Curs de pregatire Training industrial IoT (Internet of Things) cu Raspberry PI și AWS IoT Core

Modulul 0: Fundamente și ecosistemul AWS IoT

• Introducere în IoT
  • Definirea IoT în 2024: dincolo de „Things” (Edge Intelligence, AI/ML la Edge, sisteme ciber-fizice).
  • Factori care determină creșterea IoT (industrii, use cases).
  • Tendințe cheie în IoT (Edge Computing, sustenabilitate, integrare AI/ML, securitate îmbunătățită).
  • AWS IoT în contextul ecosistemului AWS mai larg (AWS Partner Network - resurse APN).
• Prezentarea peisajului de servicii AWS IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Jobs, Device Defender).
  • AWS IoT Device Management (onboarding dispozitive, managementul configurației, actualizări OTA).
  • AWS IoT Analytics (procesarea, îmbogățirea și modelarea datelor).
  • AWS IoT Greengrass (calcul la edge, execuție locală, conectivitate securizată).
  • AWS IoT Button (prezentare conceptuală pentru dispozitive simple).
  • Conexiune: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Modulul 1: Arhitectura IoT, componente și securitate

• Arhitectura IoT
  • Nivelul de dispozitive (senzori, actuatori, dispozitive edge precum Raspberry Pi, ESP32).
  • Nivelul de conectivitate (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN - LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, IoT celular).
  • Nivelul de integrare cloud (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions).
  • Nivelul de procesare și analiză a datelor (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Nivelul de aplicații (aplicații mobile, web care folosesc AWS Amplify, aplicații de business personalizate).
  • Importanță: explică „de ce-ul” din spatele arhitecturilor distribuite (latență, lățime de bandă, putere de calcul, securitate).
• Analiza detaliată a componentelor IoT esențiale
  • Hardware: criterii de selecție (MCU, conectivitate, senzori), elemente de securitate (Trusted Execution Environments - TEEs).
  • Edge Computing (AWS Greengrass): beneficii (latență redusă, trafic cloud diminuat, luarea deciziilor la nivel local).
  • Device Management: onboarding (Over-the-Air - OTA, pre-provisioning), configurare, monitorizare, debugging remote.
  • Analiza detaliată a securității: identitatea dispozitivului, autentificare și autorizare (certificate X.509, JSON Web Tokens - JWTs), criptarea datelor (at rest și in transit), AWS IoT Device Defender.
  • Standardizarea securității: introducere în standarde (de exemplu, IEEE P2145, Open Connectivity Foundation - OCF) și conformitate (ISO/IEC 27001, SOC 2).
• Funcții PaaS specifice AWS pentru IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge securizat, Jobs pentru actualizări de firmware, Device Defender).
  • AWS Lambda (calcul serverless pentru preprocesarea datelor, declanșarea de acțiuni).
  • AWS Step Functions (workflow-uri stateful pentru interacțiuni complexe cu dispozitivele).
  • Amazon DynamoDB (bază de date NoSQL pentru ingerarea rapidă a datelor IoT).
  • Amazon OpenSearch Service (căutare și analiză, gestionarea datelor time series).
  • Amazon Timestream (bază de date specializată pentru serii de timp).
  • Amazon S3 (stocarea datelor brute în data lake).
  • AWS IoT Device Defender (monitorizare și evaluarea securității).
  • AWS IoT Wireless (conectarea dispozitivelor LPWAN remote).

Modulul 2: Protocoale de comunicare pentru dispozitive IoT

• MQTT (MQTT v5 și WebSockets)
  • Funcționalități MQTT 5.0 (Retain, flag-uri Clean Session, User Properties, topicuri cu wildcard).
  • MQTT peste WebSockets (standardizare).
  • Nivelurile Quality of Service (QoS) explicate.
  • Best practices de protocol.
• Protocoale alternative
  • CoAP (Constrained Application Protocol) pentru dispozitive cu resurse limitate.
  • AMQP / MQTT peste AMQP (formate standard de schimb de date).
  • HTTP (pentru actualizări mai simple, mai puțin frecvente).
  • WebSockets (comunicare full-duplex).

