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0bd4ab4 | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 | # Architecture & System Design
## 🏗️ System Architecture Overview
```
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ CLIENT LAYER │
│ │
│ ┌─────────────────┐ ┌──────────────────┐ ┌─────────────────────────┐ │
│ │ Next.js Web │ │ React Flow UI │ │ Visualization Layer │ │
│ │ (Frontend) │ │ (Graph Browser) │ │ D3.js, Cytoscape │ │
│ └────────┬────────┘ └────────┬─────────┘ └────────────┬────────────┘ │
│ │ │ │ │
│ └────────────────────┼─────────────────────────┘ │
│ │ HTTPS/REST │
│ ↓ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ API GATEWAY LAYER │
│ │
│ ┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ FastAPI Router │ │
│ │ GET/POST /api/v1/analysis/run │ │
│ │ GET /api/v1/analysis/{id}/results │ │
│ │ POST /api/v1/papers/upload │ │
│ │ GET /api/v1/health/ready │ │
│ │ [+ 20+ more endpoints] │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ ORCHESTRATION LAYER │
│ │
│ ┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ LangGraph State Machine │ │
│ │ │ │
│ │ [Input] → [Extract] → [Contradictions] → [Hypotheses] │ │
│ │ ↓ ↓ ↓ │ │
│ │ [Gaps] → [Protocols (3x)] → [Self-Critique] │ │
│ │ ↓ │ │
│ │ [Output] │ │
│ │ │ │
│ │ • Multi-step reasoning workflow │ │
│ │ • Self-consistency layer (3 versions → best selection) │ │
│ │ • Fallback to LLM if K2 unavailable │ │
│ │ • Audit trail of every step │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SERVICES LAYER │
│ │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ Analysis │ │ Paper │ │ Project │ │ Protocol │ │
│ │ Service │ │ Service │ │ Service │ │ Service │ │
│ │ │ │ │ │ │ │ │ │
│ │ • Run │ │ • Upload │ │ • Create │ │ • Generate │ │
│ │ • Track │ │ • Parse │ │ • Manage │ │ • Validate │ │
│ │ • Results │ │ • Chunk │ │ • Query │ │ • Export │ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PROCESSING LAYER │
│ │
│ ┌─────────────────┐ ┌──────────────────┐ ┌──────────────────┐ │
│ │ PDF Parser │ │ Embeddings │ │ K2 Think Client │ │
│ │ │ │ Generator │ │ │ │
│ │ • PyMuPDF │ │ │ │ • Analyze │ │
│ │ • PyPDF2 │ │ • OpenAI API │ │ • Generate │ │
│ │ • Unstructured │ │ • Fallback LLM │ │ • Critique │ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └────────┬────────┘ └────────┬─────────┘ └────────┬─────────┘ │
│ │ │ │ │
│ └────────────────────┼─────────────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌──────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Vector Store & Semantic Search │ │
│ │ (Qdrant Integration) │ │
│ └──────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ DATA PERSISTENCE LAYER │
│ │
│ ┌─────────────────────────┐ ┌─────────────────────────────────────────┐ │
│ │ PostgreSQL (Primary) │ │ Qdrant (Vector DB) │ │
│ │ │ │ │ │
│ │ ├─ users │ │ ├─ paper_embeddings │ │
│ │ ├─ projects │ │ ├─ chunk_embeddings │ │
│ │ ├─ research_papers │ │ └─ semantic_search_index │ │
│ │ ├─ paper_chunks │ │ │ │
│ │ ├─ analysis_runs │ │ + Hybrid search (keyword + semantic) │ │
│ │ ├─ contradictions │ │ │ │
│ │ ├─ hypotheses │ │ │ │
│ │ ├─ protocols │ │ │ │
│ │ ├─ reasoning_traces │ │ │ │
│ │ ├─ activity_logs │ │ │ │
│ │ └─ research_gaps │ │ │ │
│ │ │ │ │ │
│ │ UUID Primary Keys │ │ Persistent Collections │ │
│ │ JSONB for flexibility │ │ Fast similarity search │ │
│ │ Audit trail support │ │ Metadata filtering │ │
│ │ │ │ │ │
│ └─────────────────────────┘ └─────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ INFRASTRUCTURE LAYER │
│ │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ Docker │ │ Redis │ │ PostgreSQL │ │ Qdrant │ │
