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 Asociados de AWS - APN).
• Visión General del Paisaje de Servicios de 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 (Cómputo 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 de IoT

• Arquitectura de IoT
  • Capa de Dispositivo (Sensores, Actores, 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 Analítica de Datos (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Capa de Aplicación (Aplicaciones Móviles, Apps Web 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 Profundo de Componentes Esenciales de IoT
  • Hardware: Criterios de selección (MCU, conectividad, sensores), Elementos de Seguridad (Entornos de Ejecución Confiables - TEEs).
  • Computación en el Borde (AWS Greengrass): Beneficios (baja latencia, reducción del tráfico hacia la nube, toma de decisiones local).
  • Gestión de Dispositivos: Incorporación (Sobre el Aire - OTA, Pre-provisionamiento), Configuración, Monitoreo, Depuración Remota.
  • Análisis Profundo de Seguridad: Identidad del Dispositivo, Autenticación y Autorización (Certs X.509, 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 (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 ingesta rápida de datos IoT).
  • Servicio Amazon OpenSearch (Búsqueda y Analítica, manejo de datos de series temporales).
  • Amazon Timestream (Base de datos especializada para series temporales).
  • Amazon S3 (Almacenamiento en lago de datos sin procesar).
  • 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, Banderas de Sesión Limpia, Propiedades de Usuario, Temas con comodines).
  • MQTT sobre WebSockets (Estandarización).
  • Niveles de Calidad de Servicio (QoS) explicados.
  • Mejores Prácticas del Protocolo.
• Protocolos Alternativos
  • CoAP (Protocolo de Aplicación Restringido) para dispositivos con restricciones.
  • 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
  • Pre-provisionamiento de AWS IoT Device Defender.
  • Incorporación Segura Sobre el Aire (OTA) (p. ej., utilizando conceptos de AWS IoT Button).
  • Gestión de Certificados de Dispositivo (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 objetivo correcto: Lambda (controlado por eventos), Step Functions (orquestación), Timestream (series temporales), OpenSearch (búsqueda y analítica), S3 (datos sin procesar).
  • Uso de AWS IoT Analytics para 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 (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 Core de Greengrass 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 complejos de ML en la nube.
  • Ejecución de inferencia de ML en el borde con Acelerador de ML de Greengrass (GMA).
• Visualización de Datos e Interfaces de Usuario
  • Uso de AWS IoT SiteWise para visualización de datos industriales.
  • Construcción de Apps Web con AWS Amplify (API, IU, Autenticación).
  • Paneles de control usando 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 (Top 10 OWASP para IoT).
  • 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 verificaciones de cumplimiento.
  • Integración de Módulos de Seguridad de Hardware (HSMs).
• 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

• Laboratorios Guiados Prácticos
  • Incorporación de Dispositivos y Comunicación MQTT.
  • Implementación de Ingesta de Datos Segura a AWS.
  • Construcción de un Panel IoT Simple.
  • Simulación de Actualización OTA.
  • Introducción a AWS IoT Greengrass.
• Proyecto Final (Capstone)
  • Construir una solución completa de IoT 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 borde opcional.
  • Uso de los servicios de AWS cubiertos durante el curso.