Industriële Training IoT (Internet of Things) met Raspberry Pi en AWS IoT Core Training Cursus

Module 0: Fundamenten en AWS IoT-ecosysteem

• Introductie tot IoT
  • Definitie van IoT in 2024: verder dan 'Dingen' (Edge Intelligence, AI/ML aan de rand, Cyber-fysieke systemen).
  • Aandrijvers van IoT-groei (industrieën, use cases).
  • Belangrijke IoT-trends (Edge computing, duurzaamheid, integratie van AI/ML, verbeterde beveiliging).
  • AWS IoT binnen het bredere AWS-ecosysteem (AWS Partner Network - APN-bronnen).
• Overzicht van het AWS IoT-servicelandschap
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Jobs, Device Defender).
  • AWS IoT Device Management (Device Onboarding, configuratiebeheer, OTA-updates).
  • AWS IoT Analytics (gegevensverwerking, verrijking, modellering).
  • AWS IoT Greengrass (Edge computing, lokale uitvoering, beveiligde verbinding).
  • AWS IoT Button (Conceptueel overzicht voor eenvoudige apparaten).
  • Verbinding: AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Module 1: IoT-architectuur, componenten en beveiliging

• IoT-architectuur
  • Apparaatlaag (sensoren, actuators, randapparaten zoals Raspberry Pi, ESP32).
  • Connectiviteitslaag (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN - LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, Cellular IoT).
  • Cloudintegratielaag (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions).
  • Gegevensverwerkings- en analyse-laag (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Toepassingslaag (mobiele apps, webapps met AWS Amplify, aangepaste bedrijfsapps).
  • Belang: uitleg van het 'waarom' achter gedistribueerde architecturen (latency, bandbreedte, rekenkracht, beveiliging).
• Diepgaande analyse van essentiële IoT-componenten
  • Hardware: selectiecriteria (MCU, connectiviteit, sensoren), beveiligingselementen (Trusted Execution Environments - TEEs).
  • Edge Computing (AWS Greengrass): voordelen (lage latency, verminderde cloudverkeer, lokale besluitvorming).
  • Apparaatbeheer: onboarding (Over-the-Air - OTA, pre-provisioning), configuratie, monitoring, remote debugging.
  • Beveiliging diepgaand: apparaatidentiteit, authenticatie en autorisatie (X.509-certificaten, JSON Web Tokens - JWTs), data-encryptie (at rest and in transit), AWS IoT Device Defender.
  • Standaardisering van beveiliging: introductie tot normen (bijv. IEEE P2145, Open Connectivity Foundation - OCF) en conformiteit (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 (serverless compute voor datavoorbewerking, activeren van acties).
  • AWS Step Functions (stateful workflows voor complexe apparaatinteracties).
  • Amazon DynamoDB (NoSQL-database voor snelle IoT-gegevensinvoer).
  • Amazon OpenSearch Service (zoek- en analysemogelijkheden, tijdreeksgegevens).
  • Amazon Timestream (gespecialiseerde tijdreeksdatabase).
  • Amazon S3 (ruwe datalakeopslag).
  • AWS IoT Device Defender (monitoring en beveiligingsevaluatie).
  • AWS IoT Wireless (connectiviteit voor externe LPWAN-apparaten).

Module 2: IoT-apparaatcommunicatieprotocollen

• MQTT (MQTT v5 & WebSockets)
  • MQTT 5.0-functies (Retain, Clean Session-vlaggen, User Properties, Wildcard-thema's).
  • MQTT over WebSockets (standaardisatie).
  • Kwaliteit van Service (QoS)-niveaus uitgelegd.
  • Best Practices voor protocollen.
• Alternatieve protocollen
  • CoAP (Constrained Application Protocol) voor beperkte apparaten.
  • AMQP / MQTT over AMQP (standaard gegevensuitwisselingsformaten).
  • HTTP (voor eenvoudigere, minder frequente updates).
  • WebSockets (full-duplex communicatie).

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

• Apparaatonboarding en beveiligde connectiviteit
  • AWS IoT Device Defender Pre-Provisioning.
  • Veilige Over-the-Air (OTA)-onboarding (bijv. met behulp van AWS IoT Button-concepten).
  • Beheer van apparaatcertificaten (ACM/PKI).
  • Implementatie van MQTT met TLS.
• Gegevensinvoer, opslag en verwerking
  • Efficiënt verzenden van gegevens van apparaten naar AWS IoT Core.
  • Het juiste doel kiezen: Lambda (gebeurtenisgedreven), Step Functions (orchestratie), Timestream (tijdreeks), OpenSearch (zoek- en analysemogelijkheden), S3 (ruwe gegevens).
  • Gebruik van AWS IoT Analytics voor gegevensverrijking en -schoonmaak voordat opslag plaatsvindt.
  • Aanpakken van hoge doorvoercapaciteitsscenario's (Kinesis/Firehose).
• Apparaatbeheer en operaties
  • Gebruik van AWS IoT Device Management voor vlootbeheer.
  • Implementatie en beheer van OTA-updates (met behulp van AWS IoT Jobs).
  • Remote monitoring en configuratie.
• Opbouw van de IoT-backend
  • API Gateway voor het maken van REST/GraphQL-API's om te interageren met apparaten en gegevens.
  • AWS Lambda voor bedrijfslogica.
  • AWS Step Functions voor coördinatie van gedistribueerde componenten.
  • Amazon SQS/SNS voor asynchrone messaging en gebeurtenisactivering.

Module 4: Edge computing en geavanceerde integratie

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

Module 5: Beveiliging, governance en best practices

• IoT-beveiligingslevenscyclus
  • Veilig ontwerpprincipes (Defense-in-Depth).
  • Veilige ontwikkelingspraktijken (OWASP IoT Top 10).
  • Vulnerability management.
  • Threat modeling voor IoT.
• AWS-beveiligingsdiensten voor IoT
  • AWS IoT Device Defender (Service & Device Defender).
  • AWS Shield, AWS Identity and Access Management (IAM).
  • AWS Config voor conformiteitcontroles.
  • Integratie van Hardware Security Modules (HSMs).
• Gegevensprivacy en governance
  • Omgaan met gevoelige gegevens (PII).
  • Gegevensretentie- en verwijderingsbeleid.
  • Conformiteitsaspecten.

Module 6: Praktijkopdrachten en capstone

• Gestructureerde praktijklabo-opdrachten
  • Apparaatonboarding en MQTT-communicatie.
  • Implementatie van veilige gegevensinvoer naar AWS.
  • Bouwen van een eenvoudige IoT-dashboard.
  • OTA-update-simulatie.
  • Introductie tot AWS IoT Greengrass.
• Capstone-project
  • Bouw een complete IoT-oplossing die een reëel probleem oplost (bijv. Smart Home Automation, Environmentele Monitoring, Industriële Sensor Hub).
  • Vereisten: veilig apparaat, gegevensinvoer, verwerking, visualisatie en optioneel randcomponent.
  • Gebruik de AWS-services die in de cursus behandeld zijn.