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Agrupe o MongoDB e subtraia valores de diferentes documentos


O que você primeiro precisa é de um $sum condicional com base no $cond operador no agrupamento para cada valor. Então você pode separadamente $subtract :
db.gas.aggregate([
    { "$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" ] }
    }}
])

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

A alternativa é apenas tornar os valores "gas-out" negativos para um único estágio:
db.gas.aggregate([
    { "$group": {
        "_id": "$timestamp",
        "gasdifference": { 
            "$sum": { 
                "$cond": [
                    { "$eq": [ "$sensor", "gas-in" ] },
                    "$value", 
                    { "$subtract": [ 0, "$value" ] }
                ]
            }
        }
    }}
])

E isso vai ser mais eficiente.

Se você tiver mais de dois valores de "sensor" possíveis, basta "aninhar" o $cond declarações:
db.gas.aggregate([
    { "$group": {
        "_id": "$timestamp",
        "gasdifference": { 
            "$sum": { 
                "$cond": [
                    { "$eq": [ "$sensor", "gas-in" ] },
                    "$value", 
                    { "$cond": [
                        { "$eq": [ "$sensor", "gas-out" ] },
                        { "$subtract": [ 0, "$value" ] },
                        0
                    ]}
                ]
            }
        }
    }}
])

Como eles são operadores "ternários" ( if-then-else ), qualquer lógica adicional se enquadra na condição "else".