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Visão geral do sistema

A solução proposta é uma arquitetura IoT robusta que utiliza serviços gerenciados da AWS para coletar, processar e visualizar dados provenientes de dispositivos IoT simulados. Essa solução é composta por vários componentes interconectados, cada um desempenhando um papel fundamental no fluxo de dados. Vamos explorar brevemente cada componente para entender como a solução opera.

Diagrama de Blocos da Arquitetura - v3.0​

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Descrição dos Componentes Anteriores​

  • Cliente MQTT: Dispositivo que publica mensagens em tópicos MQTT. No contexto do projeto, o cliente MQTT é um simulador de um dispositivo IoT.
  • Broker MQTT: Servidor que gerencia a comunicação entre os clientes MQTT. No contexto do projeto, o broker MQTT é o serviço AWS IoT Core. A escolha do Iot Core se deu pela sua escalabilidade, segurança e integração com outros serviços da AWS, ao qual no próprio processo de configuração de um dispositivo, é possível criar regras para processar mensagens e armazená-las em outros serviços.
  • AWS IoT Core: Serviço da AWS que gerencia a comunicação entre dispositivos IoT e a nuvem. O AWS IoT Core permite a conexão segura de dispositivos com a nuvem, além de oferecer recursos para processar e armazenar mensagens.
  • DynamoDB: Banco de dados NoSQL da AWS que armazena as mensagens recebidas do broker MQTT. O DynamoDB foi escolhido por sua escalabilidade, desempenho e integração com outros serviços da AWS.
  • Amazon EKS: Serviço da AWS que gerencia clusters de contêineres. O EKS foi escolhido para hospedar a aplicação web por sua escalabilidade, segurança e integração com outros serviços da AWS.
  • EC2: Serviço da AWS que fornece capacidade de computação na nuvem. O EC2 foi escolhido para estar acoplado ao EKS e hospedar os nós do Kubernetes e seus respectivos pods.
  • AWS Glue: Serviço da AWS que oferece recursos para preparar e carregar dados para análise. O AWS Glue executa a rotina de tratamento e catalogação dos dados do DynamoDB por meio do AWS Glue ETL para o AWS Glue Data Catalog.
    • AWS Glue ETL: Serviço da AWS que oferece recursos para extrair, transformar e carregar dados para análise. O AWS Glue ETL foi escolhido para extrair, transformar e carregar os dados do DynamoDB para o AWS Glue Data Catalog.
    • AWS Glue Data Catalog: Serviço da AWS que oferece recursos para catalogar e armazenar metadados de dados. O AWS Glue Data Catalog foi escolhido para armazenar os metadados dos dados extraídos, transformados e carregados do DynamoDB.

Observação: nenhum componente novo foi adicionado nesta sprint.

Diagrama de implantação​

Um Diagrama UML (Unified Modeling Language ou Linguagem Unificada de Modelagem) é uma forma padronizada de visualizar o design de um sistema. UML é uma linguagem de modelagem de sistemas que permite a representação gráfica de um sistema por meio de diferentes tipos de diagramas. Com a UML, os desenvolvedores e stakeholders podem entender, alterar, construir e documentar aspectos de um sistema de software.

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Dispositivo (Publisher)​

  • O dispositivo contém sensores para coletar dados ambientais como qualidade do ar e temperatura.
  • A autenticação é garantida por meio de certificados SHA-256 e chaves (pública e privada) SHA-256 para comunicação segura.
  • Os dados coletados são enviados para a AWS através do protocolo MQTT.

Nuvem (AWS)​

  • No serviço AWS IoT Core, uma regra é definida para processar dados recebidos do tópico 'topic/region/+'.
  • O AWS IoT Core atua como um ponto central para receber e encaminhar dados.

Banco de Dados​

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  • Os dados são armazenados no DynamoDB, um banco de dados NoSQL da AWS, para armazenamento e recuperação eficiente.
  • O serviço AWS Glue é usado para realizar a catalogação dos dados armazenados, executando funções de um Crawler para identificar os dados e organizar as tabelas para consulta.

Visualização (Dashboard)​

  • O serviço EKS (Elastic Kubernetes Service) gerencia os aplicativos de visualização de dados.
  • Grafana e Prometheus são integrados para a monitorização e visualização em tempo real dos dados.
  • O Amazon Athena é usado para consultas SQL diretamente no DynamoDB.
  • O serviço EC2, com uma instância T3.Medium, é utilizado para hospedar e executar as aplicações necessárias para o funcionamento do dashboard.

Segurança no banco de dados e dashboard​

Para garantir a segurança nas conexões entre o banco de dados, o dashboard e o resto do sistema em nossa solução de arquitetura IoT baseada na AWS, implementamos diversas medidas de segurança. Abaixo estão os detalhes de como cada segmento da arquitetura contribui para a integridade, confidencialidade e disponibilidade dos dados e serviços.

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Segurança do Dispositivo ao AWS IoT Core​

A segurança da comunicação entre dispositivos IoT e o AWS IoT Core é assegurada pelo uso do protocolo TLS (Transport Layer Security), o que garante uma conexão autenticada e segura. Cada dispositivo utiliza um certificado X.509 para estabelecer sua identidade, o qual é verificado pelo AWS IoT Core antes de qualquer comunicação. Além disso, políticas de autorização específicas são aplicadas para restringir o que cada dispositivo pode fazer (como publicar ou assinar tópicos MQTT específicos).

Autorização e Controle de Acesso​

Utilizamos o AWS Identity and Access Management (IAM) para gerenciar as permissões de acesso aos recursos da AWS. O IAM Role, ou papel do IAM, começa com a definição de políticas que especificam quais serviços e ações o usuário ou serviço tem permissão para usar. No caso do AWS Glue e outras integrações, isso significa acesso controlado para executar operações de ETL (Extrair, Transformar e Carregar) e consultar dados.

Segurança no Banco de Dados​

O AWS DynamoDB é protegido por padrão com criptografia em repouso. Isso garante que os dados estão seguros enquanto armazenados. Além disso, controles de acesso baseados em políticas do DynamoDB permitem que apenas usuários e serviços autorizados possam acessar ou modificar os dados.

Segurança na Camada de Processamento e Análise de Dados​

O AWS Glue como serviço de ETL utiliza o IAM Role para autorizar operações de transformação de dados. Com isso, somente processos de ETL com as credenciais adequadas podem acessar os dados do DynamoDB. O mesmo se aplica ao Athena, que é usado para realizar consultas SQL diretamente nos dados armazenados.

Segurança no Dashboard e Visualização de Dados​

Para o dashboard hospedado no Amazon EKS, o acesso é protegido através do controle de acesso ao Kubernetes, integrado ao IAM da AWS. Isso significa que apenas usuários com as credenciais corretas podem acessar o Grafana. Além disso, o login do Grafana é protegido por autenticação, que pode ser configurada para usar autenticação de múltiplos fatores (MFA) para uma camada adicional de segurança.

Adicionalmente, a comunicação entre serviços, como entre o Grafana e o Prometheus ou o Athena, é protegida por meio de políticas de segurança que asseguram que apenas tráfego autorizado possa fluir entre esses serviços, minimizando assim o risco de interceptação ou manipulação de dados.

Conclusão​

Essas medidas de segurança são projetadas para trabalhar em conjunto, formando uma cadeia de segurança ininterrupta desde a coleta de dados até a visualização. Com cada componente desempenhando seu papel específico, estamos comprometidos em fornecer uma arquitetura segura e confiável para o processamento e análise de dados IoT.