Agrupar MongoDB y restar valores de diferentes documentos

Lo primero que necesita es un condicional $sum basado en $cond operador en la agrupación para cada valor. Entonces puede por separado $subtract :

db.gas.aggregate([
    { "$group": {
        "_id": "$timestamp",
        "gas-in": { 
            "$sum": { 
                "$cond": [
                    { "$eq": [ "$sensor", "gas-in" ] },
                    "$value", 
                    0
                ]
            }
        },
        "gas-out": { 
            "$sum": { 
                "$cond": [
                    { "$eq": [ "$sensor", "gas-out"] },
                    "$value", 
                    0
                ]
            }
        },
    }},
    { "$project": {
        "gasdifference": { "$subtract": [ "$gas-in", "$gas-out" ] }
    }}
])

Lo que da los resultados:

{ "_id" : ISODate("2015-09-17T21:20:35Z"), "gasdifference" : 5.5 }
{ "_id" : ISODate("2015-09-17T21:14:35Z"), "gasdifference" : 0.5 }

La alternativa es simplemente hacer que los valores de "salida de gas" sean negativos para una sola etapa:

db.gas.aggregate([
    { "$group": {
        "_id": "$timestamp",
        "gasdifference": { 
            "$sum": { 
                "$cond": [
                    { "$eq": [ "$sensor", "gas-in" ] },
                    "$value", 
                    { "$subtract": [ 0, "$value" ] }
                ]
            }
        }
    }}
])

Y eso va a ser más eficiente.

Si tiene más de dos posibles valores de "sensor", simplemente "anida" el $cond declaraciones:

db.gas.aggregate([
    { "$group": {
        "_id": "$timestamp",
        "gasdifference": { 
            "$sum": { 
                "$cond": [
                    { "$eq": [ "$sensor", "gas-in" ] },
                    "$value", 
                    { "$cond": [
                        { "$eq": [ "$sensor", "gas-out" ] },
                        { "$subtract": [ 0, "$value" ] },
                        0
                    ]}
                ]
            }
        }
    }}
])

Dado que son operadores "ternarios" (if-then-else), cualquier otra lógica cae dentro de la condición "else".