Industriële Training IoT (Internet der Dingen) met Raspberry Pi en AWS IoT Core Training Cursus

Module 0: Fundamenten & AWS IoT-ecosysteem

• Introductie tot IoT
  • Het definiëren van IoT in 2024: Voorbij de 'Dingen' (Edge-intelligentie, AI/ML aan de Edge, Cyber-fysieke systemen).
  • Drijvende krachten achter IoT-groei (sectoren, use cases).
  • Belangrijke IoT-trends (edge computing, duurzaamheid, integratie van AI/ML, verbeterde beveiliging).
  • AWS IoT binnen het bredere AWS-ecosysteem (bronnen van het AWS Partner Network - APN).
• Overzicht van het AWS IoT-service landschap
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Jobs, Device Defender).
  • AWS IoT Device Management (onboarding van apparaten, configuratiebeheer, OTA-updates).
  • AWS IoT Analytics (gegevensverwerking, verrijking, modellering).
  • AWS IoT Greengrass (edge computing, lokale uitvoering, beveiligde connectiviteit).
  • AWS IoT Button (conceptueel overzicht voor eenvoudige apparaten).
  • Verbinding: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Module 1: IoT-architectuur, componenten & beveiliging

• IoT-architectuur
  • Apparaatlaag (sensoren, actuatoren, edge-apparaten zoals RP2013/Raspberry Pi/ESP32).
  • Connectiviteitslaag (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN - LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, Cellular IoT).
  • Cloud-integratielaag (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions).
  • Laag voor gegevensverwerking en analyse (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Applicatielaag (mobiele en web-apps met AWS Amplify, aangepaste bedrijfsapps).
  • Belang: Verduidelijk het waarom achter gedistribueerde architecturen (latentie, bandbreedte, rekenkracht, beveiliging).
• Diepgaande analyse van essentiële IoT-componenten
  • Hardware: Selectiecriteria (MCU, connectiviteit, sensoren), beveiligingselementen (Trusted Execution Environments - TEE's).
  • Edge Computing (AWS Greengrass): Voordelen (lage latentie, verminderd cloudverkeer, lokale besluitvorming).
  • Apparaatbeheer: Onboarding (Over-the-Air - OTA, vooraf provisioneren), configuratie, monitoring, remote debugging.
  • Diepgaande analyse van beveiliging: Apparaatidentiteit, authenticatie en autorisatie (X.509-certificaten, JSON Web Tokens - JWT's), gegevensversleuteling (in rust en tijdens verzending), AWS IoT Device Defender (service en device defender).
  • Standaardisatie van beveiliging: Introductie tot normen (bijv. IEEE P2145, Open Connectivity Foundation - OCF) en compliance (ISO/IEC 27001, SOC 2).
• AWS-specifieke PaaS-functies voor IoT
  • AWS IoT Core (veilige MQTT/Bridge, Jobs voor firmware-updates, Device Defender).
  • AWS Lambda (serverloze berekening voor gegevensvoorverwerking en het triggeren van acties).
  • AWS Step Functions (staatgebonden workflows voor complexe apparaatinteracties).
  • Amazon DynamoDB (NoSQL-database voor snelle IoT-gegevensingestie).
  • Amazon OpenSearch Service (zoek- en analysefuncties, verwerking van tijdreeksgegevens).
  • Amazon Timestream (gespecialiseerde tijdreeksdatabase).
  • Amazon S3 (opslag voor ruwe data lakes).
  • AWS IoT Device Defender (monitoring en beveiligingsbeoordeling).
  • AWS IoT Wireless (verbinden van externe LPWAN-apparaten).

Module 2: IoT-apparaatcommunicatieprotocollen

• MQTT (MQTT v5 & WebSockets)
  • Functies van MQTT 5.0 (Retain, Clean Session-vlaggen, gebruikersgegevens, wildcard-onderwerpen).
  • MQTT via WebSockets (standaardisatie).
  • Uitleg van Quality of Service (QoS)-niveaus.
  • Best practices voor protocollen.
• Alternatieve protocollen
  • CoAP (Constrained Application Protocol) voor beperkte apparaten.
  • AMQP / MQTT over AMQP (standaardformaten voor gegevensuitwisseling).
  • HTTP (voor eenvoudigere, minder frequente updates).
  • WebSockets (volledig duplex communicatie).

