Industriell utbildning inom IoT (Internet of Things) med Raspberry Pi och AWS IoT Core Träningskurs

Modul 0: Grunder & AWS IoT-ekossystem

• Introduktion till IoT
  • Definiera IoT 2024: Bortom "enheter" (Edge Intelligence, AI/ML vid kanten, Cyber-Physical Systems).
  • Driver bakom IoT-tillväxt (Industrier, Användningsfall).
  • Viktiga IoT-trender (Edge Computing, Hållbarhet, AI/ML-integration, Förbättrad säkerhet).
  • AWS IoT inom det bredare AWS-ekossystemet (AWS Partner Network - APN-resurser).
• Översikt över AWS IoT-tjänsteutbud
  • AWS IoT Core (MQTT/Container, Jobs, Device Defender).
  • AWS IoT Device Management (Enhetstillgång, konfigurationshantering, OTA-uppdateringar).
  • AWS IoT Analytics (Databearbetning, berikning, modellering).
  • AWS IoT Greengrass (Edge-baserad beräkning, lokal körning, säker anslutning).
  • AWS IoT Button (Konceptuell översikt för enkla enheter).
  • Koppling: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Modul 1: IoT-arkitektur, komponenter & säkerhet

• IoT-arkitektur
  • Enhetslager (Sensorer, Aktuatörer, Enheter vid kanten som Raspberry Pi, ESP32).
  • Anslutningslager (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN - LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, Mobil IoT).
  • Molnintegrationslager (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions).
  • Proesserings- & analyslager (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Applikationslager (Mobil-, webbappar med AWS Amplify, anpassade affärsapplikationer).
  • Betydelse: Förklara "varför" bakom distribuerade arkitekturer (latens, bandbredd, beräkningskraft, säkerhet).
• Djupdykning i nödvändiga IoT-komponenter
  • Hårdvara: Kriterier för val (MCU, anslutning, sensorer), Säkerhetselement (Trusted Execution Environments - TEEs).
  • Edge Computing (AWS Greengrass): Fördelar (låg latens, minskad molntrafik, lokalt beslutsfattande).
  • Enhets hantering: Tillgång (Over-the-Air - OTA, Förberedskapning), Konfiguration, Övervakning, Fjärr felsökning.
  • Djupdykning i säkerhet: Enhetsidentitet, autentisering & auktorisering (X.509-certifikat, JSON Web Tokens - JWT), Datakryptering (i vila och i transit), AWS IoT Device Defender.
  • Säkerhets standardisering: Introduktion till standarder (t.ex. IEEE P2145, Open Connectivity Foundation - OCF) och efterlevnad (ISO/IEC 27001, SOC 2).
• AWS-specifika PaaS-funktioner för IoT
  • AWS IoT Core (Säker MQTT/Container, Jobs för firmware-uppdateringar, Device Defender).
  • AWS Lambda (Serverless beräkning för förbehandling av data, trigga åtgärder).
  • AWS Step Functions (Tillståndsbaserade arbetsflöden för komplexa enhetsinteraktioner).
  • Amazon DynamoDB (NoSQL-databas för snabb IoT-datainmatning).
  • Amazon OpenSearch Service (Sökning & analys, hantering av tidsseriedata).
  • Amazon Timestream (Specialiserad tidsseredatabas).
  • Amazon S3 (Förvaring av rådatalasär).
  • AWS IoT Device Defender (Övervakning och säkerhetsbedömning).
  • AWS IoT Wireless (Anslutning av fjärr-LPWAN-enheter).

Modul 2: IoT-enhetskommunikationsprotokoll

• MQTT (MQTT v5 & WebSockets)
  • MQTT 5.0-funktioner (Retain, Clean Session-flaggor, User Properties, Wildcard-ämnen).
  • MQTT över WebSockets (Standardisering).
  • Förklaring av Quality of Service (QoS)-nivåer.
  • Bästa praxis för protokoll.
• Alternativa protokoll
  • CoAP (Constrained Application Protocol) för begränsade enheter.
  • AMQP / MQTT över AMQP (Standardiserade datautbytesformat).
  • HTTP (För enklare, mindre frekventa uppdateringar).
  • WebSockets (Full-duplex kommunikation).

