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

Módulo 0: Fundamentos y Ecosistema AWS IoT

• Introducción a IoT
  • Definiendo IoT en 2024: Más allá de las "Cosas" (Inteligencia de Borde, IA/ML en el Borde, Sistemas Ciberfísicos).
  • Impulsores del crecimiento de IoT (Industrias, Casos de uso).
  • Tendencias clave en IoT (Computación de borde, Sostenibilidad, Integración de IA/ML, Seguridad mejorada).
  • AWS IoT dentro del ecosistema AWS más amplio (Recursos de AWS Partner Network - APN).
• Resumen del Panorama de Servicios AWS IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Jobs, 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 de borde, ejecución local, conectividad segura).
  • AWS IoT Button (Resumen conceptual para dispositivos simples).
  • Conexión: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Módulo 1: Arquitectura IoT, Componentes y Seguridad

• 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 (Móvil, Apps Web usando AWS Amplify, Apps empresariales personalizadas).
  • Importancia: Explicar el "por qué" detrás de las arquitecturas distribuidas (latencia, ancho de banda, potencia de cómputo, seguridad).
• Análisis en Profundidad de Componentes Esenciales de IoT
  • Hardware: Criterios de selección (MCU, conectividad, sensores), Elementos de seguridad (Entornos de ejecución confiables - TEEs).
  • Computación de Borde (AWS Greengrass): Beneficios (baja latencia, reducción de tráfico hacia la nube, toma de decisiones local).
  • Gestión de dispositivos: Incorporación (Sobre el Aire - OTA, Pre-provisión), Configuración, Monitoreo, Depuración remota.
  • Análisis en Profundidad de Seguridad: Identidad del dispositivo, Autenticación y Autorización (Certs X.509, JSON Web Tokens - JWTs), 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 (Computación sin servidor para preprocesamiento de datos, activación de acciones).
  • AWS Step Functions (Flujos de trabajo con estado para interacciones de dispositivos complejas).
  • Amazon DynamoDB (BD NoSQL para ingesta de datos IoT rápida).
  • Amazon OpenSearch Service (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 crudo).
  • 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 (Retain, banderas Clean Session, Propiedades de usuario, temas Wildcard).
  • MQTT sobre WebSockets (Estandarización).
  • Niveles de Calidad de Servicio (QoS) explicados.
  • Mejores prácticas del protocolo.
• Protocolos Alternativos
  • CoAP (Constrained Application Protocol) 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-Provisión de AWS IoT Device Defender.
  • Incorporación Segura Sobre el Aire (OTA) (p. ej., usando 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.
  • Elección del destino adecuado: Lambda (basado en eventos), Step Functions (orquestación), Timestream (series temporales), OpenSearch (búsqueda y analítica), S3 (datos crudos).
  • 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 la gestión de flotas.
  • Implementación y gestión de Actualizaciones OTA (usando AWS IoT Jobs).
  • Monitoreo y Configuración Remotos.
• 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 de Borde e Integración Avanzada

• AWS IoT Greengrass
  • Conceptos (Core, Device, 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 de datos local, preprocesamiento o inferencia de IA en el borde.
• Integración con IA/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 Interfaz de Usuario
  • Uso de AWS IoT SiteWise para la visualización de datos industriales.
  • Construcción de Apps Web con AWS Amplify (API, UI, Autenticación).
  • Paneles de control (Dashboards) usando Amazon QuickSight o OpenSearch Dashboards.

Módulo 5: Seguridad, Gobernanza y Mejores Prácticas

• Ciclo de Vida de 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 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 Capstone

• Laboratorios Prácticos Guiados
  • Incorporación de Dispositivos y Comunicación MQTT.
  • Implementación de Ingesta de Datos Segura en AWS.
  • Construcción de un Simple Panel de Control IoT.
  • Simulación de Actualización OTA.
  • Introducción a AWS IoT Greengrass.
• Proyecto Capstone
  • Construir una solución IoT completa que aborde un problema del mundo real (p. ej., Automatización del Hogar Inteligente, Monitoreo Ambiental, Hub de Sensores Industriales).
  • Requisitos: Dispositivo seguro, ingesta de datos, procesamiento, visualización y componente de borde opcional.
  • Usar servicios de AWS cubiertos a lo largo del curso.