Formación industrial en IoT (Internet de las cosas) con Raspberry PI y AWS IoT Core

Módulo 0: Fundamentos y Ecosistema AWS IoT

• Introducción a IoT
  • Definición de IoT en 2024: Más allá de las "Cosas" (Inteligencia de Borde, IA/ML en el Borde, Sistemas Ciberfísicos).
  • Impulsores del crecimiento de IoT (Industrias, Casos de Uso).
  • Tendencias clave de IoT (Computación de Borde, Sostenibilidad, integración de IA/ML, Seguridad mejorada).
  • AWS IoT dentro del ecosistema más amplio de AWS (recursos de AWS Partner Network - APN).
• Descripción general del panorama de servicios AWS IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Jobs, Device Defender).
  • Gestión de dispositivos AWS IoT (Incorporación de dispositivos, Gestión de configuración, Actualizaciones OTA).
  • Analítica AWS IoT (Procesamiento de datos, enriquecimiento, modelado).
  • AWS IoT Greengrass (Computación de borde, ejecución local, conectividad segura).
  • AWS IoT Button (Descripción general conceptual para dispositivos simples).
  • Conexión: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Módulo 1: Arquitectura, Componentes y Seguridad de IoT

• Arquitectura de IoT
  • Nivel de Dispositivo (Sensores, Actuadores, Dispositivos de Borde como Raspberry Pi, ESP32).
  • Nivel de Conectividad (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN - LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, IoT Celular).
  • Nivel de Integración en la Nube (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions).
  • Nivel de Procesamiento de Datos y Analítica (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Nivel de Aplicación (Aplicaciones móviles, Web Apps usando AWS Amplify, Aplicaciones empresariales personalizadas).
  • Importancia: Explicar el "por qué" detrás de las arquitecturas distribuidas (latencia, ancho de banda, capacidad de cómputo, seguridad).
• Análisis detallado de componentes esenciales de IoT
  • Hardware: Criterios de selección (MCU, conectividad, sensores), Elementos de seguridad (Entornos de Ejecución Confiables - TEE).
  • Computación de Borde (AWS Greengrass): Beneficios (baja latencia, reducción del tráfico de nube, toma de decisiones local).
  • Gestión de dispositivos: Incorporación (Over-the-Air - OTA, Provisionamiento previo), Configuración, Monitoreo, Depuración remota.
  • Análisis detallado de seguridad: Identidad de dispositivo, Autenticación y Autorización (Certificados X.509, JSON Web Tokens - JWT), Cifrado de datos (en reposo y en tránsito), AWS IoT Device Defender.
  • Estandarización de seguridad: Introducción a estándares (p. ej., IEEE P2145, Open Connectivity Foundation - OCF) y cumplimiento (ISO/IEC 27001, SOC 2).
• Funciones PaaS específicas de AWS para IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge seguro, Jobs para actualizaciones de firmware, Device Defender).
  • AWS Lambda (Computación sin servidor para preprocesamiento de datos, disparo de acciones).
  • AWS Step Functions (Flujos de trabajo con estado para interacciones complejas de dispositivos).
  • Amazon DynamoDB (BD NoSQL para ingesta de datos IoT rápida).
  • Servicio Amazon OpenSearch (Búsqueda y Analítica, manejo de datos de series temporales).
  • Amazon Timestream (Base de datos especializada en series temporales).
  • Amazon S3 (Almacenamiento de lago de datos crudo).
  • AWS IoT Device Defender (Monitoreo y evaluación de seguridad).
  • AWS IoT Wireless (Conexión de dispositivos remotos LPWAN).

Módulo 2: Protocolos de Comunicación de Dispositivos IoT

• MQTT (MQTT v5 y WebSockets)
  • Características de MQTT 5.0 (Retain, banderas Clean Session, Propiedades de usuario, temas comodín).
  • MQTT sobre WebSockets (Estandarización).
  • Niveles de Calidad de Servicio (QoS) explicados.
  • Mejores prácticas del protocolo.
• Protocolos Alternativos
  • CoAP (Protocolo de Aplicación Restringida) para dispositivos restringidos.
  • AMQP / MQTT sobre AMQP (Formatos estándar de intercambio de datos).
  • HTTP (Para actualizaciones más simples y menos frecuentes).
  • WebSockets (Comunicación full-duplex).