│ │ Containers │ │ (Cache) │ │ (Primary │ │ (Vector │ │
│ │ │ │ │ │ Data) │ │ Search) │ │
│ │ • API │ │ • Queue │ │ │ │ │ │
│ │ • Workers │ │ • Cache │ │ • Cluster │ │ • Cluster │ │
│ │ • Compose │ │ • Sessions │ │ • Backup │ │ • Replicas │ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
│ │
│ ┌────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Deployment Orchestration │ │
│ │ • Railway (Hackathon - simple) │ │
│ │ • Kubernetes (Startup - scalable) │ │
│ │ • AWS ECS / GCP Cloud Run (Enterprise) │ │
│ └────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
```
---
## 🔄 Data Flow Diagram
```
1. USER UPLOADS PAPERS
↓
User → [Frontend Upload] → FastAPI /papers/upload → Storage
2. SYSTEM PROCESSES WITH ORCHESTRATION
↓
Papers → [PDFParser] → [Chunking] → [Embeddings]
↓ ↓ ↓
Content ←──┴──────────────┴────────────┴→ [Qdrant Vector DB]
3. ANALYSIS WORKFLOW (LangGraph)
↓
[Extract] → [Contradictions] → [Hypotheses] → [Gaps]
↓ ↓ ↓ ↓
Use: K2 API + OpenAI LLM for each step
4. PROTOCOL GENERATION WITH SELF-CRITIQUE
↓
[Generate v1] ─┐
[Generate v2] ─┼→ [Select Best] → [Validate] → [Store]
[Generate v3] ─┘
5. RESULTS STORED & QUERYABLE
↓
PostgreSQL ← [Analysis Results]
PostgreSQL ← [Contradictions]
PostgreSQL ← [Protocols]
PostgreSQL ← [Audit Trail]
6. FRONTEND VISUALIZES
↓
Results → [API] → [React Components] → [User Views]
↓
Reasoning Trace → [React Flow Graph]
Contradictions → [Data Table + Severity]
Protocols → [Rich Editor + Export]
```
---
## 📊 Technology Stack Layers
```
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PRESENTATION LAYER │
│ Next.js | React 18 | Tailwind CSS | React Flow | D3.js │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ API LAYER │
│ FastAPI | Uvicorn | Pydantic | OpenAPI (Swagger) │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ ORCHESTRATION LAYER │
│ LangGraph | LangChain | K2 Think API | OpenAI GPT-4 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PROCESSING LAYER │
│ PyMuPDF | Unstructured | sentence-transformers | Qdrant │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ DATA LAYER │
│ PostgreSQL | SQLAlchemy | Qdrant | Redis │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
↓
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ INFRASTRUCTURE LAYER │
│ Docker | Docker Compose | Kubernetes/Railway/AWS │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
```
---
## 🚀 Deployment Architecture
### Development (Local)
```
┌─────────────────────────────────────┐
│ Docker Compose on Localhost │
├─────────────────────────────────────┤
│ Frontend (Next.js) :3000 │
│ API (FastAPI) :8000 │
│ PostgreSQL :5432 │
│ Qdrant :6333 │
│ Redis :6379 │
└─────────────────────────────────────┘
```
### Hackathon (Railway)
```
┌─────────────────────────────────────┐
│ Railway.app │
├─────────────────────────────────────┤
│ API Service │
│ ├─ Auto-scaling │
│ ├─ Load balancing │
│ └─ HTTPS + domain │
│ │
│ PostgreSQL (Managed) │
│ Redis (Managed) │
│ Environment variables │
└─────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────┐
│ Vercel.app │
├─────────────────────────────────────┤
│ Next.js Frontend │
│ ├─ Edge functions │
│ ├─ CDN │
│ └─ Analytics │
└─────────────────────────────────────┘
```
### Production (AWS)
```
┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│ AWS Region │
├──────────────────────────────────────────────────────────┤
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ API Tier │ │
│ │ ├─ Application Load Balancer (ALB) │ │
│ │ ├─ ECS Fargate (Auto-scaling) │ │
│ │ ├─ CloudWatch Logs │ │
