Formación industrial en IoT (Internet de las Cosas) con Raspberry Pi y AWS IoT Core

Módulo 0: Fundamentos y Ecosistema AWS IoT

• Introducción al IoT
  • Definiendo el IoT en 2024: Más allá de las "Cosas" (Inteligencia en el Borde, AI/ML en el Borde, Sistemas Ciberfísicos).
  • Impulsores del crecimiento del IoT (Industrias, Casos de uso).
  • Tendencias clave del IoT (Computación en el borde, Sostenibilidad, integración de AI/ML, Seguridad mejorada).
  • AWS IoT dentro del amplio ecosistema AWS (Recursos de la Red de Socios de AWS - APN).
• Visión general del panorama de servicios de AWS IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Tareas, Device Defender).
  • Gestión de dispositivos de AWS IoT (Incorporación de dispositivos, Gestión de configuración, Actualizaciones OTA).
  • Analítica de AWS IoT (Procesamiento de datos, enriquecimiento, modelado).
  • AWS IoT Greengrass (Computación en el borde, ejecución local, conectividad segura).
  • AWS IoT Button (Visión general conceptual para dispositivos simples).
  • Conexión: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Módulo 1: Arquitectura, Componentes y Seguridad del IoT

• Arquitectura IoT
  • Capa de dispositivos (Sensores, Actuadores, Dispositivos de borde 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 analítica de datos (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Capa de aplicaciones (Aplicaciones móviles, Web utilizando AWS Amplify, Aplicaciones de negocio personalizadas).
  • Importancia: Explicar el "porqué" detrás de las arquitecturas distribuidas (latencia, ancho de banda, potencia de cálculo, seguridad).
• Análisis detallado de componentes esenciales del IoT
  • Hardware: Criterios de selección (MCU, conectividad, sensores), Elementos de seguridad (Entornos de ejecución de confianza - TEEs).
  • Computación en el borde (AWS Greengrass): Beneficios (baja latencia, reducción del tráfico hacia la nube, toma de decisiones local).
  • Gestión de dispositivos: Incorporación (Over-the-Air - OTA, Aprovisionamiento previo), Configuración, Monitoreo, Depuración remota.
  • Análisis detallado de seguridad: 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.
  • Estandarización de la 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, Tareas para actualizaciones de firmware, Device Defender).
  • AWS Lambda (Computación sin servidor para preprocesamiento de datos, activación de acciones).
  • AWS Step Functions (Flujos de trabajo con estado para interacciones complejas de dispositivos).
  • Amazon DynamoDB (BD NoSQL para ingesta rápida de datos IoT).
  • Servicio Amazon OpenSearch (Búsqueda y analítica, manejo de datos de series temporales).
  • Amazon Timestream (Base de datos especializada de series temporales).
  • Amazon S3 (Almacenamiento de lago de datos brutos).
  • 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 (Retener, banderas de sesión limpia, 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 Restricionada) para dispositivos restringidos.
  • AMQP / MQTT sobre AMQP (Formatos estándar de intercambio de datos).
  • HTTP (Para actualizaciones más simples y menos frecuentes).
  • WebSockets (Comunicación dúplex completa).

Módulo 3: Construcción de aplicaciones IoT robustas con AWS

• Incorporación de dispositivos y conectividad segura
  • Aprovisionamiento previo de AWS IoT Device Defender.
  • Incorporación segura Over-The-Air (OTA) (p. ej., utilizando 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.
  • Elegir el destino correcto: Lambda (basado en eventos), Step Functions (orquestación), Timestream (series temporales), OpenSearch (búsqueda y analítica), S3 (datos brutos).
  • 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 (utilizando AWS IoT Jobs).
  • Monitoreo y configuración remota.
• Construcción del backend IoT
  • API Gateway para crear APIs REST/GraphQL para interactuar con dispositivos y datos.
  • AWS Lambda para la lógica de negocio.
  • AWS Step Functions para coordinar componentes distribuidos.
  • Amazon SQS/SNS para mensajería asíncrona y activación de eventos.

Módulo 4: Computación en el borde 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 Greengrass Core y dispositivos AWS/IoT.
  • Caso de uso: Filtrado local de datos, preprocesamiento o inferencia de AI en el borde.
• Integración con AI/ML
  • Uso de SageMaker para modelos ML complejos en la nube.
  • Ejecución de inferencia ML en el borde con Greengrass ML Accelerator (GMA).
• Visualización de datos e Interfaces de usuario
  • Uso de AWS IoT SiteWise para visualización de datos industriales.
  • Construcción de aplicaciones Web con AWS Amplify (API, UI, Autenticación).
  • Tableros (Dashboards) utilizando Amazon QuickSight o 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 (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 integrador

• Laboratorios prácticos guiados
  • Incorporación de dispositivos y comunicación MQTT.
  • Implementación de ingesta de datos segura hacia AWS.
  • Construcción de un tablero (Dashboard) IoT simple.
  • Simulación de actualización OTA.
  • Introducción a AWS IoT Greengrass.
• Proyecto integrador (Capstone)
  • Construir 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, ingesta de datos, procesamiento, visualización y componente de borde opcional.
  • Uso de los servicios de AWS cubiertos a lo largo del curso.