектуры нас будет интересовать подмножество системных UseCase.

Разработка Архитектур социотехнических систем и систем с полным стеком Архитектур (рис.1) требует усложнения методологии Вигерса, в частности, следует учитывать рассмотрение «этических норм» и построение связанного с этими этическими нормами «дерева целей» (рис.3).

Рис.3. Упрощенная схема модели UseCase для стека Архитектур

При разработке большинства корпоративных прикладных систем в этих расширениях нет практического смысла. У корпоративного Стейкхолдера определяющая банальная этическая категория – Жадность. Эта этическая категория семантически воплощается в набор целей:

{max_Прибыль; opt_ДоляРынка; min_Затраты; opt_СоставАктивов; opt_ЭффективностьСистем; и т.п. …}.

Конкретный состав набора целей реализуется в конкретной прикладной системе. Соответственно, банальным доказательством правильности Архитектуры прикладной системы является факт ее успешной работы.

Вместо одной нерешенной проблемы «О построении модели UseCase для собственно Архитектуры» появилось две дополнительных – «этические нормы» и «дерево целей». Если опустить эти «дополнительные» проблемы из рассмотрения при архитектурном моделировании, то это не означает, что их нет. В большинстве случаев проектирования прикладных систем результат решения этих дополнительных проблем используется «по умолчанию», неявно. В нашем случае воспользоваться этим простым правилом нельзя, поскольку значения «по умолчанию» входят в противоречие с решаемой проблемой.

Этическая категория «Жадность» не подходит при моделировании UseCase для математика, исследователя, новатора. Соответственно, семантические связи между «этическими нормами» и «деревом целей» для этой категории Акторов будут иными. Этической категории «Жадность» недостаточно и при архитектурном моделировании социотехнических систем, поскольку «Актор - рядовой участник» имеет совсем другие этические нормы и цели, например, в системах образования или здравоохранения. С другой стороны, без уточнения этической категории «Жадность» сложно обойтись в любом масштабном ИТ проекте при определении «Актора – инвестор, стейкхолдер». Это может быть и бизнесмен, и филантроп.

В национальной социотехнической системе Китая «Система социального рейтинга» ключевой этической категорией выбрана «Честность». Уточнения этой категории связаны со значениями показателей в наборе простых Правил расчета рейтинга, допускающих независимый инструментальный контроль, частично с применением систем Искусственного Интеллекта (ИИ). Позитивные последствия применения этой системы в общественной жизни и экосистеме бизнеса весьма значительны.

Теоретические основы построения так называемого «дерева целей» (более строго – иерархической структуры) неоднократно являлись предметом научных исследований с использованием математического моделирования [Саати, 9-10]. Например, предложенный Т.Саати метод анализа иерархий обеспечивает способы решения многих ассоциированных практических задач в их математической постановке. Использование «этических норм» рассматривается через призму прикладной этики, которая в свою очередь реализуется в форме прикладной онтологии (семантической сети). Общие Правила совместного использования «этических норм» и «дерева целей» в составе единой экспертной системы в настоящее время являются предметом самостоятельных научных исследований в области ИИ.

Заключение

В настоящее время не известно о формальном решении проблемы построения доказательной логики архитектуры системы, но есть путь решения, многократно применяемый на практике. Первый шаг на этом пути - построить модели системы, где ядро моделей есть референсная архитектура.

Заранее предусмотреть реализацию требований к этой модели:

Модели должны быть открыты к внесению изменений и доработок.
Математическая архитектура должна обеспечить доказательную базу в вопросах непротиворечивости, области существования и полноты.

В некотором смысле референсная архитектура может концептуально соответствовать абстрактной теории в математической логике [11]. Это позволяет говорить об архитектурном подходе к решению многих проблем методами системного анализа.