Módulo 3: Construcción de Aplicaciones IoT Robustas con AWS

• Incorporación de Dispositivos y Conectividad Segura
  • Provisionamiento previo de AWS IoT Device Defender.
  • Incorporación segura Over-The-Air (OTA) (p. ej., usando conceptos de AWS IoT Button).
  • Gestión de certificados de dispositivos (ACM/PKI).
  • Implementación de MQTT con TLS.
• Ingesta, Almacenamiento y Procesamiento de Datos
  • Envío eficiente de datos desde dispositivos a AWS IoT Core.
  • Elección del destino correcto: Lambda (orientado a eventos), Step Functions (orquestación), Timestream (series temporales), OpenSearch (búsqueda y analítica), S3 (datos crudos).
  • Uso de AWS IoT Analytics para enriquecimiento y limpieza de datos antes del almacenamiento.
  • Manejo de escenarios de alto rendimiento (Kinesis/Firehose).
• Gestión y Operaciones de Dispositivos
  • Uso de AWS IoT Device Management para gestión de flotas.
  • Implementación y gestión de Actualizaciones OTA (usando AWS IoT Jobs).
  • Monitoreo remoto y Configuración.
• Construcción del Backend de IoT
  • API Gateway para crear APIs REST/GraphQL para interactuar con dispositivos y datos.
  • AWS Lambda para lógica empresarial.
  • AWS Step Functions para coordinar componentes distribuidos.
  • Amazon SQS/SNS para mensajería asíncrona y activación de eventos.

Módulo 4: Computación de Borde e Integración Avanzada

• AWS IoT Greengrass
  • Conceptos (Core, Device, Connector).
  • Ejecución de funciones Lambda localmente en el dispositivo.
  • Ejecución de código directamente en el dispositivo (C++, Python).
  • Comunicación segura entre Greengrass Core y dispositivos AWS/IoT.
  • Caso de uso: Filtro de datos locales, preprocesamiento o inferencia de IA en el borde.
• Integración con IA/ML
  • Uso de SageMaker para modelos de ML complejos en la nube.
  • Ejecución de inferencia ML en el borde con Greengrass ML Accelerator (GMA).
• Visualización de Datos e Interfases de Usuario
  • Uso de AWS IoT SiteWise para visualización de datos industriales.
  • Construcción de Web Apps con AWS Amplify (API, UI, Autenticación).
  • Tableros usando Amazon QuickSight o OpenSearch Dashboards.

Módulo 5: Seguridad, Gobernanza y Mejores Prácticas

• Ciclo de Vida de Seguridad de IoT
  • Principios de Diseño Seguro (Defensa en Profundidad).
  • Prácticas de Desarrollo Seguro (OWASP IoT Top 10).
  • Gestión de Vulnerabilidades.
  • Modelado de Amenazas para IoT.
• Servicios de Seguridad de AWS para IoT
  • AWS IoT Device Defender (Servicio y Device Defender).
  • AWS Shield, AWS Identity and Access Management (IAM).
  • AWS Config para comprobaciones de cumplimiento.
  • Integración de Módulos de Seguridad de Hardware (HSM).
• Privacidad de Datos y Gobernanza
  • Manejo de datos sensibles (PII).
  • Políticas de Retención y Eliminación de datos.
  • Consideraciones de cumplimiento.

Módulo 6: Proyectos Prácticos y Proyecto Final (Capstone)

• Prácticas de Laboratorio Guiadas
  • Incorporación de Dispositivos y Comunicación MQTT.
  • Implementación de Ingesta de Datos Segura en AWS.
  • Construcción de un Tablero IoT Simple.
  • Simulación de Actualización OTA.
  • Introducción a AWS IoT Greengrass.
• Proyecto Final (Capstone)
  • Construir una solución IoT completa que aborde un problema del mundo real (p. ej., Automatización de Hogar Inteligente, Monitoreo Ambiental, Centro de Sensores Industrial).
  • Requisitos: Dispositivo seguro, ingesta de datos, procesamiento, visualización y componente de borde opcional.
  • Uso de servicios de AWS cubiertos a lo largo del curso.