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 en el Edge, IA/ML en el Edge, Sistemas Ciberfísicos).
  • Impulsores del Crecimiento de IoT (Industrias, Casos de Uso).
  • Tendencias Clave de IoT (Computación en el Edge, Sostenibilidad, Integración de IA/ML, Seguridad Mejorada).
  • AWS IoT dentro del ecosistema AWS más amplio (Recursos de la Red de Socios de AWS - APN).
• Descripción General del Panorama de Servicios de AWS IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Puente, Trabajos, Device Defender).
  • AWS IoT Device Management (Incorporación de Dispositivos, Gestión de Configuración, Actualizaciones OTA).
  • AWS IoT Analytics (Procesamiento de datos, enriquecimiento, modelado).
  • AWS IoT Greengrass (Computación en el Edge, ejecución local, conectividad segura).
  • AWS IoT Button (Descripción 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
  • Capa de Dispositivo (Sensores, Actuadores, Dispositivos Edge como Raspberry Pi, ESP32).
  • Capa de Conectividad (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN - LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, IoT Celular).
  • Capa de Integración en la Nube (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions).
  • Capa de Procesamiento y Análisis de Datos (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Capa de Aplicación (Aplicaciones Móviles, Apps Web utilizando AWS Amplify, Aplicaciones Empresariales Personalizadas).
  • Importancia: Explicar el "porqué" de las arquitecturas distribuidas (latencia, ancho de banda, potencia de cómputo, seguridad).
• Profundización en los Componentes Esenciales de IoT
  • Hardware: Criterios de selección (MCU, conectividad, sensores), Elementos de Seguridad (Entornos de Ejecución de Confianza - TEEs).
  • Computación en el Edge (AWS Greengrass): Beneficios (baja latencia, reducción del tráfico en la nube, toma de decisiones local).
  • Gestión de Dispositivos: Incorporación (Over-The-Air - OTA, Pre-provisionamiento), Configuración, Monitoreo, Depuración Remota.
  • Seguridad en Profundidad: Identidad del Dispositivo, Autenticación y Autorización (Certificados X.509, JSON Web Tokens - JWTs), Cifrado de Datos (en reposo y en tránsito), AWS IoT Device Defender.
  • Estándarización de Seguridad: Introducción a los 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 Seguro/Puente, Trabajos para actualizaciones de firmware, Device Defender).
  • AWS Lambda (Computación sin servidor para preprocesamiento de datos, disparación de acciones).
  • AWS Step Functions (Flujos de trabajo con estado para interacciones complejas de dispositivos).
  • Amazon DynamoDB (Base de datos NoSQL para ingestión rápida de datos IoT).
  • Amazon OpenSearch Service (Búsqueda y Análisis, manejo de datos de series temporales).
  • Amazon Timestream (Base de datos especializada para series temporales).
  • Amazon S3 (Almacenamiento de lago de datos en bruto).
  • AWS IoT Device Defender (Monitoreo y evaluación de seguridad).
  • AWS IoT Wireless (Conexión de dispositivos LPWAN remotos).

Módulo 2: Protocolos de Comunicación de Dispositivos IoT

• MQTT (MQTT v5 y WebSockets)
  • Características de MQTT 5.0 (Retener, indicadores de Sesión Limpia, Propiedades de Usuario, Temas con comodines).
  • MQTT sobre WebSockets (Estandarización).
  • Explicación de los Niveles de Calidad de Servicio (QoS).
  • Buenas Prácticas del Protocolo.
• Protocolos Alternativos
  • CoAP (Protocolo de Aplicación Restringido) para dispositivos restringidos.
  • AMQP / MQTT sobre AMQP (Formatos estándar de intercambio de datos).
  • HTTP (Para actualizaciones más simples y menos frecuentes).
  • WebSockets (Comunicación dúplex completo).

Módulo 3: Construcción de Aplicaciones IoT Robustas con AWS

• Incorporación de Dispositivos y Conectividad Segura
  • Incorporación Previa de AWS IoT Device Defender.
  • Incorporación Segura Over-The-Air (OTA) (p. ej., utilizando conceptos de AWS IoT Button).
  • Gestión de Certificados de Dispositivo (ACM/PKI).
  • Implementación de MQTT con TLS.
• Ingestión, Almacenamiento y Procesamiento de Datos
  • Envío eficiente de datos desde dispositivos a AWS IoT Core.
  • Elección del objetivo adecuado: Lambda (impulsado por eventos), Step Functions (orquestación), Timestream (series temporales), OpenSearch (búsqueda y análisis), S3 (datos en bruto).
  • Uso de AWS IoT Analytics para el enriquecimiento y limpieza de datos antes del almacenamiento.
  • Manejo de escenarios de alto rendimiento (Kinesis/Firehose).
• Gestión de Dispositivos y Operaciones
  • Uso de AWS IoT Device Management para la gestión de flotas.
  • Implementación y gestión de Actualizaciones OTA (utilizando AWS IoT Jobs).
  • Monitoreo y Configuración Remota.
• Construcción del Backend de IoT
  • API Gateway para crear APIs REST/GraphQL para interactuar con dispositivos y datos.
  • AWS Lambda para la lógica empresarial.
  • AWS Step Functions para coordinar componentes distribuidos.
  • Amazon SQS/SNS para mensajería asíncrona y disparación de eventos.

Módulo 4: Computación en el Edge e Integración Avanzada

• AWS IoT Greengrass
  • Conceptos (Core, Dispositivo, Conector).
  • Ejecución de funciones Lambda localmente en el dispositivo.
  • Ejecución de código directamente en el dispositivo (C++, Python).
  • Comunicación segura entre el Core de Greengrass y los dispositivos AWS/IoT.
  • Caso de Uso: Filtrado de datos local, preprocesamiento o inferencia de IA en el edge.
• Integración con IA/ML
  • Uso de SageMaker para modelos de ML complejos en la nube.
  • Ejecución de inferencia de ML en el edge con el Acelerador ML de Greengrass (GMA).
• Visualización de Datos e Interfaces de Usuario
  • Uso de AWS IoT SiteWise para la visualización de datos industriales.
  • Construcción de Aplicaciones Web con AWS Amplify (API, UI, Autenticación).
  • Paneles de control utilizando Amazon QuickSight u OpenSearch Dashboards.

Módulo 5: Seguridad, Gobernanza y Mejores Prácticas

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

Módulo 6: Proyectos Prácticos y Proyecto Final

• Laboratorios Guiados Prácticos
  • Incorporación de Dispositivo y Comunicación MQTT.
  • Implementación de Ingestión Segura de Datos en AWS.
  • Construcción de un Panel de Control IoT Simple.
  • Simulación de Actualización OTA.
  • Introducción a AWS IoT Greengrass.
• Proyecto Final
  • Construcción de una solución IoT completa que aborde un problema del mundo real (p. ej., Automatización del Hogar Inteligente, Monitoreo Ambiental, Hub de Sensores Industrial).
  • Requisitos: Dispositivo seguro, ingestión de datos, procesamiento, visualización y componente de edge opcional.
  • Uso de los servicios de AWS cubiertos durante el curso.