Průmyslové školení: Internet věcí (IoT) pomocí Raspberry Pi a AWS IoT Core Počítačový Kurz

Modul 0: Základy a ekosystém AWS IoT

• Úvod do IoT
  • Definice IoT v roce 2024: Kromě „věcí“ (Inteligence na okraji sítě, AI/ML na okraji sítě, kyberneticko-fyzikální systémy).
  • Poháněče růstu IoT (odvětví, použití).
  • Klíčové trendy IoT (výpočet na okraji sítě, udržitelnost, integrace AI/ML, zvýšená bezpečnost).
  • AWS IoT v širším ekosystému AWS (zdroje AWS Partner Network - APN).
• Přehled nabídky služeb AWS IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Úkoly, Device Defender).
  • Správa zařízení AWS IoT (onboardování zařízení, správa konfigurace, aktualizace OTA).
  • AWS IoT Analytics (zpracování, obohacení a modelování dat).
  • AWS IoT Greengrass (výpočet na okraji sítě, lokální spuštění, bezpečné připojení).
  • AWS IoT Button (konceptuální přehled pro jednoduchá zařízení).
  • Připojení: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Modul 1: Architektura, komponenty a bezpečnost IoT

• Architektura IoT
  • Úroveň zařízení (senzory, aktuátory, zařízení na okraji sítě, např. Raspberry Pi, ESP32).
  • Úroveň konektivity (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN – LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, mobilní IoT).
  • Úroveň cloudové integrace (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions).
  • Úroveň zpracování a analýzy dat (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Úroveň aplikací (mobilní a webové aplikace pomocí AWS Amplify, vlastní obchodní aplikace).
  • Důležitost: Vysvětlení „proč“ za distribuovanými architekturami (latence, šířka pásma, výkonnost, bezpečnost).
• Hloubkový pohled na klíčové komponenty IoT
  • Hardware: Kritéria výběru (MCU, konektivita, senzory), prvky bezpečnosti (důvěryhodná běhová prostředí – TEE).
  • Výpočet na okraji sítě (AWS Greengrass): Výhody (nízká latence, snížený provoz s clouдем, lokální rozhodování).
  • Správa zařízení: Onboardování (přes vzduch – OTA, předkonfigurace), konfigurace, monitorování, vzdálené ladění.
  • Hloubková bezpečnost: Identita zařízení, autentizace a autorizace (certifikáty X.509, JSON Web Tokens – JWT), šifrování dat (při ukládání a přenosu), AWS IoT Device Defender.
  • Standardizace bezpečnosti: Úvod do standardů (např. IEEE P2145, Open Connectivity Foundation – OCF) a souladu (ISO/IEC 27001, SOC 2).
• PaaS funkce AWS specifické pro IoT
  • AWS IoT Core (bezpečné MQTT/Bridge, úkoly pro aktualizace firmwaru, Device Defender).
  • AWS Lambda (serverless výpočet pro predzpracování dat, spouštění akcí).
  • AWS Step Functions (státově závislé pracovní tokry pro složité interakce s zařízeními).
  • Amazon DynamoDB (NoSQL databáze pro rychlé přijímání dat IoT).
  • Amazon OpenSearch Service (vyhledávání a analýza, zpracování časových řad).
  • Amazon Timestream (specializovaná databáze časových řad).
  • Amazon S3 (úkládání syrových dat).
  • AWS IoT Device Defender (monitorování a hodnocení bezpečnosti).
  • AWS IoT Wireless (připojení vzdálených LPWAN zařízení).

Modul 2: Protokoly komunikace IoT zařízení

• MQTT (MQTT v5 a WebSockets)
  • Vlastnosti MQTT 5.0 (Retain, Clean Session flagy, uživatelské vlastnosti, zkratkové tématy).
  • MQTT přes WebSockets (standardizace).
  • Vysvětlení úrovní kvality služby (QoS).
  • Doporučené postupy pro protokol.
• Alternativní protokoly
  • CoAP (Constrained Application Protocol) pro omezená zařízení.
  • AMQP / MQTT přes AMQP (standardní formáty pro výměnu dat).
  • HTTP (pro jednodušší a méně časté aktualizace).
  • WebSockets (dvousměrná komunikace).

