Formation Formation professionnelle sur l'IoT (Internet des Objets) avec Raspberry Pi et AWS IoT Core

Module 0 : Fondamentaux et écosystème AWS IoT

• Introduction à l'IoT
  • Définition de l'IoT en 2024 : au-delà des « Objets » (Intelligence Edge, IA/ML à la périphérie, Systèmes Cyber-Physiques).
  • Facteurs de croissance de l'IoT (Secteurs, Cas d'usage).
  • Tendances clés de l'IoT (Informatique Edge, Durabilité, intégration IA/ML, Sécurité renforcée).
  • Le rôle d'AWS IoT dans l'écosystème AWS global (Ressources du réseau de partenaires AWS - APN).
• Aperçu du paysage des services AWS IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge, Tâches, Device Defender).
  • Gestion des appareils AWS IoT (Intégration des appareils, Gestion de configuration, Mises à jour OTA).
  • Analyse AWS IoT (Traitement des données, enrichissement, modélisation).
  • Greengrass AWS IoT (Informatique Edge, exécution locale, connectivité sécurisée).
  • Bouton AWS IoT (Aperçu conceptuel pour les appareils simples).
  • Connexion : AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker.

Module 1 : Architecture, composants et sécurité IoT

• Architecture IoT
  • Couche des appareils (Capteurs, Actionneurs, Appareils Edge comme Raspberry Pi, ESP32).
  • Couche de connectivité (MQTT, CoAP, HTTP, LPWAN - LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, IoT Cellulaire).
  • Couche d'intégration cloud (AWS IoT Core, API Gateway, Lambda, Step Functions).
  • Couche de traitement et d'analyse des données (DynamoDB, Timestream, OpenSearch, S3, Athena, SageMaker).
  • Couche applicative (Applications mobiles, Applications Web utilisant AWS Amplify, Applications commerciales personnalisées).
  • Importance : Explication des raisons derrière les architectures distribuées (latence, bande passante, puissance de calcul, sécurité).
• Analyse approfondie des composants essentiels de l'IoT
  • Matériel : Critères de sélection (MCU, connectivité, capteurs), Éléments de sécurité (Environnements d'exécution de confiance - TEE).
  • Informatique Edge (AWS Greengrass) : Avantages (faible latence, réduction du trafic cloud, prise de décision locale).
  • Gestion des appareils : Intégration (Over-the-Air - OTA, Pré-provisionnement), Configuration, Surveillance, Débogage à distance.
  • Analyse approfondie de la sécurité : Identité de l'appareil, Authentification et Autorisation (Certificats X.509, Jetons Web JSON - JWT), Chiffrement des données (au repos et en transit), AWS IoT Device Defender.
  • Normalisation de la sécurité : Introduction aux normes (par ex. IEEE P2145, Fondation de Connectivité Ouverte - OCF) et à la conformité (ISO/IEC 27001, SOC 2).
• Fonctions PaaS spécifiques à AWS pour l'IoT
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge sécurisé, Tâches pour mises à jour du firmware, Device Defender).
  • AWS Lambda (Calcul sans serveur pour le prétraitement des données, déclenchement d'actions).
  • AWS Step Functions (Workflows étatiques pour les interactions d'appareils complexes).
  • Amazon DynamoDB (Base de données NoSQL pour l'ingestion rapide de données IoT).
  • Service Amazon OpenSearch (Recherche et analyse, gestion des données en série temporelle).
  • Amazon Timestream (Base de données de séries temporelles spécialisée).
  • Amazon S3 (Stockage brut de données).
  • AWS IoT Device Defender (Surveillance et évaluation de la sécurité).
  • AWS IoT Wireless (Connexion des appareils distants LPWAN).

Module 2 : Protocoles de communication des appareils IoT

• MQTT (MQTT v5 et WebSockets)
  • Fonctionnalités de MQTT 5.0 (Retenir, drapeaux de session propre, Propriétés utilisateur, Thèmes wildcard).
  • MQTT via WebSockets (Standardisation).
  • Niveaux de Qualité de Service (QoS) expliqués.
  • Meilleures pratiques du protocole.
• Protocoles alternatifs
  • CoAP (Constrained Application Protocol) pour les appareils contraints.
  • AMQP / MQTT sur AMQP (Formats standard d'échange de données).
  • HTTP (Pour des mises à jour plus simples et moins fréquentes).
  • WebSockets (Communication duplex).