Modul 3: Bygga robusta IoT-applikationer med AWS

• Enhets tillgång & säker anslutning
  • AWS IoT Device Defender Förberedskapning.
  • Säker Over-The-Air (OTA) tillgång (t.ex. med AWS IoT Button-koncept).
  • Hantera enhetscertifikat (ACM/PKI).
  • Implementera MQTT med TLS.
• Datainmatning, lagring & bearbetning
  • Sänta data effektivt från enheter till AWS IoT Core.
  • Välj rätt mål: Lambda (händelsedrevet), Step Functions (orchestrering), Timestream (tidsserier), OpenSearch (sökning & analys), S3 (rådata).
  • Använd AWS IoT Analytics för att berika och rensa data innan lagring.
  • Hantera scenarier med hög genomströmning (Kinesis/Firehose).
• Enhets hantering & drift
  • Använd AWS IoT Device Management för flotta hantering.
  • Implementera och hantera OTA-uppdateringar (med AWS IoT Jobs).
  • Fjärrövervakning och konfiguration.
• Bygga IoT-bakänden
  • API Gateway för att skapa REST/GraphQL-API:er för interaktion med enheter och data.
  • AWS Lambda för affärslogik.
  • AWS Step Functions för att koordinera distribuerade komponenter.
  • Amazon SQS/SNS för asynkron meddelandehantering och händelsetriggning.

Modul 4: Edge Computing & avancerad integration

• AWS IoT Greengrass
  • Koncept (Core, Enhet, Connector).
  • Kör Lambda-funktioner lokalt på enheten.
  • Exekvera kod direkt på enheten (C++, Python).
  • Säker kommunikation mellan Greengrass Core och AWS/IoT-enheter.
  • Användningsfall: Lokalt filtrering av data, förbehandling eller AI-slutsats vid kanten.
• Integration med AI/ML
  • Använd SageMaker för komplexa ML-modeller i molnet.
  • Kör ML-slutsatser vid kanten med Greengrass ML Accelerator (GMA).
• Visualisering av data & användargränssnitt
  • Använd AWS IoT SiteWise för industriell datavisualisering.
  • Bygg webbappar med AWS Amplify (API, UI, autentisering).
  • Instrumentpaneler med Amazon QuickSight eller OpenSearch Dashboards.

Modul 5: Säkerhet, styrning & bästa praxis

• IoT-säkerhetslivscykel
  • Principer för säker design (Defense-in-Depth).
  • Säker utvecklingspraxis (OWASP IoT Top 10).
  • Sårbarhets hantering.
  • Hotmodellering för IoT.
• AWS-säkerhetstjänster för IoT
  • AWS IoT Device Defender (Tjänst & Device Defender).
  • AWS Shield, AWS Identity and Access Management (IAM).
  • AWS Config för efterlevnads kontroller.
  • Integration av Hardware Security Modules (HSMs).
• Dataintegritet & styrning
  • Hantera känslig data (PII).
  • Policyer för datalagring och -radering.
  • Efterlevnadshänsyn.

Modul 6: Praktiska projekt & slutprojekt

• Guidade laboratorieövningar
  • Enhets tillgång & MQTT-kommunikation.
  • Implementera säker datainmatning till AWS.
  • Bygg en enkel IoT-dashboard.
  • OTA-uppdateringssimulering.
  • Introduktion till AWS IoT Greengrass.
• Slutprojekt
  • Bygg en komplett IoT-lösning som adresserar ett verkligt problem (t.ex. Smart Home Automation, Miljöövervakning, Industriellt Sensor Hub).
  • Krav: Säker enhet, datainmatning, bearbetning, visualisering och valfritt edge-komponent.
  • Använd AWS-tjänster som behandlats under kursen.