Modul 3: Tvorba robustních IoT aplikací pomocí AWS

• Onboardování zařízení a bezpečná konektivita
  • Předkonfigurace pomocí AWS IoT Device Defender.
  • Bezpečné onboardování přes vzduch (OTA) (např. pomocí konceptů AWS IoT Button).
  • Správa certifikátů zařízení (ACM/PKI).
  • Implementace MQTT s TLS.
• Přijímání, ukládání a zpracování dat
  • Účinné odesílání dat z zařízení do AWS IoT Core.
  • Výběr správného cíle: Lambda (událostně řízeno), Step Functions (orchestrace), Timestream (časové řady), OpenSearch (vyhledávání a analýza), S3 (syrová data).
  • Použití AWS IoT Analytics pro obohacení a čištění dat před uložením.
  • Zpracování scénářů s vysokým průtokem (Kinesis/Firehose).
• Správa a provoz zařízení
  • Použití AWS IoT Device Management pro správu vozového parku.
  • Implementace a správa aktualizací OTA (použití AWS IoT Jobs).
  • Vzdálený monitoring a konfigurace.
• Stavba IoT backendu
  • API Gateway pro vytváření REST/GraphQL API pro interakci s zařízeními a daty.
  • AWS Lambda pro obchodní logiku.
  • AWS Step Functions pro koordinaci distribuovaných komponent.
  • Amazon SQS/SNS pro asynchronní zpravodajství a spuštění událostí.

Modul 4: Výpočet na okraji sítě a pokročilá integrace

• AWS IoT Greengrass
  • Podmínky (Core, Device, Connector).
  • Spuštění funkcí Lambda lokálně na zařízení.
  • Spouštění kódu přímo na zařízení (C++, Python).
  • Bezpečná komunikace mezi Greengrass Core a zařízeními AWS/IoT.
  • Použití: Lokální filtrování dat, predzpracování nebo AI inferencí na okraji sítě.
• Integrace s AI/ML
  • Použití SageMaker pro složité ML modely v cloudu.
  • Spuštění ML inferencí na okraji sítě pomocí Greengrass ML Accelerator (GMA).
• Vizualizace dat a uživatelská rozhraní
  • Použití AWS IoT SiteWise pro vizualizaci průmyslových dat.
  • Stavba webových aplikací pomocí AWS Amplify (API, UI, autentizace).
  • Nástěnky (dashboards) pomocí Amazon QuickSight nebo OpenSearch Dashboards.

Modul 5: Bezpečnost, správa a doporučené postupy

• Životní cyklus bezpečnosti IoT
  • Zásady bezpečného návrhu (obrana v hloubce).
  • Praktiky bezpečného vývoje (OWASP IoT Top 10).
  • Správa zranitelností.
  • Modelování hrozeb pro IoT.
• Bezpečnostní služby AWS pro IoT
  • AWS IoT Device Defender (služba a Device Defender).
  • AWS Shield, AWS Identity and Access Management (IAM).
  • AWS Config pro kontroly souladu.
  • Integrace Hardwarových modulů pro zabezpečení (HSM).
• Privacy a správa dat
  • Zpracování citlivých dat (PII).
  • Pravidla pro uchovávání a mazání dat.
  • Zvažování souladu s předpisy.

Modul 6: Praktické projekty a závěrečná práce

• Říděné praktické laboratoře
  • Onboardování zařízení a komunikace MQTT.
  • Implementace bezpečného přijímání dat do AWS.
  • Vytvoření jednoduchého IoT dashboardu.
  • Simulace aktualizace OTA.
  • Úvod do AWS IoT Greengrass.
• Závěrečný projekt
  • Vytvoření kompletního IoT řešení řešícího reálný problém (např. automatizace chytré domácnosti, monitorování životního prostředí, průmyslový senzorový hub).
  • Podmínky: Bezpečné zařízení, přijímání dat, zpracování, vizualizace a volitelná komponenta na okraji sítě.
  • Použití služeb AWS pokrytých v průběhu kurzu.