Module 3 : Construction d'applications IoT robustes avec AWS

• Intégration des appareils et connectivité sécurisée
  • Pré-provisionnement AWS IoT Device Defender.
  • Intégration sécurisée Over-The-Air (OTA) (par ex. en utilisant les concepts d'AWS IoT Button).
  • Gestion des certificats d'appareil (ACM/PKI).
  • Implémentation de MQTT avec TLS.
• Ingérence, stockage et traitement des données
  • Envoi efficace des données des appareils à AWS IoT Core.
  • Choix de la bonne cible : Lambda (orienté événements), Step Functions (orchestration), Timestream (séries temporelles), OpenSearch (recherche et analyse), S3 (données brutes).
  • Utilisation d'AWS IoT Analytics pour l'enrichissement et le nettoyage des données avant stockage.
  • Gestion des scénarios à haut débit (Kinesis/Firehose).
• Gestion des appareils et opérations
  • Utilisation de la Gestion des Appareils AWS IoT pour la gestion de flotte.
  • Implémentation et gestion des Mises à jour OTA (en utilisant AWS IoT Jobs).
  • Surveillance et configuration à distance.
• Construction de l'arrière-plan IoT
  • API Gateway pour la création d'API REST/GraphQL pour interagir avec les appareils et les données.
  • AWS Lambda pour la logique métier.
  • AWS Step Functions pour la coordination des composants distribués.
  • Amazon SQS/SNS pour la messagerie asynchrone et le déclenchement d'événements.

Module 4 : Informatique Edge et intégration avancée

• AWS IoT Greengrass
  • Concepts (Cœur, Appareil, Connecteur).
  • Exécution de fonctions Lambda localement sur l'appareil.
  • Exécution de code directement sur l'appareil (C++, Python).
  • Communication sécurisée entre le Cœur Greengrass et les appareils AWS/IoT.
  • Cas d'usage : Filtrage local des données, prétraitement, ou inférence IA à la périphérie.
• Intégration avec l'IA/ML
  • Utilisation de SageMaker pour des modèles ML complexes dans le cloud.
  • Exécution d'inférence ML à la périphérie avec l'Accélérateur ML de Greengrass (GMA).
• Visualisation des données et interfaces utilisateur
  • Utilisation d'AWS IoT SiteWise pour la visualisation des données industrielles.
  • Création d'Applications Web avec AWS Amplify (API, UI, Authentification).
  • Tableaux de bord utilisant Amazon QuickSight ou les Tableaux de Bord OpenSearch.

Module 5 : Sécurité, gouvernance et bonnes pratiques

• Cycle de vie de la sécurité IoT
  • Principes de conception sécurisée (Défense en profondeur).
  • Pratiques de développement sécurisé (OWASP IoT Top 10).
  • Gestion des vulnérabilités.
  • Modélisation des menaces pour l'IoT.
• Services de sécurité AWS pour l'IoT
  • AWS IoT Device Defender (Service et Device Defender).
  • AWS Shield, Gestion d'identité et d'accès AWS (IAM).
  • AWS Config pour les vérifications de conformité.
  • Intégration de Modules de Sécurité Matérielle (HSM).
• Confidentialité des données et gouvernance
  • Gestion des données sensibles (PII).
  • Politiques de rétention et de suppression des données.
  • Considérations de conformité.

Module 6 : Projets pratiques et projet final

• Travaux pratiques guidés
  • Intégration des appareils et communication MQTT.
  • Mise en œuvre d'une ingestion de données sécurisée vers AWS.
  • Création d'un simple tableau de bord IoT.
  • Simulation de mise à jour OTA.
  • Introduction à AWS IoT Greengrass.
• Projet final
  • Construction d'une solution IoT complète répondant à un problème du monde réel (par ex. Automatisation de la maison intelligente, Surveillance environnementale, Hub de capteurs industriels).
  • Exigences : Appareil sécurisé, ingestion de données, traitement, visualisation, et composant edge optionnel.
  • Utilisation des services AWS couverts tout au long du cours.