Formación 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 Edge, IA/ML en el Edge, Sistemas Ciberfísicos).
  • Factores 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 más amplio de AWS (Recursos de la Red de Aliados de AWS - APN).
• Vista general del panorama 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).
  • Analytics AWS IoT (Procesamiento de datos, enriquecimiento, modelado).
  • AWS IoT Greengrass (Cómputo en el edge, ejecución local, conectividad segura).
  • AWS IoT Button (Vista conceptual para dispositivos simples).
  • Conexión: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Módulo 1: Arquitectura de IoT, Componentes y Seguridad

• 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 con 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 comerciales personalizadas).
  • Importancia: Explicar el "porqué" 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).
  • Cómputo 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-provisioning), Configuración, Monitoreo, Depuración remota.
  • Seguridad Profunda: 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 Seguridad: Introducción a normas (por ejemplo, IEEE P2145, Open Connectivity Foundation - OCF) y cumplimiento (ISO/IEC 27001, SOC 2).
• Funciones específicas de PaaS de AWS para IoT
  • AWS IoT Core (Secure MQTT/Bridge, Jobs para actualizaciones de firmware, Device Defender).
  • AWS Lambda (Cómputo serverless para preprocesamiento de datos y 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 Análisis, manejo de datos de series temporales).
  • Amazon Timestream (Base de datos especializada para series temporales).
  • Amazon S3 (Almacenamiento en lago de datos crudos).
  • 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 comodín).
  • MQTT sobre WebSockets (Estandarización).
  • Niveles de Calidad de Servicio (QoS) explicados.
  • Buenas prácticas del protocolo.
• Protocolos Alternativos
  • CoAP (Protocolo de Aplicación Restringida) para dispositivos con recursos limitados.
  • AMQP / MQTT sobre AMQP (Formatos de intercambio de datos estándar).
  • 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-provisioning con AWS IoT Device Defender.
  • Incorporación Segura Over-The-Air (OTA) (por ejemplo, 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.
  • Elección del objetivo adecuado: Lambda (basado en eventos), Step Functions (orquestación), Timestream (series temporales), OpenSearch (búsqueda y análisis), S3 (datos crudos).
  • Uso de AWS IoT Analytics para enriquecimiento y limpieza de datos antes del almacenamiento.
  • Manejo de escenarios de alto throughput (Kinesis/Firehose).
• Gestión y Operación 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: Cómputo en el Edge e Integración Avanzada

• AWS IoT Greengrass
  • Conceptos (Core, Dispositivo, 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: Filtrado local de datos, 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 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).
  • Paneles utilizando Amazon QuickSight u OpenSearch Dashboards.

Módulo 5: Seguridad, Gobernanza y Buenas 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 (Service 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 Hands-on
  • Incorporación de Dispositivos y Comunicación MQTT.
  • Implementación de Ingesta de Datos Segura en AWS.
  • Construcción de un Panel IoT Simple.
  • Simulación de Actualización OTA.
  • Introducción a AWS IoT Greengrass.
• Proyecto Final (Capstone)
  • Construcción de una solución completa de IoT que aborde un problema del mundo real (por ejemplo, Automatización del Hogar Inteligente, Monitoreo Ambiental, Concentrador de Sensores Industrial).
  • Requisitos: Dispositivo seguro, ingesta de datos, procesamiento, visualización y componente edge opcional.
  • Uso de los servicios de AWS cubiertos durante el curso.