Modulul 3: Construirea de aplicații IoT robuste cu AWS

• Onboarding dispozitive și conectivitate securizată
  • AWS IoT Device Defender Pre-Provisioning.
  • Onboarding securizat Over-The-Air (OTA) (de exemplu, folosind conceptele AWS IoT Button).
  • Gestionarea certificatelor dispozitivelor (ACM/PKI).
  • Implementarea MQTT cu TLS.
• Ingerarea, stocarea și procesarea datelor
  • Trimiterea eficientă a datelor de la dispozitive către AWS IoT Core.
  • Alegerea destinației potrivite: Lambda (event-driven), Step Functions (orchestrare), Timestream (serii de timp), OpenSearch (căutare și analiză), S3 (date brute).
  • Folosirea AWS IoT Analytics pentru îmbogățirea și curățarea datelor înainte de stocare.
  • Gestionarea scenariilor cu trafic ridicat (Kinesis/Firehose).
• Device Management și operațiuni
  • Folosirea AWS IoT Device Management pentru fleet management.
  • Implementarea și gestionarea actualizărilor OTA (folosind AWS IoT Jobs).
  • Monitorizare și configurare remote.
• Construirea backend-ului IoT
  • API Gateway pentru crearea de API-uri REST/GraphQL cu scopul de a interacționa cu dispozitivele și datele.
  • AWS Lambda pentru logica de business.
  • AWS Step Functions pentru coordonarea componentelor distribuite.
  • Amazon SQS/SNS pentru mesagerie asincronă și declanșarea de evenimente.

Modulul 4: Edge Computing și integrare avansată

• AWS IoT Greengrass
  • Concepte (Core, Device, Connector).
  • Rularea funcțiilor Lambda local, pe dispozitiv.
  • Executarea codului direct pe dispozitiv (C++, Python).
  • Comunicare securizată între Greengrass Core și dispozitivele AWS/IoT.
  • Use case: filtrarea locală a datelor, preprocesarea sau inferența AI la edge.
• Integrarea cu AI/ML
  • Folosirea SageMaker pentru modele ML complexe în cloud.
  • Rularea inferenței ML la edge cu Greengrass ML Accelerator (GMA).
• Vizualizarea datelor și interfețe utilizator
  • Folosirea AWS IoT SiteWise pentru vizualizarea datelor industriale.
  • Construirea de aplicații web cu AWS Amplify (API, UI, autentificare).
  • Dashboard-uri folosind Amazon QuickSight sau OpenSearch Dashboards.

Modulul 5: Securitate, guvernanță și best practices

• Ciclul de viață al securității IoT
  • Principii de design securizat (Defense-in-Depth).
  • Practici de dezvoltare securizată (OWASP IoT Top 10).
  • Managementul vulnerabilităților.
  • Threat modeling pentru IoT.
• Servicii de securitate AWS pentru IoT
  • AWS IoT Device Defender (Service și Device Defender).
  • AWS Shield, AWS Identity and Access Management (IAM).
  • AWS Config pentru verificări de conformitate.
  • Integrarea Hardware Security Modules (HSMs).
• Confidențialitatea și guvernanța datelor
  • Gestionarea datelor sensibile (PII).
  • Politici de retenție și ștergere a datelor.
  • Considerente de conformitate.

Modulul 6: Proiecte hands-on și capstone

• Laboratoare hands-on ghidate
  • Onboarding dispozitive și comunicare MQTT.
  • Implementarea ingerării securizate a datelor în AWS.
  • Construirea unui dashboard IoT simplu.
  • Simularea unei actualizări OTA.
  • Introducere în AWS IoT Greengrass.
• Proiect capstone
  • Construiește o soluție IoT completă care abordează o problemă reală (de exemplu, automatizarea unei case smart, monitorizarea mediului, un hub de senzori industriali).
  • Cerințe: dispozitiv securizat, ingerare de date, procesare, vizualizare și, opțional, o componentă edge.
  • Folosește serviciile AWS acoperite pe parcursul cursului.