Capacitación Industrial en IoT (Internet de las Cosas) con Raspberry PI y AWS IoT Core

Módulo 0: Fundamentos y Ecosistema de AWS IoT

• Introducción a IoT
  • Definición de IoT en 2024: más allá de las "Cosas" (Inteligencia en el borde, AI/ML en el borde, Sistemas Ciberfísicos).
  • Impulsores del crecimiento de IoT (Industrias, Casos de uso).
  • Tendencias clave de IoT (Computación en el borde, Sostenibilidad, integración de AI/ML, Seguridad mejorada).
  • AWS IoT dentro del ecosistema AWS más amplio (Recursos de la Red de Socios de AWS - APN).
• Visión general del panorama de servicios de AWS IoT
  • AWS IoT Core (Puente MQTT, Trabajos, Device Defender).
  • Gestión de Dispositivos AWS IoT (Incorporación de dispositivos, Gestión de configuración, Actualizaciones OTA).
  • Análisis de Datos AWS IoT (Procesamiento de datos, enriquecimiento, modelado).
  • AWS IoT Greengrass (Computación en el borde, ejecución local, conectividad segura).
  • Botón AWS IoT (Visión 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 y Web utilizando AWS Amplify, Aplicaciones Empresariales Personalizadas).
  • Importancia: Explicación del "por qué" detrás de las arquitecturas distribuidas (latencia, ancho de banda, capacidad de cómputo, seguridad).
• Análisis profundo de componentes esenciales de 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, Pre-configuración), Configuración, Monitoreo, Depuración Remota.
  • Análisis profundo de Seguridad: Identidad del Dispositivo, Autenticación y Autorización (Certificados X.509, Tokens JWT), Cifrado de Datos (en reposo y en tránsito), AWS IoT Device Defender.
  • Estandarización de Seguridad: Introducción a estándares (por ejemplo, IEEE P2145, Open Connectivity Foundation - OCF) y cumplimiento (ISO/IEC 27001, SOC 2).
• Funciones PaaS específicas de AWS para IoT
  • AWS IoT Core (Puente MQTT Seguro, Trabajos para actualizaciones de firmware, Device Defender).
  • AWS Lambda (Cómputo serverless para preprocesamiento de datos, activación 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).
  • Servicio Amazon OpenSearch (Búsqueda y Análisis, manejo de datos de series temporales).
  • Amazon Timestream (Base de datos especializada en 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, marcas 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 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
  • Pre-configuración de AWS IoT Device Defender.
  • Incorporación segura Over-The-Air (OTA) (por ejemplo, usando conceptos del botón AWS IoT).
  • Gestión de certificados de dispositivos (ACM/PKI).
  • Implementación de MQTT con TLS.
• Ingestión, Almacenamiento y Procesamiento de Datos
  • Envío eficiente de datos desde dispositivos a AWS IoT Core.
  • Elegir el objetivo correcto: Lambda (controlado por eventos), Step Functions (orquestación), Timestream (series temporales), OpenSearch (búsqueda y análisis), S3 (datos en bruto).
  • Uso de AWS IoT Analytics para enriquecimiento y limpieza de datos antes del almacenamiento.
  • Manejo de escenarios de alto throughput (Kinesis/Firehose).
• Gestión y Operaciones de Dispositivos
  • Uso de AWS IoT Device Management para la 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 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 el Core de Greengrass y dispositivos AWS/IoT.
  • Caso de uso: Filtrado de datos local, preprocesamiento o inferencia de AI en el borde.
• Integración con AI/ML
  • Uso de SageMaker para modelos de ML complejos en la nube.
  • Ejecución de inferencia de 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 utilizando Amazon QuickSight o OpenSearch Dashboards.

Módulo 5: Seguridad, Gobernanza y Mejores Prácticas

• Ciclo de vida de la 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 (Service y Device Defender).
  • AWS Shield, Identidad y Gestión de Acceso de AWS (IAM).
  • AWS Config para comprobaciones de cumplimiento.
  • Integración de Módulos de Seguridad de Hardware (HSM).
• 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 prácticos guiados
  • Incorporación de dispositivos y comunicación MQTT.
  • Implementación de ingestión segura de datos en AWS.
  • Construcción de un tablero IoT simple.
  • Simulación de actualización OTA.
  • Introducción a AWS IoT Greengrass.
• Proyecto Final
  • Construir una solución completa de IoT que aborde un problema del mundo real (por ejemplo, Automatización del Hogar Inteligente, Monitoreo Ambiental, Hub de Sensores Industrial).
  • Requisitos: Dispositivo seguro, ingestión de datos, procesamiento, visualización y componente opcional en el borde.
  • Uso de servicios AWS cubiertos a lo largo del curso.