│ │ └─ EC2 Auto Scaling Groups │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Data Tier │ │
│ │ ├─ RDS PostgreSQL (Multi-AZ) │ │
│ │ ├─ ElastiCache Redis │ │
│ │ ├─ S3 for PDF storage │ │
│ │ └─ Secrets Manager │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Vector Search Tier │ │
│ │ ├─ Qdrant cluster (3-5 nodes) │ │
│ │ ├─ OpenSearch Domain (optional) │ │
│ │ └─ CloudFront distribution │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Frontend Tier │ │
│ │ ├─ CloudFront CDN │ │
│ │ ├─ Route 53 DNS │ │
│ │ └─ Certificate Manager SSL/TLS │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Monitoring & Analytics │ │
│ │ ├─ CloudWatch │ │
│ │ ├─ X-Ray tracing │ │
│ │ ├─ GuardDuty (security) │ │
│ │ └─ Cost Explorer │ │
│ └─────────────────────────────────────────────┘ │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘
```
---
## 🔐 Security Architecture
```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SECURITY LAYERS │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌─ Network Level ─────────────────────────────────┐ │
│ │ • VPC isolation (AWS) │ │
│ │ • Security groups (firewall rules) │ │
│ │ • WAF (Web Application Firewall) │ │
│ │ • DDoS protection (CloudFlare/AWS Shield) │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─ Transport Level ───────────────────────────────┐ │
│ │ • HTTPS/TLS 1.3 │ │
│ │ • Certificate pinning │ │
│ │ • Encryption in transit │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─ Application Level ─────────────────────────────┐ │
│ │ • API authentication (JWT tokens) │ │
│ │ • Rate limiting │ │
│ │ • Input validation & sanitization │ │
│ │ • CORS configuration │ │
│ │ • Security headers (CSP, HSTS) │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─ Data Level ────────────────────────────────────┐ │
│ │ • Database encryption at rest │ │
│ │ • Password hashing (bcrypt) │ │
│ │ • Secrets management (AWS Secrets Manager) │ │
│ │ • PII masking in logs │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌─ Audit & Compliance ────────────────────────────┐ │
│ │ • Activity logging (all operations) │ │
│ │ • Audit trail immutability │ │
│ │ • Data retention policies │ │
│ │ • Compliance monitoring (GDPR, HIPAA) │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
```
---
## 📈 Scalability Path
```
Phase 1: MVP (Hackathon)
├─ Docker Compose locally
├─ Single API server
├─ PostgreSQL single instance
├─ Qdrant single node
└─ Manual scaling
↓
Phase 2: Early Startup
├─ Railway deployment
├─ Managed database
├─ Redis cluster
├─ Qdrant cluster (3 nodes)
├─ Auto-scaling enabled
└─ ~1k users
↓
Phase 3: Growth
├─ AWS multi-region
├─ RDS Multi-AZ
├─ Load balancing
├─ Caching strategy
├─ Async processing
└─ ~10k users
↓
Phase 4: Enterprise
├─ Kubernetes cluster
├─ Database sharding
├─ Vector DB cluster
├─ Multiple regions
├─ Advanced monitoring
└─ ~100k+ users
```
---
## 🎯 Summary
| Component | Technology | Role |
|-----------|-----------|------|
| **Frontend** | Next.js, React, Tailwind | User interface |
| **API** | FastAPI, Uvicorn | REST endpoints |
| **Orchestration** | LangGraph, LangChain | Multi-step workflows |
| **AI** | K2 Think V2, OpenAI GPT-4 | Deep reasoning |
| **Document Processing** | PyMuPDF, Unstructured | PDF extraction |
| **Embeddings** | OpenAI embeddings | Vector generation |
| **Vector Search** | Qdrant | Semantic search |
| **Primary DB** | PostgreSQL | Structured data |
| **Cache** | Redis | Performance |
| **Deployment** | Docker, Railway/AWS | Infrastructure |
---
**This architecture is hackathon-ready AND scalable to production!** 🚀
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