Module 3: Het bouwen van robuuste IoT-toepassingen met AWS

• Onboarding van apparaten & beveiligde connectiviteit
  • Vooraf provisioneren met AWS IoT Device Defender.
  • Beveiligde Over-The-Air (OTA)-onboarding (bijv. met behulp van concepten van AWS IoT Button).
  • Beheren van apparaatcertificaten (ACM/PKI).
  • Implementeren van MQTT met TLS.
• Dataingestie, opslag en verwerking
  • Efficiënt gegevens verzenden van apparaten naar AWS IoT Core.
  • De juiste bestemming kiezen: Lambda (gebeurtenisgestuurd), Step Functions (orkestratie), Timestream (tijdreeksen), OpenSearch (zoek- en analyse), S3 (ruwe gegevens).
  • Gebruik van AWS IoT Analytics voor gegevensverrijking en -zuivering voordat deze worden opgeslagen.
  • Omgaan met scenario's met hoge doorvoercapaciteit (Kinesis/Firehose).
• Apparaatbeheer en -operaties
  • Gebruik van AWS IoT Device Management voor fleet management.
  • Implementeren en beheren van OTA-updates (met AWS IoT Jobs).
  • Externe monitoring en configuratie.
• De IoT-backend bouwen
  • API Gateway voor het maken van REST/GraphQL-API's om met apparaten en gegevens te communiceren.
  • AWS Lambda voor bedrijfslogica.
  • AWS Step Functions voor het coördineren van gedistribueerde componenten.
  • Amazon SQS/SNS voor asynchrone berichtgeving en het triggeren van gebeurtenissen.

Module 4: Edge Computing & geavanceerde integratie

• AWS IoT Greengrass
  • Concepten (Core, Device, Connector).
  • Het lokaal uitvoeren van Lambda-functies op het apparaat.
  • Het uitvoeren van code direct op het apparaat (C++, Python).
  • Beveiligde communicatie tussen Greengrass Core en AWS/IoT-apparaten.
  • Use case: Lokale gegevensfiltering, voorverwerking of AI-inferentie aan de edge.
• Integratie met AI/ML
  • Gebruik van SageMaker voor complexe ML-modellen in de cloud.
  • Het uitvoeren van ML-inferentie aan de edge met Greengrass ML Accelerator (GMA).
• Datavisualisatie en gebruikersinterfaces
  • Gebruik van AWS IoT SiteWise voor industriële datavisualisatie.
  • Het bouwen van webapps met AWS Amplify (API, UI, authenticatie).
  • Dashboards met Amazon QuickSight of OpenSearch Dashboards.

Module 5: Beveiliging, governance & best practices

• IoT-beveiligingslevenscyclus
  • Principes van veilig ontwerpen (Defense-in-Depth).
  • Veilige ontwikkelpraktijken (OWASP IoT Top 10).
  • Beheer van kwetsbaarheden.
  • Bedreigingsmodellering voor IoT.
• AWS-beveiligingsdiensten voor IoT
  • AWS IoT Device Defender (service en device defender).
  • AWS Shield, AWS Identity and Access Management (IAM).
  • AWS Config voor compliance-controles.
  • Integratie van Hardware Security Modules (HSM's).
• Gegevensprivacy en governance
  • Omgaan met gevoelige gegevens (PII).
  • Beleid voor gegevensretentie en -verwijdering.
  • Compliance-overwegingen.

Module 6: Praktische projecten & Capstone

• Begeleide praktijklabo's
  • Onboarding van apparaten & MQTT-communicatie.
  • Implementeren van beveiligde dataingestie naar AWS.
  • Het bouwen van een eenvoudige IoT-dashboard.
  • Simulatie van OTA-updates.
  • Introductie tot AWS IoT Greengrass.
• Capstone-project
  • Het bouwen van een complete IoT-oplossing die een reëel probleem aanpakt (bijv. slimme thuisautomatisering, milieumonitoring, industriële sensorhub).
  • Vereisten: Beveiligd apparaat, dataingestie, verwerking, visualisatie en optioneel een edge-component.
  • Gebruik van de AWS-diensten die gedurende de cursus zijn behandeld.